专题03 有机化合物的结构（八大题型）-【举一反三】2024-2025学年高二化学同步讲与练（苏教版2019选择性必修3）

专题03 有机化合物的结构 ◆题型01 有机物中碳原子的成键特点 ◆题型02 有机化合物中共价键的类型 ◆题型03 有机物共面问题 ◆题型04 同分异构现象与同分异构类型判断 ◆题型05 同分异构体的书写与数目判断 ◆题型06 同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的判断 ◆题型07 顺反异构判定 ◆题型08 根据结构计算不饱和度 ◆题型01 有机物中碳原子的成键特点 知识积累 碳原子的结构及成键特点 （1）碳原子最外层有 4 个电子，在有机物中总是形成 4 个共价键。 （2）碳原子的结合方式： ①碳原子之间的结合方式有 碳碳单键（C—C） 、 碳碳双键（C=C） 、 碳碳三键（C≡C） 。 ②碳原子和氢原子只能形成碳氢单键（C—H），和氧原子可以形成碳氧单键（C—O）和碳氧双键（C=O）。 （2）碳原子的连接方式： 碳原子通过共价键结合形成 碳链或碳环 。 甲烷、乙烯、乙炔的分子结构 有机物 甲烷 乙烯 乙炔 分子式 CH4 C2H4 C2H2 结构式 分子的空间结构 正四面体 平面结构 直线形 碳原子的类型 （1）仅以单键方式成键的碳原子称为 饱和碳原子 。 （2）以双键或三键等方式成键的碳原子称为 不饱和碳原子 。 【典例1-1】从成键情况看，下列分子式和结构式不合理的是 A．： B．： C．： D．： 【典例1-2】下列关于有机化合物中碳原子的叙述错误的是 A．碳原子可与碳原子成键外，也可与其他元素的原子形成化学键 B．碳原子易得到电子，形成负离子 C．有机化合物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有成千上万个碳原子 D．碳原子之间能形成单键，也能形成双键、三键，还能形成碳链或碳环 【变式1-1】下列说法正确的是 A．碳碳单键、碳碳双键、碳碳三键均能绕键轴旋转 B．烷烃分子中一个碳原子形成的四个键中每两个键的夹角均为109°28′ C．乙烯分子中碳碳双键与碳氢键的夹角为180° D．乙炔分子中碳碳三键与碳氢键的夹角为180° 【变式1-2】下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是 A．CH3N       B．CH4Si      C．CH2OS      D．CH4S      【变式1-3】下列有机化合物中碳原子的连接方式不可能的是 A． B． C． D． ◆题型02 有机化合物中共价键的类型 知识积累 1. 几种简单有机物分子中碳原子轨道的杂化方式 （1）甲烷分子中碳原子的杂化方式 甲烷分子中，碳原子2s轨道的一个电子跃迁到2p轨道中，并与2p轨道混杂形成4个sp3杂化轨道。 为了使杂化轨道相互间的排斥最小，4个sp3杂化轨道彼此尽可能远离，分别指向正四面体的四个顶点。每个sp3杂化轨道上有一个未成对的电子，与氢原子1s轨道沿轨道对称轴方向重叠成键，形成四个等同的C—H共价键。 （2）几种简单有机分子中碳原子轨道的杂化方式 有机物分子 CH4 CH2=CH2 CH≡CH C6H6 碳原子轨道的杂化方式 sp3 sp2 sp sp2 分子空间结构 正四面体 平面 直线 平面 2．σ键与π键 （1） σ键与π键 σ键：沿轨道对称轴方向重叠形成的共价键叫σ键，形成σ键时电子云达到了最大的重叠程度，σ键比较牢固并且能围绕 对称轴自由旋转 。 π键：把p轨道沿对称轴平行的方向重叠形成的共价键叫π键，形成π键时，电子云重叠程度比σ键小，故π键的稳定性比σ键差。 （2）σ键与π键判断方法 碳原子与其他原子成键类型 判断方法 单键 一个单键就是一个σ键 双键 一个价键是σ键，另一个是π键 三键 一个价键是σ键，其余两个是π键 【典例2-1】下列关于有机化合物中化学键的说法不正确的是 A．烷烃中的化学键均为σ键 B．CH3NH2中C—H键的极性比N—H键的极性弱 C．乙烯分子中含有极性键和非极性键 D．1个丙炔分子中含有5个σ键和3个π键 【典例2-2】氯霉素曾用作广谱抗菌药，X(结构如图所示)是合成氯霉素的中间体之一。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．0.5molX中含有的sp3杂化碳原子数为2NA B．1molX中含有的C－C键数为9NA C．1molX中O原子上的孤电子对数为2NA D．1mol基态Br原子的价层电子数为5NA 【变式2-1】用代表阿伏加德罗常数的值．下列说法正确的是 A．乙烯和聚乙烯的混合物中总原子数为 B．标准状况下，乙炔中键的数目为 C．标准状况下，氯仿中含有的氯原子数目为 D．中杂化的碳原子数为 【变式2-2】在分子式为CnH2n的烃分子中共用电子对的数目为 A．3n B．3n+1 C．2n D．2n+1 ◆题型03 有机物共面问题 知识积累 几种简单有机分子中碳原子轨道的杂化方式 有机物分子 CH4 CH2=CH2 CH≡CH C6H6 碳原子轨道的杂化方式 sp3 sp2 sp sp2 分子空间结构 正四面体 平面 直线 平面 【典例3-1】下列说法正确的是 A．CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 B．a()和c()分子中所有碳原子均处于同一平面上 C．中所有碳原子可能都处于同一平面 D．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面 【变式3-1】某烃的结构简式为：，分子中含有四面体结构的碳原子（饱和碳原子）数为a，一定在同一直线上的碳原子数为b，一定在同一平面内的碳原子数为c，a、b、c分别为 A．4，3，5 B．4，3，6 C．2，5，4 D．4，6，4 【变式3-2】描述分子结构的下列叙述中，正确的是 A．所有原子有可能都在同一平面上 B．6个碳的子不一定都在同一平面上 C．6个碳原子有可能都在一条直线上 D．6个碳原子不可能都在一条直线上 【变式3-3】某烃的结构简式如图所示，若分子中最多共线碳原子数为a，可能共面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是 A．3、14、6 B．3、16、6 C．3、16、5 D．4、16、5 ◆题型04 同分异构现象与同分异构类型判断 知识积累 1．同分异构现象和同分异构体 （1）同分异构现象是指分子式相同而结构不同的现象。分子式相同而结构不同的化合物分子互为 同分异构体 . （2）产生同分异构现象的本质原因是有机化合物分子内部原子的 结合顺序 、 成键方式 等不同。 （3）同分异构体的性质存在差异，本质原因是它们具有不同的结构。 2．构造异构 （1）构造异构的概念 分子式相同而分子中原子或基团连接方式不同的异构现象称为 构造异构 。构造异构分为 碳链异构 、 位置异构 和 官能团异构 。 （2）构造异构的类型 类型 概念 示例 碳链异构 碳骨架不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3与 位置异构 官能团在碳链中的位置不同而引起的异构 CH2==CH—CH2—CH3与CH3—CH==CH—CH3 官能团异构 分子中所含官能团不同而产生的异构 CH3CH2OH与CH3—O—CH3 【典例4-1】下列化学式中只能表示一种物质的是 A．C B．C2H5Cl C．C3H6 D．C4H8Br2 【典例4-2】下列各组同分异构体属于位置异构的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式4-1】下列与有机物互为同分异构体的是 A． B． C． D． 【变式4-2】下列说法正确的是 A．与互为同分异构体 B．与为同一种物质 C．甲烷能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．光照下，甲烷与氯气发生加成反应 【变式4-3】下列有机物中，互为同分异构体的是 A．CH3CH2Cl和CH2ClCH3 B．和CH3CH= CH CH3 C．和 D．异戊烷和2-甲基戊烷 ◆题型05 同分异构体的书写与数目判断 知识积累 构造异构体的书写方法 （1）烷烃的同分异构体的书写方法： 烷烃的同分异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。由于烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写。 ①先写直链异构体的结构简式； ②在直链减少1个碳作甲基取代基，其余为主链，甲基连在主链上，端点碳除外； ③再减少2个碳为2个甲基或1个乙基取代基，连在剩余碳形成的主链上，乙基至少连在离端点碳相隔1个碳的碳原子上； ④依次减少直链异构体上的碳原子作取代基（主链始终为最长碳链）。 戊烷（C5H12）的三种同分异构体的结构简式为： （2）烯烃的同分异构体的书写方法： ①先确定主链碳原子个数； ②确定官能团（C=C）在主链上的位置实现位置异构； ③分别接入支链实现碳链异构。 分子式为C4H8的烯烃的同分异构体的结构简式为： （3）含有不同官能团的同分异构体的书写： 乙醇和二甲醚的分子式都为C2H6O，乙醇分子中的官能团为羟基（—OH），二甲醚分子中的官能团为醚键（）。 乙醇：、二甲醚： 【典例5-1】某烯烃与氢气加成后得到的饱和烃如图所示，该烯烃可能的结构有 A．6种 B．7种 C．8种 D．9种 【变式5-1】有机物的一氯代物的种类是 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【变式5-2】分子式为的同分异构体中含醛基的有机物共有(不含立体异构)几种 A．8种 B．10种 C．12种 D．14种 【变式5-3】分子式为C4H8且属于烯烃的结构有 种（不考虑立体异构）。 ◆题型06 同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的判断 【典例6-1】在中学化学中将同位素、同素异形体、同系物和同分异构体称为“四同”，下列有关说法一定正确的是 A．和互为同位素 B．和互为同系物 C．和互为同素异形体 D．和互为同分异构体 【变式6-1】 下列各组物质互为同分异构体的是 A．金刚石和石墨 B．和 C．和 D．和 【变式6-2】 下列说法正确的是 A．14C与14N互为同位素 B．16O2与18O2互为同素异形体 C．CH4与C5H12一定互为同系物 D．  和  互为同分异构体 【变式6-3】 在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的空格内： ① NO2和N2O4 ② 12C和14C        ③和 ④ CH3CH2CH2CH2CH3和CH3C(CH3)2CH3 ⑤ 甲烷和丙烷 ⑥ 和                ⑦ 石墨和金刚石 （1）互为同位素的是 。 （2）互为同分异构体的是 。 （3）互为同系物的是 。 （4）互为同素异形体的是 。 （5）④中沸点较低的物质的系统命名为： 。 ◆题型07 顺反异构判定 【典例7-1】下图中两分子所表示的物质间的关系是 A．互为同分异构体 B．是同一种物质 C．互为手性异构体 D．互为同系物 【典例7-2】下列化合物中存在顺反异构体的是 A． B． C． D． 【变式7-1】 下列有关化学用语或图示表达正确的是 A．CO2的电子式： B．NH3的球棍模型： C．一元酸次磷酸()的结构简式为： D．聚1，3-丁二烯的顺式结构： 【变式7-2】 “张-烯炔环异构化反应”可合成五元环状化合物(如图所示)，在生物活性分子和药物分子的合成中有重要应用。下列说法正确的是 A．X、Y分子中官能团的种类和数目均相同 B．X、Y中均不存在手性碳原子 C．X不存在顺反异构体 D．每个Y分子中有5个碳氧键 【变式7-3】 下列有机物存在顺反异构现象的是 A．CH2=CH2 B．ClCH=C(CH3)2 C．(CH3)2CHCH2CH3 D．CH3CH=CHCH2CH3 ◆题型08 根据结构计算不饱和度 【典例8-1】近年来，我国化学家发现了一些新型的有机试剂，如氟化试剂CpFluors系列。下图是CpFluors-2的结构，有关说法正确的是 A．含有2个饱和碳原子 B．存在对映异构 C．与H2按1：11加成后，该分子不饱和度为4 D．能发生水解反应 【变式8-1】 我国化学家在基于苯炔的不对称催化研究方面取得了突破，反应示意图如下。下列说法错误的是 A．该反应为加成反应 B．化合物乙的不饱和度为7 C．化合物甲核磁共振氢谱有7组峰 D．化合物甲中没有手性碳原子 【变式8-2】 有机化合物E( )是制备新型缓解过敏药物的原料。下列说法正确的是 A．E的分子式为C13H11N2OCl，每个分子中含有两个苯环 B．E分子的官能团中含有酰胺基，分子的不饱和度为9 C．每个E分子含有1个手性碳原子和7个双键 D．E可以发生水解、氧化、加成、消去等反应 【变式8-3】 靛蓝类色素是人类所知最古老的色素之一。已知靛蓝的结构简式如图。下列有关叙述不正确的是 A．靛蓝分子不饱和度为13 B．靛蓝能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．靛蓝分子中所有原子有可能在同一平面内 D．1 mol靛蓝与H2加成时最多可消耗9 mol H2 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题03 有机化合物的结构 ◆题型01 有机物中碳原子的成键特点 ◆题型02 有机化合物中共价键的类型 ◆题型03 有机物共面问题 ◆题型04 同分异构现象与同分异构类型判断 ◆题型05 同分异构体的书写与数目判断 ◆题型06 同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的判断 ◆题型07 顺反异构判定 ◆题型08 根据结构计算不饱和度 ◆题型01 有机物中碳原子的成键特点 知识积累 碳原子的结构及成键特点 （1）碳原子最外层有 4 个电子，在有机物中总是形成 4 个共价键。 （2）碳原子的结合方式： ①碳原子之间的结合方式有 碳碳单键（C—C） 、 碳碳双键（C=C） 、 碳碳三键（C≡C） 。 ②碳原子和氢原子只能形成碳氢单键（C—H），和氧原子可以形成碳氧单键（C—O）和碳氧双键（C=O）。 （2）碳原子的连接方式： 碳原子通过共价键结合形成 碳链或碳环 。 甲烷、乙烯、乙炔的分子结构 有机物 甲烷 乙烯 乙炔 分子式 CH4 C2H4 C2H2 结构式 分子的空间结构 正四面体 平面结构 直线形 碳原子的类型 （1）仅以单键方式成键的碳原子称为 饱和碳原子 。 （2）以双键或三键等方式成键的碳原子称为 不饱和碳原子 。 【典例1-1】从成键情况看，下列分子式和结构式不合理的是 A．： B．： C．： D．： 【答案】B 【解析】A．C原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键达到稳定状态，N原子最外层5个电子，可以形成3个共价键达到稳定状态，则的结构为：，故A不选； B．C和Si原子最外层都含有4个电子，形成4个共价键时稳定，则的结构应为：，故B选； C．根据C、S、O的最外层电子数判断，的结构式为：，合理，故C不选； D．S和O的最外层电子数相同，则根据甲醇的结构式分析，的结构式为：，故D不选。 故选B。 【典例1-2】下列关于有机化合物中碳原子的叙述错误的是 A．碳原子可与碳原子成键外，也可与其他元素的原子形成化学键 B．碳原子易得到电子，形成负离子 C．有机化合物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有成千上万个碳原子 D．碳原子之间能形成单键，也能形成双键、三键，还能形成碳链或碳环 【答案】B 【解析】A．碳原子除了彼此间可以成键外，还可以与其他元素的原子成键，是有机化合物种类繁多的原因之一，故A正确； B．碳元素更多显示出还原性，相对得电子，失电子更容易，并且不形成简单离子，B错误； C．有机物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有几个甚至成千上万个碳原子，所以有机物的种类远多于无机物，C正确； D．碳原子与碳原子之间可以形成碳碳单键，也可以形成碳碳双键、三键，但碳原子与碳原子之间不能形成4对共用电子，D正确； 本题选B。 【变式1-1】下列说法正确的是 A．碳碳单键、碳碳双键、碳碳三键均能绕键轴旋转 B．烷烃分子中一个碳原子形成的四个键中每两个键的夹角均为109°28′ C．乙烯分子中碳碳双键与碳氢键的夹角为180° D．乙炔分子中碳碳三键与碳氢键的夹角为180° 【答案】D 【解析】A．碳碳单键可以绕键轴旋转，而碳碳双键、碳碳三键不能绕键轴旋转，故A错误； B．甲烷分子中的一个碳原子形成的四个键中每两个键的夹角为109°28′，其它烷烃分子中碳原子形成四面体结构、不一定是正四面体结构，键角不一定为109°28′，故B错误； C．乙烯分子中C原子采取sp2杂化，碳碳双键与碳氢键的夹角约为120°，故C错误； D．乙炔分子中C原子采取sp杂化，碳碳三键与碳氢键的夹角为180°，故D正确； 故选：D。 【变式1-2】下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是 A．CH3N       B．CH4Si      C．CH2OS      D．CH4S      【答案】B 【分析】在共价化合物中，C、Si能形成4个共价键，N能形成3个共价键，而O、S能形成2个共价键。 【解析】A．在结构式中，C、N都满足8电子相对稳定结构，而H满足2电子相对稳定结构，A合理； B．在结构式中，C、Si都只形成3个共价键，没有满足8电子相对稳定结构，B不合理； C．在结构式中，C形成4个共价键，O、S形成2个共价键，都满足8电子相对稳定结构，C合理； D．在结构式中，C形成4个共价键，S形成2个共价键，都满足8电子相对稳定结构，D合理； 故选B。 【变式1-3】下列有机化合物中碳原子的连接方式不可能的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．A中碳原子和碳原子形成的化学键都不超过4个，剩余价键与氢结合，满足碳四价的原则，A正确； B．B中碳原子和碳原子形成的化学键都不超过4个，剩余价键与氢结合，满足碳四价的原则，B正确； C．C中三键和双键中间的碳形成了5条共价键，违背了碳四价的原则，C错误； D．D中碳原子和碳原子形成的化学键都不超过4个，剩余价键与氢结合，满足碳四价的原则，D正确； 故选C。 ◆题型02 有机化合物中共价键的类型 知识积累 1. 几种简单有机物分子中碳原子轨道的杂化方式 （1）甲烷分子中碳原子的杂化方式 甲烷分子中，碳原子2s轨道的一个电子跃迁到2p轨道中，并与2p轨道混杂形成4个sp3杂化轨道。 为了使杂化轨道相互间的排斥最小，4个sp3杂化轨道彼此尽可能远离，分别指向正四面体的四个顶点。每个sp3杂化轨道上有一个未成对的电子，与氢原子1s轨道沿轨道对称轴方向重叠成键，形成四个等同的C—H共价键。 （2）几种简单有机分子中碳原子轨道的杂化方式 有机物分子 CH4 CH2=CH2 CH≡CH C6H6 碳原子轨道的杂化方式 sp3 sp2 sp sp2 分子空间结构 正四面体 平面 直线 平面 2．σ键与π键 （1） σ键与π键 σ键：沿轨道对称轴方向重叠形成的共价键叫σ键，形成σ键时电子云达到了最大的重叠程度，σ键比较牢固并且能围绕 对称轴自由旋转 。 π键：把p轨道沿对称轴平行的方向重叠形成的共价键叫π键，形成π键时，电子云重叠程度比σ键小，故π键的稳定性比σ键差。 （2）σ键与π键判断方法 碳原子与其他原子成键类型 判断方法 单键 一个单键就是一个σ键 双键 一个价键是σ键，另一个是π键 三键 一个价键是σ键，其余两个是π键 【典例2-1】下列关于有机化合物中化学键的说法不正确的是 A．烷烃中的化学键均为σ键 B．CH3NH2中C—H键的极性比N—H键的极性弱 C．乙烯分子中含有极性键和非极性键 D．1个丙炔分子中含有5个σ键和3个π键 【答案】D 【解析】A．烷烃中所有键均为单键，均为σ键，A正确； B．N元素非金属性强于C元素，故N与H之间共用电子对偏移程度大于C与H之间共用电子对偏移程度，故C—H键的极性比N—H键的极性弱，B正确； C．乙烯分子中碳与碳之间为非极性键，碳与氢之间为极性键，C正确； D．丙炔结构简式为：CH3-C≡CH，碳碳之间含有2个σ键，碳氢之间含有4个σ键，故共有6个σ键，碳碳三键中含有2个π键，D错误； 故答案选D。 【典例2-2】氯霉素曾用作广谱抗菌药，X(结构如图所示)是合成氯霉素的中间体之一。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．0.5molX中含有的sp3杂化碳原子数为2NA B．1molX中含有的C－C键数为9NA C．1molX中O原子上的孤电子对数为2NA D．1mol基态Br原子的价层电子数为5NA 【答案】A 【解析】A．由结构简式可知，X分子中饱和碳原子为sp3杂化，苯环上碳原子为sp2杂化，则0.5mol分子中含有的sp3杂化碳原子数为0.5mol×4×NAmol—1=2NA，故A正确； B．由结构简式可知，X分子中苯环上的碳碳键是介于单键和双键之间的独特的键，所以1molX分子中含有的C－C键数为1mol×3×NAmol—1=3NA，故B错误； C．由结构简式可知，X分子中每个氧原子有2对孤对电子，则1molX中氧原子上的孤电子对数为1mol×2×2×NAmol—1=4NA，故C错误； D．溴元素的原子序数为35，基态原子的价电子排布式为4s24p5，则1mol基态溴原子的价层电子数为1mol×7×NAmol—1=7NA，故D错误； 故选A。 【变式2-1】用代表阿伏加德罗常数的值．下列说法正确的是 A．乙烯和聚乙烯的混合物中总原子数为 B．标准状况下，乙炔中键的数目为 C．标准状况下，氯仿中含有的氯原子数目为 D．中杂化的碳原子数为 【答案】A 【解析】A．乙烯和聚乙烯最简式均为CH2，所以14g乙烯和聚乙烯的混合物中总原子数为，A正确； B．标准状况下，乙炔为1mol，键的数目为3，B错误； C．标准状况下氯仿是液体，不适用气体摩尔体积公式，C错误； D．CH3CH2OH中2个C原子均采用sp3杂化，46g CH3CH2OH为1mol，sp3杂化的C原子数为2NA，D错误； 故选A。 【变式2-2】在分子式为CnH2n的烃分子中共用电子对的数目为 A．3n B．3n+1 C．2n D．2n+1 【答案】A 【分析】分子式为CnH2n的经分子要么是单烯烃，要么是环烷烃，但无论结构如何，对共用电子对数无影响； 【解析】分子式为CnH2n的烃分子要么是单烯烃，要么是环烷烃，但无论结构如何，在C原子和H原子间均存在2n对共用电子对，在碳原子间均存在n对共用电子对，故共存在3n对共用电子对； 故选A。 ◆题型03 有机物共面问题 知识积累 几种简单有机分子中碳原子轨道的杂化方式 有机物分子 CH4 CH2=CH2 CH≡CH C6H6 碳原子轨道的杂化方式 sp3 sp2 sp sp2 分子空间结构 正四面体 平面 直线 平面 【典例3-1】下列说法正确的是 A．CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 B．a()和c()分子中所有碳原子均处于同一平面上 C．中所有碳原子可能都处于同一平面 D．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面 【答案】D 【解析】A．根据乙烯的空间结构可知，CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面，但不在同一直线上，A项错误； B．a中有连接3个碳原子的饱和碳原子，c中有连接3个碳原子和连接4个碳原子的饱和碳原子，故a和c中所有碳原子不可能共平面，B项错误； C．中与苯环直接相连的碳原子为连有4个碳原子的饱和碳原子，所有碳原子不可能处于同一平面，C项错误； D．d、p分子中都存在饱和碳原子，d、p中不可能所有原子处于同一平面，只有b的所有原子处于同一平面，D项正确； 答案选D。 【变式3-1】某烃的结构简式为：，分子中含有四面体结构的碳原子（饱和碳原子）数为a，一定在同一直线上的碳原子数为b，一定在同一平面内的碳原子数为c，a、b、c分别为 A．4，3，5 B．4，3，6 C．2，5，4 D．4，6，4 【答案】B 【解析】 该烃的结构展开为： ，所以，甲基碳和乙基碳原子是含有四面体结构的碳原子（即饱和碳原子），共4个，故a=4，在同一直线上的碳原子数即为符合乙炔的结构的碳原子，最多为3个，即b=3；乙烯是平面结构，乙炔是直线型结构，线可以在面上，所以一定在同一平面内的碳原子数为6个，即c=6。 故选B。 【变式3-2】描述分子结构的下列叙述中，正确的是 A．所有原子有可能都在同一平面上 B．6个碳的子不一定都在同一平面上 C．6个碳原子有可能都在一条直线上 D．6个碳原子不可能都在一条直线上 【答案】D 【分析】碳原子周围四个单键是四面体结构，碳碳双键周围连接的6个原子在同一平面上，碳碳叁键连接的四个原子在一条直线上，该物质的碳架结构如图：  。 【解析】A．-CH3和-CF3都是四面体结构，不可能在同一平面上，故A错误； B．通过以上分析6个碳原子的碳架结构得知，6个碳原子一定在同一平面内，故B错误； C．由于碳碳双键与碳碳单键之间的夹角为120。，因此6个碳原子不可能在一条直线上，故C错误； D．6个碳原子不可能都在一条直线上，故D正确； 答案选D。 【变式3-3】某烃的结构简式如图所示，若分子中最多共线碳原子数为a，可能共面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是 A．3、14、6 B．3、16、6 C．3、16、5 D．4、16、5 【答案】A 【解析】已知乙炔基中碳原子为sp杂化，为直线形结构，则与乙炔基相连的C原子共线，则共有3个；苯环上的碳原子和碳碳双键两端的碳原子均为sp2杂化，碳原子形成的三条键为平面三角形，则可能共面的碳原子最多为14；饱和的碳原子为sp3杂化，此有机物中乙基、甲基及甲基所在的C原子中共计6个碳原子为四面体结构，故本题选A。 ◆题型04 同分异构现象与同分异构类型判断 知识积累 1．同分异构现象和同分异构体 （1）同分异构现象是指分子式相同而结构不同的现象。分子式相同而结构不同的化合物分子互为 同分异构体 . （2）产生同分异构现象的本质原因是有机化合物分子内部原子的 结合顺序 、 成键方式 等不同。 （3）同分异构体的性质存在差异，本质原因是它们具有不同的结构。 2．构造异构 （1）构造异构的概念 分子式相同而分子中原子或基团连接方式不同的异构现象称为 构造异构 。构造异构分为 碳链异构 、 位置异构 和 官能团异构 。 （2）构造异构的类型 类型 概念 示例 碳链异构 碳骨架不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3与 位置异构 官能团在碳链中的位置不同而引起的异构 CH2==CH—CH2—CH3与CH3—CH==CH—CH3 官能团异构 分子中所含官能团不同而产生的异构 CH3CH2OH与CH3—O—CH3 【典例4-1】下列化学式中只能表示一种物质的是 A．C B．C2H5Cl C．C3H6 D．C4H8Br2 【答案】B 【解析】A．C能表示金刚石、石墨等，A不符合题意； B．C2H5Cl只能表示结构简式为CH3CH2Cl的氯乙烷，B符合题意； C．C3H6能表示环丙烷和丙烯，C不符合题意； D．C4H8Br2可以表示1,1-二溴丁烷、1,2-二溴丁烷、1,3-二溴丁烷、1,4-二溴丁烷、2,2-二溴丁烷、2,3-二溴丁烷、2-甲基-1,1-二溴丙烷、2-甲基-1,2-二溴丙烷多种同分异构体，D不符合题意； 故选B。 【典例4-2】下列各组同分异构体属于位置异构的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】B 【解析】A．两种物质是由于碳链结构不同引起的异构体，属于碳架异构，A不符合题意； B．前一种物质Cl、Br原子连接在同一个C原子上，后一种物质的Cl、Br原子连接在两个不同的C原子上，属于位置异构，B符合题意； C．前者分子中含有醛基、羟基；后者分子中含有酯基，它们的分子式相同，但是官能团种类不同，分子结构不同，属于官能团异构，C不符合题意； D．两种物质在碳碳双键的两个不饱和的C原子连接的不同原子，由于相同原子在碳碳双键两侧位置不同引起的异构体，属于顺反异构，D不符合题意； 故合理选项是B。 【变式4-1】下列与有机物互为同分异构体的是 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】图示分子的分子式为C7H8O，根据分子式和结构进行判断即可 【解析】A．该有机物分子式为C8H10O，和图示物质分子式不同，A不合题意； B．该有机物分子式为C7H8O，和图示物质分子式不同，B不合题意； C．该有机物分子式为C7H8O2，和图示物质分子式不同，C不合题意； D．该有机物分子式为C7H10O，分子式和图示物质相同，结构不同，故二者为同分异构体，D符合题意； 故选D。 【变式4-2】下列说法正确的是 A．与互为同分异构体 B．与为同一种物质 C．甲烷能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．光照下，甲烷与氯气发生加成反应 【答案】B 【解析】 A．与均为2-甲基丁烷，为同种物质，故A错误； B．甲烷为正四面体结构，因此与为同一种物质，故B正确； C．甲烷性质稳定，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故C错误； D．在光照条件下，甲烷与氯气发生取代反应，故D错误； 故答案选B。 【变式4-3】下列有机物中，互为同分异构体的是 A．CH3CH2Cl和CH2ClCH3 B．和CH3CH= CH CH3 C．和 D．异戊烷和2-甲基戊烷 【答案】B 【解析】A．两种物质为同一种结构，A错误； B．两种分子均含有1个不饱和度，及4个碳原子，故属于同分异构体，B正确； C．分子中具有4个不饱和度，有1个不饱和度，故分子式不同，不属于同分异构体，C错误； D．异戊烷结构，2-甲基戊烷，分子式不同，D错误； 故答案为：B。 ◆题型05 同分异构体的书写与数目判断 知识积累 构造异构体的书写方法 （1）烷烃的同分异构体的书写方法： 烷烃的同分异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。由于烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写。 ①先写直链异构体的结构简式； ②在直链减少1个碳作甲基取代基，其余为主链，甲基连在主链上，端点碳除外； ③再减少2个碳为2个甲基或1个乙基取代基，连在剩余碳形成的主链上，乙基至少连在离端点碳相隔1个碳的碳原子上； ④依次减少直链异构体上的碳原子作取代基（主链始终为最长碳链）。 戊烷（C5H12）的三种同分异构体的结构简式为： （2）烯烃的同分异构体的书写方法： ①先确定主链碳原子个数； ②确定官能团（C=C）在主链上的位置实现位置异构； ③分别接入支链实现碳链异构。 分子式为C4H8的烯烃的同分异构体的结构简式为： （3）含有不同官能团的同分异构体的书写： 乙醇和二甲醚的分子式都为C2H6O，乙醇分子中的官能团为羟基（—OH），二甲醚分子中的官能团为醚键（）。 乙醇：、二甲醚： 【典例5-1】某烯烃与氢气加成后得到的饱和烃如图所示，该烯烃可能的结构有 A．6种 B．7种 C．8种 D．9种 【答案】B 【解析】 可在该烷烃如图结构如图箭头位置消去氢原子插入碳碳双键形成烯烃，故烯烃的可能结构有7种，故答案选B。 【变式5-1】有机物的一氯代物的种类是 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【答案】A 【解析】同一个碳上连有的三个甲基上的氢原子为等效氢，左右两边的碳原子处于对称位：，所以含有1种等效氢，该物质的一氯代物只有1种，故选A。 【变式5-2】分子式为的同分异构体中含醛基的有机物共有(不含立体异构)几种 A．8种 B．10种 C．12种 D．14种 【答案】C 【解析】分子式为的同分异构体中含醛基，故可看成-CHO取代C4H9Cl上的一个氢原子，分子式为 C4H9Cl的同分异构体主链有4个碳原子的： CH3CH2CH2CH2Cl，-CHO取代有4种；CH3CH2CHClCH3，-CHO取代有4种；主链有3个碳原子的：CH3CH(CH3)CH2Cl，-CHO取代有3种；CH3CCl(CH3 )2，-CHO取代有1种，则共有12种，故选C。 【变式5-3】分子式为C4H8且属于烯烃的结构有 种（不考虑立体异构）。 【答案】3 【解析】 分子式为C4H8且属于烯烃的有机物的同分异构体有：，共3种。 ◆题型06 同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的判断 【典例6-1】在中学化学中将同位素、同素异形体、同系物和同分异构体称为“四同”，下列有关说法一定正确的是 A．和互为同位素 B．和互为同系物 C．和互为同素异形体 D．和互为同分异构体 【答案】C 【解析】A．质子数相同中子数不同的一类原子互为同位素，和不属于原子，故A错误； B．结构相似，在分子组成上相差1个或若干个“CH2”，互为同系物，和结构可能不同，一个可以是烯烃，一个可以是环状烷烃，故B错误； C．氧气和臭氧都是由氧元素形成的单质，但分子式不同，互为同素异形体，故C正确； D．和是同一种物质，故D错误； 答案选C。 【变式6-1】 下列各组物质互为同分异构体的是 A．金刚石和石墨 B．和 C．和 D．和 【答案】D 【解析】A．金刚石和石墨是组成元素相同、结构不同、性质不同的两种单质，互为同素异形体，A不符合； B．和是质子数相同、中子数不同的2种核素，互为同位素，B不符合； C．和结构相似、通式相同、相差2个CH2原子团，互为同系物，C不符合； D．和分子式相同，但结构不同，二者互为同分异构体，D符合； 选D。 【变式6-2】 下列说法正确的是 A．14C与14N互为同位素 B．16O2与18O2互为同素异形体 C．CH4与C5H12一定互为同系物 D．  和  互为同分异构体 【答案】C 【解析】A．质子数相同，中子数不同的核素互为同位素，的质子数为6、的质子数为7，两者质子数不同，不是同位素，A错误； B．由同种元素组成的不同的单质互为同素异形体16O2与18O2为同一种物质，B错误； C．结构相似，分子组成相差n个CH2原子团，互为同系物，CH4与C5H12一定互为同系物，C正确； D．甲烷是四面体结构，二氯取代物  和  是同种物质，D错误； 故选C。 【变式6-3】 在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的空格内： ① NO2和N2O4 ② 12C和14C        ③和 ④ CH3CH2CH2CH2CH3和CH3C(CH3)2CH3 ⑤ 甲烷和丙烷 ⑥ 和                ⑦ 石墨和金刚石 （1）互为同位素的是 。 （2）互为同分异构体的是 。 （3）互为同系物的是 。 （4）互为同素异形体的是 。 （5）④中沸点较低的物质的系统命名为： 。 【答案】（1）② （2）④ （3）⑤ （4）⑦ （5）2,2—二甲基丙烷 【分析】①NO2和N2O4是最简式相同； ②12C和14C质子数都为6，中子数分别为6、8，互为同位素； ③和是质子数不同，质量数相同，是不同元素的不同原子； ④CH3CH2CH2CH2CH3和CH3C(CH3)2CH3，分子式都为C5H12，结构不同，互为同分异构体； ⑤甲烷和丙烷均为烷烃，结构相似，且在分子组成上相差2个CH2，互为同系物； ⑥ 和 结构相同，属于同种物质； ⑦石墨和金刚石都是由碳元素组成的单质，属于同素异形体； ◆题型07 顺反异构判定 【典例7-1】下图中两分子所表示的物质间的关系是 A．互为同分异构体 B．是同一种物质 C．互为手性异构体 D．互为同系物 【答案】B 【分析】根据这两种物质的分子式都为C5H8，两种结构能重合；根据手性碳原子指连有四个不同基团的碳原子，手性碳原子判断注意：①手性碳原子一定是饱和碳原子；②手性碳原子所连接的四个基团要是不同的，然后根据手性分子是含有手性碳原子的分子。 【解析】题图中的分子不含手性碳原子，所以两分子不是手性分子；两分子的分子式相同，结构相同，故两分子表示的物质是同一种物质，故选B。 【典例7-2】下列化合物中存在顺反异构体的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．该有机物分子中每个双键碳原子连了不同的原子或原子团，存在顺反异构体，A正确； B．该有机物分子中双键碳原子连了两个相同的氢原子，不存在顺反异构体，B错误； C．该有机物分子中每个双键碳原子连了两个相同的氢原子，不存在顺反异构体，C错误; D．该有机物分子中双键碳原子连了两个相同的氢原子，不存在顺反异构体，D错误。 答案为：A。 【变式7-1】 下列有关化学用语或图示表达正确的是 A．CO2的电子式： B．NH3的球棍模型： C．一元酸次磷酸()的结构简式为： D．聚1，3-丁二烯的顺式结构： 【答案】D 【解析】 A．二氧化碳的电子式为，A错误； B．该模型为空间填充模型，B错误； C．次磷酸为一元酸，只含有一个羟基，，C错误； D．聚1，3-丁二烯的顺式结构：，D正确； 故答案为：D。 【变式7-2】 “张-烯炔环异构化反应”可合成五元环状化合物(如图所示)，在生物活性分子和药物分子的合成中有重要应用。下列说法正确的是 A．X、Y分子中官能团的种类和数目均相同 B．X、Y中均不存在手性碳原子 C．X不存在顺反异构体 D．每个Y分子中有5个碳氧键 【答案】D 【解析】A．X中含有碳碳双键、醚键、碳碳三键、酯基四种官能团，Y中含有碳碳双键、醚键、酯基三种官能团，A错误； B．Y中存在手性碳原子，如图：，B错误； C．X中含碳碳双键，且碳碳双键的每个碳原子上均连有2个不同的原子或原子团，故X存在顺反异构体，C错误； D．单键均为键，1个双键中含有1个键和1个键，则Y分子中有5个碳氧键，D正确； 故选D。 【变式7-3】 下列有机物存在顺反异构现象的是 A．CH2=CH2 B．ClCH=C(CH3)2 C．(CH3)2CHCH2CH3 D．CH3CH=CHCH2CH3 【答案】D 【解析】A．CH2=CH2分子中碳碳双键的碳原子上连有相同的氢原子，因此不存在顺反异构现象，A错误； B．ClCH=C(CH3)2分子中一个碳碳双键的碳原子上连有两个相同的甲基，因此不存在顺反异构，B错误； C．(CH3)2CHCH2CH3分子中不含有碳碳双键，因此不存在顺反异构，C错误； D．CH3CH=CHCH2CH3分子中碳碳双键的两个碳原子上连接不同的原子或原子团，因此存在顺反异构，D正确； 答案选D。 ◆题型08 根据结构计算不饱和度 【典例8-1】近年来，我国化学家发现了一些新型的有机试剂，如氟化试剂CpFluors系列。下图是CpFluors-2的结构，有关说法正确的是 A．含有2个饱和碳原子 B．存在对映异构 C．与H2按1：11加成后，该分子不饱和度为4 D．能发生水解反应 【答案】D 【解析】A．与氟原子相连的碳原子以及2个甲基都是饱和碳原子，饱和碳原子总共有3个，A错误； B．从该有机物的分子结构可知，其分子中不存在手性碳，因此不存在对映异构体，B错误； C．该分子的不饱和度为16，与H2按1：11加成后，该分子不饱和度为5，C错误； D．由该有机物的分子结构可知，其结构中的碳氟键在碱性条件下能发生水解，D正确； 故选D。 【变式8-1】 我国化学家在基于苯炔的不对称催化研究方面取得了突破，反应示意图如下。下列说法错误的是 A．该反应为加成反应 B．化合物乙的不饱和度为7 C．化合物甲核磁共振氢谱有7组峰 D．化合物甲中没有手性碳原子 【答案】D 【解析】A．由反应示意图可知，苯炔中碳碳叁键的不饱和度变小，为加成反应，A正确； B．化合物乙中含1个苯环、1个碳环、1个羰基、1个酯基，则不饱和度为4+1+1+1=7，B正确； C．化合物甲中有7种不同环境的氢，核磁共振氢谱有7组峰，C正确； D．化合物甲中存在1个手性碳原子(如图*所示)，D错误； 答案选D。 【变式8-2】 有机化合物E( )是制备新型缓解过敏药物的原料。下列说法正确的是 A．E的分子式为C13H11N2OCl，每个分子中含有两个苯环 B．E分子的官能团中含有酰胺基，分子的不饱和度为9 C．每个E分子含有1个手性碳原子和7个双键 D．E可以发生水解、氧化、加成、消去等反应 【答案】B 【解析】A．E的分子式为C13H11N2OCl，每个分子中仅含有一个苯环，A项错误； B．每个碳碳双键不饱和度为1，每个碳氮双键不饱和度为1，每个碳氧双键不饱和度为1，环状结构不饱和度为1，苯环不饱和度为4，E分子的不饱和度共计为9，B项正确； C．E分子中无手性碳原子，苯环的碳原子之间是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键，不存在碳碳双键，故共有4个双键，C项错误； D．E分子中的氯原子与苯环直接连接，不能发生消去反应，D项错误； 答案选B。 【变式8-3】 靛蓝类色素是人类所知最古老的色素之一。已知靛蓝的结构简式如图。下列有关叙述不正确的是 A．靛蓝分子不饱和度为13 B．靛蓝能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．靛蓝分子中所有原子有可能在同一平面内 D．1 mol靛蓝与H2加成时最多可消耗9 mol H2 【答案】C 【解析】A．根据题中靛蓝的结构简式，可知靛蓝的不饱和度为13，A项正确； B．该分子中含有碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B项正确； C．该分子中N原子和与其直接相连的3个原子构成三角锥形，所有原子不可能处于同一平面，C项错误； D．一个靛蓝分子中含有两个苯环、两个羰基和一个碳碳双键，所以1 mol靛蓝与H2加成时最多可消耗9 mol H2，D项正确； 答案选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$