第1章 第1节 第2课时 有机化合物中的共价键 同分异构现象-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第2课时　有机化合物中的共价键　同分异构现象 学习目标 素养解读 1.了解有机化合物中共价键的类型，理解键的极性与有机反应的关系。 2．理解有机化合物的同分异构现象，学会同分异构体的简单书写方法，能判断有机物的同分异构体 通过分析有机化合物中共价键的类型，掌握书写有机化合物同分异构体的方法，培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养 任务一　有机化合物中的共价键 　　　　　　　　　 1．共价键的类型 (1)σ键(以甲烷分子中C—H为例) 形成 氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠 特点 通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏 (2)π键(以乙烯分子中为例) 形成 σ键 在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—H σ键与一个C—C σ键 π键 两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键 特点 π键的轨道重叠程度比σ键的小，所以不如σ键牢固，比较容易断裂而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转 (3)σ键、π键个数的计算 单键 双键 三键 都是σ键 含有一个σ键和一个π键 含有一个σ键和两个π键 (4)共价键的类型与有机反应的类型密切相关 如甲烷中含有C—Hσ键，能发生取代反应；乙烯和乙炔分子的双键和三键中含有π键，能发生加成反应。 2．共价键的极性与有机反应 (1)原理与规律 原理 不同成键原子间电负性的差异，会使共用电子对发生偏移，使共价键产生极性，在一定条件下发生断裂 反应 位置 有机化合物的_官能团及其邻近的化学键往往是发生化学反应的活性部位 (2)乙醇、H2O与Na反应 反应 原理 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 乙醇分子和水分子中的O—H键极性较强，在反应时发生断裂。同样条件下，水与钠反应较剧烈，原因是乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱 ＋2Na―→＋H2↑ (3)乙醇与氢溴酸的反应 化学反应 原理 ＋H—Br ＋H2O 羟基中氧原子的电负性较大，乙醇分子中碳氧键的极性较强，在反应中发生断裂 (4)有机反应的特点 共价键的断裂需要吸收能量，且断裂位置存在多种可能，相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 【易错辨析】 (1)乙烷、乙烯中的碳原子杂化类型分别为sp3、sp2。(√) (2)有机物分子里的共价键都是极性键。(×) (3)在有机化合物中，碳原子间只能形成单键。(×) (4)乙酸与钠反应比水与钠反应更剧烈，是因为乙酸分子中氢氧键的极性更强。(√) (5)σ键比π键牢固，所以不会断裂。(×) (6)有机物分子中均有σ键和π键。(×) 生活中有各种有机物，如有制作塑料的丙烯(CH3—CH===CH2)，也有可能引起疾病的某种有毒物质M()。 问题1：有机物M分子中碳原子的杂化方式有几种？其中σ键与π键的个数比是多少？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：碳原子的杂化方式有sp2和sp3两种；在和中共含2个π键，σ键共26个，故σ键与π键个数比为26∶2＝13∶1。 问题2: 1 mol CH3—CH===CH2分子中含有σ键、π键的物质的量分别是多少？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：8 mol σ键、1 mol π键。 问题3：从化学键的变化分析反应CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：CH2===CH2分子的π键易断裂，与Br2发生加成反应，形成两个C—Br σ键。 问题4：一定条件下，有机物M可与HBr反应生成，试分析反应的原因。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：由于羟基中氧原子的电负性较大，导致C—O的极性较强，在反应中C—O发生了断裂。 【典例分析】 【典例1】 莫西沙星可用于治疗流感嗜血杆菌、肺炎球菌等引起的社区获得性肺炎，其结构简式如下。下列说法错误的是(　　) A．莫西沙星分子式为C21H24FN3O4 B．莫西沙星分子中采用sp2杂化的C原子有10个 C．莫西沙星分子中有2个手性碳原子 D．分子中存在的化学键有极性键、非极性键、氢键 解析：选D。由结构简式可知莫西沙星分子式为C21H24FN3O4，A正确；苯环上的碳原子和有双键的碳原子均采取sp2杂化，共计10个碳原子，B正确；该分子中的手性碳在五元环和六元环的交点处，含有2个手性碳，C正确； 氢键不属于化学键，D错误。 【对点练】 1.乙酸、水和乙醇的分子结构如表所示，三者结构中的相同点是都含有羟基，下列说法错误的是(　　) 乙酸 水 乙醇 CH3—CH2—OH A．羟基的极性：乙酸>水>乙醇 B．与金属钠反应的剧烈程度：水>乙醇 C．羟基连接不同的基团可影响羟基的活性 D．羟基极性不同的原因是羟基中的共价键类型不同 解析：选D。与Na反应越剧烈，羟基氢原子的活泼性越强，对应羟基的极性越强，与Na反应的剧烈程度：乙酸＞水＞乙醇，则羟基的极性：乙酸＞水＞乙醇，A、B项正确；题给3种化合物中均含有羟基，但羟基连接的基团不同，导致羟基的活性不同，C项正确；羟基中的O—H都是σ键，D项错误。 2．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 解析：选D。烷烃中所有键均为单键，均为σ键，A正确；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；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；丙炔结构简式为CH3—C≡CH，共有6个σ键，碳碳三键中含有2个π键，D错误。 任务二　有机化合物的同分异构现象 　　　　　　　　　　　　 1．含义 化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 2．分类 (1)构造异构 异构 类别 定义 实例 碳架 异构 由碳骨架不同而产生的异构 C4H10：CH3—CH2—CH2—CH3(正丁烷)、 (异丁烷) 位置 异构 由官能团位置不同而产生的异构 C4H8：CH2===CH—CH2—CH3(1­丁烯)、 CH3—CH===CH—CH3(2­丁烯) C6H4Cl2：(邻二氯苯)、(间二氯苯)、(对二氯苯) 官能团异构 由官能团不同而产生的异构 C2H6O：CH3CH2OH(乙醇)、 CH3OCH3(二甲醚) (2)立体异构 分为_顺反异构和对映异构等。 3．键线式 在表示有机化合物的组成和结构时，将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和官能团，每个拐点或终点均表示有一个碳原子。如丙烯可表示为，乙醇可表示为。 【易错辨析】 (1)同分异构体的化学性质可能相似。(√) (2)相对分子质量相同的有机物一定是同分异构体。(×) (3)乙烷、丙烷和丁烷都没有同分异构体。(×) (4)戊烷有2种同分异构体。(×) (5)同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。(√) 问题：试讨论并写出分子式为C5H10的属于烯烃的同分异构体。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：书写方法可采用先链后位，即先写出可能的碳链方式(即碳架异构)，再加上含有的官能团位置(即碳碳双键的位置异构)。 碳架异构：(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)。 位置异构：在(Ⅰ)式中，双键可能加入的位置有C===C—C—C—C、C—C===C—C—C；在(Ⅱ)式中，双键可能加入的位置有、、；在(Ⅲ)式中，双键无法加入，因为碳只能形成四个键。 整理后得CH2===CH—CH2CH2CH3、CH3CH===CH—CH2CH3、 、、。 【要点归纳】 1．同分异构体的书写 (1)减碳法(适用于烷烃异构) 以C6H14为例： (2)取代法(适用于醇、卤代烃异构) 先碳链异构，后位置异构。如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体(数字即为—OH接入后的位置，共8种)： (3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等) 先根据给定的碳原子数写出烷烃的同分异构体的碳骨架，再将官能团插入碳链中。 如书写分子式为C4H8的烯烃的同分异构体(插入双键)，双键可分别在①②③号位置： 2．同分异构体数目的判断 (1)一取代产物数目的判断 ①等效氢法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。 ②烷基种数法：烷基有几种，其一取代产物就有几种。如—CH3、—C2H5各有1种—C3H7有2种，—C4H9有4种。 (2)二取代或多取代产物数目的判断 ①定一移一或定二移一法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。 如判断C3H6Cl2的同分异构体，先固定其中一个Cl的位置，移动另外一个Cl，从而得到其同分异构体：、、、，共4种。 ②替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将H替代为Cl)。 【典例分析】 考向1　同分异构体的理解及判断 【典例2】 同分异构体是物质多样性的重要原因之一。下列说法中正确的是(　　) A．C5H12有2种同分异构体 B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体 C．同分异构体之间的转化是化学变化 D．和互为同分异构体 解析：选C。C5H12有3种同分异构体，分别是正戊烷、异戊烷、新戊烷，A错误；相对分子质量相同、结构不同的两种化合物，分子式不一定相同，二者不一定互为同分异构体，B错误；同分异构体的分子式相同，但结构不同，它们之间的转化是化学变化，C正确；和结构相同，为同一种物质，不互为同分异构体，D错误。 【对点练】 3.下列各组物质不互为同分异构体的是(　　) 解析：选D。的分子式为C4H6O2，HCOOCH2CH2CH3的分子式为C4H8O2，分子式不相同，结构不同，不是同分异构体，D符合题意。 考向2　同分异构体的书写及数目判断 【典例3】 同分异构现象是有机化合物种类繁多、数量巨大的原因之一。下列有关同分异构体(不考虑立体异构)的判断正确的是(　　) A．分子式为C3H6的有机物有同分异构体 B．分子式为C8H10的芳香烃有3种，分别为 C．分子式为C4H8的烯烃有2种，分别为CH2===CHCH2CH3、CH3CH===CHCH3 D．二氯甲烷有2种同分异构体 解析：选A。分子式为C3H6的有机物有CH3—CH===CH2和两种结构，A正确；分子式为C8H10的芳香烃还有，B错误；分子式为C4H8的烯烃还有，C错误；甲烷是正四面体结构，二氯甲烷只有1种结构，D错误。 【对点练】 4.进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是(　　) A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3)2CHCH2CH3 C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3 解析：选D。(CH3)2CHCH2CH2CH3中有5种等效氢，所以其一氯代物有5种，能生成5种沸点不同的产物，A不选；(CH3)2CHCH2CH3中有4种等效氢，所以其一氯代物有4种，能生成4种沸点不同的产物，B不选；(CH3)2CHCH(CH3)2含有2种等效氢，所以能生成2种沸点不同的有机物，C不选；(CH3)3CCH2CH3中有3种等效氢，所以其一氯代物有3种，能生成3种沸点不同的产物，D选。 5．下列说法正确的是(　　) A．CF2Cl2有和两种结构 B．分子中所有原子均可共面 C．在碳原子数小于10的烷烃中，一氯代物不存在同分异构体的有4种 D．异戊烷有5种二氯代物 解析：选C。有机物CF2Cl2是四面体结构，不是平面构型，故和是同一种结构，A错误；中含有C原子周围连接4个单键的结构，则不可能所有原子均共面，B错误；在碳原子数小于10的烷烃中，一氯代物不存在同分异构体，说明该烷烃只有一种等效氢，符合条件的为甲烷、乙烷、2，2­二甲基丙烷、2，2，3，3­四甲基丁烷，共4种，C正确；异戊烷有10种二氯代物，D错误。 6．回答下列问题。 (1)请写出异丁烷的结构简式：________________________________________。 (2)苯丙氨酸()有多种同分异构体，其中同时符合条件：①有带两个取代基的苯环、②有一个硝基直接连接在苯环上的同分异构体有______种(不考虑立体异构)。 解析：(2)一个取代基为—NO2，则另一取代基为—C3H7，有正丙基、异丙基两种，两种取代基有邻、间、对三种位置关系，故符合条件的同分异构体有2×3＝6种。 答案：(1)CH3CH(CH3)CH3　(2)6 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列说法错误的是(　　) A．某有机物中可能同时含有碳碳直链、支链和环状结构 B．某有机物中可能只含有碳原子而不含有其他原子 C．某有机物中可能同时含有碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键 D．某烃中含有碳的环状结构，则该有机物分子中至少含有3个碳原子 解析：选B。只含有碳原子而不含有其他原子的物质为碳单质，不属于有机物，B错误。 2．下列说法错误的是(　　) A．有机化合物都含有极性键和非极性键 B．有机化合物一定含有σ键，不一定含有π键 C．1个碳原子可以与其他原子形成4个共价键 D．乙烯和乙炔都含有π键，都能发生加成反应 解析：选A。甲烷、甲醇、甲醛、甲酸均只含有极性键，不含有非极性键，A错误。 3．已知C12H12的烃分子结构表示为，它在苯环上的二溴代物有9种，则其环上的四溴代物有(　　) A．3种 B．5种 C．9种 D．11种 解析：选C。苯环上有六个氢原子可以被取代，它的四溴代物可以看作苯环上的六溴代物中2个溴原子被2个H原子取代，故四溴代物与二溴代物的同分异构体数目相同，由于二溴代物有9种同分异构体，故四溴代物的同分异构体数目也为9种，故选C。 4．依据下列有机物①～⑧回答问题。 (1)①～④中，碳原子杂化类型均为sp2杂化的是________(填序号)。 (2)⑤～⑧中互为同分异构体的是________(填序号)。 (3)与⑦含有相同官能团且含有3个甲基(—CH3)的同分异构体结构简式为______________________________。 答案：(1)③　(2)⑥⑦ (3)HCOOC(CH3)3 学科网（北京）股份有限公司 $$