第一节 有机化合物的结构特点 第2课时（导学案）-【上好课】高二化学同步精品课堂（人教版2019选择性必修3）

第一节 有机化合物的结构特点 第2课时 有机化合物中的共价键和有机化合物的同分异构现象 学习目标 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，学会同分异构体的书写方法，能判断有机物的同分异构体。 学习重难点 1. 根据化学反应判断反应类型 2. 正确书写化学反应方程式 3. 正确书写各物质的同分异构体 4. 构造异构的判断和书写 5. 顺反异构和立体异构。 课堂导学 任务一：有机化合物中的共价键 【预习问题】 1. 根据原子轨道的重叠方式共价键可以怎么分类？ σ键是沿键轴方向以 “头碰头” 形式重叠；π 键是以 “肩并肩” 形式重叠 2. 为什么π 键比σ键更容易断裂，发生化学反应呢？ π 键的轨道重叠程度比σ键的小，比较容易断裂而发生化学反应。 3. 有机反应有什么特点？ 有机反应中共价键的断裂需要吸收能量，而且有机化合物分子中共价键断裂的位置存在多种可能。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。 【知识梳理】 1.有机化合物中共价键的类型 (1)根据原子轨道的重叠方式可分为σ键和π键 σ键 π 键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向以 “头碰头” 形式重叠 以 “肩并肩” 形式重叠 可否绕键轴旋转 能化学键 不会 断裂 否 根据成键原子形成共用电子对的数目可分为单键、 双键 、 三键 ，它们与σ键和π键的关系： 有机化合物的共价键： 单键只含 σ 键 双键中含有 一个σ 键和 一个π 键 三键中含有 一个σ 键和 两个π 键 2.共价键与有机反应的关系 (1)π键与有机反应 π 键的轨道重叠程度比 σ 键的 小 ，比较容易 断裂 ，π键更 活泼 ，有机物中若含有π键，能发生 加成反应 。 (2)共价键的极性与有机反应 由于不同的成键原子间 电负性 的差异，共用电子对会发生偏移。偏移的程度 越大 ，共价键极性 越强 ，越容易 断裂 。因此有机化合物的 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。 实例分析 ①乙醇、水分别与钠反应的比较 实验操作 实验现象 金属钠 浮在水面上 ，反应 剧烈 。 金属钠 沉在水底 ，反应平稳 化学方程式 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 2CH3CH2OH+2Na―→2CH3CH2ONa+H2↑ 实验结论 CH3CH2-OH中氢氧键的极性比H-OH中氢氧键的极性 弱 ， 基团 之间的相互影响使官能团中化学键的极性发生变化，从而影响官能团和物质的性质。 ②乙醇与氢溴酸的反应 由于羟基中氧原子的电负性较大，乙醇分子中的碳氧键极性也较强，也可断裂，如乙醇与氢溴酸的反应： CH3CH2OH+HBr―→CH3CH2Br+H2O 3.有机反应的特点 共价键的断裂需要吸收能量，而且有机化合物分子中共价键断裂的位置存在多种可能。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 。 深度思考 1.某有机物分子的结构简式为，该分子中有 8 个σ键， 2 个π键， 有 (填“有”或“没有”)非极性键。根据共价键的类型和极性可推测该物质可发生 加成 反应和 取代 反应，与钠反应的剧烈程度比水与钠反应的剧烈程度 大 。原因是 CH2==CHCOOH中中的氢氧键受酮羰基影响，极性更强，更易断裂 . 2.(1)在CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl反应中，CH4断裂的化学键是 C-H ，具有 极 性，可断裂，所以能够发生 取代 反应。 (2)在CH2==CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br反应中，CH2==CH2分子中含有 5 个σ键， 1 个π键， π 键更易断裂，所以乙烯与Br2发生的是 加成 反应。 【针对练习】 1．莫西沙星(Moxifloxacin)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，是抗疫过程中常用于治疗呼吸道感染，缓解病情的理想药物之一，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．分子中内存在的化学键有极性键、非极性键、氢键 【答案】D 【详解】A．由结构简式可知莫西沙星分子式为C21H24FN3O4，故A正确； B．苯环上的碳原子和有双键的碳原子均采取sp2，共计10个碳原子，故B正确； C．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，故C正确； D．氢键不属于化学键，故D错误； 故选：D。 2．乳酸分子的结构式如图所示。关于乳酸的说法不正确的是 A．碳原子的杂化方式为、 B．该分子中含有1个手性碳原子 C．含有2种官能团 D．键与键数目之比为 【答案】D 【详解】A．乳酸中—COOH中碳原子采取sp2杂化，其余2个碳原子采取sp3杂化，A项正确； B．乳酸中与醇羟基直接相连的碳原子为手性碳原子，只有1个手性碳原子，B项正确； C．乳酸中含有羧基和(醇)羟基两种官能团，C项正确； D．1个乳酸分子中含4个C—H键、2个C—C键、2个C—O键、2个O—H键、1个C=O键，单键全为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，则σ键与π键数目之比为11∶1，D项错误； 答案选D。 3．用表示阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．78g苯中含有C-C键数目为3 B．现有乙烯、丙烯的混合气体共28g，其所含碳原子数为2 C．常温常压下，4.6g乙醇中含有共价键的个数为0.7 D．标准状况下，11.2L正庚烷完全燃烧后生成的分子数为3.5 【答案】B 【详解】A．苯的分子结构中不含有C-C化学键，A错误； B．乙烯和丙烯的最简式都是CH2，因此28g混合物中所含碳原子2mol，其所含碳原子数为2NA，B正确； C．常温常压下，4.6 g乙醇物质的量为0.1mol，乙醇中有8个共价键，则含有的共价键个数为0.8NA，C错误； D．标准状况下，11.2 L正庚烷为液体不能计算物质的量，D错误； 故选B。 4．(1)C 元素是形成有机物的主要元素，下列分子中含有 sp 和 sp3 杂化方式的是 (填字母)。 a． b．CH4 c．CH2=CHCH3 d.CH3CH2C≡CH (2)丁二酮肟常用于检验 Ni2＋：在稀氨水介质中，丁二酮肟与 Ni2＋反应可生成鲜红色沉淀，其结构如图所示。 该结构中，碳碳之间的共价键类型是 σ 键，碳氮之间的共价键类型是   ，氮镍之间形成的化学键是 。碳原子的杂化轨道类型有 。 【答案】 d σ键、π键 配位键 sp2、sp3 【详解】(1)a．，苯环中C原子为sp2杂化，甲基中C原子为sp3 杂化，故a不选； b．CH4中C原子是sp3 杂化，故b不选； c．CH2=CHCH3中双键两端的C原子为sp2杂化，甲基中C原子为sp3 杂化，故c不选； d．CH3CH2C≡CH中碳碳三键两端的C原子为sp杂化，另外两个C原子为sp3 杂化，故d选，故答案为：d； (2)单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，所以碳氮之间的共价键是1个σ键和1个π键；氮原子提供孤电子对，Ni原子提供空轨道，形成配位键；—CH3中的C原子形成4个σ键，C原子采取sp3杂化，含双键的C原子形成3个σ键，C原子采取sp2杂化；故答案为：σ键、π键；配位键；sp2、sp3。 任务二：有机化合物的同分异构现象 【预习问题】 1. 互为同分异构体的有机化合物的性质有何异同点？ 互为同分异构体的有机化合物的物理性质一般有所差别，化学性质可能相似。如正丙烷和异丙烷（属于同一类物质）；也可能不同，如乙酸与甲酸甲酯（官能团不同）。 2. 互为同分异构体的物质之间的转化属于物理变化还是化学变化？ 互为同分异构体的有机化合物分子式相同，结构不同，则二者属于不同的物质。因此，同分异构体之间的转化属于化学变化。 【知识梳理】 1.同分异构现象和同分异构体 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 ，如C5H12的三种同分异构体： CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 、 、 2.同分异构体的类型 对映 顺反 立体 官能团 位置 碳架 构造 3.构造异构现象 异构类别 实例 碳架异构 C4H10：CH3—CH2—CH2—CH3 正丁烷 异丁烷 位置异构 C4H8： 1-丁烯 2-丁烯 C6H4Cl2： 邻二氯苯 间二氯苯 对二氯苯 官能团异构 C2H6O： 乙醇 二甲醚 4.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 ，这样得到的式子称为键线式。例如：丙烯可表示为 ，乙醇可表示为。 知识拓展 对映异构 氯溴碘代甲烷，有两种异构体，互为镜像却不能重合，这种现象称为对映异构。一般来说，若碳原子连接四个不同的原子或原子团则称为手性碳原子，含有手性碳原子的化合物存在对映异构。 【针对练习】 1．下列关于有机物之间的关系的说法中，正确的是 A．CH3CH2CH3和 两者结构不同，不是同系物 B．通式相同，组成上相差若干个CH2原子团一定是同系物 C．同分异构体的分子量一定相同；分子量相同的纯净物不一定是同分异构体 D．和互为同分异构体 【答案】C 【详解】 A．CH3CH2CH3和 ，虽前者无支链而后者有支链，结构不尽相同，但两者碳原子均以单键结合成链状，结构相似，属于同系物，A错误； B．通式相同不一定是同系物，必须是同一类物质。例如：CH2=CH2与 虽都符合CnH2n通式，但它们分别属于烯烃和环烷烃结构不相似，不是同系物，B错误；C．因为分子量相同的纯净物，分子式不一定相同，例如：分子量为28，可以是乙烯(CH2=CH2)也可以是一氧化碳或氮气，C正确； D．甲烷是正四面体结构，四个顶点都相邻，两个顶点的位置关系只有一种，CH2Cl2不存在同分异构现象，D错误； 故选C。 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．有2种同分异构体 B．的一溴代物有4种 C．含苯环的同分异构体有4种 D．和互为同分异构体 【答案】C 【详解】A．C5H12有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种结构，A错误； B．环上有4种不同化学环境的氢原子，加上甲基上的氢，一共有5种不同化学环境的氢原子，一溴代物有5种，B错误； C．C8H10除去苯环，剩余结构分子式为-C2H5，如果是两个甲基，则有邻、间、对三种位置关系，如果是乙基，则有一种结构，因此共有4种同分异构体，C正确； D．和为同一种物质，不是同分异构体，D错误； 故答案选C。 3．下列选项属于官能团种类异构的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】D 【详解】A．两种有机物属于碳链异构，A错误； B．两种有机物分子式不同，不是同分异构体，B错误； C．两种有机物分子式不同，不是同分异构体，C错误； D．两种有机物分子式相同，结构不同，属于同分异构体，且官能团不同，属于官能团种类异构，D正确； 故选D。 4．有机物的同分异构现象广泛存在。按要求回答下列问题。 (1)正丁烷的一氯代物有两种，其中一种的名称为1-氯丁烷，另一种的结构简式为 。 (2)分子式为C5H10的烯烃结构有 种；相对分子质量为68的炔烃的结构有 种。分子式为C9H12的苯的同系物的结构有 种。 (3)联苯的一溴代物有 种，二溴代物有 种。 (4)分子式为C10H14的苯的同系物。 ①若与酸性KMnO4氧化时生成对苯二甲酸，则其可能的结构有 种。 ②若有三种化学环境不同的氢原子，其结构简式为 。 ③若有两种化学环境不同的氢原子，其名称为 。 【答案】(1) (2) 5 3 8 (3) 3 12 (4) 3 1，2，4，5-四甲基苯 【详解】（1） 正丁烷的一氯代物有两种，其中一种的名称为1-氯丁烷，另一种是2-氯丁烷，结构简式为； （2）分子式为C5H10的烯烃（不考虑顺反异构）可能为1—戊烯、2—戊烯、2—甲基—1—丁烯、2—甲基—2—丁烯、3—甲基—1—丁烯，共5种；相对分子质量为68的炔烃,即C5H8，结构有CH≡CCH2CH2CH3、CH3C≡CCH2CH3、CH≡CCH(CH3)2三种；分子式为C9H12苯的同系物的同分异构体，有1个取代基为−CH2CH2CH3或−CH(CH3)2，2种；有2个取代基为−CH2CH3、−CH3，有邻、间、对3种；有3个−CH3，有连、偏、均3种，符合条件共有8种； （3） 该分子沿虚线对称，等效氢有3种，所以一溴代物有3种；联苯（ ）二氯代物，若取代同一苯环的氢原子，可以发生在如图 所示的取代位置，1、2（与4、5相同）号位置，1、3（与3、5相同）号位置，1、4（与2、5相同）号位置，1、5号位置，2、3（与3、4相同）号位置，2、4号位置，有6种；若取代不同苯环上的氢原子，有如图所示的6种 、 、 、 、 、 ，故其二氯代物有12种； （4） 分子式为C10H14的苯的同系物，①若与酸性KMnO4氧化时生成对苯二甲酸，则其可能的结构有3种，即苯环对位分别是甲基与正丙基、甲基与异丙基、乙基与乙基；②若有三种化学环境不同的氢原子，其结构简式为；③若有两种化学环境不同的氢原子，则为，其名称为1，2，4，5-四甲基苯。 目标检测 1．下列说法正确的是 A．二环[1.1.0]丁烷()的二溴代物有5种(不考虑立体异构) B．的一溴代物有3种 C．已知丙烷的二氯代物有4种，则其六氯代物有6种 D．和具有相同的官能团，互为同系物 【答案】B 【详解】 A．二环[1.1.0]丁烷()的二溴代物中，2个连在同一碳原子上有1种，2个连在不同碳原子上有3种，所以共有4种二溴代物(不考虑立体异构)，A不正确； B．的一溴代物中，溴原子可取代①②③位置上的氢原子，则共有3种一溴代物，B正确； C．丙烷分子中含有8个氢原子，则其二氯代物与六氯代物的数目相等，均为4，C不正确； D．和官能团种类相同，但数目不同，二者不满足结构相似的条件，不互为同系物，D不正确； 故选B。 2．结构简式为的有机化合物，下列有关它的分析中错误的是 A．核磁共振氢谱峰有7个 B．碳原子的轨道杂化类型为和 C．苯环上的一氯代物有2种 D．所有原子不在同一个平面 【答案】C 【详解】A．苯环上两个取代基不同、且不在对称位置，则共有7种不同化学环境的H，核磁共振氢谱峰有7个，故A正确； B．苯环上的碳原子及羧基中的碳原子的轨道杂化类型为，剩下的碳原子为杂化，故B正确； C．苯环上的4个氢原子化学环境都不同，则苯环上的一氯代物有4种，故C错误； D．结构中存在饱和碳原子，则所有原子不在同一个平面，故D正确； 故选C。 3．分子式为且含三元环的有机物共有种 A．7 B．8 C．9 D．10 【答案】C 【详解】 C5H9Cl不饱和度为1，除三元环外没有其它不饱和结构，可能的结构有、、、、、、、、，共9种，故选C。 4．1828年，德国化学家维勒在制备无机盐氰酸铵时得到了一种结晶物——尿素。下列说法错误的是 A．与互为同分异构体 B．中所含的共价键类型为键和键 C．中键和键的个数之比为 D．和中的所有氮原子均为杂化 【答案】D 【详解】A．与二者分子式都是CON2H4，二者的分子式相同，但分子结构不同，因此二者互为同分异构体，故A正确； B．中所含的共价键类型为N-H、C-N、N-O键和C=N=O键，故B正确； C．中4个N-H、2个C-N、1个C-O键和1个C=O键的个数之比为，故C正确； D．和中的氮原子均有杂化，中的N还有sp杂化，故D错误； 故选D。 5．烷烃CH3-CH2-CH3二氯代物的种类是 A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】C 【详解】烷烃CH3-CH2-CH3二氯代物有CH3-CH2-CHCl2、CH3-CHCl-CH2Cl、CH2Cl-CH2-CH2Cl、CH3-CCl2-CH3，共4种，选C。 6．用有机物甲可制备环己二烯()，其反应路线如图所示： 甲乙丙 下列有关判断不正确的是 A．甲的分子式为C6Hl2 B．反应②中所用的试剂为NaOH水溶液 C．环已二烯与溴水加成，可能得到的产物有3种 D．丙的同分异构体中含有六元碳环结构的还有3种 【答案】B 【分析】 由流程图可知，甲与Cl2在光照条件下发生取代反应生成，则甲为； 与氢氧化钠的醇溶液共热发生消去反应生成乙，则乙为；乙与Br2的CCl4溶液发生加成反应生成丙，则丙为；丙发生消去反应生成。 【详解】 A．甲为，其分子式为C6H12，A正确； B．反应②消去生成中所用的试剂为NaOH醇溶液，B错误； C．环已二烯与溴水加成，可能得到的产物有3种，，C正确； D．丙的同分异构体中含有六元碳环结构的还有3种，在同一个碳上一种，在两个C上有邻间对，4种，D正确； 故选B。 7．甘油酸是一种食品添加剂，可由甘油氧化制得。下列说法不正确的是 A．从官能团的角度分类，甘油属于多元醇 B．甘油酸中的σ键和π键的个数比为6:1 C．甘油可以和水形成氢键，因此易溶于水 D．甘油酸存在对映异构体 【答案】B 【详解】A．从官能团的角度分类，含有三个羟基，甘油属于多元醇，故A正确； B．甘油酸中的σ键(3σC-H、4σC-O、3σO-H、2σC-C)和π键的个数比为12:1，故B错误； C．羟基为亲水基团，甘油可以和水分子间形成氢键，因此易溶于水，故C正确； D．甘油酸的2号C为手性碳，存在对映异构体，故D正确； 故选B。 8．回答下列问题： (1)观察下列有机物，并按碳骨架把它们分类，完成填空： ①  ②   ③   ④   ⑤  ⑥   ⑦   ⑧   ⑨   ⑩ 属于链状化合物的是 （填序号，下同），属于脂环化合物的是 ，属于芳香族化合物的是 。 (2)下列3种有机化合物 A．    B．    C． 写出化合物A、B、C中的官能团的名称： 、 、 。 (3)分子式为的同分异构体中属于醇类的有 种；有机物中碳原子的杂化方式为 ，写出与互为同分异构体且属于链状炔烃的化合物的结构简式： （写一种）。 【答案】(1) ①②③④⑤⑦ ⑧ ⑥⑨⑩ (2) 碳碳双键 羟基 酯基 (3) 8 【详解】（1）链状化合物就是没有环状结构，因此属于链状化合物的是①②③④⑤⑦，脂环化合物是指有环状，但不是苯环，属于脂环化合物的是⑧，芳香族化合物是指含苯环的化合物，属于芳香族化合物的是⑥⑨⑩；故答案为：①②③④⑤⑦；⑧；⑥⑨⑩。 （2）化合物A、B、C中的官能团的名称：碳碳双键、羟基、酯基；故答案为：碳碳双键；羟基；酯基。 （3） 分子式为C5H12O的同分异构体中属于醇类，说明含有羟基即C5H11OH，相当于戊烷中一个氢原子被羟基取代，戊烷有三种结构，正戊烷有三种位置的氢，异戊烷有四种位置的氢，新戊烷有一种位置的氢，因此分子式为C5H12O的同分异构体中属于醇类的有8种；有机物中饱和碳原子价层电子对数为4，C采取sp3杂化，碳碳双键上碳原子价层电子对数为3，杂化方式为sp2；与(分子式为C5H8)互为同分异构体且属于链状炔烃的化合物的结构简式：；故答案为：8； (写其中一种即可)。 9．部分有机物的结构如下： ①  ② ③  ④  ⑤  ⑥ ⑦  ⑧  ⑨ 请按要求完成下列填空： (1)上述有机物中，互为同分异构体的是 (填数字编号，下同)；互为同系物的是 。 (2)③与NaOH水溶液反应的化学方程式为 。 (3)④发生硝化反应生成TNT的化学方程式为 。 (4)①和⑦发生反应的条件为 ，其反应类型为 。 (5)⑥的二氯代物有 种。 【答案】(1) ⑤⑧ ②④ (2) (3) (4) 浓硫酸、加热 取代反应或酯化反应 (5)6 【详解】（1） 上述有机物中，互为同分异构体的是和，即⑤⑧；互为同系物的是和，即②④； （2）CH3CH2Br与NaOH水溶液在加热条件下发生取代反应，生成CH3CH2OH和NaBr，化学方程式为。 （3） 甲苯与浓硝酸在浓硫酸、加热条件下发生硝化反应，生成2,4,6-三硝基甲苯（TNT），化学方程式为。 （4）CH3CH2OH和CH3CH2COOH在浓硫酸、加热的条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，其反应类型为取代反应。 （5） 溴苯的二氯代物包括、、、、、，共6种。 10．请按照要求回答下列问题。 (1)已知某有机化合物的结构简式和立体模型如下： 与立体模型相比，结构简式中的Et表示 (填名称)，该有机物的分子式为 。 (2)判断分子中可能共面的原子最多有 个。 (3)写出与互为同分异构体，且一氯代物只有两种的芳香烃的结构简式： 。 (4)能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色，二者褪色的反应原理 (填“相同”或“不相同”)，烯烃X是的一种同分异构体，则烯烃X的结构简式为 (任写一种即可)。 【答案】(1) 乙基 (2)16 (3) (4) 不相同 或或或 【详解】（1）通过对比结构简式和球棍模型，可知Et为乙基；该有机物的分子式为； （2）苯环和碳碳双键均为平面结构，两者通过单键相连，故所有原子可能共平面，共16个原子； （3） 的不饱和度为4，故其同分异构体除苯环外不含其他不饱和键，满足一氯代物只有两种的芳香烃的同分异构体的结构简式为：； （4） 与溴水发生加成反应而使溴水褪色，中碳碳双键被酸性高锰酸钾氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，前者为加成反应，后者为氧化反应，二者褪色的反应原理不相同；烯烃X是的一种同分异构体，由于的不饱和度为2，除了碳碳双键以外还应该由一个环，则烯烃X的结构简式为或或或。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$