11.2 第50讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体（教师用书word）-【金版新学案】2026年高考化学高三总复习大一轮复习（广东专版）

该高中化学高考复习讲义聚焦有机化合物空间结构、同系物与同分异构体核心考点，按“成键特点-空间结构-同分异构”逻辑梳理知识，通过考点精讲、方法归纳、真题演练环节，帮助学生构建系统认知，突破原子共面判断、异构体书写等难点。 讲义以科学思维与科学探究为导向，设计“模型建构+分层训练”活动，如用杂化方式分析碳酸亚乙烯酯共面原子，通过“减碳法+组合法”掌握异构体书写，结合高考真题强化应用，助力教师精准把控复习节奏，提升学生解题效率与应考能力。

第50讲　有机化合物的空间结构　同系物　同分异构体 【复习目标】　1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。2.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。 考点一　有机化合物的空间结构 1.有机物的成键特点 (1)有机物分子中碳原子的成键方式 碳原子结构 最外层有4个电子，可形成4个共价键 成键原子 碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键 成键形式 (1)单键：都是σ键； (2)双键：一个σ键，一个π键； (3)三键：一个σ键，两个π键 连接方式 碳链或碳环 (2)有机物的成键方式和空间结构 与碳原子相连的原子数 结构示意 碳原子的杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构 4 sp3 σ键 四面体形 3 sp2 σ键、π键 平面三角形 2 —C≡ sp σ键、π键 直线形 2.极性键和非极性键 (1)概念 成键元素 共用电子对偏向 表示形式 极性键 不同元素的两个原子间 吸引电子能力较强的一方 A—B、AB、 A≡B 非极性键 相同元素的两个原子间 不偏向于任何一方 A—A、BB、 C≡C (2)共价键极性强弱比较 ①可以根据成键元素原子吸引电子能力的差异判断键的极性，差异越大，键的极性越强。 ②可以根据成键原子的电负性大小，一般成键原子所属元素电负性差值越大，键的极性越强。 (3)共价键的极性与物质化学性质的关系 一般来说，共价键的极性越强，反应中共价键越容易发生断裂，即反应活性越强。 3.有机物结构的表示方法 如乙酸的常见表示方法： 结构式 结构简式 键线式 球棍模型 空间填充模型 CH3COOH 【正误判断】 1.有机物分子中与碳碳双键或苯环直接相连的原子一定共平面(　　) 2.若有机物分子中碳原子只采取sp、sp2杂化，则分子中所有原子一定共平面(　　) 3.若有机物分子中含有手性碳原子，则分子中所有原子不可能共平面(　　) 学生用书⬇第279页 4.戊烷中碳原子的杂化方式有sp3、sp2两种(　　) 5.乙烯的结构简式为CH2CH2(　　) 6.与或或直接相连的原子一定共面(　　) 7.丙烯(CH3—CHCH2)分子中最多7个原子共平面(　　) 8.除氢原子外，X()中其他原子可能共平面(　　) 9.乙酸异丙酯()分子中所有碳原子共平面(　　) 10.正丁烷的四个碳原子在同一条直线上，丙烯的所有原子在同一平面内(　　) 答案：1.√　2.×　3.√　4.×　5.×　6.√　7.√ 8.√　9.×　10.× 有机物的表示方法与碳原子成键特点 1.下列表示正确的是(　　) A.名称为2-羟基丙醇 B.聚丙烯的结构简式：􀰷CH2—CH—CH3􀰻 C.乙炔的结构简式：HC≡CH D.乙烷的球棍模型： 答案：C 解析：名称为2-丙醇，A错误；聚丙烯的结构简式为，B错误；D项为乙烷的空间填充模型。 2.下列说法错误的是(　　) A.三氟乙酸乙酯(CF3COOC2H5)是制备抗病毒药物的原料，1个该分子中含有13个σ键和1个π键 B.1 mol丙酮()中含有σ键个数为9NA C.一个乙炔(H—C≡C—H)分子中有3个π键 D.乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H和1个C—C，无π键 答案：C 解析：根据分子中价键可知，单键为σ键，双键为1个σ键和1个π键，三键为1个σ键和2个π键，故乙炔分子中有3个σ键和2个π键，C错误。 3.碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其分子结构如图。 (1)该分子中σ键和π键之比为　　　　。 (2)该分子中有　　　　个原子共面。 答案：(1)4∶1　(2)8 解析：(1)该结构中σ键为8，π键为2。(2)该结构可看成一个碳氧双键与一个碳碳双键成环，碳原子均采取sp2杂化，故所有原子共面。 σ键、π键的判断 1.根据成键原子的价电子数能形成几个共用电子对判断 如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。 2.由成键轨道类型判断 s轨道形成的共价键全部为σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。 有机化合物分子中原子的空间位置判断 4.有机物分子中最多有　　　　个碳原子在同一平面内，最多有　　　个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有　　　　个。 答案：11　6　9 解析：以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构： 由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。 5.下列说法正确的是(　　) A.丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上 B.丙烯分子中所有原子均在同一平面上 C.中所有碳原子一定在同一平面上 D.CH3—CHCH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上 答案：D 解析：饱和直链烃是锯齿形的，A项错误；CH3—CHCH2中有甲基，所有原子不可能共平面，B项错误；因碳碳单键可以旋转，且有多个饱和碳原子直接相连，故所有碳原子不可能在同一平面上，C项错误；该分子表示为，依据乙烯分子中6个原子共平面，乙炔分子中4个原子共直线判断，该有机物分子中所有碳原子共平面，D项正确。 判断分子中原子共线、共面问题的三个要点 1.熟记基本模型 (1)三个基本面：烯平面()、羰基平面()、苯平面()，碳原子均为sp2杂化。 (2)两条基准线：炔直线(—C≡C—)，sp杂化；苯对角线()。 学生用书⬇第280页 2.直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。 3.平面与平面、直线、立体结构连接 (1)审准题目要求 题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。 (2)碳碳单键的旋转 碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C—C”为轴旋转。 (3)恰当拆分复杂分子 观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。 考点二　同系物　同分异构体 1.同系物 (1)定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。 (2)特点：官能团种类、数目均相同；具有相同的分子通式。 (3)性质：同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。 【微思考1】　下列物质中属于乙烯的同系物的是　　　　(填序号)。 ③CH2CH—CHCH2　④CH3CHCHCH3 提示：①④ 2.同分异构现象　同分异构体 (1)定义：分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。存在同分异构现象的化合物互为同分异构体。 (2)同分异构体类型 (3)常见官能团异构 组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构 CnH2n 1 烯烃、环烷烃 CnH2n－2 2 炔烃、二烯烃和环烯烃 续表 组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构 CnH2n＋2O 0 饱和一元醇和醚 CnH2nO 1 饱和一元醛和酮、烯醇等 CnH2nO2 1 饱和一元羧酸和酯、羟基醛等 3.简单有机物同分异构体的书写 (1)烷烃同分异构体的书写：减碳法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。 【微思考2】　写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。 提示：、 、、、、 、、、 (2)烯烃、炔烃同分异构体的书写 顺序：碳架异构→位置异构→官能团异构。 技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。 【微思考3】　分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。 烯烃：　　　　　　　　　　　　　。 炔烃：　　　　　　　　　　　　　。 提示：CH2CH—CH2CH3、CH3CHCHCH3、CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3 (3)苯的同系物同分异构体的书写 支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。 学生用书⬇第281页 【微思考4】　写出C9H12的含有苯环的同分异构体。 同分异构体的结构简式 一元取代物 、 二元取代物 (邻、间、对) 、、 三元取代物 (连、偏、均) 、、 (4)有含氧官能团的有机物同分异构体的书写 一般按类别异构(分好类别)→碳架异构→位置异构的顺序书写。 【微思考5】　写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。 　　　　　　 　　　　　　　。 提示：、、、、、、 4.判断同分异构体数目的常用方法 (1)烃基法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有4种，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH的同分异构体均为4种。 (2)代换法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如：乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种，二氯苯和四氯苯均有3种。 (3)等效氢法：分子中等效氢原子有如下情况：①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；②同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效；③分子中处于对称位置上的氢原子等效。 (4)定一移一法：分析二元取代产物的方法：如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子位置，然后移动另一个氯原子。 (5)组合法：饱和酯R1COOR2，—R1有m种，—R2有n种，则酯共有m×n种。 【正误判断】 1.同分异构现象仅存在于有机物中(　　) 2.组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同的不同化合物互为同分异构体(　　) 3.符合分子式C2H6O的有机物只有乙醇(　　) 4.2，2-二甲基丙醇和2-甲基-1-丁醇互为同分异构体(　　) 5.乙烷在光照条件下与氯气发生取代反应，理论上得到的氯代物最多有9种(　　) 6.CH3CH2OH与CH2OHCH2OH是同系物(　　) 7.分子式为C4H8O2且能与氢氧化钠溶液反应的有机物有(不考虑立体异构)2种(　　) 8.C2H4Cl2分子表示的物质一定是纯净物(　　) 9.C6H14的同分异构体有4种，其熔点各不相同(　　) 答案：1.×　2.√　3.×　4.√　5.√　6.×　7.× 8.×　9.× 1.“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中官能团的种类和数目相同 B.X、Y中均不存在手性碳原子 C.X存在顺反异构体 D.每个Y分子中有4个碳氧σ键 答案：C 解析：X中含碳碳双键、醚键、碳碳三键、酯基四种官能团，Y中含碳碳双键、醚键、酯基三种官能团，A错误；Y中—CHCH2所连接的环上的碳原子为手性碳原子，B错误；X中碳碳双键的每个碳原子上连有2个不同的基团，即X存在顺反异构体，C正确；单键均为σ键，双键中有1个σ键、1个π键，Y中有5个碳氧σ键， D错误。 2.分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)(　　) A.7种 B.8种 C.9种 D.10种 答案：C 解析：分子式为C4H8Cl2的有机物同分异构体的确定可以采取“定一移一”法：、、，共有9种。 学生用书⬇第282页 3.计算分子式为C5H10O2属于酯的同分异构体有几种(不考虑立体异构)？ 答案：将分子按如下组合拆分： ①HCOO—与—C4H9形成的酯有1×4＝4种； ②CH3COO—与—C3H7形成的酯有1×2＝2种； ③C2H5COO—与—C2H5形成的酯有1×1＝1种； ④C3H7COO—与—CH3形成的酯有2×1＝2种。 则同分异构体有4＋2＋1＋2＝9种。 1.(2022·浙江6月选考改编)下列表示正确的是(　　) A.乙醛的结构简式：CH3COH B.2-丁烯的键线式： C.乙醇和丙三醇互为同系物 D.丙酮()和环氧丙烷()互为同分异构体 答案：D 解析：乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；2-丁烯的结构简式为CH3CHCHCH3，键线式为，B错误；结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的有机化合物互为同系物，乙醇(CH3CH2OH)是饱和一元醇，丙三醇是饱和三元醇，两者所含官能团数目不同，不互为同系物，C错误；分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，两者互为同分异构体，D正确。 2.下列说法正确的是(　　) A.藿香蓟()分子中所有碳原子处于同一平面(2023·全国甲卷) B.分子()中所有碳原子共平面(2023·浙江1月选考) C.分子X()中所有碳原子共平(2024·江苏卷) D.化合物Ⅰ()与化合物Ⅱ()互为同系物(2024·甘肃卷) 答案：B 解析：藿香蓟的分子结构中的右侧有一个饱和碳原子连接着两个甲基，类比甲烷分子的空间结构可知，藿香蓟分子中所有碳原子不可能处于同一平面，A错误；分子中苯环确定一个平面，碳碳双键确定一个平面，且两个平面重合，故所有碳原子共平面，B正确；X中饱和的C原子sp3杂化形成4个单键，具有类似甲烷的四面体结构，所有碳原子不可能共平面，故C错误；化合物Ⅰ含有的官能团有羧基、酚羟基，化合物Ⅱ含有的官能团有羧基、醚键，官能团种类不同，化合物Ⅰ和化合物Ⅱ不互为同系物，D错误。 3. (2024·广东卷)从我国南海的柳珊瑚中分离得到的柳珊瑚酸(右图)，具有独特的环系结构。下列关于柳珊瑚酸的说法不正确的是(　　) A.能使溴的四氯化碳溶液褪色 B.能与氨基酸的氨基发生反应 C.其环系结构中3个五元环共平面 D.其中碳原子的杂化方式有sp2和sp3 答案：C 解析：该物质含有碳碳双键，能使溴的四氯化碳溶液褪色，故A正确；该物质含有羧基，能与氨基酸的氨基发生反应，故B正确；如图：，图中所示C为sp3杂化，具有类似甲烷的四面体结构，即环系结构中3个五元环不可能共平面，故C错误；该物质饱和的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为sp2杂化，故D正确；故选C。 4.(2022·河北卷改编)在EY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。 下列说法正确的是(　　) A.M和N互为同系物 B.M分子中最多有12个碳原子共平面 C.N的一溴代物有5种 D.萘的二溴代物有9种 答案：C 解析：由题中信息可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是结构不同，故两者互为同分异构体，A不正确；萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B不正确；N分子中有5种不同化学环境的H原子，因此其一溴代物有5种，C正确；萘分子中有8个H原子，但是只有两种不同化学环境的H原子(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据定一移一法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个；然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D不正确。 学科网（北京）股份有限公司 $