第11章 第55讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体（课件PPT）-【金版新学案】2026年新高考化学高三总复习大一轮复习（单选）

第55讲　有机化合物的空间结构　 同系物　同分异构体 第十一章　有机化学基础 高三一轮复习讲义 人教版　(单选) 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。 复习目标 考点一　有机化合物的空间结构 考点二　同系物　同分异构体 课时测评 内容索引 考点一 有机化合物的空间结构 返回 1.有机物的成键特点 (1)有机物分子中碳原子的成键方式 必备知识 整合 碳原子结构 最外层有___个电子，可形成 个共价键 成键原子 碳原子可与_________、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 _______或碳环 4 碳原子 碳链 4 (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 _____ ______ __________ 3 _____ __________ __________ 2 －C≡ _____ __________ __________ sp3 σ键 四面体形 sp2 σ键、π键 平面三角形 sp σ键、π键 直线形 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对偏向电负性 　　　的原子，偏移的程度越大，共价键极性　　　，在反应中越容易发生　　　；乙烯(CH2CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生　　　反应。 较大 越强 断裂 加成 2.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 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( ) 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 ( ) 正误判断 √ × √ × × 考向1 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： 关键能力 提升 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 √ 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。 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。 练后归纳 考向2 有机化合物分子中原子的空间位置判断 3.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。 11 6 9 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。 4.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 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( )。 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。 练后归纳 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。 练后归纳 (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。 练后归纳 返回 考点二 同系物　同分异构体 返回 1.同系物 (1)定义：______相似，在分子组成上相差一个或若干个_______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。 必备知识 整合 结构 CH2 1 下列物质中属于乙烯的同系物的是　　　　(填序号)。 ③CH2CH－CHCH2　④CH3CHCHCH3 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 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)。 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。 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：　 　　　　　　。 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。 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) ___________、___________ 、______________ 4   同分异构体的结构简式 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。 5 写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。 ________________________________________________________ ________________________________________________________ 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。 1.下列有关同分异构体(不考虑立体异构)数目的叙述不正确的是 A.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种 B.与 互为同分异构体的芳香族化合物有6种 C.含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种 D.菲的结构简式为 ，它与硝酸反应，可生成 5种一硝基取代物 关键能力 提升 √ 含3个碳原子的烷基有正丙基和异丙基两种结构，甲基与该烷基在苯环上 有邻、间、对3种位置关系，故产物的结构共有2×3＝6种，A项正确； 的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种： 、 、 、 、 ，B项错误；正戊烷的一氯代物有3种，C项正确；菲的结构具有对称性，含有5种不同化学环境的氢原子，D项正确。 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。 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 √ 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 高考真题 感悟 √ 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) 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.(2023·辽宁卷)在光照下，螺吡喃发生开、闭环转换而变色，过程如下。下列关于开、闭环螺吡喃说法正确的是 A.均有手性 B.互为同分异构体 C.N原子杂化方式相同 D.闭环螺吡喃亲水性更好 √ 开环螺吡喃不含手性碳原子，故A错误；分子式均为C19H19NO，它们结构不同，因此互为同分异构体，故B正确；闭环螺吡喃中N原子杂化方式为sp3，开环螺吡喃中N原子杂化方式为sp2，故C错误；开环螺吡喃中氧原子显负价，电子云密度大，容易与水分子形成分子间氢键，水溶性增大，故D错误。 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 √ 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。 返回 课 时 测 评 返回 1.下列共价键中，属于极性键且极性最强的是 A. B. C. D.－C≡C－ A、D两项的共价键均是由碳原子形成的非极性键；B、C两项的共价键分别是由碳和氧、碳和氮元素的原子形成的极性共价键，且氧的非金属性强于氮的非金属性。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 2.下列化学用语表示正确的是 A.葡萄糖分子的结构简式：C6H12O6 B.间甲苯酚的结构简式： C.HOCH2COOH缩聚产物的结构简式：  D.乙酸甲酯的结构简式：HCOOC2H5 C6H12O6是葡萄糖的分子式，A错误；间甲苯酚的结构简式： ，B错误；乙酸甲酯的结构简式：CH3COOCH3，D错误。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 3.下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是 A.甲苯 B.乙烷 C.丙炔 D.1，3-丁二烯 甲苯、乙烷、丙炔中均含有甲基，其分子中所有原子不可能共平面，A、B、C错误；1，3-丁二烯的结构简式为H2CCH－CHCH2，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子可能在同一平面内，D正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 4.下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是 A.杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键 C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 乙烯分子中C原子采取sp2杂化，杂化轨道形成3个σ键、未杂化的2p轨道形成π键，故A正确、B错误；C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，故C、D错误。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 5.苯环上的一氯代物只有一种的 的同分异构体(不考虑立体异构)有 A.6种 B.5种 C.4种 D.3种 苯环上的一氯代物只有一种就意味着苯环上只有一种类型的H原子。则整个结构需要高度对称，符合条件的同分异构体有 ，C项正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 6.分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构) A.8种 B.10种 C.12种 D.14种 C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位 置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为 ，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结 构为 ，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 7.螺环化合物( )可用于制造生物检测机器人，下列有关该化合物的说法错误的是 A.分子式为C5H8O B.是环氧乙烷( )的同系物 C.一氯代物有2种(不考虑立体异构) D.所有碳原子不处于同一平面 根据结构简式确定该化合物的分子式为C5H8O，故A正确；该化合物与环氧乙烷结构不相似，故B错误；该分子中含有两种氢原子，故C正确；该分子中所有碳原子都具有甲烷的结构特点，故D正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 苯环和双键是平面结构，三键是直线结构，单键可旋转， 中一定共面的碳原子至少有8个，A正确；三键是直线结构，单键可旋转，分子中所有碳原子可能在同一平面，B错误；苯环和双键是平面结 构，单键可旋转， 中所有原子可能处于同一平面，C正 确；苯环是平面结构，苯环处于对位上的碳原子及其直接相连的原子 共线，单键可旋转， 分子中至少有11个碳原子处于同一平面上，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 9.(2024·湖南怀化三模)已知a、b、c三种有机化合物的结构简式如图 所示： 下列说法不正确的是 A.a、b、c互为同分异构体 B.a、b、c分子中碳原子杂化方式均有2种 C.a、b、c的一氯代物均有3种 D.a、b、c中只有a分子的所有碳原子处于同一平面内 √ (a) (a) (a) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 由结构简式可知，a、b、c的分子式均为C7H8，三者的分子结构不同，互为同分异构体，A正确；苯环上的碳原子及双键上的碳原子均采取sp2杂化，饱和碳原子采取sp3杂化，B正确；a分子苯环上有3种氢原子，甲基上有1种氢原子，故其一氯代物有4种，C错误；a分子含有苯环，苯是平面形结构，直接与苯环相连的碳原子在苯环所在平面内，故a中所有碳原子共平面，b、c分子中两个环状结构均通过饱和碳原子连接，所有碳原子一定不共平面，D正确。 (a) (a) (a) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 10.某有机物的结构简式如图所示，下列关于该有机物的叙述错误的是 A.最多有10个碳原子共面 B.该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有3种结构 C.能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，且原理相同 D.1 mol该有机物最多消耗H2的物质的量为4 mol √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 与苯环直接相连的原子与之共平面，与碳碳双键 直接相连的原子与之共平面，饱和碳原子类似于 甲烷的结构，最多有1个碳原子和2个H原子共平 面，因此苯环上6个C共面、对位四原子共直线，碳碳双键及相连的饱和C共面，余下的3个C中有1个C可以通过旋转后在苯环和双键平面上，所以最多有10个碳原子共面，故A正确；该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有邻、间、对3种结构，故B正确；该有机物中含有碳碳双键，能发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色，能发生加成反应而使溴水褪色，原理不相同，故C错误；1 mol该有机物含有1 mol苯环可以与3 mol H2加成，1 mol碳碳双键可以与1 mol H2加成，因此最多消耗4 mol H2，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 11.有机化合物X与Y在一定条件下可反应生成Z，反应的化学方程式 如下： 下列有关说法正确的是 A.有机物X与Y生成Z的反应属于取代反应 B.有机物Y 分子中最多有9个原子在同一平面上 C.1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应 D.Z在酸性条件下水解生成 和 CH3OH √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 根据题意可知，有机物X 与Y生成Z的反应属于二烯烃的1，4-加成反应，选项A错误；根据乙烯6个原子共平面、甲醛分子4个原子共平面、 单键可以旋转，Y分子( )中最多有10个原子在同一平面上，选项 B错误；Z的不饱和度为4，芳香族同分异构体化合物可以有2个羟基，则1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应，选项C正确；根据酯水解的反应原理，水解后18O应该在COH中，选项D 错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 12.(6分)某烷烃的分子式为C7H16，其同分异构体有　(不考虑立体异构)种，试写出分子结构中含有3个甲基(－CH3)的同分异构体的结构简式： 　　　 　、　　　 　　　 、 _______________。 9 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 13.(4分)有机物 有多种同分异构体，其中含有1个醛基和2个羟基的芳香族化合物有　　　种。 6 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 14.(6分)某有机物的化学式为C8H8O2，写出符合下列所有条件的有机物的结构简式。 ①含有苯环； ②属于酯类。 　　　　　　　　　 　 　　　 ________________________________________________________________ 。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 14 谢 谢 观 看 有机化合物的空间结构　同系物　 同分异构体 $