第11章 第55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年新高考化学高三总复习大一轮复习（双选）

第55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 【微思考】　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。 提示：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 【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 (　　) 学生用书⬇第300页 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 (　　) 答案：1.√　2.×　3.√　4.×　5.× 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。 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 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。 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。 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 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()。 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。 学生用书⬇第301页 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 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。 【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。 学生用书⬇第302页 【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。 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 答案：B 解析：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。 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。 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。 学生用书⬇第303页 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 答案：B 解析：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 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 $