第一章 有机化合物的结构特点和研究方法（知识清单）化学人教版选择性必修3

第一章 有机化合物的结构特点和研究方法 第一节 有机化合物的结构特点 一、有机物的分类 按照不同的结构特点，有机化合物主要有两种分类方法，一是依据构成有机化合物分子的___________来分类，二是依据有机化合物分子中的___________来分类。 1．按碳原子组成的分子骨架 (1)链状化合物 这类有机化合物分子中的___________相互连接成链状。如CH3CH2CH2CH3、CH2===CHCH2CH3、CH3CH2CH2CH2OH和CH3CH2Br等。 (2)环状化合物 这类有机化合物分子中含有由___________构成的环状结构。 ①脂环化合物：分子中含有______________________的化合物。如(环戊烷)、(环己烯)、(环己醇)等。 ②芳香化合物：分子中含有___________的化合物。如(苯)、(萘)、(溴苯)等。 (3)环状化合物还包括杂环化合物，即构成环的原子除碳原子外，还有其他原子，如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。 2．按是否含有苯环 3．芳香化合物 (1)芳香化合物：含有一个或多个苯环的化合物。如、2等。 (2)芳香烃：含有一个或几个苯环的烃。如、等。 (3)苯的同系物：只由一个苯环和烷基组成。如、等。 (4)芳香化合物、芳香烃、苯的同系物关系图解 4．依据官能团分类 (1)烃的衍生物 烃分子中的氢原子被其他___________或___________所取代，衍生出的一系列化合物，如CH3Cl、CH3OH、HCHO等。 (2)官能团 决定有机化合物特性的___________或___________。 （3） 依据官能团分类 有机化合物类别 官能团 典型代表物 名称 结构简式 名称 结构简式 烃 烷烃 — — 甲烷 CH4 烯烃 ___________ 乙烯 CH2==CH2 炔烃 ___________ —C≡C— 乙炔 CH≡CH 芳香烃 — — 苯 烃的衍生物 卤代烃 ___________ (—X) 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 ___________ —OH 乙醇 CH3CH2OH 酚 ___________ —OH 苯酚 醚 ___________ 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 ___________ 乙醛 CH3CHO 酮 ___________ 丙酮 CH3COCH3 羧酸 ___________ 乙酸 CH3COOH 酯 ___________ 乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3 胺 ___________ —NH2 甲胺 CH3NH2 酰胺 ___________ 乙酰胺 CH3CONH2 二、有机化合物的结构特点 1．碳原子的结构特点及成键方式 2．有机化合物中共价键的类型 (1)σ键、π键 共价键类型 σ键 π 键 示意图 特征 ___________对称 ___________对称 成健方式 沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠 以“肩并肩”的形式从侧面重叠 键的性质 ①轨道重叠程度大，键能______，稳定性______； ②可绕键轴旋转而不易导致化学键的破坏 ①轨道重叠程度小，键能______，稳定性______，易断裂而发生化学反应； ②不能绕键轴旋转 有机反应类型 ____________反应 ____________反应 成键规律 ①两个原子间成键时首先形成σ键，只有形成σ键后，未参与杂化的p轨道才能形成π键； ②共价单键是______键；双键中______个键是σ键，______个键是π键；三键中______个键是σ键，另外______个键是π键 (2)极性键与非极性键 ①形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是___________共价键，同种元素的原子之间形成的是___________共价键。 ②由于不同的成键原子间电负性差异，___________________会发生偏移；偏移的程度___________，共价键的极性___________，在反应中越容易发生断裂。 3．共价键的极性与有机反应 (1)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较______的原子。偏移的程度越大，共价键极性越______，在反应中越容易发生___________。 ①乙醇中氧原子的电负性较大，导致碳氧键和氢氧键极性较强，容易发生取代反应 乙醇与钠反应的化学方程式： 2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑ 乙醇与氢溴酸反应的化学方程式： CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O ②乙烯(CH2=CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生加成反应 乙烯与Br2反应的化学方程式： CH2=CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br (2)键的极性对对羧酸酸性的影响 ①键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中___________的极性而实现的，羧基中羟基的极性越大，越容易电离出H+，则羧酸的酸性越______。 ②与羧基相邻的共价键的极性越大，通过传导作用使羧基中羟基的极性越大，则羧酸的酸性越______。 ③烃基是___________基团，即将电子推向羟基，从而减小羟基的极性，导致羧酸的酸性____________。一般地，烃基越长，推电子效应越______，羧酸的酸性越______。 4．有机反应的特点 ①反应速率较______，有机反应往往发生在共价键上，而共价键的断裂需要吸收大量的能量。 ②___________较多，产物比较复杂，有机化合物分子中存在多个极性键，发生反应时共价键断裂的位置存在多种可能。 三、有机化合物结构表示方法 1．有机化合物中碳原子的成键特点 (1) 最外层4个电子，可形成______个共价键； (2) 碳原子间以较稳定的共价键结合，不仅可以形成______键，还可以形成稳定的______键或______键； (3) 多个碳原子可以互相结合成______状，也可以结合成______状，还可以带有支链，碳链和碳环也可以结合。 2．有机物结构的表示方法 种类 表示方法 实例 分子式 用___________表示物质的分子组成 CH4、C2H6 最简式 用___________表示化合物中各元素原子个数的最简整数比 乙烷的最简式CH3 电子式 在___________周围用“.”或“×”表示原子的最外层电子的成键情况的式子 甲烷的电子式 结构式 用短线“-”来表示1个共价键，用“______”(单键)、“______”(双键)或“______”(三键)将所有的原子连接起来的式子 乙烯的结构式 结构 简式 ①表示单键的“-”可以省略，将与碳原子相连的其他原子写在其旁边，在右下角注明其个数； ②表示双键、三键的“=”“≡”不能省略； ③醛基()、羧基()可简化成___________、___________ 乙烯的结构简式CH2===CH2 键线式 ①进一步省去碳、氢元素的元素符号，只要求表示出分子中碳碳键以及与碳原子相连的基团； ②键线式中的每个拐点或终点均表示一个______原子，每个碳原子都形成______个共价键，不足的用氢原子补足 苯的键线式： 球棍 模型 小球表示___________，短棍表示___________ 乙烯的球棍模型 空间填充模型 用不同体积的小球表示不同大小的___________ 乙烯的空间填充模型： 四、有机化合物的同分异构现象 1．同系物 结构相似，分子组成上相差一个或若干个___________原子团的化合物互称为同系物。 2．有机物的同分异构现象 (1)同分异构体：化合物___________相同、___________不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 (2)同分异构体类型 构造异构 碳链异构 碳链骨架不同，如CH3—CH2—CH2—CH3和______________________ 位置异构 官能团位置不同，如：CH2===CH—CH2—CH3和______________________ 官能团异构 官能团种类不同，如：CH3CH2OH和___________，常见的官能团异构有醇、酚、醚；醛与酮；羧酸与酯等 立体异构 顺反异构 在有___________或小环结构(如环丙烷)的分子中，由于分子中双键或环的原子间的键的自由旋转受阻碍，存在不同的空间排列方式而产生的立体异构现象，又称几何___________，如CH3CH=CHCH3存在顺反异构：顺-2-丁烯，___________ 对映异构 又称为手性异构，任何一个不能和它的镜像完全重叠的分子就叫做___________，它的一个物理性质就是能使___________的方向发生偏转，具有___________，如CHFClBr存在对映异构。 构象异构 ___________相同的化合物由于______键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空间的排布位置随之发生变化产生的立体异构现象，如环己烷存在椅式()和船式()两种较稳定的构象 (3)常见的官能团类别异构 组成通式 不饱和度(Ω) 可能的物质类别 CnH2n ______ 烯烃和环烷烃 CnH2n－2 ______ 炔烃、二烯烃和环烯烃 CnH2n＋2O ______ 饱和一元醇和醚 CnH2nO ______ 饱和一元醛和酮、烯醇等 CnH2nO2 ______ 饱和一元羧酸和酯、羟基醛等 3．同分异构体的书写 (1)书写步骤 ①官能团异构 首先判断该有机物是否有官能团异构。 ②位置异构 就每一类物质，先写出___________异构，再写官能团的___________异构体。 ③书写 碳链异构体按“主链由______到______，支链由______到______，位置由______到______”的规律书写。 ④检查 看是否有书写重复或书写遗漏，根据“碳四价”原则检查是否有书写错误。 (2)烷烃同分异构体的书写 以烷烃C6H14为例，写出所有同分异构体。(烷烃只有碳链异构) 四句话：主链由______到______，支链由______到______，位置由______到______，排布对邻间。 注意：①选择最长的碳链为主链；②找出中心对称线；③保证去掉碳后的链仍为主链。 (3)烯烃、炔烃同分异构体书写 ①写出相应烷烃的同分异构体的结构简式。 ②从相应烷烃的结构简式出发，变动不饱和键的位置。 烯烃、炔烃同分异构体包括：位置异构(或—C≡C—位置)、碳链异构、官能团异构。 (4)芳香族化合物的同分异构体的书写及判断 ①苯的一氯代物只有______种。  ②苯的二氯代物有邻、间、对______种。 ③甲苯(C7H8)不存在芳香烃的同分异构体。 ④分子式为C8H10的芳香烃的同分异构体有______种。 ⑤甲苯的一氯代物的同分异构体有______种。 ⑥苯的三元取代物，三个取代基相同时有______种，三个取代基中有两个相同时有______种，三个取代基中都不同时有______种。 4．顺反异构 (1)条件：双键两端的碳原子上只连有两个相同的原子或原子团。 (2)反式：相同基团在双键___________。 (3)顺式：相同基团在双键___________。 5．对映异构 (1)条件：同一碳原子上连有______个不同的原子或原子团，即含手性碳原子。 (2)关系：对映异构体互为___________关系。 如乳酸的对映异构体可表示为： 第二节 研究有机化合物的一般方法 一、有机化合物的分离、提纯 1．研究有机物的基本步骤 2．物质的分离 将混合物中的物质逐一分离，得到各种___________物。分离过程中要尽量减少各物质的损失，各组分要尽量纯净。 3．物质的提纯 (1)概念 提纯是采用物理或化学方法将混合物中的杂质除去的过程。分离和提纯的主要区别为提纯过程中除去的杂质不需要恢复。 (2)物质提纯的原则 ①杂不增：在提纯过程中不增加___________； ②主不减：在提纯过程中尽量___________被提纯的物质； ③易分离：被提纯物质与杂质___________分离(一般指化学方法提纯)； ④易复原：被提纯物质易复原(一般指被提纯物质进行处理后)。 基于以上原则，采用化学方法提纯物质时应注意：①除杂试剂必须___________；②过量试剂必须___________；③选择___________的除杂途径。 4．蒸馏 5．萃取 (1)类型及原理 类型 液-液萃取 固-液萃取 原理 利用待分离组分在___________的溶剂中的___________不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 用溶剂从___________中溶解出待分离组分的过程 示例 用CCl4或苯萃取溴水中的溴单质 从青蒿中提取青蒿素 (2)萃取剂及其选择条件 ①萃取用的溶剂称为萃取剂，常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、CCl4等。 ②萃取剂的选择条件 a．萃取剂与原溶剂___________； b．溶质在萃取剂中的溶解度___________在原溶剂中的溶解度； c．萃取剂与原溶液中的成分___________。 (3)装置及操作要求 操作过程 萃取-分液操作过程(以用CCl4萃取碘水中的碘单质为例) 操作要求 加萃取剂后充分振荡，静置分层后，将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。注意漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。打开分液漏斗活塞，下层液体从___________，并及时关闭活塞，上层液体______________________。 6．重结晶 (1)原理 利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的___________不同，采用___________结晶或___________结晶等方式将杂质除去的过程，重结晶是提纯固体有机化合物的常用方法。 (2)选择溶剂的条件 ①杂质在所选溶剂中的溶解度很小(使杂质析出)或很大(使杂质留在母液中),且随温度变化___________，易于除去。 ②被提纯的物质在所选溶剂中的溶解度受温度影响___________，升温时溶解度___________，降温时溶解度___________，冷却后易___________析出。 (3)实验探究：重结晶法提纯苯甲酸 ①实验目的：除去粗苯甲酸样品中含有的少量___________和___________。 ②实验原理：苯甲酸______溶于水，溶解度受温度影响较______；氯化钠易溶于水，溶解度受温度影响小；泥沙不溶于水。 ③实验步骤 a.___________：在烧杯中加入粗苯甲酸，加入蒸馏水，加热、搅拌，使其充分溶解。 b.___________：主要滤去不溶性杂质(泥沙)。 e.___________：冷却过程中，苯甲酸的溶解度降低，结晶析出，溶解度较大的氯化钠留在溶液中。 ④注意事项 a.若第一步“加热溶解”得到的是饱和溶液，过滤时会因溶液温度降低而析出一部分溶质，造成损失，所以过滤时通常会加入少量______的___________，减少趁热过滤过程中的损失。 b.如果重结晶所得的晶体纯度不能达到要求，可以___________进行重结晶以提高产物的纯度。 ⑤操作步骤的异同 使用重结晶法分离固体化合物时，根据杂质的溶解度不同，应选择不同的操作步骤。 a.杂质的溶解度很小：加热溶解——趁热过滤(滤去部分杂质，目标产物在溶液中)——冷却结晶。 b.杂质的溶解度很大：加热溶解——___________——___________(杂质在溶液中，目标产物结晶析出)。 7．色谱法 (1)色谱法利用不同物质在不同相态的___________分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。 (2)色谱法基本原理是指在填充___________中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称涡流扩散。 (3)“色谱法(层析法)是现代分析化学中重要的分离、分析技术，它是由俄国植物学家茨维特发明的。茨维特在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。 二、确定有机化合物元素组成及分子结构的方法 1．元素定性、定量分析——确定实验式 (1)元素定性、定量分析：用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数，如燃烧后C→CO2，H→H2O。 (2)李比希氧化产物吸收法定量分析原理 2．相对分子质量的测定 (1)质谱法——相对分子质量的确定 ①相对分子质量的测定——质谱法：在质谱图中，有机分子的相对分子质量＝最大质荷比。 ②质谱图分析 以___________为横坐标，以各类离子的___________为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即___________就是样品分子的相对分子质量。 (2)气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于___________(以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝______________________。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝___________。 ③混合气体平均摩尔质量：＝___________。 3．分子式的确定 (1)若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式___________。 (2)若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据：______________________。 (3)有机物分子式的确定方法 ①单位物质的量法 根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和有机物中各元素的质量分数，推算出1 mol有机物中各元素原子的物质的量，从而确定分子中各原子的个数，最后确定有机物的分子式。 ②最简式法 根据有机物中各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数之比(最简式)，分子式为最简式的整数倍，利用物质的相对分子质量可确定其分子式。 N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝a∶b∶c(最简整数比)，最简式为CaHbOc，则分子式为(CaHbOc)n，得n＝(Mr为有机物的相对分子质量)。 ③商余法(适用于烃类分子式的求法) 用烃(CxHy)的相对分子质量除以12，看商和余数，即＝x……y，则分子式为CxHy。在此基础上，由一种烃的分子式求另一可能烃的分子式可采用增减法推断，其规律如下： CxHy 4．分子结构的鉴定 (1)化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认，常见官能团特征反应如下： 官能团种类 试剂 判断依据 碳碳双键或 碳碳三键 溴的CCl4溶液 橙红色褪去 酸性KMnO4溶液 紫色褪去 卤素原子 NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液 有沉淀产生 醇羟基 钠 有氢气放出 酚羟基 FeCl3溶液 显紫色 浓溴水 有白色沉淀产生 醛基 银氨溶液 有银镜生成 新制Cu(OH)2悬浊液 有红色沉淀产生 羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 (2)物理方法 谱图 应用 核磁共振氢谱 峰的组数等于氢原子的种类数，峰面积之比等于不同化学环境的氢原子个数之比 红外光谱 测定官能团的种类、存在的化学键类型 X射线衍射 获得分子结构有关数据，包括键长、键角等参数 (3)有机物分子中不饱和度(Ω)的确定 ①计算公式：Ω＝n(C)＋1－ 其中，n(C)为分子中碳原子数目，n(H)为分子中氢原子数目，若分子中含有Cl、F等，则用n(H)加上其数目，若分子中含有N等，则用n(H)减去其数目，若分子中含有O、S等，其数目不计入计算公式。 ②不饱和度与有机物结构的关系 官能团 不饱和度 官能团 不饱和度 Ω＝______ —C≡C— Ω＝______ Ω＝______ 苯环 Ω＝______ 易错点01：官能团及分类 (1)在书写基团结构时，不能省略“—”,如甲基应为“—CH3”。 (2)烷基(如—CH3等)、苯基()都不属于官能团。 (3)官能团的书写必须注意规范性，常出现的错误有把“”错写成“C==C”，“—CHO”错写成“CHO—”或“—COH”。 (4)苯环不属于官能团，但是芳香化合物与链状有机物或脂环有机物相比，有明显不同的化学特征，这是由苯环的特殊结构所决定的。 (5)相同官能团有机物不一定属于同类物质。如醇和酚，羟基直接连苯环的为酚，羟基连烃基的为醇。 (6)含有醛基的有机物不一定属于醛类，如甲酸、甲酸盐、甲酸某酯等，虽然有醛基，但不与烃基相连，不属于醛类。 (7)官能团的结构是一个整体，不能将官能团拆开来分析，例如，不能认为—COOH含有一个(酮)羰基和一个羟基，从而具有酮和醇的性质。 (8)羧基与酯基：中，若R2为氢原子则为羧基，若R2为烃基，则为酯基。属于酸，而属于酯。 易错点02：几种典型官能团的判断 (1)含醛基的物质不一定为醛类，如HCOOH、HCOOCH3、葡萄糖等。 (2)不能认为属于醇类，应为羧酸。 (3) (酯基)与 (羧基)有区别。 (4)虽然含有醛基，但不属于醛类，应属于酯。 (5)醇和酚的结构差别是羟基是否直接连在苯环上。如属于醇类，，属于酚类。 (6)含有醛基的有机物不一定属于醛类。如甲酸某酯，虽然含有—CHO，但醛基不与烃基直接相连，不属于醛类。 (7)醛基与羰基(酮)：酮中羰基“”两端均为烃基，而醛基中“”至少有一端与氢原子相连，即。 (8)苯环不属于官能团。 (9)同一物质含有不同的官能团，可属于不同的类别。如既可属于醛类，又可属于酚类。 易错点03：有机物结构的表示误区 (1)把简单有机物的分子式与结构简式等同起来，如C2H5OH是乙醇的结构简式而非分子式，乙醇的分子式是C2H6O。 (2)把不饱和烃结构中的碳碳双键或三键省略，如将乙烯的结构简式误写为CH2CH2，乙炔的结构简式误写为CHCH等。 (3)空间填充模型与球棍模型辨别不清，从而产生错误，原因是未能理解它特点及二者的区别。 易错点04：同分异构体认识误区 (1)“同分”指的是分子式相同，则相对分子质量和各元素的质量分数一定相等。但相对分子质量相等的物质，分子式不一定相同，如CO和C2H4；各元素的质量分数相同的物质，分子式也不一定相同，如C2H4和C3H6。 (2)“异构”指的是结构不同，因此同分异构体的性质存在差异。同分异构体可能是同类物质，如正戊烷、异戊烷、新戊烷，则它们的化学性质相似；同分异构体也可能是不同类别的物质，如CH3CH2CH=CH2和,则它们的化学性质不同。 (3)CH3CH2CH2CH3与不互为同分异构体，因为它们的分子结构相同，只是书写形式不同，并不是碳链结构不同。 (4)和不互为同分异构体，因为它们的分子结构相同。借助于CH4的空间结构是正四面体形分析可知，上述两种书写形式表示的是CH2Cl2这一种物质。 (5)同分异构体可以是有机物和有机物，还可以是无机物和有机物之间构成。如：NH4CNO和CO(NH2)2。 (6)同分异构体之间的转化是化学变化。 易错点05：根、基与官能团的比较 根 基 官能团 概念 带电的原子或原子团 分子失去中性原子或原子团后剩余的部分 决定有机化合物特殊性质的原子或原子团 电性 带电(电子已成对) 电中性(有单电子) 电中性(有单电子) 存在 可以稳定存在 不能稳定独立地存在 不能稳定独立地存在 举例 氢氧根：OH－ 铵根：NH 羟基：—OH 甲基：—CH3 羟基：—OH 羧基：—COOH 联系 (1)根、基与官能团均属于原子或原子团。 (2)官能团属于基，但基不一定是官能团，如甲基(—CH3)是基，但不是官能团。 (3)基与基能够结合成分子，根与基不能结合成分子。 易错点06：有机化合物系统命名 (1)有机化合物系统命名中常见的错误 ①主链选取不当(不包含官能团，不是主链最长、支链最多)。 ②编号错(官能团的位次不是最小，取代基位号之和不是最小)。 ③支链主次不分(不是先简后繁)。 ④ “-”“，”忘记或用错。 (2)带官能团有机物系统命名时，选主链、编号位要围绕官能团进行，且要注明官能团的位置及数目。 (3)书写有机物名称时不要遗漏阿拉伯数字之间的逗号及与汉字之间的短线。 (4)1­甲基，2­乙基，3­丙基是常见的命名错误，若1号碳原子上有甲基或2号碳原子上有乙基，则主链碳原子数都将增加1，使主链发生变化。 (5)卤代烃中卤素原子作为取代基看待。酯是由对应的羧酸与醇(或酚)的名称组合，即某酸某酯。聚合物：在单体名称前面加“聚”。 易错点07：有机物分子的5种表示式 (1)分子式(化学式)：表示一分子中原子的种类和数目，如C2H4、C2H6等。 (2)最简式(实验式)：表示物质组成的各元素原子数目的最简整数比的式子，如C2H4和C3H6的最简式均为CH2。 (3)结构式：表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，不表示空间结构。 (4)结构简式：同碳连接的相同原子或原子团合并而简化的式子，但要突出官能团。如乙烯(CH2=CH2)，丙酸(CH3CH2COOH)，葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO] (5)键线式：表示出碳碳键以及与碳原子相连的基团，图式中每个拐点和终点均表示一个碳原子。 易错点08：有机物结构的表示方法误区 (1)不能把简单有机物的分子式与结构简式等同起来，如C2H5OH是乙醇的结构简式而非分子式，乙醇的分子式是C2H6O。 (2)不饱和烃结构中的碳碳双键或三键不可以省略，如将乙烯的结构简式误写为CH2CH2，乙炔的结构简式误写为CHCH等。 (3)对于含氧官能团，书写结构简式时官能团一定要写准确，如丙醛应写成CH3CH2CHO，不要写成CH3CH2COH。 (4)键线式中的端点、拐点或折点为碳原子，碳连接的氢原子省略。 (5)善于辨别空间填充模型与球棍模型。 易错点09：结晶与重结晶比较 方法 结晶 重结晶 不同点 含义 物质从溶液中以晶体形式析出的过程 将晶体溶于溶剂中，使之重新从溶液中结晶析出的过程 相关操作 先蒸发，后结晶 先溶解，后结晶 目的 获得晶体 提纯或分离物质 相同点 需要的仪器相同，操作方法相同，均需要加热，最后都需要进行过滤 方法01：按碳的骨架分类 【解题通法】 (1)有机化合物 (2)烃 【典型例题】下列有机化合物的分类正确的是 A．属于链状化合物 B．属于芳香族化合物 C．属于脂环化合物 D．属于醇类化合物 方法02：有机化合物的常见分类 【解题通法】 分类标准 类别 概念 代表化合物 根据组成元素 烃 只由碳、氢两种元素组成 烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃 烃的衍生物 含有碳、氢以外的其他元素 卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯、胺、酰胺 根据碳骨架的形状 链状有机化合物 分子中原子间结合成链的化合物 乙烷、乙烯、乙醇、乙酸、丙醛、溴乙烷等 环状有机化合物 分子含有环的化合物 环已烷、苯等芳香族类 【典型例题】下列有机物类别划分正确的是( ) A． 含有醛基，属于醛 B．CH2=CHCOOH含有碳碳双键，属于烯烃 C． 属于脂环化合物 D． 和 按官能团分类，属于同一类物质 方法03：有机化合物中碳原子的成键特征 【解题通法】 (1)共价键的类型——共价键中一定存在σ键，不饱和键中才存在π键 物质 甲烷 乙烯 乙炔 球棍 模型 共价键类型 4个σ键 5个σ键、1个π键 3个σ键、2个π键 碳原子杂化类型 sp3 sp2 sp (2)碳碳单键、双键和三键 碳碳单键 碳碳双键 碳碳三键 结构 —C≡C— C原子的杂化方式 sp3 sp2 sp 键的类型 σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键 键角 CH4：109°28′ C2H4：120° C2H2：180° 空间结构 碳原子与其他4个原子形成正四面体结构 双键碳原子及与之相连的原子处于同一平面上 碳原子及与之相连的原子处于同一直线上 (3)有机化合物中的共价键及空间结构 甲烷型 碳为sp3杂化，形成σ键，四面体形结构 乙烯型 碳为sp2杂化，含π键，以双键为中心原子共平面 苯型 碳为sp2杂化，含大π键Π，以苯环为中心12原子共平面 乙炔型 碳为杂化，含π键，以三键为中心4原子共直线 甲醛型 碳为sp2杂化，以碳原子为中心4原子共平面 【典型例题】碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列说法错误的是( ) A．该分子只含有极性键 B．该分子中碳原子均采取 sp2杂化 C．该分子的原子中存在孤电子对 D．该分子中σ键与π键个数比为4：1 方法04：烷烃系统命名正误判断的方法 【解题通法】 (1)烷烃的系统命名法 直接排除法 主链选择错误 若烷烃中出现“1－甲基”“2－乙基”(或倒数第2号碳原子上有乙基)“3－丙基”等，则为主链选择错误。 名称书写是否规范 ①必须用2、3、4等表示取代基位置且位次和最小，即使同一个碳原子上连两个相同取代基也不能省略。数字之间用“，”隔开。 ②必须用二、三、四等汉字表示相同取代基的数目。 ③名称中凡阿拉伯数字与汉字之间必须用短线“－”隔开。 ④必须把简单取代基写在前面，然后取代基依次变复杂。 重新命名法 将烷烃结构展开或由题给烷烃名称写出碳骨架结构，利用系统命名法进行命名，看名称是否一致。 (2)烯烃和炔烃的命名 【典型例题】下列有机物的命名正确的是( ) A．CH2Cl-CH=CH2 1-氯丙烯 B．(CH3CH2)2CHCH(CH3)2 3-乙基-4-甲基戊烷 C．异戊烷 D． 3，3-二甲基-2-乙基-1-丁烯 方法05 ：同分异构体数目的判断方法 【解题通法】 记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目 ①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体(除对映异构)； ②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体； ③4个碳原子的烷烃有2种同分异构体，5个碳原子的烷烃有3种同分异构体，6个碳原子的烷烃有5种同分异构体。 基元法：如丁基有4种同分异构体 丁醇、戊醛、戊酸都有4种同分异构体。 换元法：将有机物分子中的不同原子或基团进行等效代换， 如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，四氯苯也有3种同分异构体(将H和Cl互换)；又如CH4的一氯代物只有1种，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。 等效氢法：该方法的实质是将同分异构体看作是由官能团取代烃中的不同氢而形成的。有几种氢就有几种同分异构体。 ①同一碳原子上的氢原子等效。 ②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。 ③位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。 【典型例题】下列物质在给定条件下的同分异构体数目(不包括立体异构)正确的是 A．分子式为的同分异构体有多种，其中含有三个甲基的结构有2种 B．分子式为且含有碳碳双键和的结构有8种 C．组成和结构可用表示的有机物共有16种 D．分子式为且分子中有两个、两个、一个和一个的结构有6种 方法06：有机物结构的表示方法 【解题通法】 化学用语 表示方法 实例 分子式 用元素符号表示物质的分子组成 CH4 最简式 用元素符号表示化合物中各元素原子个数的最简整数比 乙烯分子式C2H4 最简式为CH2 电子式 在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子的成键情况 结构式 用短线表示1个共价键，用单键、双键、三键将所有原子连接起来 结构简式 表示单键的可以省略，碳碳双键、碳碳三键不能省略 乙醇：CH3CH2OH 乙酸：CH3COOH 键线式 在结构简式的基础上省去碳原子和氢原子的元素符号，每个拐点或端点表示一个碳原子 异戊烷 键线式为 球棍模型 小球表示原子，短棍表示化学键 CH4： 空间填充模型 用不同体积的小球表示不同大小的原子，能真实表示分子的空间结构 CH4： 【典型例题】下列有关物质的表述正确的是( ) A．丙烯的键线式： B．的电子式： C．硝基苯的结构简式： D．聚丙烯的结构简式： 方法07：化学“四同”的比较 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 概念 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子 由同种元素形成的不同单质 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质 分子式相同，但结构不同的化合物 对象 原子 单质 有机化合物 无机化合物、有机化合物 特点 ①质子数相同 ②中子数不同 ③原子的电子排布相同，原子核结构不同 ①由同种元素组成 ②单质的组成或结构不同 ①符合同一通式 ②结构相似 ③分子式不同，组成上相差n(n≥1)个CH2 ①分子式相同 ②结构不同 性质 化学性质几乎相同，物理性质有差异 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似，物理性质有递变性 化学性质相似或不同，物理性质有差异 实例 如H、H和H；Cl和Cl 化学式可相同，也可不同。如O3和O2；金刚石(C)和石墨(C) 如甲烷、乙烷 如正戊烷、异戊烷、新戊烷 【典型例题】下列说法不正确的是( ) A．235U和238U互为同位素 B．石墨和C60互为同素异形体 C．乙二醇(CH2(OH )CH2(OH ))和丙三醇()互为同系物 方法08： 共线、共面判断方法 【典型例题】下列说法正确的是( ) A． 最多6个原子共线 B． 中最多有5个碳原子共线 C．苯乙炔()分子中最多有5个原子共直线 D．某有机物的键线式为，最多4个碳原子共线 方法09：分离、提纯的常用方法 【解题通法】 方法 目的 主要仪器 实例 萃取 将溶质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中 分液漏斗 用四氯化碳将碘水中的碘提取出来 分液 分离互不相溶的液态混合物 分液漏斗 分离汽油和水 重结晶 利用温度对溶解度的影响提纯物质 烧杯、漏斗、酒精灯(蒸发皿) 提纯苯甲酸 洗气 分离、提纯气体混合物 洗气瓶 除去甲烷中的乙烯 盐析 溶液与胶体的分离 — 分离鸡蛋清中的蛋白质 蒸馏 分离、提纯沸点相差较大的液态混合物 蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精灯 分离乙酸和乙醇 【典型例题】分离提纯是开展物质的组成、性质等研究的基础。下列有关装置及其用途错误的是 A．装置甲用于分离甲烷和氯气反应后的液态混合物 B．装置乙用于分离装有C60的“杯酚”和溶解了C70的甲苯 C．装置丙用于用CCl4提取碘水中的I2 D．装置丁用于重结晶法提纯苯甲酸 方法10：重结晶法提纯苯甲酸 苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙 原理：苯甲酸在水中的溶解度随温度升高而 增大 ； 步骤： (1)将粗苯甲酸溶于水，加热搅拌，使粗苯甲酸充分溶解； (2)混合物趁热过滤至另一烧杯中，将滤液静置，使其缓慢冷却结晶； (3)待滤液完全冷却后滤出晶体，并用少量蒸馏水洗涤。 【典型例题】苯甲酸是一种食品添加剂，某粗苯甲酸样品中含有少量NaCl和泥沙，提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下苯甲酸易溶于乙醇，25℃和75℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34g和2．2g)。下列说法正确的是 A．“过滤”时为了加快过滤速度，需要用玻璃棒不断搅拌漏斗中的液体 B．检验苯甲酸中含有的NaCl是否除净，可选用AgNO3溶液 C．“洗涤”时为了减少苯甲酸的损失、提高产量，可选用乙醇作洗涤剂 D．除去苯甲酸中的NaCl，“结晶”时应采用蒸发结晶 方法11：物质分离、提纯方法的创新 【解题通法】 (1)减压过滤 减压过滤也称抽滤或吸滤，利用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，布氏漏斗液面的上方与吸滤瓶内产生压强差(漏斗液面上方的压强大于吸滤瓶中的压强),在压强的作用下，过滤速度加快，提高固液分离效率。 (2)减压蒸馏 减压蒸馏(又称真空蒸馏)是分离和提纯化合物的一种重要方法，适用于高沸点物质和在常压蒸馏时未达到沸点就已受热分解、氧化或聚合的化合物的分离和提纯。 (3)连续萃取装置——索氏提取器 索氏提取器由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成。实验时提取瓶中溶剂受热蒸发，蒸气沿蒸气导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与被萃取固体粉末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回提取瓶，从而实现物质的连续萃取。 【典型例题】苏轼咏橘“香雾噀人惊半破，清泉流齿怯初尝”。某实验小组设计提取橘皮精油(主要成分为柠檬烯，沸点：)的实验流程如下图所示，下列说法错误的是( ) A．利用上图装置对橘皮进行反复萃取可提高提取率 B．试剂可选用丙酮，分液时两相溶液依次从下口放出 C．无水硫酸钠的作用是除去有机层中的水 D．利用质谱法可测定柠檬烯的相对分子质量 方法12：确定实验式方法 【解题通法】 1．元素定性分析——确定有机物的元素组成 (1)将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C→ CO2 ；H→ H2O；N→ N2；S→ SO2 。 (2)若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是。 (3)判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中 C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中无氧元素，否则有机物中有氧元素。 2．元素定量分析——确定有机物的实验式(最简式) (1)原理：一般是将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物，并通过无机物的质量推算出该有机物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机物分子内各元素原子的 质量分数 ，确定其 实验式 (也称 最简式 )。 (2)测定步骤(李比希法) 【典型例题】利用李比希法测定有机样品(含碳元素和氢元素，也可能含氧元素)实验式的实验装置如图所示。下列说法错误的是( ) A．只需无水CaCl2和碱石灰的增重数据即可达到实验目的 B．去掉装置中的氧化铜，可能会导致碳元素的测定值偏低 C．实验结束后，继续通入一段时间可提高测定的准确性 D．若确定分子式，还需要利用质谱法测定相对分子质量 方法13：确定分子式方法 【解题通法】 1．质谱法测定相对分子质量 (1)质谱法原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。 (2)质谱图分析 以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即最大质荷比就是样品分子的相对分子质量。 2．气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22．4 L·mol－1。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝d×MB。 ③混合气体平均摩尔质量：＝。 3．分子式的确定 (1)若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式相同。 (2)若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据：分子式是实验式的整数倍。 【典型例题】为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4．6 g M和4．8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的分子式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O 方法14：确定分子结构 【解题通法】 1．红外光谱 (1)原理：不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 (2)作用：获得分子中所含化学键或官能团的信息。 2．核磁共振氢谱 (1)原理：用电磁波照射含氢元素的化合物，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (2)作用：获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息， 吸收峰数目＝氢原子种类数，吸收峰面积比＝氢原子数目比。 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。 (2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 【典型例题】有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素，质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是( ) A．能与O2在铜催化时反应生成酮类化合物 B．能与NaHCO3溶液反应生成CO2 C．能发生水解反应 D．能生成高分子化合物 方法15：确定有机化合物结构式的综合运用 【解题通法】 1．有机物结构确定的方法思路 2．确定有机化合物结构的方法 【典型例题】有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓等型香精，是我国批准使用的香料产品，其沸点为。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下： 步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化。 (1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是_______，图中虚线框内应选用图中的_______(填“仪器x”或“仪器y”)。 步骤二：确定M的实验式和分子式。 (2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54．5%，氢的质量分数为9.1%。 ①M的实验式为_______。 ②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为_______，分子式为_______。 步骤三：确定M的结构简式。 (3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示。 M中官能团的名称为_______，M的结构简式为_______。 1 / 25 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 有机化合物的结构特点和研究方法 第一节 有机化合物的结构特点 一、有机物的分类 按照不同的结构特点，有机化合物主要有两种分类方法，一是依据构成有机化合物分子的碳骨架来分类，二是依据有机化合物分子中的官能团来分类。 1．按碳原子组成的分子骨架 (1)链状化合物 这类有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状。如CH3CH2CH2CH3、CH2===CHCH2CH3、CH3CH2CH2CH2OH和CH3CH2Br等。 (2)环状化合物 这类有机化合物分子中含有由碳原子构成的环状结构。 ①脂环化合物：分子中含有碳环(非苯环)的化合物。如(环戊烷)、(环己烯)、(环己醇)等。 ②芳香化合物：分子中含有苯环的化合物。如(苯)、(萘)、(溴苯)等。 (3)环状化合物还包括杂环化合物，即构成环的原子除碳原子外，还有其他原子，如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。 2．按是否含有苯环 3．芳香化合物 (1)芳香化合物：含有一个或多个苯环的化合物。如、2等。 (2)芳香烃：含有一个或几个苯环的烃。如、等。 (3)苯的同系物：只由一个苯环和烷基组成。如、等。 (4)芳香化合物、芳香烃、苯的同系物关系图解 4．依据官能团分类 (1)烃的衍生物 烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代，衍生出的一系列化合物，如CH3Cl、CH3OH、HCHO等。 (2)官能团 决定有机化合物特性的原子或原子团。 （3） 依据官能团分类 有机化合物类别 官能团 典型代表物 名称 结构简式 名称 结构简式 烃 烷烃 — — 甲烷 CH4 烯烃 碳碳双键 乙烯 CH2==CH2 炔烃 碳碳三键 —C≡C— 乙炔 CH≡CH 芳香烃 — — 苯 烃的衍生物 卤代烃 碳卤键(卤素原子) (—X) 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 (醇)羟基 —OH 乙醇 CH3CH2OH 酚 (酚)羟基 —OH 苯酚 醚 醚键 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 醛基 乙醛 CH3CHO 酮 (酮)羰基 丙酮 CH3COCH3 羧酸 羧基 乙酸 CH3COOH 酯 酯基 乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3 胺 氨基 —NH2 甲胺 CH3NH2 酰胺 酰胺基 乙酰胺 CH3CONH2 二、有机化合物的结构特点 1．碳原子的结构特点及成键方式 2．有机化合物中共价键的类型 (1)σ键、π键 共价键类型 σ键 π 键 示意图 特征 轴对称 镜面对称 成健方式 沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠 以“肩并肩”的形式从侧面重叠 键的性质 ①轨道重叠程度大，键能大，稳定性高； ②可绕键轴旋转而不易导致化学键的破坏 ①轨道重叠程度小，键能小，稳定性低，易断裂而发生化学反应； ②不能绕键轴旋转 有机反应类型 取代反应 加成反应 成键规律 ①两个原子间成键时首先形成σ键，只有形成σ键后，未参与杂化的p轨道才能形成π键； ②共价单键是σ键；双键中一个键是σ键，一个键是π键；三键中一个键是σ键，另外两个键是π键 (2)极性键与非极性键 ①形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。 ②由于不同的成键原子间电负性差异，共用电子对会发生偏移；偏移的程度越大，共价键的极性越强，在反应中越容易发生断裂。 3．共价键的极性与有机反应 (1)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较大的原子。偏移的程度越大，共价键极性越强，在反应中越容易发生断裂。 ①乙醇中氧原子的电负性较大，导致碳氧键和氢氧键极性较强，容易发生取代反应 乙醇与钠反应的化学方程式： 2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑ 乙醇与氢溴酸反应的化学方程式： CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O ②乙烯(CH2=CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生加成反应 乙烯与Br2反应的化学方程式： CH2=CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br (2)键的极性对对羧酸酸性的影响 ①键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的极性而实现的，羧基中羟基的极性越大，越容易电离出H+，则羧酸的酸性越大。 ②与羧基相邻的共价键的极性越大，通过传导作用使羧基中羟基的极性越大，则羧酸的酸性越大。 ③烃基是推电子基团，即将电子推向羟基，从而减小羟基的极性，导致羧酸的酸性减小。一般地，烃基越长，推电子效应越大，羧酸的酸性越小。 4．有机反应的特点 ①反应速率较小，有机反应往往发生在共价键上，而共价键的断裂需要吸收大量的能量。 ②副反应较多，产物比较复杂，有机化合物分子中存在多个极性键，发生反应时共价键断裂的位置存在多种可能。 三、有机化合物结构表示方法 1．有机化合物中碳原子的成键特点 (1) 最外层4个电子，可形成4个共价键； (2) 碳原子间以较稳定的共价键结合，不仅可以形成单键，还可以形成稳定的双键或叁键； (3) 多个碳原子可以互相结合成链状，也可以结合成环状，还可以带有支链，碳链和碳环也可以结合。 2．有机物结构的表示方法 种类 表示方法 实例 分子式 用元素符号表示物质的分子组成 CH4、C2H6 最简式 用元素符号表示化合物中各元素原子个数的最简整数比 乙烷的最简式CH3 电子式 在元素符号周围用“.”或“×”表示原子的最外层电子的成键情况的式子 甲烷的电子式 结构式 用短线“-”来表示1个共价键，用“-”(单键)、“=”(双键)或“≡”(三键)将所有的原子连接起来的式子 乙烯的结构式 结构 简式 ①表示单键的“-”可以省略，将与碳原子相连的其他原子写在其旁边，在右下角注明其个数； ②表示双键、三键的“=”“≡”不能省略； ③醛基()、羧基()可简化成-CHO、-COOH 乙烯的结构简式CH2===CH2 键线式 ①进一步省去碳、氢元素的元素符号，只要求表示出分子中碳碳键以及与碳原子相连的基团； ②键线式中的每个拐点或终点均表示一个碳原子，每个碳原子都形成四个共价键，不足的用氢原子补足 苯的键线式： 球棍 模型 小球表示原子，短棍表示化学键 乙烯的球棍模型 空间填充模型 用不同体积的小球表示不同大小的原子 乙烯的空间填充模型： 四、有机化合物的同分异构现象 1．同系物 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。 2．有机物的同分异构现象 (1)同分异构体：化合物分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 (2)同分异构体类型 构造异构 碳链异构 碳链骨架不同，如CH3—CH2—CH2—CH3和 位置异构 官能团位置不同，如：CH2===CH—CH2—CH3和CH3CH===CHCH3 官能团异构 官能团种类不同，如：CH3CH2OH和CH3OCH3，常见的官能团异构有醇、酚、醚；醛与酮；羧酸与酯等 立体异构 顺反异构 在有双键或小环结构(如环丙烷)的分子中，由于分子中双键或环的原子间的键的自由旋转受阻碍，存在不同的空间排列方式而产生的立体异构现象，又称几何异构，如CH3CH=CHCH3存在顺反异构：顺-2-丁烯，反-2-丁烯 对映异构 又称为手性异构，任何一个不能和它的镜像完全重叠的分子就叫做手性分子，它的一个物理性质就是能使偏振光的方向发生偏转，具有旋光活性，如CHFClBr存在对映异构。 构象异构 构造式相同的化合物由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空间的排布位置随之发生变化产生的立体异构现象，如环己烷存在椅式()和船式()两种较稳定的构象 (3)常见的官能团类别异构 组成通式 不饱和度(Ω) 可能的物质类别 CnH2n 1 烯烃和环烷烃 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．同分异构体的书写 (1)书写步骤 ①官能团异构 首先判断该有机物是否有官能团异构。 ②位置异构 就每一类物质，先写出碳链异构，再写官能团的位置异构体。 ③书写 碳链异构体按“主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边”的规律书写。 ④检查 看是否有书写重复或书写遗漏，根据“碳四价”原则检查是否有书写错误。 (2)烷烃同分异构体的书写 以烷烃C6H14为例，写出所有同分异构体。(烷烃只有碳链异构) 四句话：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布对邻间。 注意：①选择最长的碳链为主链；②找出中心对称线；③保证去掉碳后的链仍为主链。 (3)烯烃、炔烃同分异构体书写 ①写出相应烷烃的同分异构体的结构简式。 ②从相应烷烃的结构简式出发，变动不饱和键的位置。 烯烃、炔烃同分异构体包括：位置异构(或—C≡C—位置)、碳链异构、官能团异构。 (4)芳香族化合物的同分异构体的书写及判断 ①苯的一氯代物只有1种。  ②苯的二氯代物有邻、间、对3种。 ③甲苯(C7H8)不存在芳香烃的同分异构体。 ④分子式为C8H10的芳香烃的同分异构体有4种。 ⑤甲苯的一氯代物的同分异构体有4种。 ⑥苯的三元取代物，三个取代基相同时有3种，三个取代基中有两个相同时有6种，三个取代基中都不同时有10种。 4．顺反异构 (1)条件：双键两端的碳原子上只连有两个相同的原子或原子团。 (2)反式：相同基团在双键两侧。 (3)顺式：相同基团在双键同侧。 5．对映异构 (1)条件：同一碳原子上连有四个不同的原子或原子团，即含手性碳原子。 (2)关系：对映异构体互为镜像关系。 如乳酸的对映异构体可表示为： 第二节 研究有机化合物的一般方法 一、有机化合物的分离、提纯 1．研究有机物的基本步骤 2．物质的分离 将混合物中的物质逐一分离，得到各种纯净物。分离过程中要尽量减少各物质的损失，各组分要尽量纯净。 3．物质的提纯 (1)概念 提纯是采用物理或化学方法将混合物中的杂质除去的过程。分离和提纯的主要区别为提纯过程中除去的杂质不需要恢复。 (2)物质提纯的原则 ①杂不增：在提纯过程中不增加新的杂质； ②主不减：在提纯过程中尽量不减少被提纯的物质； ③易分离：被提纯物质与杂质容易分离(一般指化学方法提纯)； ④易复原：被提纯物质易复原(一般指被提纯物质进行处理后)。 基于以上原则，采用化学方法提纯物质时应注意：①除杂试剂必须过量；②过量试剂必须除尽；③选择最佳的除杂途径。 4．蒸馏 5．萃取 (1)类型及原理 类型 液-液萃取 固-液萃取 原理 利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程 示例 用CCl4或苯萃取溴水中的溴单质 从青蒿中提取青蒿素 (2)萃取剂及其选择条件 ①萃取用的溶剂称为萃取剂，常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、CCl4等。 ②萃取剂的选择条件 a．萃取剂与原溶剂不互溶； b．溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度； c．萃取剂与原溶液中的成分不反应。 (3)装置及操作要求 操作过程 萃取-分液操作过程(以用CCl4萃取碘水中的碘单质为例) 操作要求 加萃取剂后充分振荡，静置分层后，将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。注意漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。打开分液漏斗活塞，下层液体从下口放出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出。 6．重结晶 (1)原理 利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同，采用冷却结晶或蒸发结晶等方式将杂质除去的过程，重结晶是提纯固体有机化合物的常用方法。 (2)选择溶剂的条件 ①杂质在所选溶剂中的溶解度很小(使杂质析出)或很大(使杂质留在母液中),且随温度变化不大，易于除去。 ②被提纯的物质在所选溶剂中的溶解度受温度影响较大，升温时溶解度增大，降温时溶解度减小，冷却后易结晶析出。 (3)实验探究：重结晶法提纯苯甲酸 ①实验目的：除去粗苯甲酸样品中含有的少量氯化钠和泥沙。 ②实验原理：苯甲酸微溶于水，溶解度受温度影响较大；氯化钠易溶于水，溶解度受温度影响小；泥沙不溶于水。 ③实验步骤 a.加热溶解：在烧杯中加入粗苯甲酸，加入蒸馏水，加热、搅拌，使其充分溶解。 b.趁热过滤：主要滤去不溶性杂质(泥沙)。 e.冷却结晶：冷却过程中，苯甲酸的溶解度降低，结晶析出，溶解度较大的氯化钠留在溶液中。 ④注意事项 a.若第一步“加热溶解”得到的是饱和溶液，过滤时会因溶液温度降低而析出一部分溶质，造成损失，所以过滤时通常会加入少量热的蒸馏水，减少趁热过滤过程中的损失。 b.如果重结晶所得的晶体纯度不能达到要求，可以再次进行重结晶以提高产物的纯度。 ⑤操作步骤的异同 使用重结晶法分离固体化合物时，根据杂质的溶解度不同，应选择不同的操作步骤。 a.杂质的溶解度很小：加热溶解——趁热过滤(滤去部分杂质，目标产物在溶液中)——冷却结晶。 b.杂质的溶解度很大：加热溶解——蒸发浓缩——冷却结晶(杂质在溶液中，目标产物结晶析出)。 7．色谱法 (1)色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。 (2)色谱法基本原理是指在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称涡流扩散。 (3)“色谱法(层析法)是现代分析化学中重要的分离、分析技术，它是由俄国植物学家茨维特发明的。茨维特在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。 二、确定有机化合物元素组成及分子结构的方法 1．元素定性、定量分析——确定实验式 (1)元素定性、定量分析：用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数，如燃烧后C→CO2，H→H2O。 (2)李比希氧化产物吸收法定量分析原理 2．相对分子质量的测定 (1)质谱法——相对分子质量的确定 ①相对分子质量的测定——质谱法：在质谱图中，有机分子的相对分子质量＝最大质荷比。 ②质谱图分析 以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即最大质荷比就是样品分子的相对分子质量。 (2)气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22．4 L·mol－1。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝d×MB。 ③混合气体平均摩尔质量：＝。 3．分子式的确定 (1)若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式相同。 (2)若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据：分子式是实验式的整数倍。 (3)有机物分子式的确定方法 ①单位物质的量法 根据有机物的摩尔质量(或相对分子质量)和有机物中各元素的质量分数，推算出1 mol有机物中各元素原子的物质的量，从而确定分子中各原子的个数，最后确定有机物的分子式。 ②最简式法 根据有机物中各元素的质量分数求出分子组成中各元素的原子个数之比(最简式)，分子式为最简式的整数倍，利用物质的相对分子质量可确定其分子式。 N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝a∶b∶c(最简整数比)，最简式为CaHbOc，则分子式为(CaHbOc)n，得n＝(Mr为有机物的相对分子质量)。 ③商余法(适用于烃类分子式的求法) 用烃(CxHy)的相对分子质量除以12，看商和余数，即＝x……y，则分子式为CxHy。在此基础上，由一种烃的分子式求另一可能烃的分子式可采用增减法推断，其规律如下： CxHy 4．分子结构的鉴定 (1)化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认，常见官能团特征反应如下： 官能团种类 试剂 判断依据 碳碳双键或 碳碳三键 溴的CCl4溶液 橙红色褪去 酸性KMnO4溶液 紫色褪去 卤素原子 NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液 有沉淀产生 醇羟基 钠 有氢气放出 酚羟基 FeCl3溶液 显紫色 浓溴水 有白色沉淀产生 醛基 银氨溶液 有银镜生成 新制Cu(OH)2悬浊液 有红色沉淀产生 羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出 (2)物理方法 谱图 应用 核磁共振氢谱 峰的组数等于氢原子的种类数，峰面积之比等于不同化学环境的氢原子个数之比 红外光谱 测定官能团的种类、存在的化学键类型 X射线衍射 获得分子结构有关数据，包括键长、键角等参数 (3)有机物分子中不饱和度(Ω)的确定 ①计算公式：Ω＝n(C)＋1－ 其中，n(C)为分子中碳原子数目，n(H)为分子中氢原子数目，若分子中含有Cl、F等，则用n(H)加上其数目，若分子中含有N等，则用n(H)减去其数目，若分子中含有O、S等，其数目不计入计算公式。 ②不饱和度与有机物结构的关系 官能团 不饱和度 官能团 不饱和度 Ω＝1 —C≡C— Ω＝2 Ω＝1 苯环 Ω＝4 易错点01：官能团及分类 (1)在书写基团结构时，不能省略“—”,如甲基应为“—CH3”。 (2)烷基(如—CH3等)、苯基()都不属于官能团。 (3)官能团的书写必须注意规范性，常出现的错误有把“”错写成“C==C”，“—CHO”错写成“CHO—”或“—COH”。 (4)苯环不属于官能团，但是芳香化合物与链状有机物或脂环有机物相比，有明显不同的化学特征，这是由苯环的特殊结构所决定的。 (5)相同官能团有机物不一定属于同类物质。如醇和酚，羟基直接连苯环的为酚，羟基连烃基的为醇。 (6)含有醛基的有机物不一定属于醛类，如甲酸、甲酸盐、甲酸某酯等，虽然有醛基，但不与烃基相连，不属于醛类。 (7)官能团的结构是一个整体，不能将官能团拆开来分析，例如，不能认为—COOH含有一个(酮)羰基和一个羟基，从而具有酮和醇的性质。 (8)羧基与酯基：中，若R2为氢原子则为羧基，若R2为烃基，则为酯基。属于酸，而属于酯。 易错点02：几种典型官能团的判断 (1)含醛基的物质不一定为醛类，如HCOOH、HCOOCH3、葡萄糖等。 (2)不能认为属于醇类，应为羧酸。 (3) (酯基)与 (羧基)有区别。 (4)虽然含有醛基，但不属于醛类，应属于酯。 (5)醇和酚的结构差别是羟基是否直接连在苯环上。如属于醇类，，属于酚类。 (6)含有醛基的有机物不一定属于醛类。如甲酸某酯，虽然含有—CHO，但醛基不与烃基直接相连，不属于醛类。 (7)醛基与羰基(酮)：酮中羰基“”两端均为烃基，而醛基中“”至少有一端与氢原子相连，即。 (8)苯环不属于官能团。 (9)同一物质含有不同的官能团，可属于不同的类别。如既可属于醛类，又可属于酚类。 易错点03：有机物结构的表示误区 (1)把简单有机物的分子式与结构简式等同起来，如C2H5OH是乙醇的结构简式而非分子式，乙醇的分子式是C2H6O。 (2)把不饱和烃结构中的碳碳双键或三键省略，如将乙烯的结构简式误写为CH2CH2，乙炔的结构简式误写为CHCH等。 (3)空间填充模型与球棍模型辨别不清，从而产生错误，原因是未能理解它特点及二者的区别。 易错点04：同分异构体认识误区 (1)“同分”指的是分子式相同，则相对分子质量和各元素的质量分数一定相等。但相对分子质量相等的物质，分子式不一定相同，如CO和C2H4；各元素的质量分数相同的物质，分子式也不一定相同，如C2H4和C3H6。 (2)“异构”指的是结构不同，因此同分异构体的性质存在差异。同分异构体可能是同类物质，如正戊烷、异戊烷、新戊烷，则它们的化学性质相似；同分异构体也可能是不同类别的物质，如CH3CH2CH=CH2和,则它们的化学性质不同。 (3)CH3CH2CH2CH3与不互为同分异构体，因为它们的分子结构相同，只是书写形式不同，并不是碳链结构不同。 (4)和不互为同分异构体，因为它们的分子结构相同。借助于CH4的空间结构是正四面体形分析可知，上述两种书写形式表示的是CH2Cl2这一种物质。 (5)同分异构体可以是有机物和有机物，还可以是无机物和有机物之间构成。如：NH4CNO和CO(NH2)2。 (6)同分异构体之间的转化是化学变化。 易错点05：根、基与官能团的比较 根 基 官能团 概念 带电的原子或原子团 分子失去中性原子或原子团后剩余的部分 决定有机化合物特殊性质的原子或原子团 电性 带电(电子已成对) 电中性(有单电子) 电中性(有单电子) 存在 可以稳定存在 不能稳定独立地存在 不能稳定独立地存在 举例 氢氧根：OH－ 铵根：NH 羟基：—OH 甲基：—CH3 羟基：—OH 羧基：—COOH 联系 (1)根、基与官能团均属于原子或原子团。 (2)官能团属于基，但基不一定是官能团，如甲基(—CH3)是基，但不是官能团。 (3)基与基能够结合成分子，根与基不能结合成分子。 易错点06：有机化合物系统命名 (1)有机化合物系统命名中常见的错误 ①主链选取不当(不包含官能团，不是主链最长、支链最多)。 ②编号错(官能团的位次不是最小，取代基位号之和不是最小)。 ③支链主次不分(不是先简后繁)。 ④ “-”“，”忘记或用错。 (2)带官能团有机物系统命名时，选主链、编号位要围绕官能团进行，且要注明官能团的位置及数目。 (3)书写有机物名称时不要遗漏阿拉伯数字之间的逗号及与汉字之间的短线。 (4)1­甲基，2­乙基，3­丙基是常见的命名错误，若1号碳原子上有甲基或2号碳原子上有乙基，则主链碳原子数都将增加1，使主链发生变化。 (5)卤代烃中卤素原子作为取代基看待。酯是由对应的羧酸与醇(或酚)的名称组合，即某酸某酯。聚合物：在单体名称前面加“聚”。 易错点07：有机物分子的5种表示式 (1)分子式(化学式)：表示一分子中原子的种类和数目，如C2H4、C2H6等。 (2)最简式(实验式)：表示物质组成的各元素原子数目的最简整数比的式子，如C2H4和C3H6的最简式均为CH2。 (3)结构式：表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，不表示空间结构。 (4)结构简式：同碳连接的相同原子或原子团合并而简化的式子，但要突出官能团。如乙烯(CH2=CH2)，丙酸(CH3CH2COOH)，葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO] (5)键线式：表示出碳碳键以及与碳原子相连的基团，图式中每个拐点和终点均表示一个碳原子。 易错点08：有机物结构的表示方法误区 (1)不能把简单有机物的分子式与结构简式等同起来，如C2H5OH是乙醇的结构简式而非分子式，乙醇的分子式是C2H6O。 (2)不饱和烃结构中的碳碳双键或三键不可以省略，如将乙烯的结构简式误写为CH2CH2，乙炔的结构简式误写为CHCH等。 (3)对于含氧官能团，书写结构简式时官能团一定要写准确，如丙醛应写成CH3CH2CHO，不要写成CH3CH2COH。 (4)键线式中的端点、拐点或折点为碳原子，碳连接的氢原子省略。 (5)善于辨别空间填充模型与球棍模型。 易错点09：结晶与重结晶比较 方法 结晶 重结晶 不同点 含义 物质从溶液中以晶体形式析出的过程 将晶体溶于溶剂中，使之重新从溶液中结晶析出的过程 相关操作 先蒸发，后结晶 先溶解，后结晶 目的 获得晶体 提纯或分离物质 相同点 需要的仪器相同，操作方法相同，均需要加热，最后都需要进行过滤 方法01：按碳的骨架分类 【解题通法】 (1)有机化合物 (2)烃 【典型例题】下列有机化合物的分类正确的是 A．属于链状化合物 B．属于芳香族化合物 C．属于脂环化合物 D．属于醇类化合物 【答案】A 【解析】中的碳原子以碳链形式结合，属于链状化合物，A正确；不含苯环，不是芳香族化合物，B错误；含有苯环，属于芳香族化合物，C错误；的羟基与苯环直接相连，属于酚类，D错误；故选A。 方法02：有机化合物的常见分类 【解题通法】 分类标准 类别 概念 代表化合物 根据组成元素 烃 只由碳、氢两种元素组成 烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃 烃的衍生物 含有碳、氢以外的其他元素 卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯、胺、酰胺 根据碳骨架的形状 链状有机化合物 分子中原子间结合成链的化合物 乙烷、乙烯、乙醇、乙酸、丙醛、溴乙烷等 环状有机化合物 分子含有环的化合物 环已烷、苯等芳香族类 【典型例题】下列有机物类别划分正确的是( ) A． 含有醛基，属于醛 B．CH2=CHCOOH含有碳碳双键，属于烯烃 C． 属于脂环化合物 D． 和 按官能团分类，属于同一类物质 【答案】C 【解析】A项，A分子中含酯基，属于酯，A错误；B项，CH2=CHCOOH 含有碳碳双键和羧基，属于烃的衍生物，B错误；C项，C中所给有机物属于脂环化合物，C正确；D项，两个分子中均含羟基，物质类别分别为酚和醇，D错误；故选C。 方法03：有机化合物中碳原子的成键特征 【解题通法】 (1)共价键的类型——共价键中一定存在σ键，不饱和键中才存在π键 物质 甲烷 乙烯 乙炔 球棍 模型 共价键类型 4个σ键 5个σ键、1个π键 3个σ键、2个π键 碳原子杂化类型 sp3 sp2 sp (2)碳碳单键、双键和三键 碳碳单键 碳碳双键 碳碳三键 结构 —C≡C— C原子的杂化方式 sp3 sp2 sp 键的类型 σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键 键角 CH4：109°28′ C2H4：120° C2H2：180° 空间结构 碳原子与其他4个原子形成正四面体结构 双键碳原子及与之相连的原子处于同一平面上 碳原子及与之相连的原子处于同一直线上 (3)有机化合物中的共价键及空间结构 甲烷型 碳为sp3杂化，形成σ键，四面体形结构 乙烯型 碳为sp2杂化，含π键，以双键为中心原子共平面 苯型 碳为sp2杂化，含大π键Π，以苯环为中心12原子共平面 乙炔型 碳为杂化，含π键，以三键为中心4原子共直线 甲醛型 碳为sp2杂化，以碳原子为中心4原子共平面 【典型例题】碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列说法错误的是( ) A．该分子只含有极性键 B．该分子中碳原子均采取 sp2杂化 C．该分子的原子中存在孤电子对 D．该分子中σ键与π键个数比为4：1 【答案】A 【解析】A项，该分子中除含有极性键外还含有非极性键碳碳双键，A项错误；B项，该分子中的三个碳原子各参与形成碳碳双键，均为 sp2杂化，B项正确；C项，该分子的原子中，五元环上的两个氧原子各有两个孤电子对，故该分子的原子中存在孤电子对，C项正确；D项，单键为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，则该分子中含有8个σ键，含有2个π键，σ键与π键个数比为8：2=4：1，D正确；故选A。 方法04：烷烃系统命名正误判断的方法 【解题通法】 (1)烷烃的系统命名法 直接排除法 主链选择错误 若烷烃中出现“1－甲基”“2－乙基”(或倒数第2号碳原子上有乙基)“3－丙基”等，则为主链选择错误。 名称书写是否规范 ①必须用2、3、4等表示取代基位置且位次和最小，即使同一个碳原子上连两个相同取代基也不能省略。数字之间用“，”隔开。 ②必须用二、三、四等汉字表示相同取代基的数目。 ③名称中凡阿拉伯数字与汉字之间必须用短线“－”隔开。 ④必须把简单取代基写在前面，然后取代基依次变复杂。 重新命名法 将烷烃结构展开或由题给烷烃名称写出碳骨架结构，利用系统命名法进行命名，看名称是否一致。 (2)烯烃和炔烃的命名 【典型例题】下列有机物的命名正确的是( ) A．CH2Cl-CH=CH2 1-氯丙烯 B．(CH3CH2)2CHCH(CH3)2 3-乙基-4-甲基戊烷 C．异戊烷 D． 3，3-二甲基-2-乙基-1-丁烯 【答案】D 【解析】A项， CH2Cl-CH=CH2正确的命名为：3-氯-1-丙烯，故A错误；B项， (CH3CH2)2CHCH(CH3)2 2-甲基-3-乙基戊烷，故B错误；C项，异戊烷含有5个碳，正确的命名为2-甲基戊烷，故C错误；D项，含有官能团的有机物命名时，要选含官能团的最长碳链作为主链，官能团的位次最小，则的名称为3，3-二甲基-2-乙基-1-丁烯，故D正确；故选D。 方法05 ：同分异构体数目的判断方法 【解题通法】 记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目 ①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体(除对映异构)； ②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体； ③4个碳原子的烷烃有2种同分异构体，5个碳原子的烷烃有3种同分异构体，6个碳原子的烷烃有5种同分异构体。 基元法：如丁基有4种同分异构体 丁醇、戊醛、戊酸都有4种同分异构体。 换元法：将有机物分子中的不同原子或基团进行等效代换， 如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，四氯苯也有3种同分异构体(将H和Cl互换)；又如CH4的一氯代物只有1种，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。 等效氢法：该方法的实质是将同分异构体看作是由官能团取代烃中的不同氢而形成的。有几种氢就有几种同分异构体。 ①同一碳原子上的氢原子等效。 ②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。 ③位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。 【典型例题】下列物质在给定条件下的同分异构体数目(不包括立体异构)正确的是 A．分子式为的同分异构体有多种，其中含有三个甲基的结构有2种 B．分子式为且含有碳碳双键和的结构有8种 C．组成和结构可用表示的有机物共有16种 D．分子式为且分子中有两个、两个、一个和一个的结构有6种 【答案】B 【解析】C7H16含三个甲基的同分异构体有三种：(CH3)2CH(CH2)3CH3、CH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH3，A错误；含有碳碳双键和羧基时有三种：CH2=CHCH2COOH、CH3CH=CHCOOH、CH2=C(CH3)COOH，含有碳碳双键和酯基时有五种：HCOOCH=CHCH3、HCOOCH2CH=CH2、CH2=C(CH3) OOCH、CH3COOCH=CH2、CH2=CHCOOCH3，B正确；C4H9―有4种结构，但由于两个取代基相同，有6种结构重复，根据排列组合规律共有4+3+2+1=10种，C错误；有四种：CH3CHClCH2CH2CH3、CH3CH2CHClCH2CH3、CH3CH(CH2Cl)CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH2Cl，D错误；故选B。 方法06：有机物结构的表示方法 【解题通法】 化学用语 表示方法 实例 分子式 用元素符号表示物质的分子组成 CH4 最简式 用元素符号表示化合物中各元素原子个数的最简整数比 乙烯分子式C2H4 最简式为CH2 电子式 在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子的成键情况 结构式 用短线表示1个共价键，用单键、双键、三键将所有原子连接起来 结构简式 表示单键的可以省略，碳碳双键、碳碳三键不能省略 乙醇：CH3CH2OH 乙酸：CH3COOH 键线式 在结构简式的基础上省去碳原子和氢原子的元素符号，每个拐点或端点表示一个碳原子 异戊烷 键线式为 球棍模型 小球表示原子，短棍表示化学键 CH4： 空间填充模型 用不同体积的小球表示不同大小的原子，能真实表示分子的空间结构 CH4： 【典型例题】下列有关物质的表述正确的是( ) A．丙烯的键线式： B．的电子式： C．硝基苯的结构简式： D．聚丙烯的结构简式： 【答案】C 【解析】A项，丙烯的结构简式为CH3CH=CH2，其键线式为，故A错误；B项，甲基中含有1个未成对电子，电子式，故B正确；C项，硝基苯的结构简式为，故C错误；D项，丙烯的结构简式为：CH3CH=CH2，故聚丙烯的结构简式为，故D错误。故选B。 方法07：化学“四同”的比较 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 概念 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子 由同种元素形成的不同单质 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质 分子式相同，但结构不同的化合物 对象 原子 单质 有机化合物 无机化合物、有机化合物 特点 ①质子数相同 ②中子数不同 ③原子的电子排布相同，原子核结构不同 ①由同种元素组成 ②单质的组成或结构不同 ①符合同一通式 ②结构相似 ③分子式不同，组成上相差n(n≥1)个CH2 ①分子式相同 ②结构不同 性质 化学性质几乎相同，物理性质有差异 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似，物理性质有递变性 化学性质相似或不同，物理性质有差异 实例 如H、H和H；Cl和Cl 化学式可相同，也可不同。如O3和O2；金刚石(C)和石墨(C) 如甲烷、乙烷 如正戊烷、异戊烷、新戊烷 【典型例题】下列说法不正确的是( ) A．235U和238U互为同位素 B．石墨和C60互为同素异形体 C．乙二醇(CH2(OH )CH2(OH ))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】C 【解析】235U的质子数为92，中子数为143，238U的质子数为92，中子数为146，两者质子数相同、中子数不同，互为同位素，A正确；石墨和C60是由碳元素组成的不同的单质，两者互为同素异形体，B正确；乙二醇是饱和二元醇，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；丙酮和环氧丙烷的分子式都为C3H6O，分子式相同、结构不同，两者互为同分异构体，D正确；故选C。 方法08： 共线、共面判断方法 【典型例题】下列说法正确的是( ) A． 最多6个原子共线 B． 中最多有5个碳原子共线 C．苯乙炔()分子中最多有5个原子共直线 D．某有机物的键线式为，最多4个碳原子共线 【答案】B 【解析】A项，该分子中在同一条直线上的原子有8个()，A不正确；B项，共线的碳原子数目有 共5个，B正确；C项，，苯乙炔分子中最多有6个原子共直线，C不正确；D项，该分子最多最多3个碳原子共线，D不正确。故选B。 方法09：分离、提纯的常用方法 【解题通法】 方法 目的 主要仪器 实例 萃取 将溶质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中 分液漏斗 用四氯化碳将碘水中的碘提取出来 分液 分离互不相溶的液态混合物 分液漏斗 分离汽油和水 重结晶 利用温度对溶解度的影响提纯物质 烧杯、漏斗、酒精灯(蒸发皿) 提纯苯甲酸 洗气 分离、提纯气体混合物 洗气瓶 除去甲烷中的乙烯 盐析 溶液与胶体的分离 — 分离鸡蛋清中的蛋白质 蒸馏 分离、提纯沸点相差较大的液态混合物 蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精灯 分离乙酸和乙醇 【典型例题】分离提纯是开展物质的组成、性质等研究的基础。下列有关装置及其用途错误的是 A．装置甲用于分离甲烷和氯气反应后的液态混合物 B．装置乙用于分离装有C60的“杯酚”和溶解了C70的甲苯 C．装置丙用于用CCl4提取碘水中的I2 D．装置丁用于重结晶法提纯苯甲酸 【答案】D 【解析】A项，甲烷和氯气反应后的液态混合物中各组分沸点不同，可以用蒸馏的方法分离，A正确；B项，装有C60的“杯酚”不溶于溶解了C70的甲苯，可用过滤法分离，则可利用装置乙进行分离，B正确；C项，碘单质易溶于四氯化碳，且四氯化碳与水不互溶，可以通过萃取分液，用CCl4提取碘水中的I2，C正确；D项，提纯苯甲酸时，采用重结晶法，具体操作为：加热溶解→趁热过滤→冷却结晶→过滤，而装置丁是蒸发结晶装置，D错误；故选D。 方法10：重结晶法提纯苯甲酸 苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙 原理：苯甲酸在水中的溶解度随温度升高而 增大 ； 步骤： (1)将粗苯甲酸溶于水，加热搅拌，使粗苯甲酸充分溶解； (2)混合物趁热过滤至另一烧杯中，将滤液静置，使其缓慢冷却结晶； (3)待滤液完全冷却后滤出晶体，并用少量蒸馏水洗涤。 【典型例题】苯甲酸是一种食品添加剂，某粗苯甲酸样品中含有少量NaCl和泥沙，提纯苯甲酸的实验流程如图(已知：常温下苯甲酸易溶于乙醇，25℃和75℃时苯甲酸在水中的溶解度分别为0.34g和2．2g)。下列说法正确的是 A．“过滤”时为了加快过滤速度，需要用玻璃棒不断搅拌漏斗中的液体 B．检验苯甲酸中含有的NaCl是否除净，可选用AgNO3溶液 C．“洗涤”时为了减少苯甲酸的损失、提高产量，可选用乙醇作洗涤剂 D．除去苯甲酸中的NaCl，“结晶”时应采用蒸发结晶 【答案】B 【解析】过滤时，不能用玻璃棒搅拌漏斗中的液体，有可能会使滤纸破裂，故A错误；检验苯甲酸中含有的是否除净，可以取少量样品溶于水，滴加硝酸银溶液，若无白色沉淀，则说明NaCl已经除净，故B正确；常温下，苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇，洗涤时不宜用乙醇，应用冷水，故C错误；NaCl的溶解度随温度变化不大，为除去NaCl，“结晶”时应采用冷却结晶，使NaCl留在滤液中，故D错误；故选B。 方法11：物质分离、提纯方法的创新 【解题通法】 (1)减压过滤 减压过滤也称抽滤或吸滤，利用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，布氏漏斗液面的上方与吸滤瓶内产生压强差(漏斗液面上方的压强大于吸滤瓶中的压强),在压强的作用下，过滤速度加快，提高固液分离效率。 (2)减压蒸馏 减压蒸馏(又称真空蒸馏)是分离和提纯化合物的一种重要方法，适用于高沸点物质和在常压蒸馏时未达到沸点就已受热分解、氧化或聚合的化合物的分离和提纯。 (3)连续萃取装置——索氏提取器 索氏提取器由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成。实验时提取瓶中溶剂受热蒸发，蒸气沿蒸气导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与被萃取固体粉末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回提取瓶，从而实现物质的连续萃取。 【典型例题】苏轼咏橘“香雾噀人惊半破，清泉流齿怯初尝”。某实验小组设计提取橘皮精油(主要成分为柠檬烯，沸点：)的实验流程如下图所示，下列说法错误的是( ) A．利用上图装置对橘皮进行反复萃取可提高提取率 B．试剂可选用丙酮，分液时两相溶液依次从下口放出 C．无水硫酸钠的作用是除去有机层中的水 D．利用质谱法可测定柠檬烯的相对分子质量 【答案】B 【解析】由题给流程可知，向碎橘皮中加入水和乙醇用索氏提取器反复萃取提取得到提取液，向提取液中加入有机萃取剂萃取、分液得到有机相，向有机相中加入无水硫酸钠除去有机层中的水后，蒸馏得到橘皮精油。A项，由萃取规律可知，对橘皮进行反复多次萃取可以获得更多的橘皮精油，有利于提高橘皮精油提取率，故A正确；B项，丙酮溶于水，不能做萃取橘皮精油的萃取剂，且分液时下层溶液从下口流出，上层溶液应从上口倒出，不能从下口流出，故B错误；C项，由分析可知，加入无水硫酸钠的目的是除去有机层中的水，干燥有机相，故C正确；D项，利用质谱法可测定柠檬烯的相对分子质量，测得的最大质荷比为柠檬烯的相对分子质量，故D正确；故选B。 方法12：确定实验式方法 【解题通法】 1．元素定性分析——确定有机物的元素组成 (1)将某有机物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C→ CO2 ；H→ H2O；N→ N2；S→ SO2 。 (2)若将有机物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机物中一定含有的元素是C、H，可能含有的元素是。 (3)判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中 C、H两元素的质量和，再与有机物的质量比较，若两者相等，则说明原有机物中无氧元素，否则有机物中有氧元素。 2．元素定量分析——确定有机物的实验式(最简式) (1)原理：一般是将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物，并通过无机物的质量推算出该有机物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机物分子内各元素原子的 质量分数 ，确定其 实验式 (也称 最简式 )。 (2)测定步骤(李比希法) 【典型例题】利用李比希法测定有机样品(含碳元素和氢元素，也可能含氧元素)实验式的实验装置如图所示。下列说法错误的是( ) A．只需无水CaCl2和碱石灰的增重数据即可达到实验目的 B．去掉装置中的氧化铜，可能会导致碳元素的测定值偏低 C．实验结束后，继续通入一段时间可提高测定的准确性 D．若确定分子式，还需要利用质谱法测定相对分子质量 【答案】A 【解析】氧化铜作催化剂，在760℃左右使有机物在氧气流中全部氧化为CO2和H2O，通过测定生成的CO2、H2O的量确定实验式，用氯化钙吸收水蒸气，用碱石灰吸收二氧化碳，由于碱石灰会同时吸收水蒸气和二氧化碳，故先用氯化钙吸收水蒸气，再用碱石灰吸收二氧化碳；计算生成水、二氧化碳的物质的量，根据质量守恒判断是否含有O元素，若含有O元素，计算原子物质的量；根据原子数目之比确定有机物最简式，再确定分子式，最后根据有机物的核磁共振氢谱确定结构简式。A项，测定实验式需确定C、H、O的比例(若含氧)。无水CaCl2增重为H2O质量(可算H含量)，碱石灰增重为CO2质量(可算C含量)，但含氧时需样品总质量计算O含量，仅这两个数据无法确定O是否存在及含量，A错误；B项，氧化铜可将燃烧不充分生成的CO氧化为CO2，若去掉，CO无法被吸收，导致CO2测定值偏小，碳元素测定值偏低，B正确；C项，实验结束后继续通O2可将装置残留的H2O和CO2赶入吸收剂，确保完全吸收，提高准确性，C正确；D项，实验式为最简式，分子式需实验式结合相对分子质量确定，质谱法可测相对分子质量，D正确；故选A。 方法13：确定分子式方法 【解题通法】 1．质谱法测定相对分子质量 (1)质谱法原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。 (2)质谱图分析 以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。如图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即最大质荷比就是样品分子的相对分子质量。 2．气态有机化合物相对分子质量计算法 相对分子质量数值上等于摩尔质量(以g·mol－1为单位时)的值。 ①标况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，摩尔质量：M＝ρ×22．4 L·mol－1。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d：MA＝d×MB。 ③混合气体平均摩尔质量：＝。 3．分子式的确定 (1)若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和(氢原子数等于对应烷烃中的氢原子数),则该物质的实验式与分子式相同。 (2)若实验式中碳原子未达到饱和，可根据相对分子质量进一步确定其分子式，计算依据：分子式是实验式的整数倍。 【典型例题】为了测定有机物M的分子式，进行了如下实验。取4．6 g M和4．8 g O2于一密闭容器中燃烧，产物为CO2、CO和水蒸气，测得的有关实验数据如下(实验前装置内的空气已排尽)，则该有机物M的分子式为(　　) A．C4H8O B．C2H4O2 C．C3H8O3 D．CH2O 【答案】C 【解析】燃烧产物通入浓硫酸中，浓硫酸的质量增加3．6 g，即生成水的质量为3．6 g，其物质的量为0.2 mol；通入浓NaOH溶液中，溶液的质量增加4．4 g，即生成CO2的质量为4．4 g，其物质的量为0.1 mol；剩余气体通入浓硫酸中干燥后再与CuO反应，CuO的质量减少0.8 g，根据化学方程式CO＋CuOCO2＋Cu可知，CuO的物质的量减少0.05 mol，CO的物质的量为0.05 mol。4．6 g该有机物中，m(C)＝0.15 mol×12 g·mol－1＝1．8 g，m(H)＝0.4 mol×1 g·mol－1＝0.4 g，则m(O)＝4．6 g－1．8 g－0.4 g＝2．4 g，则n(O)＝＝0.15 mol，因此n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.15 mol∶0.4 mol∶0.15 mol＝3∶8∶3，则有机物M的实验式为C3H8O3，因为实验式中的碳原子已经达到饱和，所以该实验式即为M的分子式，C项正确。 方法14：确定分子结构 【解题通法】 1．红外光谱 (1)原理：不同的化学键或官能团对红外线的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 (2)作用：获得分子中所含化学键或官能团的信息。 2．核磁共振氢谱 (1)原理：用电磁波照射含氢元素的化合物，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (2)作用：获得有机物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息， 吸收峰数目＝氢原子种类数，吸收峰面积比＝氢原子数目比。 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。 (2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。 【典型例题】有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素，质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是( ) A．能与O2在铜催化时反应生成酮类化合物 B．能与NaHCO3溶液反应生成CO2 C．能发生水解反应 D．能生成高分子化合物 【答案】D 【解析】由质谱图可知，有机物A相对分子质量为58，A只含C、H、O三种元素，因此A的分子式为C3H6O或C2H2O2；由核磁共振氢谱可知，A有4种处于不同环境的氢原子，因此A为CH2=CHCH2OH。A项，有机物A中与-OH直接相连的碳原子上有2个氢，故有机物A与O2在铜催化时反应生成醛类化合物，A错误；B项，有机物A中不含与NaHCO3反应的官能团，则有机物A不能与NaHCO3溶液反应生成CO2，B错误；C项，有机物中A的碳碳双键和羟基均不会发生水解反应，C错误；D项，有机物A中含有碳碳双键，在一定条件下发生加聚反应生成高分子化合物，D正确；故选D。 方法15：确定有机化合物结构式的综合运用 【解题通法】 1．有机物结构确定的方法思路 2．确定有机化合物结构的方法 【典型例题】有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓等型香精，是我国批准使用的香料产品，其沸点为。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下： 步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化。 (1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是_______，图中虚线框内应选用图中的_______(填“仪器x”或“仪器y”)。 步骤二：确定M的实验式和分子式。 (2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54．5%，氢的质量分数为9.1%。 ①M的实验式为_______。 ②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为_______，分子式为_______。 步骤三：确定M的结构简式。 (3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示。 M中官能团的名称为_______，M的结构简式为_______。 【答案】(1) 蒸馏烧瓶 仪器y (2) C2H4O 88 C4H8O2 (3) 羟基、羰基 【解析】(1)根据装置图，仪器a的名称为蒸馏烧瓶；蒸馏时使用仪器直形冷凝管，球形冷凝管一般用于冷凝回流装置中，选仪器y。(2)①M中碳的质量分数为54．5%，氢的质量分数为9.1%，所以该有机物中还一定含有氧元素，氧元素的质量分数为，分子内各元素原子的个数比，所以实验式为C2H4O；②同温同压，密度比等于相对分子量之比。M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为88，设分子式为(C2H4O)n，则44n =88，n=2，则分子式为C4H8O2。(3)根据核磁共振氢谱图中有4组峰，说明分子中含有4种不同化学环境的氢原子，且个数比为1∶3∶1∶3，结合红外光谱图所示含有C-H、H-O、C=O等化学键，其结构简式为，所含官能团为羟基、羰基。 1 / 25 学科网（北京）股份有限公司 $