1.2有机物的结构（情境化讲义）2026-2027学年高二上学期化学选择性必修3（沪科版）

本讲义系统梳理有机物结构核心知识点，从碳原子四价及成键方式切入，串联有机物表示方法（电子式、结构式、键线式等）、同系物判断、同分异构（碳链、位置、官能团异构及立体异构）、手性碳识别，到典型分子空间结构（杂化类型、σ/π键、共面共线），构建“碳连接-分子表示-异构分析-空间排布”的学习支架。 该资料以医药、材料等真实情境设计试题（如环氧乙烷灭菌剂、苯甲酸钠防腐剂），通过表格对比、步骤化方法（如缩链法写同分异构体）培养科学思维与证据推理能力，课中辅助教师情境教学，课后借助分层试题及解析帮助学生查漏补缺，强化“结构决定性质”的化学观念。

有机物的结构（情境化讲义） 知识整理 · 情境类试题 · 能力提升 有机物为什么种类繁多？根源在碳原子的“性格”：碳是四价，既能以单键、双键、三键相连，又能连成链或环，于是碳原子数相同的分子也能摆出不同结构。这一部分把四件事串起来：碳怎么连、分子怎么表示、异构怎么数、空间怎么排。 一、知识点整理 （一）碳原子的成键特点 1. 四价： 碳原子最外层有 4 个电子，倾向形成 4 个共价键。 2. 成键方式多样： 碳原子间可形成单键、双键、三键；多个碳可连成直链、支链，也可连成环。 3. 结果： 同样的碳原子数可以对应多种结构（同分异构），这正是有机物种类繁多的主要原因。 附带规则： 写结构式、数氢原子时，若分子中有 O、N，每个 O 原子形成 2 个共价键，每个 N 原子形成 3 个共价键。 （二）有机物的常见表示方法 1. 电子式： 用小黑点表示最外层电子，能看清价键来源。 2. 结构式： 用短线表示共价键，如乙炔写为 H—C≡C—H，能看清每个原子连了几个键。 3. 结构简式： 省略部分键，书写方便，如 CH3CH2OH（官能团要写清楚）。 4. 键线式： 只画碳骨架——每个端点、拐点都是一个碳原子，线表示化学键，省略 C、H 符号。 键线式读法三步： ①数端点、拐点得碳原子数；②按“每碳四价”补氢（连了 1 根键补 3 个 H，连 2 根补 2 个，连 3 根补 1 个，连 4 根不补）；③数不饱和度验算。会读键线式，写分子式就不容易出错。 5. 模型： 球棍模型（球代表原子、棍代表键，能看清空间取向）；空间填充模型（按原子实际大小比例堆叠，也叫比例模型）。 （三）同系物 概念： 结构相似，分子组成上相差一个或若干个 CH2 的有机物，互称同系物。 判断要点： ①类别相同，官能团种类和数目相同；②组成上相差 n 个 CH2。例如甲烷、乙烷、丙烷互为同系物，甲醇与乙醇互为同系物；但乙醇与二甲醚不是同系物（官能团不同），乙烯与环丙烷也不是（结构不相似）。 （四）同分异构现象和同分异构体 1. 概念： 分子式相同、结构不同的现象叫同分异构现象，这些化合物互为同分异构体。 2. 类型： 构造异构： 碳链异构（碳骨架不同）、位置异构（官能团位置不同）、官能团异构（官能团种类不同）。 立体异构： 顺反异构（双键两侧基团排列方式不同）、对映异构（互为镜像关系，与手性碳有关）。 3. 常见官能团异构（由通式预判类别）： 组成通式 不饱和度（Ω） 可能的类别 CnH2n 1 烯烃、环烷烃 CnH2n−2 2 炔烃、二烯烃、环烯烃 CnH2n+2O 0 饱和一元醇、醚 CnH2nO 1 饱和一元醛、酮等 CnH2nO2 1 饱和一元羧酸、酯、羟基醛等 4. 同分异构体的书写方法（不重不漏的顺序）： 烷烃： 缩链法——主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边。 烯烃、炔烃： 碳架异构 → 位置异构 → 官能团异构。技巧是“邻碳去氢”：烷烃相邻碳上各去掉 1 个 H 变烯烃，各去掉 2 个 H 变炔烃。 苯的同系物： 支链由整到散，苯环上的取代基按邻、间、对排列书写。 含氧有机物： 先按官能团异构分好类别，再碳架异构，再位置异构。 示例（C~5~H~12~）： 先写 5 个碳的直链（正戊烷）；再主链变 4 个碳、把 1 个碳作支链，支链由“整”（2 号位）移到“散”（3 号位），得 2-甲基丁烷；最后主链变 3 个碳、两个支链并排连在 2 号碳上，得 2,2-二甲基丙烷。共 3 种，这就是“主链由长到短、支链由整到散”的实际操作。 （五）手性碳原子 定义： 与四个互不相同的原子或原子团相连的饱和碳原子叫手性碳原子（又叫不对称碳原子），通常用“*”标出。 例子： 乳酸 CH3CH(OH)COOH 中，与 —H、—OH、—CH3、—COOH 四个基团相连的那个碳就是手性碳。 判断方法： 找饱和碳原子，逐一检查它连接的 4 个原子或原子团是否两两不同；含手性碳的分子存在对映异构（互为镜像、无法重合），这是立体异构的一种。 （六）典型分子的共价键与空间结构 类型 中心碳的杂化 共价键特点 空间结构 甲烷 CH4 sp3 4 个 σ 键 正四面体 乙烯 CH2=CH2 sp2 C＝C 含 1 个 σ 键＋1 个 π 键 以双键为中心的 6 个原子共平面 苯 C6H6 sp2 6 个 C—C σ 键＋大 π 键 12 个原子共平面 乙炔 HC≡CH sp C≡C 含 1 个 σ 键＋2 个 π 键 4 个原子共直线 σ 键与 π 键的计数技巧： 单键就是 1 个 σ 键；双键＝1σ＋1π；三键＝1σ＋2π。 数 σ 键：把分子中所有单键数一遍，双键、三键各再算 1 个；π 键数＝双键数＋2×三键数。 π 键由未杂化的 p 轨道“肩并肩”形成，不能独立存在，所以碳碳双键、三键一定含 π 键。 空间结构小提示： 单键可以绕轴旋转，所以判断“共平面”时，先找乙烯平面、苯平面作基准，再看与平面直接相连的原子；凡 sp3 杂化的饱和碳（如甲基）不可能把所有原子都拉进同一平面。 （七）知识关联 “结构决定性质”是本章的灵魂：碳骨架和官能团决定了分子性质，而空间结构（杂化方式、共平面、共直线）又由成键方式决定。做题时把方法配好：写分子式用键线式补氢，数异构按顺序不重不漏，判断手性找“四个不同基团”，数 σ、π 键按“单 1 双 1＋1 三 1＋2”的规律——这些方法共同服务于一件事：看懂一个有机物。 二、情境类试题（单项选择题） 以下题目按近两年（2025—2026 年）高考与各地模拟的命题趋势编写，全部以医药、材料、食品等真实情境为背景。 1．环氧乙烷是医院常用的气体灭菌剂，其分子为三元环（两个碳原子和一个氧原子成环，每个碳上各连两个氢）。下列说法正确的是（　　） A．1 个环氧乙烷分子含 2 个 π 键 B．环氧乙烷能使溴水褪色 C．1 个环氧乙烷分子含 7 个 σ 键 D．环氧乙烷分子中碳原子均为 sp2 杂化 2．聚乙烯由乙烯聚合而成，常用于制作保鲜膜。关于乙烯分子，下列说法正确的是（　　） A．乙烯分子中所有原子共平面 B．乙烯分子中只有 σ 键 C．乙烯分子中碳原子为 sp3 杂化 D．乙烯分子呈正四面体形 3．苯甲酸钠常用作食品防腐剂，其分子中含苯环。关于苯分子，下列说法正确的是（　　） A．苯分子中 6 个碳原子不在同一平面 B．苯分子中碳原子为 sp3 杂化 C．苯分子中 12 个原子共平面，碳原子均为 sp2 杂化 D．苯分子中含有 3 个碳碳三键 4．某药物的骨架是环己烷（六元饱和碳环），环己烷的分子式是（　　） A．C6H12　　B．C6H14　　C．C6H10　　D．C6H6 5．沙利度胺曾因含手性碳而存在对映异构体，其中一种有药效、另一种有严重致畸作用。下列分子中含有手性碳原子的是（　　） A．CH3CH2CH3　　B．CH3CHClCH2CH3 C．CH3CH2CH2Cl　　D．(CH3)2CHCH3 6．某药物中间体的分子式为 C4H10O，属于饱和一元醇。它的同分异构体共有（　　） A．2 种　　B．3 种　　C．4 种　　D．5 种 三、情境类试题（非选择题） 7．环氧乙烷是医院常用的气体灭菌剂。它的分子中有一个三元环，环由两个碳原子和一个氧原子组成，每个碳原子上还各连两个氢原子（即两个碳与氧连成三角形环）。 （1）1 个环氧乙烷分子中共有________个 σ 键、________个 π 键。 （2）环氧乙烷________（填“能”或“不能”）使溴水褪色，理由是________________。 （3）环氧乙烷分子中每个碳原子形成 4 个 σ 键，其杂化方式是________。 8．蛋白质水解可得到多种氨基酸，其中丙氨酸的结构简式为 H2NCH(CH3)COOH（2-氨基丙酸）。 （1）丙氨酸分子中有________个手性碳原子。 （2）含手性碳的分子存在________异构（填异构类型），这类异构体互为________关系。 （3）判断：丙氨酸与甘氨酸（H2NCH2COOH）是否互为同系物？说明理由。 9．二甲醚（CH3OCH3）被称为“21 世纪的清洁燃料”，它的组成与乙醇（CH3CH2OH）完全相同。 （1）二甲醚与乙醇的关系是________________。 （2）从结构角度解释：为什么二甲醚不能像乙醇那样与金属钠反应？ （3）写出二甲醚和乙醇的官能团名称。 四、能力提升（难度较大） 10．已知 2-丁烯（CH3CH=CHCH3）存在顺反异构。 （1）分别说明顺-2-丁烯与反-2-丁烯中两个甲基的位置关系。 （2）判断：异丁烯（CH2=C(CH3)2）是否存在顺反异构？说明理由。 （3）判断：乳酸（CH3CH(OH)COOH）是否存在对映异构？说明理由。 11．某烃 A 的分子式为 C5H10。 （1）若 A 是链状烯烃（不考虑顺反异构），写出全部同分异构体的结构简式。 （2）若 A 不能使溴水褪色，且核磁共振氢谱只有 1 组峰，写出 A 的结构简式并说明理由。 五、参考答案与解析 1．C　解析：环氧乙烷分子含 4 个 C—H、1 个 C—C、2 个 C—O，共 7 个 σ 键，无 π 键；无碳碳双键，不能使溴水褪色；每个碳形成 4 个 σ 键，为 sp3 杂化。 2．A　解析：乙烯为 sp2 杂化，6 个原子共平面，含 1 个 C＝C（1 个 σ 键＋1 个 π 键）。 3．C　解析：苯为 sp2 杂化，12 个原子共平面，碳碳键介于单双键之间，不含 3 个三键。 4．A　解析：环烷烃通式 CnH2n，环己烷为 C6H12。 5．B　解析：2-氯丁烷中 2 号碳连有 H、Cl、CH3、CH2CH3 四个互不相同的基团；其余分子中每个碳至少连有两个相同的基团或氢。 6．C　解析：C4H10O 的饱和一元醇有 4 种：1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇。 7．解析：（1）7、0（4 个 C—H＋1 个 C—C＋2 个 C—O，共 7 个 σ 键，无 π 键）。（2）不能；分子中无碳碳双键。（3）sp3（每个碳都形成 4 个 σ 键）。 8．解析：（1）1（与 —H、—NH2、—CH3、—COOH 相连的碳）。（2）对映异构；互为镜像、不能重合。（3）互为同系物；二者结构相似、官能团相同（均含一个氨基和一个羧基），组成上相差 1 个 CH2。 9．解析：（1）互为同分异构体（官能团异构）。（2）二甲醚不含羟基（—OH），乙醇含羟基，只有羟基能与金属钠反应放出氢气。（3）二甲醚：醚键；乙醇：羟基。 10．解析：（1）顺-2-丁烯中两个甲基在双键同侧，反-2-丁烯中两个甲基在双键异侧。（2）不存在。顺反异构要求双键两端每个碳上连的两个基团不同；异丁烯中双键一端碳上连有两个相同的甲基，故无顺反异构。（3）存在。乳酸分子中含手性碳原子（连四个不同基团的碳），有对映异构体（互为镜像）。 11．解析：（1）5 种：1-戊烯 CH2=CHCH2CH2CH3；2-戊烯 CH3CH=CHCH2CH3；2-甲基-1-丁烯 CH2=C(CH3)CH2CH3；3-甲基-1-丁烯 CH2=CHCH(CH3)CH3；2-甲基-2-丁烯 CH3C(CH3)=CHCH3。（2）环戊烷（五元环）。理由：不能使溴水褪色说明不是烯烃；C5H10 的环烷烃中，只有环戊烷的 10 个氢全部等效，核磁共振氢谱只有 1 组峰。 学科网（北京）股份有限公司 $