2025年高考化學一輪復習（新高考版）大單元5 第13章　第61講　有機化合物的空間結構　同系物　同分異構體

第61講有機化合物的空間結構同系物同分異構體[復習目標]1.掌握有機化合物分子中碳原子的成鍵特點，能正確判斷簡單有機物分子中原子的空間位置。2.了解有機化合物的同分異構現(xiàn)象，能判斷并正確書寫簡單有機化合物的同分異構體的結構簡式?？键c一有機化合物的空間結構1．有機化合物常用的表示方法如乙酸的常見表示方法：結構式結構簡式鍵線式球棍模型空間填充模型CH3COOH2.有機化合物的成鍵方式和空間結構與碳原子相連的原子數(shù)結構示意碳原子的雜化方式碳原子的成鍵方式碳原子與相鄰原子形成的結構單元的空間結構實例4sp3σ鍵四面體形甲烷3sp2σ鍵、π鍵平面三角形乙烯2—C≡spσ鍵、π鍵直線形乙炔注意苯環(huán)中的碳原子為sp2雜化，含大π鍵(Πeq\o\al(6,6))，為平面六邊形結構。1．有機物分子中與碳碳雙鍵或苯環(huán)直接相連的原子一定共平面()2．若有機物分子中碳原子只采取sp、sp2雜化，則分子中所有原子一定共平面()3．若有機物分子中含有手性碳原子，則分子中所有原子不可能共平面()4．戊烷中碳原子的雜化方式有sp3、sp2兩種()5．乙烯的結構簡式為CH2CH2()答案1.√2.×3.√4.×5.×一、有機物的表示方法與碳原子成鍵特點1．碳原子的不同結合方式使得有機物種類繁多，下列碳原子的結合方式錯誤的是()答案C解析碳原子可形成4個共價鍵，而C項中碳原子形成5個共價鍵，不符合碳原子的成鍵特點。2．下列化學用語正確的是()A．硝基苯的結構簡式：B．四氯化碳的空間填充模型：C．聚丙烯的鏈節(jié)為—CH2CH2CH2—D．葡萄糖的實驗式：C6H12O6答案A解析四氯化碳分子中氯原子半徑大于碳原子半徑，B錯誤；聚丙烯的鏈節(jié)為，C錯誤；葡萄糖的分子式為C6H12O6，實驗式為CH2O，D錯誤。3．下列說法錯誤的是()A．三氟乙酸乙酯(CF3COOC2H5)是制備抗病毒藥物的原料，1個該分子中含有13個σ鍵和1個π鍵B．1mol丙酮()中含有σ鍵個數(shù)為9NAC．一個乙炔(H—C≡C—H)分子中有3個π鍵D．乙烷分子中只存在σ鍵，即6個C—H和1個C—C，無π鍵答案C解析根據(jù)分子中價鍵可知，單鍵為σ鍵，雙鍵為1個σ鍵和1個π鍵，三鍵為1個σ鍵和2個π鍵，故乙炔分子中有3個σ鍵和2個π鍵，C錯誤。σ鍵、π鍵的判斷(1)根據(jù)成鍵原子的價電子數(shù)能形成幾個共用電子對判斷如果只有一個共用電子對，則該共價鍵一定是σ鍵；如果形成多個共用電子對，則先形成一個σ鍵，另外的原子軌道形成π鍵。(2)由成鍵軌道類型判斷s軌道形成的共價鍵全部為σ鍵；雜化軌道形成的共價鍵全部為σ鍵。二、有機化合物分子中原子的空間位置判斷4．下列說法正確的是()A．丙烷是直鏈烴，所以分子中3個碳原子在一條直線上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—CH=CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上答案D解析A項，飽和直鏈烴是鋸齒形的，錯誤；B項，CH3—CH=CH2中有甲基，所有原子不可能共平面，錯誤；C項，因環(huán)狀結構不是平面結構，所有碳原子不可能在同一平面上，錯誤；D項，該分子可表示為，依據(jù)乙烯分子中6個原子共平面，乙炔分子中4個原子共直線判斷，該有機物分子中所有碳原子共平面，正確。5．有機物分子中最多有________個碳原子在同一平面內，最多有________個原子在同一條直線上，苯環(huán)平面內的碳原子至少有________個。答案1169解析以碳碳雙鍵為中心，根據(jù)乙烯、苯、乙炔、甲烷的結構，可以畫出如圖所示結構。由于碳碳單鍵可以繞軸自由旋轉，炔直線一定在苯平面內，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而該有機物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11個碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9個碳原子在苯平面內。由于苯分子、乙烯分子的鍵角均為120°，炔直線與所在苯環(huán)正六邊形對角線上的碳原子共線，因而5個碳原子和炔基上的1個氫原子共線，即5＋1＝6。判斷分子共線、共面原子數(shù)目的技巧(1)熟記基本模型①三個基本面：烯平面()、羰基平面()、苯平面()，碳原子均為sp2雜化。②兩條基準線：炔直線(—C≡C—)，sp雜化；苯對角線()。(2)直線與平面連接，則直線在這個平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。(3)平面與平面、直線、立體結構連接①審準題目要求題目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制條件。②碳碳單鍵的旋轉碳碳單鍵兩端碳原子所連接的基團能以“C—C”為軸旋轉。③恰當拆分復雜分子觀察復雜分子的結構，先找出類似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的結構，再將對應的空間結構及鍵的旋轉等知識進行遷移即可解決有關原子共面、共線的問題?？键c二同系物同分異構體1．同系物2．有機物的同分異構現(xiàn)象和同分異構體(1)概念化合物分子式相同、結構不同的現(xiàn)象稱為同分異構現(xiàn)象。具有同分異構現(xiàn)象的化合物互為同分異構體。(2)類型(3)?？脊倌軋F異構組成通式不飽和度(Ω)可能的類別異構CnH2n1烯烴和環(huán)烷烴CnH2n－22炔烴、二烯烴和環(huán)烯烴CnH2n＋2O0飽和一元醇和醚CnH2nO1飽和一元醛和酮、烯醇等CnH2nO21飽和一元羧酸和酯、羥基醛等3.簡單有機物同分異構體的書寫(1)烷烴同分異構體的書寫：減碳法(主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊)。[應用舉例]寫出C7H16的同分異構體(用碳架結構表示)。答案C—C—C—C—C—C—C、、、、、、、、(2)烯烴、炔烴同分異構體的書寫順序：碳架異構→位置異構→官能團異構。技巧：烷烴鄰碳去氫，烷烴鄰碳上各去一個H可變成烯烴、鄰碳上各去兩個H可變成炔烴。[應用舉例]分別寫出碳原子數(shù)為4的烯烴、炔烴的同分異構體。答案烯烴：CH2=CH—CH2CH3、CH3CH=CHCH3、炔烴：CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3解析(3)苯的同系物同分異構體的書寫支鏈由整到散，苯環(huán)上排列按鄰、間、對(由集中到分散)書寫。[應用舉例]寫出C9H12的含有苯環(huán)的同分異構體。同分異構體的結構簡式一元取代物、二元取代物(鄰、間、對)、、三元取代物(連、偏、均)、、苯環(huán)上引入取代基的分析(1)苯環(huán)上有兩個(相同或不同的)取代基時，有鄰、間、對三種位置。(2)苯環(huán)上有三個取代基時，有下列幾種情況：①同種取代基，分析見下圖，共3種。以“對二A苯”為母體引入第三個A時，均與前面重復，體會“定過不移”的運用。②兩種“2A，B(↘代替)”取代基，分析如下圖③三種“A，B，C(↘代替)”取代基，分析如下圖(4)有含氧官能團的有機物同分異構體的書寫一般按類別異構(分好類別)→碳架異構→位置異構的順序書寫。[應用舉例]寫出C4H10O的同分異構體(只寫出碳骨架和官能團)。答案、、、、C—O—C—C—C、、C—C—O—C—C1．CH3OH和HOCH2CH2OH都屬于醇類，互為同系物()2．分子式為C4H8和C3H6的有機物一定互為同系物()3．和所含官能團不同，互為官能團異構()4．若有機物互為同分異構體，其化學性質可能相似，也可能不同()5．相對分子質量相同的有機物一定是同分異構體()6．同分異構體和同系物一定屬于同類有機物()7．CH2=CH2和在分子組成上相差一個CH2原子團，兩者互為同系物()答案1.×2.×3.√4.√5.×6.×7．×1．下列有關同分異構體(不考慮立體異構)數(shù)目的敘述不正確的是()A．甲苯苯環(huán)上的一個氫原子被含3個碳原子的烷基取代，所得產物有6種B．與互為同分異構體的芳香族化合物有6種C．含有5個碳原子的某飽和鏈烴，其一氯取代物可能有3種D．菲的結構簡式為，它與硝酸反應，可生成5種一硝基取代物答案B解析含3個碳原子的烷基有正丙基和異丙基兩種結構，甲基與該烷基在苯環(huán)上有鄰、間、對3種位置關系，故產物的結構共有2×3＝6種，A項正確；的分子式為C7H8O，與其互為同分異構體的芳香族化合物有5種：、、、、，B項錯誤；正戊烷的一氯代物有3種，C項正確；菲的結構具有對稱性，含有5種不同化學環(huán)境的氫原子，D項正確。2．分子式為C5H11Cl的同分異構體有________種(不考慮立體異構)。答案8解析C5H12的碳骨架有3種：中有3種不同化學環(huán)境的氫原子分別為①～③號碳上所連的氫原子；中有4種不同化學環(huán)境的氫原子，分別為④～⑦號碳上所連的氫原子；中四個甲基上氫原子完全相同，即只有一種氫原子，當氯原子分別取代①～⑧號碳原子所連氫原子時，得到8種一氯代物。3．分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構)()A．7種B．8種C．9種D．10種答案C解析分子式為C4H8Cl2的有機物可以采取“定一移一”法：、、，共有9種。4．計算分子式為C5H10O2屬于酯的同分異構體有幾種(不考慮立體異構)?答案將分子按如下組合拆分：①HCOO—與—C4H9形成的酯有1×4＝4種；②CH3COO—與—C3H7形成的酯有1×2＝2種；③C2H5COO—與—C2H5形成的酯有1×1＝1種；④C3H7COO—與—CH3形成的酯有2×1＝2種。則同分異構體的種類有4＋2＋1＋2＝9種。同分異構體數(shù)目的判斷基團連接法將有機化合物看作由基團連接而成，由基團的異構數(shù)目可推斷有機化合物的異構體數(shù)目。如：丙基有2種，丁基有4種，戊基有8種，則C3H7Cl、C4H9OH、C5H11COOH分別有2種、4種、8種等效氫法分子中等效氫原子有如下情況：分子中同一個碳原子上連接的氫原子等效；同一個碳原子上所連接的甲基氫原子等效；分子中處于對稱位置上的氫原子等效定一移一法分析二元取代產物的方法：如分析C3H6Cl2的同分異構體數(shù)目，可先固定其中一個氯原子位置，然后移動另一個氯原子換位思考(氫原子取代)法將有機化合物分子中的不同原子或基團換位進行思考。如：乙烷分子中共有6個H，有一個氫原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一種結構，把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情況與一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也只有一種結構。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2種，二氯苯和四氯苯均有3種組合法若A的結構有m種，B的結構有n種，則A、B連接形成A—B的結構有m×n種1．下列說法正確的是()A．藿香薊()分子中所有碳原子處于同一平面(2023·全國甲卷，8B)B．分子()中所有碳原子共平面(2023·浙江1月選考，9B)C．輔酶Q10()分子中的四個氧原子不在同一平面(2022·全國甲卷，8C)D．M()分子中所有氧原子共平面(2022·重慶，6C)答案B解析藿香薊的分子結構中的右側有一個飽和碳原子連接著兩個甲基，類比甲烷分子的空間結構可知，藿香薊分子中所有碳原子不可能處于同一平面，A錯誤；分子中苯環(huán)確定一個平面，碳碳雙鍵確定一個平面，且兩個平面重合，故所有碳原子共平面，B正確；雙鍵碳以及與其相連的四個原子共面，羰基碳采取sp2雜化，羰基碳原子和與其相連的氧原子及另外兩個原子共面，因此分子中的四個氧原子在同一平面上，C錯誤。2．(2023·遼寧，6)在光照下，螺吡喃發(fā)生開、閉環(huán)轉換而變色，過程如下。下列關于開、閉環(huán)螺吡喃說法正確的是()A．均有手性B．互為同分異構體C．N原子雜化方式相同D．閉環(huán)螺吡喃親水性更好答案B解析開環(huán)螺吡喃不含手性碳原子，故A錯誤；分子式均為C19H19NO，它們結構不同，因此互為同分異構體，故B正確；閉環(huán)螺吡喃中N原子雜化方式為sp3，開環(huán)螺吡喃中N原子雜化方式為sp2，故C錯誤；開環(huán)螺吡喃中氧原子顯負價，電子云密度大，容易與水分子形成分子間氫鍵，水溶性增大，故D錯誤。3．(2022·河北，11改編)在EY沸石催化下，萘與丙烯反應主要生成二異丙基萘M和N。下列說法正確的是()A．M和N互為同系物B．M分子中最多有12個碳原子共平面C．N的一溴代物有5種D．萘的二溴代物有9種答案C解析由題中信息可知，M和N均屬于二異丙基萘，兩者分子式相同，但是其結構不同，故兩者互為同分異構體，A不正確；因為萘分子中的10個碳原子是共面的，由于單鍵可以旋轉，異丙基中最多可以有2個碳原子與苯環(huán)共面，因此，M分子中最多有14個碳原子共平面，B不正確；N分子中有5種不同化學環(huán)境的H原子，因此其一溴代物有5種，C正確；萘分子中有8個H原子，但是只有兩種不同化學環(huán)境的H原子(分別用α、β表示，其分別有4個)，根據(jù)定一移一法可知，若先取代α，則取代另一個H的位置有7個；然后先取代1個β，然后再取代其他β，有3種，因此，萘的二溴代物有10種，D不正確。4．(2021·山東，12改編)立體異構包括順反異構、對映異構等。有機物M(2-甲基-2-丁醇)存在如圖轉化關系，下列說法錯誤的是()A．N分子不存在順反異構B．L的任一同分異構體最多有1個手性碳原子C．M的同分異構體中，能被氧化為酮的醇有4種D．L的同分異構體中，含兩種化學環(huán)境氫的只有1種答案C解析、都不存在順反異構，故A正確；L的同分異構體結構及手性碳原子(用*標記)為任一同分異構體中最多含有1個手性碳原子，故B正確；當與羥基相連的碳原子上只有1個氫原子時，醇發(fā)生催化氧化反應生成酮，羥基取代戊烷同分異構體中含有2個氫原子的碳原子上的1個氫原子即滿足條件，滿足條件的結構有、、，共3種，故C錯誤；由B項解析可知，L的同分異構體中，含有兩種化學環(huán)境的氫原子的結構為，故D正確。課時精練1．下列說法正確的是()A．凡是分子組成相差一個或幾個CH2原子團的物質，彼此一定互為同系物B．兩種化合物組成元素相同，各元素質量分數(shù)也相同，則兩者一定互為同分異構體C．相對分子質量相同的幾種化合物，互為同分異構體D．組成元素的質量分數(shù)相同，且相對分子質量也相同的不同化合物，一定互為同分異構體答案D解析丙烯與環(huán)丁烷分子組成相差一個CH2原子團，但是結構不相似，不互為同系物，A項錯誤；若兩種化合物組成元素相同，各元素的質量分數(shù)也相同，則它們的最簡式必定相同，最簡式相同的化合物不一定互為同分異構體，B項錯誤；相對分子質量相同的物質有很多，如C2H6O(乙醇)與CH2O2(甲酸)，但它們的分子組成不同，所以它們不互為同分異構體，C項錯誤；當不同化合物組成元素的質量分數(shù)相同，相對分子質量也相同時，其分子式一定相同，一定互為同分異構體，D項正確。2．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-丁二烯答案D解析甲苯、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錯誤；1,3-丁二烯的結構簡式為H2C=CH—CH=CH2，根據(jù)乙烯的結構可知，該分子中所有原子可能在同一平面內，D正確。3．(2023·上海一模)下列說法錯誤的是()A．CH=CH可制成導電塑料B．甘油和乙醇互為同系物C．O2和O3互為同素異形體D．和是同一種物質答案B解析CH=CH為聚乙炔，可以制成導電塑料，A正確；甘油是丙三醇，屬于三元醇，乙醇是飽和一元醇，結構不相似，不互為同系物，B錯誤；同素異形體是指同一元素形成的不同單質，則O2和O3互為同素異形體，C正確；有機物結構中單鍵可以旋轉，和分子式相同，結構相同，是同一種物質，D正確。4．有機化合物K的結構簡式如圖所示，下列說法正確的是()A．K屬于脂環(huán)化合物B．K分子只含極性鍵，不含非極性鍵C．K分子中的碳原子與氮原子的雜化方式相同D．K分子中含有σ鍵、π鍵和大π鍵，分子間可以形成氫鍵答案D解析根據(jù)結構簡式可知，K分子中含有苯環(huán)，屬于芳香族化合物，A錯誤；K分子中碳原子之間形成非極性鍵，B錯誤；K分子中的碳原子的雜化方式有sp2、sp3兩種，氮原子的雜化方式是sp3，C錯誤；K分子中含有苯環(huán)、雙鍵和單鍵，因此含有大π鍵、π鍵和σ鍵，含有氨基和羥基，分子間可以形成氫鍵，D正確。5．(2023·湖南懷化模擬)已知a、b、c三種有機化合物的結構簡式如圖所示：(a)、(b)、(c)。下列說法不正確的是()A．a、b、c互為同分異構體B．a、b、c分子中碳原子雜化方式均有2種C．a、b、c的一氯代物均有3種D．a、b、c中只有a分子的所有碳原子處于同一平面內答案C解析由結構簡式可知，a、b、c的分子式均為C7H8，三者的分子結構不同，互為同分異構體，A正確；苯環(huán)上的碳原子及雙鍵上的碳原子均采取sp2雜化，飽和碳原子采取sp3雜化，B正確；a分子苯環(huán)上有3種氫原子，甲基上有1種氫原子，故其一氯代物有4種，C錯誤；a分子含有苯環(huán)，苯是平面形結構，直接與苯環(huán)相連的碳原子在苯環(huán)所在平面內，故a中所有碳原子共平面，b、c分子中兩個環(huán)狀結構均通過飽和碳原子連接，所有碳原子一定不共平面，D正確。6．下列說法正確的是()A．CH3CH=CHCH3分子中的四個碳原子在同一直線上B．a()和c()分子中所有碳原子均處于同一平面上C．中所有碳原子可能都處于同一平面D．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子處于同一平面答案D解析A項，根據(jù)乙烯的空間結構可知，CH3CH=CHCH3分子中的四個碳原子處于同一平面，但不在同一直線上，錯誤；B項，a與c分子中均有連接3個碳原子的飽和碳原子，故所有碳原子不可能共平面，錯誤；D項，d、p分子中都存在飽和碳原子，故只有b的所有原子處于同一平面，正確。7．有機化合物(a)，(b)，(c)，(d)，下列說法不正確的是()A．a、b、c、d互為同分異構體B．除a外均可發(fā)生加成反應C．c中所有原子不可能處于同一平面D．一氯代物同分異構體最多的是c答案C解析由四種有機物的結構簡式可知，其分子式均為C8H8，分子結構不同，則a、b、c、d互為同分異構體，A正確；c分子含有苯環(huán)和乙烯基，二者均為平面形結構，通過碳碳單鍵相連，由于單鍵可以旋轉，故分子中所有原子可能處于同一平面，C錯誤；a、b、c、d分子中氫原子種類分別為1種、2種、5種、1種，則一氯代物同分異構體最多的是c，D正確。8．下列關于有機物結構的說法錯誤的是()A．環(huán)己烷中C—C—C鍵角不是120°B．CnH2n＋1Cl與CnHCl2n＋1同分異構體數(shù)目相同C．C原子與N原子之間可形成單鍵、雙鍵和三鍵D．含有手性碳原子的飽和鏈烴中，碳原子數(shù)最少的一定是3-甲基己烷答案Dl的等效氫原子與CnHCl2n＋1的等效氯原子數(shù)目相同，則同分異構體數(shù)目相同，B正確；含有手性碳原子的飽和鏈烴中，碳原子數(shù)最少的可能是3-甲基己烷，也可能是2,3-二甲基戊烷，D錯誤。9.立方烷的分子式為C8H8，如圖所示，其空間結構為正六面體(頂點為碳原子，氫原子省略)，則其二氯代物共有()A．3種B．6種C．12種D．24種答案A解析立方烷有3種二氯代物，結構簡式分別是、、。10．對羥基苯甲醛是一種用途極廣的有機合成中間體。兩種主要工業(yè)合成路線如圖所示。下列說法正確的是()A．苯酚和對羥基苯甲醇互為同系物B．1mol對羥基苯甲醛中含有碳氧π鍵的數(shù)目為2NAC．對甲基苯酚的同分異構體中含有苯環(huán)的有4種(不包括其本身)D．對羥基苯甲醛中所有原子共平面答案C解析由題圖知，苯酚與對羥基苯甲醇結構不相似，則二者不互為同系物，A錯誤；若苯環(huán)上有1個取代基，則取代基為—CH2OH或—OCH3，有2種；若苯環(huán)上有2個取代基，取代基為—CH3和—OH，除去本身，有“鄰、間”2種，則共有4種，C正確；對羥基苯甲醛中單鍵可以旋轉，則該物質分子中所有原子不一定共平面，D錯誤。11．螺環(huán)化合物()可用于制造生物檢測機器人，下列有關該化合物的說法錯誤的是()A．分子式為C5H8OB．是環(huán)氧乙烷()的同系物C．一氯代物有2種(不考慮立體異構)D．所有碳原子不處于同一平面答案B解析該化合物與環(huán)氧乙烷結構不相似，故B錯誤；該分子中含有兩種氫原子，故C正確；該分子中所有碳原子都具有甲烷的結構特點，故D正確。12．下列說法不正確的是()A．分子式為C3H6O2的有機物在酸性條件下可水解為酸和醇，若不考慮立體異構，這些醇和