專題13-同分異構體的判斷與書寫(人教版2019必修第二冊)(解析版)

2021-2022學年高一化學期末復習重點專題突破專題13同分異構體的判斷與書寫方法探究1．同分異構體的種類、書寫思路2．常用的同分異構體的推斷方法(1)由烴基的異構體數(shù)推斷判斷只有一種官能團的有機物的同分異構體種數(shù)時，根據(jù)烴基的異構體數(shù)判斷較為快捷。如判斷丁醇的同分異構體時，根據(jù)組成丁醇可寫成C4H9—OH，由于丁基有4種結構，故丁醇有4種同分異構體。(2)由等效氫原子推斷碳鏈上有幾種不同的氫原子，其一元取代物就有幾種同分異構體。一般判斷原則：①同一種碳原子上的氫原子是等效的；②同一碳原子所連甲基上的氫原子是等效的；③處于鏡面對稱位置上的氫原子是等效的。(3)用替換法推斷如一個碳碳雙鍵可以用環(huán)替換；碳氧雙鍵可以用碳碳雙鍵替換并將氧原子移到他處；又如碳碳三鍵相當于兩個碳碳雙鍵，也相當于兩個環(huán)。不同原子間也可以替換，如二氯苯C6H4Cl2有3種同分異構體，四氯苯C6H2Cl4也有3種同分異構體。(4)用定一移一法推斷對于二元取代物同分異構體的判斷，可固定一個取代基的位置，再改變另一個取代基的位置以確定同分異構體的數(shù)目。3．同分異構體的書寫口訣主鏈由長到短；支鏈由整到散；位置由心到邊(一邊走，不到端，支鏈碳數(shù)小于掛靠碳離端點位數(shù))；排布由對到鄰再到間；最后用氫原子補足碳原子的四個價鍵。典例剖析例1某單烯烴與加成后的產物為，則該烯烴可能的結構簡式有A．1種 B．2種 C．3種 D．4種【答案】C【詳解】將相鄰的兩個含有氫原子的碳原子之間的單鍵變雙鍵即可，如在①②③④處均可使碳碳單鍵變?yōu)樘继茧p鍵，但①②處位置是等效的，所以該烯烴可能的結構簡式有3種。答案選C。例2(1)有四種烷烴①甲烷②乙烷③丙烷④丁烷，請回答下列問題(填序號)：①相同狀況下，等體積的上述氣態(tài)烴充分燃燒，消耗氧氣的量最多的是___________。②等質量的上述氣態(tài)烴，在充分燃燒時，消耗氧氣的量最多的是___________。(2)某有機物的結構簡式如下：①該物質苯環(huán)上的一氯代物有___________種。②1mol該物質和溴水混合，消耗Br2的物質的量為___________mol。③1mol該物質和H2加成最多需H2___________mol。④下列說法不正確的是___________(填字母)。A．此物質可發(fā)生加成、取代、氧化等反應B．該物質易溶于水C．該物質能使溴水褪色D．該物質能使酸性高錳酸鉀溶液褪色E．該物質的分子式是C15H18【答案】④①425B【詳解】（1）①甲烷的分子式為CH4，乙烷的分子式為C2H6，丙烷的分子式為C3H8，丁烷的分子式為C4H10，相同狀況下，等體積時，氣體的物質的量相同，設烷烴通式為CnH2n+2，消耗氧氣取決于，可知丁烷中n最大，即丁烷消耗O2的量最多，故答案為：④；②最簡式分別為CH4、CH3、CH2.6、CH2.5，顯然甲烷中H的質量分數(shù)w(H)最大，則等質量時甲烷消耗O2的量最多，故答案為：①；（2）①根據(jù)有機物的結構簡式可知苯環(huán)上的4個氫原子均不同，則該物質苯環(huán)上的一氯代物有4種；②碳碳雙鍵能與溴水反應，則1mol該物質和溴水混合，消耗Br2的物質的量為2mol；③苯環(huán)和碳碳雙鍵均能與氫氣發(fā)生加成反應，則1mol該物質和H2加成最多需5molH2；④分子中含有碳碳雙鍵和苯環(huán)，此物質可發(fā)生加成、取代、氧化等反應，A正確；烴類物質難溶于水，B錯誤；碳碳雙鍵能與溴水發(fā)生加成反應，故該物質能使溴水褪色，C正確；分子中含有碳碳雙鍵，該物質能使酸性KMnO4溶液褪色，D正確；根據(jù)有機物的結構簡式可知其分子式是C15H18，E正確。精選習題1．下列關于有機化合物的說法不正確的是A．CH2BrI無同分異構體，可證明甲烷是正四面體結構，不是平面正方形結構B．間二溴苯只有一種結構，可以證明苯分子中無單鍵和雙鍵交替出現(xiàn)的環(huán)狀結構C．分子式為C6H12的烴，所有碳原子一定在同一平面的有機物只有一種結構D．C4H8BrI有12種同分異構體【答案】B【詳解】A．若甲烷是平面正方形結構，則和互為同分異構體，但CH2BrI無同分異構體，可證明甲烷是正四面體結構，不是平面正方形結構，故A正確；B．不論苯分子中有沒有單鍵和雙鍵交替出現(xiàn)的結構，間二溴苯都只有一種結構，所以不能用間二溴苯只有一種結構來證明苯分子中無單鍵和雙鍵交替出現(xiàn)的環(huán)狀結構，可以用鄰二溴苯只有一種結構，證明苯分子中無單鍵和雙鍵交替出現(xiàn)的環(huán)狀結構，故B錯誤；C．分子式為C6H12的烴，所有碳原子一定在同一平面的有機物只有一種結構，即，其他結構所有碳原子不可能在同一平面，故C正確；D．C4H8BrI可以看做是丁烷分子中的兩個氫原子被Br和I代替。丁烷有兩種同分異構體：正丁烷和異丁烷。正丁烷中的2個H被Br和I代替有8種不同的結構：溴原子連在第一個碳原子上，則碘原子有4種不同的位置：；溴原子連在第二個碳原子上，碘原子同樣有4種不同的位置：。異丁烷中的2個H被Br和I代替有4種不同的結構：溴原子連在第一個碳原子上，則碘原子有3種不同的位置：；溴原子連在第二個碳原子上，碘原子連在其余3個碳原子的任何一個碳原子都相同，只有1種位置：，所以共有12種同分異構體，故D正確；故選B。2．下列有機物中，一氯取代物有2種的是①②③CH3CH2CH3④A．全部 B．①③ C．②④ D．②③【答案】D【解析】【分析】根據(jù)等效氫判斷，分子中有幾種氫原子，其一氯代物則有幾種同分異構體，分子中等效氫原子一般有如下情況：分子中同一甲基上連接的氫原子等效；同一碳原子所連的氫原子等效，同一碳原子所連甲基上的氫原子等效；處于鏡面對稱位置上的氫原子等效?！驹斀狻竣俜肿又杏?種氫原子，其一氯代物有3種同分異構體；②為對稱結構，分子中有2種氫原子，其一氯代物有2種同分異構體；③CH3CH2CH3為對稱結構，分子中有2種氫原子，其一氯代物有2種同分異構體；④為對稱結構，分子中有1種氫原子，其一氯代物有1種，一氯取代物有2種的是②③，故選D?！军c睛】考查同分異構體的書寫，“等效氫法”是判斷烴的一元取代物的同分異構體最常用的方法，注意等效氫原子判斷是解答關鍵。3．下列烷烴在光照條件下與氯氣反應，只生成一種一氯代烴的是A．CH3CH2CH2CH3 B．CH3CH(CH3)CH3C．C(CH3)4 D．CH3CH(CH3)CH2CH3【答案】C【解析】只生成一種一氯代烴，則烴分子中只有一種環(huán)境的H原子。A．CH3CH2CH2CH3有兩種H原子，可以生成兩種一氯代烴，A不選；B．CH3CH(CH3)CH3有兩種H原子，可以生成兩種一氯代烴，B不選；C．C(CH3)4有一種H原子，可以生成一種一氯代烴，C選；D．CH3CH(CH3)CH2CH3有四種H原子，可以生成四種一氯代烴，D不選；答案是C。4．分子式為C3H4Cl2且含有結構的同分異構體有(不考慮立體異構)()A．3種B．4種C．5種D．6種【答案】C【解析】先寫出含有結構的碳骨架：eq\o(C,\s\up6(①))=eq\o(C,\s\up6(②))—eq\o(C,\s\up6(③))，然后連接2個氯原子，其位置關系可能是：①①(即2個氯原子都位于①號碳原子上)、①②、①③、②③、③③，共5種，故選項C正確。5．因方法不當或思維不到位，導致漏寫同分異構體或漏判同分異構體數(shù)目。則C5H11OH屬于醇類的同分異構體共有A．5種 B．6種 C．7種 D．8種【答案】D【詳解】C5H11OH屬于醇類的同分異構體可以看作是戊烷中的1個氫原子被羥基取代生成的有機物，戊烷有正戊烷、異戊烷和新戊烷共3種同分異構體，其中含有的氫原子種類分別是3種、4種、1種，則戊醇就有8種，故選D。6．分子式為C4H8Cl2的同分異構體共有種A．7 B．8 C．9 D．10【答案】C【詳解】先定碳骨架：C4有兩種碳骨架、；再定一個氯原子：氯原子的位置有、，后動另一個氯原子：（因兩個取代基相同，需要防止重復）、、、，因此C4H8Cl2的同分異構體共有4+2+3+0=9種；故選：C。7．分子式為C4H10O且可與金屬鈉反應放出氫氣的有機物有(不考慮立體異構)（）A．3種 B．4種C．5種 D．6種【答案】B【解析】分子式為C4H10O且可與鈉反應放出氫氣的有機物可表示為C4H9—OH，由于C4H9—有4種結構，符合題意的同分異構體有4種。8．化合物的結構簡式如圖所示，下列說法正確的是A．三種物質中只有b、c互為同分異構體B．a、b、c均有5種不同化學環(huán)境的氫原子C．a、b、c均能發(fā)生催化氧化反應、取代反應、加成反應D．與c互為同分異構體的同類物質還有5種(不考慮立體異構)【答案】D【詳解】A．三種物質中a、b、c分子式都是C8H8O2，分子式相同，結構不同，因此三種物質都互為同分異構體，A錯誤；B．a分子中含有5種不同化學環(huán)境的氫原子；b分子中有5種不同化學環(huán)境的氫原子；而c分子中含有4種不同化學環(huán)境的氫原子，B錯誤；C．a分子中含有醇羥基，能夠取代反應；由于羥基連接的C原子上含有H原子，因此能夠發(fā)生催化氧化反應；分子中含有不飽和的碳碳雙鍵，能夠發(fā)生加成反應；物質b分子中含有羧基，能夠取代反應；含有苯環(huán)，能夠發(fā)生加成反應；但無醇羥基，因此不能發(fā)生催化氧化反應；物質c分子中含有酯基，能夠發(fā)生水解反應(水解反應屬于取代反應)；分子中含有苯環(huán)，能夠發(fā)生加成反應，但無醇羥基，因此不能發(fā)生催化氧化反應，C錯誤；D．c屬于酯，與c互為同分異構體的同類物質，可以是、、、、，共有5種不同結構，D正確；故合理選項是D。9．某烯烴與H2加成后的產物是，則該產物與溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有()A．2種 B．4種 C．5種 D．8種【答案】C【解析】分子中，氫原子共有5種，所以產物與溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有5種，故選C。10．烷烴是單烯烴R和H2發(fā)生加成反應后的產物，則R可能的結構有A．4種 B．5種 C．6種 D．7種【答案】B【解析】根據(jù)烯烴與H2加成反應的原理，推知該烷烴分子中相鄰碳原子上均帶氫原子的碳原子間是對應烯烴存在碳碳雙鍵的位置，故符合條件的烯烴分子有5種，即選項B正確。故選B。11．下列烷烴的所有的同分異構體中，存在某種同分異構體的一氯代物只有1種，則該烷烴的分子式可能是A．C3H8 B．C4H10 C．C5H12 D．C6H14【答案】C【分析】一氯代物只有1種說明分子中只有一種類型的氫原子，據(jù)此分析解答。【詳解】A．C3H8為丙烷，結構簡式為CH3CH2CH3，有兩種類型的氫原子，不符合題意，故A不選；B．C4H10有正丁烷(CH3CH2CH2CH3)和異丁烷[(CH3)2CHCH3]兩種，都有兩種類型的氫原子，不符合題意，故B不選；C．C5H12有正戊烷(CH3CH2CH2CH2CH3)、異戊烷[(CH3)2CHCH2CH3]和新戊烷[(CH3)4C]三種，只有新戊烷有一種類型的氫原子，符合題意，故選C；D．C6H14共有5種同分異構體，每種同分異構體至少有兩種類型的氫原子，不符合題意，故D不選；答案選C。12．某烷烴可生成三種沸點不同的一氯代物A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3【答案】D【分析】某烷烴發(fā)生氯代反應后，只能生成三種沸點不同的一氯代產物，根據(jù)等效氫原子來判斷各烷烴中氫原子的種類，有幾種類型的氫原子就有幾種一氯代物。【詳解】A．(CH3)2CHCH2CH2CH3分子中含有5種化學環(huán)境不同的H原子，其一氯代物有5種，故A不符合；B．(CH3CH2)2CHCH3分子中含有4種化學環(huán)境不同的H原子，其一氯代物有4種，故B不符合；C．(CH3)2CHCH(CH3)2分子中含有2種化學環(huán)境不同的H原子，其一氯代物有2種，故C不符合；D．(CH3)3CCH2CH3分子中含有3種化學環(huán)境不同的H原子，其一氯代物有3種，故D符合；故選D。13．有機物A的分子式為C6H12O3，一定條件下，A與碳酸氫鈉、鈉均能產生氣體，且生成的氣體體積比（同溫同壓）為1:1，則A的結構最多有A．33種 B．31種 C．28種 D．19種【答案】B【解析】有機物A的分子式為C6H12O3，等量的有機物與足量的NaHCO3溶液、Na反應時產生的氣體在相同條件下的體積比為1：1，說明有機物分子中含有1個-COOH、1個-OH，該有機物可以看作，C5H12中2個H原子，分別被-COOH、-OH代替，若C5H12為正戊烷：CH3CH2CH2CH2CH3，2個H原子分別被-COOH、-OH代替，羧基在1號碳上，此時剩余等效H為5種；羧基連在2號碳上，剩余等效為5種；羧基連在3號碳上，剩余等效H有3種；若C5H12為異戊烷，羧基位于1號碳上，剩余等效H有5種；羧基連在2號碳上，剩余等效H有3種；羧基連在3號碳上，剩余等效H有4種；羧基連在4號碳上，剩余等效H有4種；若C5H12為新戊烷，羧基連在1號碳上，剩余等效H有2種，總共有31種，答案選B。14．分子式為C5H10O2并能與碳酸氫鈉反應放出二氧化碳的有機物有(不含立體異構)A．2種 B．3種 C．4種 D．6種【答案】C【詳解】與飽和NaHCO3溶液反應放出二氧化碳的有機物為羧酸，含有-COOH，另一個基團為-C4H9，共4種同分異構體，分別為；故選C。【點睛】熟練掌握碳原子數(shù)小于5的烴基的個數(shù)是解決本題的關鍵，甲基與乙基均1種，丙基2種、丁基4種等。15．分子中含有3個—CH3、2個—CH2—和1個，相對分子質量為86的烴的一氯代物（不考慮立體異構）有（）A．9種 B．6種 C．5種 D．4種【答案】A【解析】某烷烴相對分子質量為86，則該烷烴中含有碳原子數(shù)目為：N==6，為己烷；分子中含有3個-CH3、2個-CH2－和1個，則該己烷分子中只能含有1個支鏈甲基，不會含有乙基，其主鏈含有5個C，滿足條件的己烷的結構簡式為：①CH3CH（CH3）CH2CH2CH3，②CH3CH2CH（CH3）CH2CH3，其中①分子中含有5種位置不同的H，即含有一氯代物的數(shù)目為5；②分子中含有4種位置不同的H，則其一氯代物有4種，所以該結構的烴的一氯取代物最多可能有：5+4=9種。故選A。16．C8H8分子呈正六面體結構（如圖所示），因而稱為“立方烷”，它的二氯代物共有（）A．3種 B．6種 C．12種 D．24種【答案】A【解析】兩個氯原子可以分別取代立方體同一棱上、面對角線上和體對角線上碳原子上的氫原子，因此C8H8的二氯代物有3種，故A正確。綜上所述，答案為A。17．按要求完成下列各題：(1)同溫同壓下蒸氣的密度是H2的43倍的烷烴的分子式為___________，其中一氯代物只有2種的結構簡式為___________。(2)碳原子數(shù)是5的烷烴的同分異構體有___________種，其中含有甲基個數(shù)最多的結構簡式為___________，該物質的習慣命名為___________。(3)分子中含有26個電子的烷烴的二氯代物有___________種，其不含甲基的結構簡式為___________。(4)碳原子數(shù)小于10的烷烴中一氯代物只有一種結構的物質有___________種，其中含有碳原子個數(shù)最少的物質的電子式為___________。(5)請總結書寫烷烴同分異構體的方法(至少兩點)：___________。【答案】3新戊烷44①先寫出碳原子數(shù)最多的直鏈烷烴，再將直鏈碳原子逐漸減少，減少的碳原子作為支鏈；②烷烴只存在碳鏈異構，可結合等效氫，借助取代產物的數(shù)目寫出結構簡式【詳解】(1)同溫同壓下蒸氣的密度是的43倍的烷烴的相對分子質量為，由烷烴的通式可知，此烷烴為，共有5種同分異構體，其中一氯代物只有2種的結構簡式為。(2)碳原子數(shù)是5的烷烴的分子式為，其同分異構體分別是正戊烷、異戊烷和新戊烷，共3種，其中甲基最多的是，其烷烴的習慣命名是新戊烷。(3)碳原子核外電子數(shù)是6，H原子核外電子數(shù)是1，結合烷烴的通式可知，分子中含有26個電子的烷烴的分子式為，沒有同分異構體，其二氯代物共有4種，其中不含甲基的結構簡式為。(4)在碳原子數(shù)的所有烷烴的同分異構體中，一氯取代物只有一種的烷烴是甲烷、乙烷、2，2-二甲基丙烷和2，2，3，3-四甲基丁烷，共4種，其中含有碳原子數(shù)最少的是甲烷，其電子式為。(5)書寫烷烴同分異構體的方法：①先寫出碳原子數(shù)最多的直鏈烷烴，再將直鏈碳原子逐漸減少，減少的碳原子作為支鏈；②烷烴只存在碳鏈異構，可結合等效氫，借助取代產物的數(shù)目寫出結構簡式。18．有新合成的一種烴，其碳骨架呈三棱柱體（如圖所示，碳碳鍵的鍵長相等）。（1）寫出該烴的分子式：________________。（2）該烴的一氯代物有________種。（3）該烴的四氯代物有________種。（4）該烴的同分異構體有多種，其中一種不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但在一定條件下能跟液溴、氫氣等發(fā)生反應，這種同分異構體的結構簡式為________________。請寫出該同分異構體與氫氣反應的化學方程式并注明反應類型：________________________________?！敬鸢浮浚?）（2）1（3）3（4）加成反應【解析】由結構可知，分子中含6個C原子、6個H原子；根據(jù)對稱可知只有一種等效氫H原子；該烴的四氯代物與二氯代物相同，2個Cl在三角形面上相鄰，在四邊形面上相鄰或相對；該烴的同分異構體中不能使酸性高錳酸鉀溶液或溴水褪色，為苯，苯可與氫氣發(fā)生加成反應，與液溴發(fā)生取代反應，據(jù)此分析。(1)根據(jù)有機物中每個碳原子都形成4個共價鍵及該有機物的結構簡式，可知其分子式為C6H6；答案為：C6H6；(2)該烴分子中6個氫原子是等效氫原子，所以它的一氯代物只有1種；答案為：1；(3)該烴的四氯代物數(shù)目與該烴的二氯代物數(shù)目相同，有3種：固定一個氯原子在頂點碳原子上，如圖中標1的位置：，另一個氯原子可以位于圖中2、3、4三個位置；答案為：3；(4)該烴的同分異構體有多種，其中一種不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但在一定條件下能跟液溴、氫氣等發(fā)生反應，說明這種同分異構體是苯，苯的結構簡式是；苯與氫氣發(fā)生加成反應（或還原反應）生成環(huán)己烷，即；答案為：；，加成反應?！军c睛】分子中共有6個氫原子，四氯代物的書寫方法可以轉換成找二氯代物的書寫，即4個氯原子取代氫的位置可以看成2個氫原子取代C6Cl6中氯原子的位置，用“定一議二”的方法書寫即可。19．回答下列問題Ⅰ．下面列出了幾組物質，請將物質的合適組號填寫在空格上。A．金剛石和石墨B．.氧氣(O2)與臭氧(O3)C．16O、17O和18OD．CH4和CH3CH2CH3E．乙烯和乙烷F．和G．和其中互為同位素的是___________，互為同系物的是___________，互為同分異構體的是___________。Ⅱ．在①CaCl2②C2H6③CO2④H2SO4⑤Na2O2⑥Ba(OH)2⑦NH4NO3⑧H2O2中，其中同時含有離子鍵、共價鍵的有___________(填序號，下同)，既含有極性鍵、又有非極性鍵的是___________。Ⅲ．(1)0.1mol某烴在足量的O2中燃燒，生成13.2gCO2和5.4gH2O，分子式為___________，某烷烴C的結構簡式為CH3CH2CH(CH3)2，則該烴的一氯代物有___________種。(2)同溫同壓下某種烷烴A對H2的相對密度為43，則該烴的分子式為___________?！敬鸢浮緾DFG⑤⑥⑦②⑧C3H64C6H14【詳解】Ⅰ．16O、17O和18O質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，三種微?；橥凰兀瑒t互為同位素的選項是C；CH4和CH3CH2CH3分子結構相似，在分子組成上相差2個CH2原子團，因此二者互為同系物；和分子結構相似，在分子組成上相差1個CH2原子團，因此二者也互為同系物，故互為同系物的選項是DF；和分子式都是C5H12，結構不同，二者互為同分異構體，故互為同分異構體的選項是G；Ⅱ．Na2O2、Ba(OH)2、NH4NO3都是離子化合物，含有離子鍵。在Na2O2和Ba(OH)2的陰離子中都含有共價鍵，在NH4NO3的陰離子、陽離子中也都含有共價鍵，故既含有離子鍵，又含有共價鍵的化合物的序號是⑤⑥⑦；在C2H6中含有非極性鍵C-C和極性鍵C-H；在H2O2中含有非極性鍵O-O和極性鍵O-H，故既含有極性鍵、又有非極