2022版高中化学专题2有机物的结构与分类第一单元有机化合物的结构第2课时学案苏教版选修5

2021版高中化学专题2有机物的结构与分类第一单元有机化合物的结构第2课时学案苏教版选修5

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第2课时同分异构体

[学习目标定位]会说出有机化合物同分异构现象的内涵，学会同分异构体的书写方法，能判断有机物的同分异构体。

一、有机化合物的同分异构现象

1．写出下列物质的分子式：

①CH3CH2CH2CH2CH3：C5H12。

②：C5H12。

③：C5H12。

④CH2===CHCH2CH3：C4H8。

⑤CH3CH===CHCH3：C4H8。

⑥：C4H8。

⑦：C4H8。

⑧：C4H8。

⑨CH3CH2OH：C2H6O。

⑩CH3—O—CH3：C2H6O。

2．分析上述各有机物的结构和分子式，回答下列问题：

(1)分子式相同的是①②③、④⑤⑥⑦⑧和⑨⑩，这种现象叫同分异构现象，其概念为化合物具有相同的分子式而结构不同的现象。

(2)C5H12的同分异构体有三种，这三种同分异构体在结构上的主要不同点是碳链结构不同。

(3)④与⑤在结构上主要不同点是碳碳双键位置不同，两者互为同分异构体。

(4)两种有机物CH3CH2CH2OH与，它们共同的类别是醇，结构上的相同点是官能团同为—OH，结构上的不同点是官能团位置不同，二者互为同分异构体。

(5)⑨中所含官能团为羟基(—OH)，⑩中所含官能团为醚键，⑨和⑩两者分子式相同，结构上两者主要不同点是官能团不同。

(6)比较下列两种有机物：

回答下列问题：

①有机物a的分子式是C3H6O2，类别是羧酸，官能团是(或羧基)。

②有机物b的分子式是C3H6O2，类别是酯，官能团是(或酯基)。

③a与b是(填“是”或“不是”)同分异构体。

(7)丁二烯和乳酸的结构

①乙烯分子空间构型上是平面构型，两个碳原子与4个氢原子处于同一平面内。丁二烯可以看作是两个甲基分别取代乙烯分子中两个碳上的氢原子形成的。比较下面两种结构：

可以看出a和b分子中碳原子之间的连接顺序和方式是相同的，但是空间结构是不同的。这种异构称为顺反异构。

②对比乳酸的分子结构

ab

可以看出中心的碳原子所连接的4个原子或原子团都是相同的，但是a、b互为镜像却不能完全重合，空间结构实际上也是不同的，这样的异构就像人的左右手一样称为手性异构，又称为对映异构。

(1)同分异构体的类别

(2)产生同分异构体现象本质原因是：分子内部原子的结合顺序成键方式等不同。

例1下列属于官能团异构的是()

A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2

B．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3

C．CH3CH2OH和CH3OCH3

D．CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH2CH3

答案C

解析A中两种分子不含官能团，为碳链异构；B中两种分子都含有C===C键，双键位置不同、碳链不同；C中两种分子，前者的官能团为羟基，后者的官能团为醚基，二者为官能团异构；D中两种分子二者分子式不相同，不属于同分异构体。

【考点】同分异构现象

【题点】同分异构现象的概念及分类

例2下列各组物质中，互为同分异构体的是()

A．与

B．HC≡C—(CH2)3CH3与

C．CH3CH2OCH2CH3与

D．与

答案B

解析从分子式上看，A项和C项中物质分子式不同，不是同分异构体；B项中两种物质分子式相同，但是结构不同，二者互为同分异构体；D项中两种物质结构相同，属于同种物质。

【考点】有机物结构的综合考查

【题点】有机物结构的综合考查

二、同分异构体的书写方法和数目判断

1．烷烃的同分异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。由于烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，以C6H14为例说明：

(1)确定碳链

①先写直链C—C—C—C—C—C。

②再减少一个碳原子，将其作为支链并移动位置。

。

③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置：。

从主链上取下来的碳原子数，不能多于主链所剩部分。

(2)补写氢原子：根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子数。

(3)C6H14共有5种同分异构体。

2．分子式为C5H10的烯烃同分异构体中：

(1)可能的碳链结构有2种。

(2)不含支链结构的同分异构体有2种。

(3)含有支链结构的同分异构体有3种。

3．分子式为C5H12O的醇的同分异构体中：

(1)可能的碳链结构有3种。

(2)不含支链结构的同分异构体有3种。

(3)含有一个支链结构的同分异构体有4种。

(4)含有两个支链结构的同分异构体有1种。

1.有机物同分异构体的书写方法

(1)烷烃(降碳对称法)

eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由邻、对到间))

(2)烯烃(插入法)

eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(先写出可能的碳链形式碳骨架,再将官能团双键插入碳链中,此法也可适用于炔烃、酯等))

(3)醇(取代法)

eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(先碳链异构：写出可能的碳链,后位置异构：移动官能团的位置))

2．同分异构体的书写顺序

(1)首先考虑官能团异构，符合同一分子式可能有哪几类不同的有机物，确定先写哪一类有机物。

(2)在确定某一类具有相同官能团有机物的同分异构体时，应先考虑碳链异构。

(3)在同一官能团的基础上，再考虑官能团的位置异构。

例3(2018·扬州邗江中学高二期末)下列有机物的一氯代物同分异构体数目相同的一组是()

A．只有②③④ B．只有③④

C．只有①④ D．只有②③

答案A

解析①②均是烷烃，分子中含有的氢原子种类分别是3、4，则一氯代物同分异构体数目分别是3种和4种；③中含有苯环，结构对称，其氢原子种类是4种，则一氯代物同分异构体数目是4种；④是环烷烃，含有六元环，2个甲基中间含有对称轴，其氢原子种类是4种，则一氯代物同分异构体数目是4种。

【考点】同分异构体

【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断

例4某化合物A的化学式为C5H11Cl，分析数据表明，分子中有两个—CH2—，两个—CH3，一个和一个—Cl，它的可能结构只有四种，请写出这四种可能的结构简式：__________________、____________________、______________、________________。

答案

解析方法一：等效氢法

首先写出C5H12的碳链异构

③。然后找出每种碳链异构的等效氢(用字母a、b……表示)。最后选出符合条件的同分异构体，有

。

方法二：插入法

根据题意，可构造出分子骨架，该骨架左右对称。把2个—CH2—合并为—CH2—CH2—分别插入①、③位得2种分子，把2个—CH2—分别插入①②位、①③位，得2种分子。共4种结构。

方法三：组合法

根据各原子团的结构特点将原子团分类：—CH3、—Cl只能处在链端，而、—CH2—位于分子结构的中间。可先将与两个—CH2—结合可形成与两种结构，每两种结构剩余的三个键与2个—CH3和一个—Cl结合，分别有两种情况。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体的综合考查

1．下列各组物质不属于同分异构体的是()

A．CH3CH2OH和CH3CHO

B．和

C．和

D．和

答案A

解析B、C、D中物质的分子式相同、结构不同，是同分异构体；而A中前者分子式为C2H6O，后者分子式为C2H4O，不属于同分异构体。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体的综合考查

2．(2018·宿迁宿豫中学高二期末)分子式为C10H14的二取代芳烃(即苯环上有两个侧链)，其可能的结构有()

A．6 B．9

C．15 D．22

答案B

解析分子式为C10H14的芳香烃，其苯环上有两个取代基时可以分为两类，第一类是两个取代基中一个为甲基，另一个为—CH2CH2CH3或—CH(CH3)2，它们连接在苯环上又有邻、间、对三种情况，共有6种，第二类是两个取代基均为乙基，它们连接在苯环上有邻、间、对三种情况，共有3种，所以其可能的结构共有9种。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体数目判断的综合考查

3．(2018·扬州中学高二检测)分子式为C3H6BrCl的有机物共有(不含立体异构)()

A．4种 B．5种

C．6种 D．7种

答案B

解析分子式为C3H6BrCl的有机物共有

共5种，B项正确。

【考点】同分异构体

【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断方法

4．已知下列有机物：

①CH3—CH2—CH2—CH3和

②CH2===CH—CH2—CH3和CH3—CH===CH—CH3

③CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3

④和

⑤CH3—CH2—CH===CH—CH3和

⑥CH2===CH—CH===CH2和CH3—CH2—C≡CH

(1)其中属于同分异构体的是________________。

(2)其中属于碳链异构体的是________________。

(3)其中属于官能团位置异构的是________________。

(4)其中属于官能团类型异构的是________________。

(5)其中属于同一种物质的是________________。

答案(1)①②③⑤⑥(2)①(3)②(4)③⑤⑥

(5)④

解析解答此题的方法是先写出各物质的分子式，若分子式相同，再判断分子中含有的官能团是否相同，进一步再确定官能团的位置，最终对两种物质的关系做出判断。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体的综合考查

[对点训练]

题组一基本概念的理解及辨析

1．(2018·常州一中高二月考)下列各组物质中互为同分异构体的是()

A．CH3CH2CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2

B．CH2==C(CH3)2和CH2==CHCH==CH2

C．正戊烷和2,2­二甲基丙烷

D．CH3CHO和CH3—O—CH3

答案C

解析CH3CH2CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2分子式不同，不是同分异构体，二者互为同系物，A项错误；CH2==C(CH3)2和CH2==CHCH==CH2的分子式不同，不是同分异构体，B项错误；正戊烷和2,2­二甲基丙烷的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，C项正确；CH3CHO和CH3—O—CH3的分子式不同，不是同分异构体，D项错误。

2．下列分子式表示的物质一定是纯净物的是()

A．C3H7Cl B．C4H10

C．CH2Cl2 D．C2H6O

答案C

解析分子式如果只有一种结构，没有同分异构体，它表示的就是纯净物。四个选项中只有CH2Cl2没有同分异构体。

【考点】同分异构现象

【题点】同分异构现象的概念及分类

题组二同分异构体的类型及判断

3．下列有机化合物中属于同分异构体的正确组合是()

①CH3CH2CH2CH2CH3②CH3CH2CH2CH2CH2CH3

A．①和③ B．②③⑤

C．①和② D．③和④

答案B

解析根据同分异构体的特点：分子式相同，结构不同，首先找出具有相同碳原子数的有机物；①④都有5个碳原子，②③⑤都有6个碳原子，然后再看其结构，都是烷烃，且结构不同，所以①④互为同分异构体，②③⑤互为同分异构体。

【考点】同分异构现象

【题点】同分异构体的判断

4．(双选)(2017·如东高级中学高二期中)化学家们合成了如下图所示的一系列的星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。下列说法正确的是()

A．它们之间互为同系物

B．n星烷的化学式为C3nH4n(n为大于等于3的自然数)

C．四星烷与互为同分异构体

D．它们的一氯代物均只有两种

答案BD

解析由三星烷、四星烷、五星烷分子式分别为C9H12、C12H16、C15H20，星烷分子组成相差“C3H4”，不是同系物，A项错误；由三星烷、四星烷、五星烷分子式可推出n星烷为C3nH4n，B项正确；四星烷的分子式为C12H16，的分子式为C12H14，分子式不同，不属于同分异构体，C项错误；“星烷分子”高度对称，它们的一氯代物均只有2种(如)，D项正确。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

5．下列关于同分异构体异构方式的说法中，不正确的是()

A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于碳链异构

B．H3CC≡CCH3和CH2===CHCH===CH2属于官能团异构

C．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3属于官能团异构

D．和属于位置异构

答案C

解析A中CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2碳的骨架不同，前者没有支链，后者有支链，属于碳链异构；B中两物质官能团不同，属于官能团异构；C中CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3的官能团相同，属于碳链异构、位置异构；D中甲基与—OH在苯环上的位置不同，属于位置异构。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

6．对复杂的有机物的结构可以用“键线式”简化表示。如有机物CH2===CH—CHO可以简写为。则与键线式为的物质互为同分异构体的是()

答案D

解析分子式为C7H8O，A中物质分子式为C8H10O，B中物质分子式为C7H6O，C中物质分子式为C7H6O2，D中物质分子式为C7H8O。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

题组三同分异构体数目的判断

7．(2018·江阴南菁中学月考)分子式为C6H12，主链上有4个碳原子的烯烃类的同分异构体有几种()

A．3种 B．4种

C．5种 D．6种

答案B

解析分子式为C6H12主链上为4个碳原子的烯烃类的同分异构体有CH2===C(CH3)—CH(CH3)—CH3、CH2===CH—C(CH3)2—CH3、CH2===C(CH2CH3)2、CH3—C(CH3)===C(CH3)—CH3共4种。

【考点】同分异构体

【题点】芳香烃同分异构体的判断

8．碳原子数不超过10的所有烷烃中，一氯代物只有一种的烷烃共有()

A．2种B．3种C．4种D．5种

答案C

解析当一氯代物只有一种时，在烃中各碳原子的性质应相同，1个碳时CH4,2个碳时CH3—CH3,5个碳时(新戊烷)，8个碳时(2,2,3,3­四甲基丁烷)。当这些烷烃与1个Cl原子发生取代反应时，产物都是一种，即共有4种烃。

【考点】同分异构体

【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断方法

9．已知二氯丁烷的同分异构体有9种，则八氯丁烷的同分异构体有()

A.7种 B.8种

C.9种 D.10种

答案C

解析丁烷有10个H原子，其中2个H原子被氯原子取代形成丁烷的二氯代物；八氯代物可以看作C4Cl10中的2个氯原子被2个氢原子代替形成，两者是等效的；二氯代物有9种同分异构体，可得到八氯代物也有9种同分异构体，C正确。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体数目判断的综合考查

10．(2017·云南曲靖一中高三检测)下列化合物中同类别的同分异构体(不考虑立体异构)数目最多的是()

A．二甲苯 B．丁醇

C．一氯丁烯 D．二氯丙烷

答案C

解析A项，二甲苯的同分异构体中，可以是2个甲基连在苯环上(邻、间、对3种)，还可以是乙基连在苯环上(1种)，共4种；B项，丁基有4种，据此确定丁醇有4种；C项，丁烯有3种同分异构体，分别是1­丁烯、2­丁烯、2­甲基­1­丙烯，一氯丁烯存在官能团的位置异构，氯原子取代其中的1个氢原子分别得到4、2、2种结构，共8种；D项，二氯丙烷存在氯原子的位置异构，

eq\o(C,\s\up6(①))

—

eq\o(C,\s\up6(②))

—

eq\o(C,\s\up6(③))

，2个氯原子的位置可以为①①、①②、①③、②②，共4种。化合物中同类别同分异构体数目最多的是C项。

【考点】同分异构体

【题点】同分异构体数目判断的综合考查

题组四同分异构的综合考查

11．甲、乙两种有机物的球棍模型如下：

下列有关二者的描述中正确的是()

A．甲、乙为同一物质

B．甲、乙互为同分异构体

C．甲、乙一氯取代物的数目不同

D．甲、乙分子中含有的共价键数目不同

答案B

解析由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，空间构型不同，互为同分异构体；甲和乙都有2种不同的氢原子，一氯取代物都有2种；两物质所含共价键的数目相同；综上B正确。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

12．化学家们合成了如图所示的一系列星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。下列说法正确的是()

A．它们的一氯代物均只有一种

B．它们之间互为同系物

C．三星烷与乙苯()互为同分异构体

D．六星烷的化学式为C18H24

答案D

解析分子结构对称，含有两类氢原子，则一氯代物均只有2种；三星烷、四星烷、五星烷分子式分别为C9H12、C12H16、C15H20，星烷分子组成相差“C3H4”，不是同系物；三星烷的分子式为C9H12，乙苯的分子式为C8H10，二者分子式不同，不是同分异构体；由三星烷、四星烷、五星烷分子式可得到星烷分子组成相差“C3H4”，则六星烷为C18H24。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

[综合强化]

13．同分异构现象在有机化学中普遍存在，中学阶段常见的同分异构体有三类：①官能团类别异构，②官能团位置异构，③碳骨架异构。已知分子式为C5H12O的有机物有多种同分异构体，下面给出其中四种：

A．CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH

B．CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3

C．

D．

根据上述信息完成下列问题：

(1)根据所含官能团判断A属于________类有机化合物，B、C、D中，与A互为官能团异构的是________(填字母，下同)，与A互为碳链异构的是__________；与A互为官能团位置异构的是____________。

(2)写出另一种与A互为官能团位置异构的有机物(不能写C)的结构简式：________________________________________________________________________。

(3)与A互为碳链异构的同分异构体共有5种，除B、C或D中的一种以外，其中两种结构简式为写出另外两种同分异构体的结构简式：_________________________________、____________________。

答案(1)醇BDC

(2)

(3)

解析(1)A中含有醇羟基，属于醇类；B与A互为官能团异构，D与A互为碳链异构，C与A互为官能团位置异构。

(2)与A官能团位置不同，互为官能团位置异构。

(3)与A互为碳链异构的同分异构体，可以根据戊基的碳链异构来书写，有CH3CH2CH2CH2CH2—，CH3CH2CH(CH3)CH2—，CH3CH2C(CH3)2—，(CH3)2CHCH2CH2—，(CH3)3CCH2—，(CH3)2CHCH(CH3)—，所以另外两种同分异构体的结构简式为

。

【考点】同分异构体的综合考查

【题点】同分异构体的综合考查

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