第一节第2课时有机化合物中的共价键同分异构现象

第一节有机化合物的结构特点第2课时有机化合物中的共价键同分异构现象第一章有机化合物的结构特点与研究方法[素养发展目标]

1．认识有机化合物分子中共价键的类型、极性及其与有机反应的关系，形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2．能辨识同分异构现象，建立有序思维模型，并运用模型书写和判断有机化合物的同分异构体。01知识点一知识点一有机化合物中的共价键

1．共价键的类型

(1)σ键和π键

实例形成方式特点σ键

氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“________”的形式相互重叠通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏头碰头

实例形成方式特点π键

两个碳原子未参与杂化的p轨道以“________”的形式从侧面重叠通过π键连接的原子或原子团______绕键轴旋转肩并肩不能(2)一般规律①有机化合物中的单键是σ键，双键中含有____个σ键和____个π键，三键中含有____个σ键和____个π键。②共价键的类型与有机反应的类型密切相关：σ键能发生______反应，π键能发生______反应。例如：在乙烯分子中，碳原子的杂化方式为_________，C—H为

___________，

为_____________和_____，σ键键能______π键键能。π键不如σ键牢固，易断裂发生化学反应。一一一两取代加成sp2杂化sp2-sσ键sp2-sp2σ键π键大于2．共价键的极性与有机反应(1)共价键的极性由于不同的成键原子间________的差异，共用电子对会发生偏移。偏移的程度越大，共价键极性越____，在反应中越______发生断裂。因此有机化合物的________及其邻近的________往往是发生化学反应的活性部位。电负性强容易官能团化学键(2)乙醇与钠、氢溴酸的反应化学反应断键分析

反应放出氢气，乙醇分子中极性较强的________断裂

加热条件下，乙醇分子中极性较强的________断裂，发生______反应氢氧键碳氧键取代(3)有机反应的特点共价键的断裂需要吸收能量，而且有机化合物分子中共价键断裂的位置存在多种可能。相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。乙烷、丙烯和乙炔分子中的化学键如图所示：(1)根据上述结构推测，乙烯和乙炔性质是否有相似之处？为什么？提示：乙烯和乙炔分子的双键和三键中均含有π键，都可以发生加成反应。(2)从结构上分析，丙烯的化学性质为什么比乙烷活泼？提示：丙烯分子中含有π键，比乙烷分子中的C—Hσ键更易断裂，更容易发生反应。(3)乙炔分子与溴发生加成反应时，消耗溴的量与丙烯分子有何不同？提示：乙炔分子中有2个π键，均能断裂发生加成反应，丙烯分子中只有1个π键，因此乙炔分子与溴发生加成反应时消耗溴的量是丙烯分子的2倍。1．共价键的分类(1)根据原子轨道重叠方式分为σ键和π键。(2)根据共价键的极性分为极性键和非极性键。(3)根据共价键的共用电子对数分为单键、双键和三键。2．σ、π键个数的计算一般情况下，有机化合物中的单键是σ键，双键中含有一个π键和一个σ键，三键中含有一个σ键和两个π键。3．共价键的类型与有机反应类型的关系(1)烷烃分子中含有C—Hσ键，能发生取代反应。(2)烯烃和炔烃分子的双键和三键中均含有π键，能发生加成反应。1．下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是(

)A．CH3CH3

B．CH2==CH2C．CH≡CH D．CH4解析：A．CH3CH3中有7个σ键，没有π键，故A不符合题意；B．CH2==CH2中有5个σ键，1个π键，故B不符合题意；C．CH≡CH中有3个σ键，2个π键，故C符合题意；D．CH4中有4个σ键，没有π键，故D不符合题意。√√3．相同条件下金属钠和水反应与金属钠和无水乙醇反应相比，前者较为剧烈的原因是(

)A．水是无机化合物，乙醇是有机化合物B．水的相对分子质量小，乙醇的相对分子质量大C．乙醇分子中羟基与乙基相连，受乙基影响，乙醇分子中的羟基不如水分子中的羟基活泼D．水是电解质，乙醇是非电解质√解析：水分子及乙醇分子中均含有羟基，水分子中羟基与H相连，乙醇分子中羟基与乙基相连，受乙基影响，乙醇分子中O—H的极性比水分子中O—H的极性弱，导致乙醇分子中的羟基不如水分子中的羟基活泼。02知识点二知识点二有机化合物的同分异构现象

1．实例分析(以戊烷为例)物质名称正戊烷异戊烷新戊烷分子式C5H12结构简式_________________________

__________________________相同点分子式相同，都属于烷烃不同点碳原子间的连接顺序不同CH3CH2CH2CH2CH3C(CH3)42.同分异构体(1)概念同分异构结构(2)特点互为同分异构体的化合物之间分子组成______、相对分子质量______、分子式______，但结构______、性质____________。相同相同不同不一定相同相同3．同分异构现象的类型(1)构造异构碳骨架官能团位置官能团种类(2)立体异构立体异构有__________和__________等。顺反异构对映异构(2)你能写出乙酸、异丁烷、丁酮、乙酸乙酯的键线式吗？(3)你能写出异戊烷的一氯代物的结构简式吗？1．等效氢法判断有机化合物的一卤代物判断方法：有几种等效氢原子，就有几种一卤代物。(1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效；(2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效；(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效。2．有机化合物的组成和结构的表示方法种类实例含义分子式CH4用元素符号和数字表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目最简式(实验式)乙烷(C2H6)的最简式为CH3①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子；②由最简式可求最简式量种类实例含义电子式

表示分子中各原子最外层电子成键情况的式子结构式

表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构种类实例含义球棍模型

小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)空间填充模型

①用不同体积的小球表示不同大小的原子；②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序种类实例含义相互关系

√D．乙酸的分子式为C2H4O2，实验式为CH2O，D不正确。2．下列各组物质属于官能团异构的是(

)A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2==CHCH2CH3和CH3CH==CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3

D．CH3CH2CH2OH和√解析：官能团异构是指有机化合物的分子式相同，但所含官能团种类不同。A．两种物质属于碳架异构，A错误；B．官能团都是碳碳双键，两种物质属于位置异构，B错误；C．两种物质的官能团分别为羟基和醚键，官能团种类不同，属于官能团异构，C正确；D．官能团都是羟基，两种物质属于位置异构，D错误。√解析：A．(CH3)2CHCH2CH3分子中有4种等效氢原子，其一氯代物有四种，即能生成四种沸点不同的一氯代物；B．(CH3)3CCH2CH3分子中有三种等效氢原子，其一氯代物有三种，即能生成三种沸点不同的一氯代物；C．(CH3)2CH—CH(CH3)2分子中有两种等效氢原子，其一氯代物有两种，即能生成两种沸点不同的一氯代物；D．(CH3)2CHCH2CH2CH3分子中有五种等效氢原子，其一氯代物有五种，即能生成五种沸点不同的一氯代物。03随堂练学以致用解析：A项，乙炔的分子式为C2H2，实验式为CH，错误。√2．(2022·云南高二学业考试)下列物质中，互为同分异构体的一组是(

)A．甲烷和乙烷 B．乙烯和丙烯C．正丁烷和异丁烷 D．一氯甲烷和二氯甲烷解析：A．甲烷和乙烷分子式不同，A错误；B．乙烯和丙烯分子式不同，B错误；C．正丁烷和异丁烷是分子式相同、结构不同的化合物，互为同分异构体，C正确；D．一氯甲烷和二氯甲烷分子式不同，D错误。√3．下列关于丙烯(CH3—CH==CH2)的说法错误的是(

)A．丙烯分子中有8个σ键、1个π键B．丙烯分子中3个碳原子都采取sp3杂化C．丙烯分子中存在非极性键D．丙烯分子中最多有7个原子在同一平面√甲基碳原子采取sp3杂化，双键碳原子采取sp2杂化，B错误；同种非金属元素原子之间形成非极性键，则丙烯分子中碳原子间存在非极性键，C正确；碳碳双键为平面结构，甲基为四面体结构，通过单键旋转，丙烯分子中最多有7个原子在同一平面，D正确。√解析：A．该物质有3种等效氢原子，一氯代物有3种；B．该物质有4种等效氢原子，一氯代物有4种；C．该物质有5种等效氢原子，一氯代物有5种；D．该物质有2种等效氢原子，一氯代物有2种。5．如图表示4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子，小棍表示化学键，假如碳原子上其余的化学键都与氢原子结合。(1)图示中属于烯烃的是________(填字母，下同)。(2)在图示的有机化合物中，存在π键的是________。(3)图示中互为碳架异构的是________________________；互为位置异构的是__________________。(1)图示中属于烯烃的是________(填字母，下同)。答案：BEF

(2)在图示的有机化合物中，存在π键的是______。答案：BDEFG

(3)图示中互为碳架异构的是________________________；互为位置异构的是__________________。答案：A与C、B与F、E与F

B与E、D与G04课后测素养评价√√解析：A．NH4OCN和CO(NH2)2的分子式都为CH4N2O，二者结构不同，互为同分异构体；B．CH3CH2OH和CH3OCH3的分子式都为C2H6O，二者结构不同，互为同分异构体；C．CH3CH2COOH的分子式为C3H6O2，CH2==CHCOOH的分子式为C3H4O2，不互为同分异构体；3．(2022·晋中高二检测)下列有关有机化合物分子的叙述不正确的是(

)A．乙烯分子中有一个sp2-sp2σ键和一个p-pπ键B．乙炔分子中每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道，它们之间可形成两个π键C．乙烷分子中两个C原子均是sp3杂化，一共有6个σ键D．苯分子中每个碳原子均是sp2杂化√解析：A．乙烯的结构简式为CH2==CH2，C原子为sp2杂化，碳碳双键中含有一个sp2-sp2σ键和一个p-pπ键，正确；B．乙炔的结构简式为CH≡CH，C原子为sp杂化，每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道，形成两个π键，正确；C．乙烷分子中存在6个C—H、1个C—C，一共有7个σ键，错误；D．苯分子中C原子形成3个σ键，为sp2杂化，分子中存在大π键，正确。解析：CH2==C(CH3)2和CH3CH==CHCH3的官能团相同，属于碳架异构，C项错误。√5．乙酸、水和乙醇的分子结构如表所示，三者结构中的相同点是都含有羟基，下列说法错误的是(

)乙酸

水

乙醇CH3—CH2—OHA．羟基的极性：乙酸＞水＞乙醇B．与金属钠反应的剧烈程度：水＞乙醇C．羟基连接不同的基团可影响羟基的活性D．羟基极性不同的原因是羟基中的共价键类型不同√解析：与Na反应越剧烈，羟基氢原子的活泼性越强，对应羟基的极性越强，与Na反应的剧烈程度：乙酸＞水＞乙醇，则羟基的极性：乙酸＞水＞乙醇，A、B项正确；题给3种化合物中均含有羟基，但羟基连接的基团不同，导致羟基的活性不同，C项正确；羟基中的O—H都是σ键，D项错误。6．有机化合物的苯环上只有1个取代基，其结构有(不考虑立体异构)(

)A．4种 B．5种C．6种 D．7种√7．吸烟有害健康，烟草中的剧毒物尼古丁会使人上瘾或产生依赖性，重复使用尼古丁会增加心跳速率和升高血压并降低食欲。尼古丁的结构简式如图所示。请回答下列问题：(1)该有机化合物是否属于芳香族化合物？________(填“是”或“否”)。

解析：尼古丁分子结构中没有苯环，故不属于芳香族化合物。答案：否(2)尼古丁的一氯代物有________种。

解析：尼古丁结构不对称，含有9种等效氢原子，则一氯代物有9种。答案：9

(3)尼古丁的分子式为__________________。

解析：尼古丁分子中含有10个碳原子、2个氮原子和14个氢原子，故分子式为C10H14N2。答案：C10H14N2

(4)尼古丁与

属于什么关系？______________________。

解析：尼古丁与

的分子式相同，结构不同，互为同分异构体。

答案：互为同分异构体(1)互为同分异构体的有____________。(填序号)解析：根据分子式相同、结构不同的特点判断，互为同分异构体的是③⑤。答案：③⑤

(2)互为同素异形体的有____________。解析：根据同一种元素组成的不同单质判断，互为同素异形体的是②。答案：②

(3)互为同位素的有____________。解析：根据质子数相同、中子数不同的同一种元素判断，互为同位素的是④。答案：④

(4)属于同一种物质的有____________。解析：液氯和氯气是同一种物质的不同状态。答案：①

9．“立方烷”是新合成的一种烃，其分子呈正方体结构。该分子的碳架结构如图所示，其中每个顶点表示一个碳原子，棱表示碳碳单键，氢原子未画出。(1)“立方烷”的分子式为__________。解析：根据顶点表示的碳原子接三个碳原子，故每个碳原子还接1个氢原子判断，“立方烷”的分子式为C8H8。答案：C8H8

(2)其一氯代物共有__________种。解析：根据等效氢法中的对称性判断，“立方烷”中有1种等效氢原子，故一氯代物只有1种。答案：1

(3)其二氯代物共有__________种。解析：根据“立方烷”的特点，其二氯代物分别是相邻位置的棱上、面对角线上和体对角线上的二氯取代，共有3种。答案：3[素养提升]10．下列说法不正确的是(

)A．分子式为C3H8与C6H14的两种有机化合物一定互为同系物B．具有相同的分子式，但结构不同的有机化合物一定互为同分异构体C．两个相邻同系物在分子组成上一定相差1个CH2原子团D．具有相同的相对分子质量，但结构不同的有机化合物一定互为同分异构体√解析：A．分子式为C3H8与C6H14的两种有机化合物满足通式CnH2n＋2，符合烷烃的分子通式，因此C3H8与C6H14都为烷烃，二者互为同系物，A正确；B．同分异构体的分子式一定相同，但它们的结构不同，B正确；C．同系物是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机化合物，因此任何两个同系物在分子组成上一定相差n(n≥1)个CH2原子团，相邻的两个同系物在分子组成上相差1个CH2原子团，C正确；D．相对分子质量相同的化合物，其分子式不一定相同，因此相对分子质量相同的化合物不一定互为同分异构体，如HCOOH和CH3CH2OH的相对分子质量相同，但二者的分子式不同，因此二者不互为同分异构体，D错误。11．对于分子式为C5H8的有机化合物结构的说法不正确的是(

)A．分子中只有一个双键的链烃B．分子中可能有两个双键C．分子中可能只含有一个三键D．分子中含有一个双键的环烃√解析：含5个碳原子的饱和烃应含有12个氢原子，C5H8较饱和烃少了12－8＝4个氢原子，每减少2个氢原子就增加一个不饱和度，所以该分子结构有四种可能：①两个双键，②一个三键，③一个双键和一个环，④两个环。故A项不合理。12．(2022·湘潭高二检测)甲、乙两种有机化合物的球棍模型如下：

下列有关二者的描述正确的是(

)A．甲、乙为同一物质B．甲、乙互为同分异构体C．甲、乙一氯代物的数目不同D．甲、乙分子中含有的共价键数目不同√解析：由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，均为C4H10，结构不同，互为同分异构体。甲和乙中都有2种等效氢原子，一氯代物都有2种。两物质含共价键的数目相同。13．(2022·石家庄高二期末)纳米分子机器日益受到关注，机器的“车轮”常用组件如图。

下列说法不正确的是(

)A．①②③④均属于烃B．②与苯互为同分异构体C．③和金刚石互为同素异形体D．①②④的一氯代物分别有3种、