2024年高中化学新教材同步必修第二册 第7章 第1节 第2课时　同系物　同分异构体

第2课时同系物同分异构体[核心素养发展目标]1.了解同系物、同分异构体的概念,学会判断简单烷烃的同分异构体,建立同系物、同分异构体判断的思维模型。2.掌握简单烷烃同分异构体的书写方法,建立同分异构体书写的思维模型。一、同系物同分异构体1．同系物(1)概念：结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。(2)判断同系物的三个关键点①“同”：两种物质属于同一类物质；②“似”：两种物质结构相似；③“差”：两种物质在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。(3)实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。思考1判断下列各组内的物质是否互为同系物(填“是”或“否”)。①CH3CH3和CH3CH2CH3________。②CH2=CH2和CH2=CH—CH2—CH3__________________。③和________。④和________。⑤和CH2=CH2________。提示①是②是③是④否⑤否2．同分异构体思考2结合烷烃的组成和结构特点,搭建C4H10的球棍模型,书写丁烷(C4H10)的结构式、结构简式和键线式(用键线来表示碳架,省略碳氢原子)。提示结构式：、；结构简式：CH3CH2CH2CH3、；键线式：、。(1)同分异构体化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象称为同分异构现象,具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。(2)同分异构体的性质同分异构体的分子结构不同,导致化学性质和物理性质均有一定差异,如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。(3)实例戊烷(C5H12)有3种同分异构体,它们的结构简式为H3C—CH2—CH2—CH2—CH3(正戊烷)、(异戊烷)、(新戊烷)。思考3请根据图中所示的结构,思考下列问题(填序号)。与①互为同分异构体的是______________。与③互为同分异构体的是______________。与⑥互为同分异构体的是______________。提示②④⑤⑧⑨⑦1．判断正误(1)只要是分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物就一定互为同系物()(2)同系物的化学性质一定相似,一定具有相同的通式()(3)同分异构体的相对分子质量相同,相对分子质量相同的化合物一定互为同分异构体()(4)互为同分异构体的有机物一定不互为同系物,互为同系物的化合物一定互为同分异构体()(5)互为同分异构体的化合物,性质一定相同()(6)与互为同分异构体()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×2．(2023·山东淄博高一月考)概念是化学学习的基础,下列说法错误的是()A.eq\o\ar(129,54)Xe与eq\o\ar(131,54)Xe互为同位素B．二聚硫(S2)与环八硫(S8)互为同素异形体C．CH3CH3与互为同系物D．与互为同分异构体答案D解析根据甲烷是正四面体结构可知,与是同种物质,两者不互为同分异构体,D错误。3．下列有机物中和甲烷互为同系物的是__________(填序号,下同),和CH2=CH2互为同系物的是____________,和互为同分异构体的是____________。①CH3CH2CH3②③CH2=CH—CH3④⑤⑥答案①②④③⑥③解析同系物是结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物,分子通式相同,CH4和CH3CH2CH3、、同属于烷烃,互为同系物；CH2=CH2和CH2=CH—CH3及分子中都含,结构相似,且分子组成上相差1个或2个CH2原子团,故互为同系物；和CH2=CH—CH3分子式相同(C3H6),结构不同,故互为同分异构体。同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较概念研究对象比较实例相同不同同系物有机化合物结构相似分子组成上相差一个或若干个CH2原子团CH3CH3与同分异构体化合物分子式相同结构不同CH3CH2CH2CH3与同素异形体单质元素种类相同性质不同O2与O3、白磷与红磷同位素原子质子数相同中子数不同eq\o\ar(12,6)C、eq\o\ar(13,6)C与eq\o\ar(14,6)C二、烷烃同分异构体的书写1．烃基烃分子失去1个氢原子后所剩余的部分叫做烃基,如—CH3叫甲基,—CH2—CH3叫乙基。2．书写示例以己烷(C6H14)的同分异构体的书写为例第一步,将分子中全部碳原子连成直链作为主链：C—C—C—C—C—C。第二步,从主链的一端取下一个碳原子作为支链(即甲基),依次连在主链对称轴(虚线)一侧的各个碳原子上,此时碳骨架结构有两种：第三步,从主链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基),依次连在主链对称轴一侧的各个碳原子上；或将这两个碳原子作为两个支链(即两个甲基),先固定一个支链的位置,然后确定另一个支链的位置,此时碳骨架结构有两种：第四步,根据“碳四价”原则,补上氢原子,得到如下5种同分异构体：CH3CH2CH2CH2CH2CH3、、、、。3．书写方法总结(1)找出主链(最长的碳链)的对称轴,避免重复书写。主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边；排布同、邻、间。(2)主链上的链端碳原子不能连接取代基,主链上的第二个碳原子不能连接乙基,以保证不改变主链,避免写出重复的结构。(3)书写时不能只写碳骨架,应满足碳原子4个价键的要求,添上相应数目的其他原子。思考1在己烷的所有同分异构体中,有2个甲基(—CH3)的结构有________种,有3个甲基的结构有__________种,有4个甲基的结构有________种。提示122思考2写出戊烷(C5H12)所有的结构简式并标明不同化学环境氢原子的种类：________________________________________________________________________。提示CH3CH2CH2CH2CH3(3种)、(4种)、(1种)判断不同化学环境中氢原子的种类数(等效氢原子)(1)连接同一碳原子的氢原子是等效的。(2)连接同一碳原子的相同基团上的氢原子是等效的。(3)处于对称位置上相同基团上的氢原子是等效的。例：共有2种不同化学环境的氢原子；共有2种不同化学环境的氢原子。1．(2023·成都树德中学高一月考)下列关于同系物及同分异构体(不含立体异构)的说法正确的是()A．通式相同的一系列物质一定互为同系物B．相对分子质量相同的不同化合物互称为同分异构体C．分子式为C4H9Cl的同分异构体有4种D．分子式为C6H14的烃,主链含4个碳原子的同分异构体有3种答案C解析结构相似,分子组成相差1个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物,A错误；分子式相同而结构不同的有机物一定互为同分异构体,B错误；分子式为C6H14的烃,主链含4个碳原子,则支链只能是两个甲基,这两个甲基可以连在同一个碳上也可以连在不同碳上,所以同分异构体有2种,D错误。2．下列物质的氢原子种类有4种的是()A．CH3CH2CH3B．CH3CH2CH(CH3)CH2CH3C．(CH3)3CC(CH3)3D．CH3CH2CH(CH2CH3)2答案B1．下列相关说法正确的是()A．16O2和18O3互为同位素B．和互为同分异构体C．CH3CH2CH2CH3和互为同系物D．和为同一种物质答案D解析16O2和18O3都是氧元素的单质,两者互为同素异形体,A错误；由于乙烷分子中碳原子和周围4个原子所成价键为单键,空间结构为四面体,且单键可以旋转,所给物质为同一物质,B错误；CH3CH2CH2CH3和分子式都为C4H10,结构不同,互为同分异构体,C错误。2．下列各组物质中互为同系物的是()A．CH3CH=CH2和CH3CH2CH2CH=CH2B．CH3CH3和CH3CH=CH2C．CH3CH2CH3和CH3CH=CH2D．CH3CH2CH=CH2和CH3CH2CH2CH3答案A解析结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物,B、C、D三个选项中分别给出的两种物质结构不相似,分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团,所以B、C、D三项均不符合题意。3．下列化合物的氢原子种类数大小排列顺序正确的是()①CH3CH2CH2CH2CH2CH3②(CH3)2CHCH(CH3)2③(CH3)3CCH2CH3④(CH3)3CC(CH3)3A．①＞②＞③＞④ B．③＝①＞②＞④C．③＞②＞④＞① D．②＞③＝①＞④答案B4．按要求回答下列问题。(1)乙烷的结构式为___________________________________。(2)丙烷的结构简式为___________________________________。(3)分子中含30个氢原子的链状烷烃的分子式为____________________。(4)相对分子质量为58的烷烃的同分异构体有______种,分别写出它们的结构简式：________________________________________________________________________。(5)分子式为C5H12的直链烷烃的习惯命名为_____________________________________。答案(1)(2)CH3CH2CH3(3)C14H30(4)2CH3CH2CH2CH3、(5)正戊烷解析(1)乙烷的分子式为C2H6,其结构式为。(2)丙烷的分子式为C3H8,其结构简式为CH3CH2CH3。(3)由链状烷烃的分子通式CnH2n＋2(n为正整数)可知,2n＋2＝30,n＝14,其分子式为C14H30。(4)由链状烷烃的分子通式可知,14n＋2＝58,n＝4,C4H10的同分异构体有2种,分别为CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2。题组一同系物、同分异构体的概念及判断1．下列关于同系物的说法正确的是()A．同系物可以是不同类别的物质B．通式相同,分子间相差n(n≥1)个CH2原子团的物质互为同系物C．同系物的最简式相同,分子式不同D．同系物的化学性质相似答案D解析同系物一定属于同类别物质,结构相似,化学性质相似,A错、D对；通式相同,分子间相差n(n≥1)个CH2原子团的物质结构不一定相似,B错；同系物的最简式不一定相同,如烷烃,C错。2．(2022·浙江舟山中学高一检测)下列叙述正确的是()A．的名称为异丁烷B．和为同一物质C．CH3CH2CH2CH2CH3和互为同系物D．12C和C60互为同素异形体答案B解析物质名称为正丁烷,A错误；甲烷为正四面体结构,两者为同一物质,B正确；两种分子的分子式相同,结构不同,互为同分异构体,C错误；同素异形体是同种元素形成的不同单质,而12C为原子,D错误。3．(2023·苏州高一检测)在下列结构的有机物中,属于同分异构体的正确组合是()①CH3—CH2—CH2—CH2—CH3②CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3③④⑤A．①和③ B．②和③C．④和⑤ D．③和④答案B4．同分异构体是物质具有多样性的重要原因之一。下列说法正确的是()A．C4H10有2种同分异构体B．CH3CH(CH3)CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3互为同系物C．同分异构体之间的转化是物理变化D．和互为同分异构体答案A5．如图为含4个碳原子的6种有机物分子模型(氢原子没有画出),下列叙述中正确的是()A．与d互为同分异构体的是cB．b、c、f的分子式均为C4H8C．a和f均为链状烷烃D．一种物质中不能同时含碳链和碳环答案B解析d和c的分子式不同,不互为同分异构体,A错误；f为环烷烃,C错误；一种物质中可能同时含有碳链和碳环,D错误。题组二同分异构体数目的判断6．根据下表中烃的分子式排列规律,判断空格中烃的同分异构体数目是()12345678CH4C2H4C3H8C4H8C6H12C7H16C8H16A.3种 B．4种C．5种 D．6种答案A解析根据表中烃的排列规律可知空格中烃的分子式为C5H12,它有3种同分异构体,分别是正戊烷、异戊烷和新戊烷。7．主链上有5个碳原子,含甲基、乙基两个支链的烷烃有()A．5种B．4种C．3种D．2种答案D解析主链5个C,则乙基只能在3号C上,甲基可以在2号C或者3号C上,所以有如下2种：,D正确。8．下列分子式只表示一种物质的是()A．C3H7Cl B．C5H12C．CH2Cl2 D．C4H10答案C解析C3H7Cl可以是CH2ClCH2CH3或CH3CHClCH3,A项错误；C5H12是戊烷,具有三种结构,B项错误；CH2Cl2只有一种结构,C项正确；C4H10可以是正丁烷或异丁烷,D项错误。9．相对分子质量为100的某链状烷烃M,其分子中含有4个甲基,则M的结构有()A．3种B．4种C．5种D．6种答案B解析链状烷烃的通式为CnH2n＋2,相对分子质量为100,则有12n＋2n＋2＝100,解得n＝7,所以该烷烃的分子式为C7H16,分子中含有4个甲基的结构有、、、,共4种。10．(2023·安徽马鞍山高一期中)据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60；4H是主要来源于宇宙射线的初级粒子,人类在月球上发现了储量丰富的3H。下列说法正确的是()A．N60与C60互为同素异形体B．3H2与4H2互为同位素C．C2H4和C3H6可能互为同系物D．3H2O与4H2O互为同分异构体答案C解析N60与C60是由不同元素组成的单质,不互为同素异形体,A错误；3H与4H是质子数相同、中子数不同的原子,互为同位素,但是3H2与4H2为单质,B错误；C2H4与C3H6分子组成相差一个CH2原子团,二者可能互为同系物,C正确；3H2O与4H2O是氢元素的不同核素和氧原子构成的水分子,不互为同分异构体,故D错误。11．下列关于同分异构体的叙述正确的是()A．新戊烷()的一氯代物有3种B．丙烷中7个氢原子被溴原子取代的产物有2种C．丁烷的二氯代物有7种D．C5H11Cl有7种结构答案B解析新戊烷()的等效氢原子有1种,一氯代物有1种,A错误；CH3CH2CH3的7个氢原子被取代与1个氢原子被取代的产物种类相等,为2种,B正确；丁烷有C—C—C—C和两种碳链结构,C—C—C—C的二氯代物有6种,的二氯代物有3种,共9种,C错误。12．烷烃分子可看成由—CH3、—CH2—、和等结合而成的。如果某链状烷烃分子中同时存在这4种基团,它所含碳原子数最少为()A．4B．7C．8D．9答案C解析如果某链状烷烃分子中存在—CH3、—CH2—、和基团各最少有一个,则分子中最少含有8个碳原子,C正确。13．(2023·山西怀仁一中高一期中)从下列各组物质中,找出合适的序号填在对应的空格内：①甲烷和丙烷②12C和14C③金刚石和石墨④H和D⑤异戊烷()和新戊烷()⑥和⑦正丁烷和异丁烷⑧和⑨和。(1)互为同位素的是____________(填序号,下同)。(2)互为同分异构体的是____________。(3)互为同系物的是____________。(4)为同一种物质的是____________。(5)互为同素异形体的是____________。答案(1)②④(2)⑤⑦(3)①(4)⑥⑧⑨(5)③解析(1)同位素是质子数相同,中子数不同的原子,因此互为同位素的是②④。(2)同分异构体是分子式相同,结构不同的化合物,因此互为同分异构体的是⑤⑦。(3)同系物是指结构相似,分子组成相差一个或若干个CH2原子团的化合物,互为同系物的是①。(5)同素异形体是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体的是③。14．(2023·湖北仙桃中学高一段考)(1)有机化合物中,碳原子之间可以形成__________或碳环。某有机物的结构简式如图,则该有机物__________(填“属于”或“不属于”)烷烃。(2)观察下面几种烷烃的球棍模型：①A的结构简式为______________,