高考化学大一轮复习 考点32 共线共面 同分异构体(核心考点精讲精练)

考点32共线共面同分异构体(核心考点精讲精练)一、3年真题考点分布考点内容考题统计共线、共面判断2023全国甲卷8题，6分；2023浙江1月选考9题，3分；2022全国甲卷8题，6分；2022福建卷2题，4分；2022重庆卷6题，3分；2022河北卷10题，4分；2022辽宁卷4题，3分；2022山东卷7题，2分；2021浙江1月选考15题，2分；2021河北卷8题，4分；2021辽宁卷5题，3分；同分异构体确定2023•全国甲卷，36(7)题，15分；2023•全国乙卷，36(7)题，15分；2023•全国新课标卷，30(7)题，15分；2023浙江1月选考，21(6)题，12分；2023浙江6月选考，21(6)题，12分；2022•全国乙卷，36(7)题，15分；2023辽宁卷，19(6)题，14分；2022海南卷，18(5)题，14分；2022河北卷，18(3)题，15分；2021山东卷，19(4)题，12分；2022湖南卷，19(5)题，15分；2022浙江1月选考，31(4)题，12分；2022浙江6月选考，31(5)题，12分；二、命题规律及备考策略【命题规律】有机化合物不仅有一定的分子组成，还有一定的空间结构。掌握一些典型有机化合物的空间结构，运用数学上立体几何的有关知识，可以顺利解决有机化合物中原子共直线、共平面问题，一般在选择题中出现。限定条件的同分异构体书写或数目的判断，是近年来试卷的“压轴”题。同分异构体的常见题型如下：(1)限定范围书写和补写，解题时要看清所限范围，分析已知几个同分异构体的特点，对比联想找出规律补写，同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。(2)对“结构不同”要从两个方面考虑：一是原子或原子团的连接顺序；二是原子的空间位置。(3)判断取代产物同分异构体种类的数目。其分析方法是分析有机物的结构特点，确定不同位置的氢原子种类，再确定取代产物同分异构体的数目。【备考策略】1．能够灵活应用“母体法”“组合法”分析原子空间的相对位置，将甲烷、乙烯、乙炔、苯等有机物的结构迁移到新的物质中。2．能够根据题目要求，选择适当的方法书与或判断同分异构体。【命题预测】同分异构体数目的判断一直是新课标高考的必考题型，主要考查限定条件的同分异构体数目的判断，近年来有将同分异构体数目的确定与物质的性质结合起来考查，难度有所增加。考法1共线、共面判断明确三种典型模型甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3个原子处在一个平面上，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所有原子一定不能共平面，如CH3Cl分子中所有原子不在一个平面上乙烯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中所有原子仍然共平面，如CH2=CHCl分子中所有原子共平面苯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物分子中的所有原子也仍然共平面，如溴苯()分子中所有原子共平面、2．把握三种组合①直线结构与平面结构连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。②平面结构与平面结构连接，如果两个平面结构通过单键相连，由于单键的旋转性，两个平面可以重合，但不一定重合。如苯乙烯：，分子中共平面原子至少12个，最多16个。③平面结构与立体结构连接，如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的旋转性，甲基上的1个氢原子可能暂时处于这个平面上。(3)注意题目要求限制条件是“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等。如分子中所有原子可能共平面，分子中所有碳原子一定共平面，而所有原子一定不能共平面。共面、共线判断方法例1(2019•新课标Ⅲ卷)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】A、甲苯中含有饱和碳原子，所有原子不可能共平面；B、乙烷是烷烃，所有原子不可能共平面；C、丙炔中含有饱和碳原子，所有原子不可能共平面；D、碳碳双键是平面形结构，因此1，3－丁二烯分子中所有原子共平面例2崖柏素()分子中的碳原子不可能全部共平面()【答案】正确【解析】γ-崖柏素分子中有一个异丙基，异丙基中间的碳原子与其相连的3个碳原子不共面，故其分子中的碳原子不可能全部共平面。对点1描述CH3－CH=CH－C≡C－CF3分子结构的叙述中，正确的是()A．6个碳原子有可能都在一条直线上B．6个碳原子不可能都在一条直线上C．6个碳原子有可能都在同一平面上D．6个碳原子不可能都在同一平面上【答案】BC【解析】我们把该有机物看成乙烯分子中H原子被－CH3和－C≡C－CF3取代。接着由乙烯和乙炔分子结构知识迁移可知如下规律：①双键(苯环)碳原子及与之直接相连的原子在同一平面上；②三键碳原子及与之直接相连的原子在同一直线上。根据数学知识，在同一直线上必在同一平面上。由此可知6个碳原子一定在同一平面上，但不可能在同一直线上。对点2下列分子中的14个C原子可能处于同一平面的是()【答案】B、C。【解析】A中，如下图所示，带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角锥形；B中苯环两两共边，所以所有原子共面；C中两个甲基分别和两个苯环直接相连，苯环间以单键相连，所以所有碳原子有可能共面，有九个碳原子一定共面，但一定还要注意并不是指所有原子，甲基上的氢原子最多只有一个和碳原子共面；D中的情况和A中是极其相似的，也是带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角锥形；E中带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3、4这四个碳原子构成了类似甲烷的四面体结构；综上所述，B、C分子中的14个C原子有可能处于同一平面，A、D、E分子中的14个C原子不可能全部都处于同一平面。考法2同分异构体1．根据分子式判断同分异构体数目的步骤第一步：判断有无类别异构根据分子式判断该有机物是否有类别异构，如含相同碳原子数的醇和醚、酸和酯是同分异构体。第二步：同一类物质，写出官能团的位置异构体(1)碳链异构体按“主链由长到短，支链由简到繁，位置由心到边”的规律书写。(2)分合思维法——书写醇或酸的同分异构体，如书写C5H11OH的同分异构体，先写出C5H12的同分异构体；再写出上述同分异构体分子中的一个氢原子被—OH取代得出的C5H11OH的同分异构体。(3)顺序思维法——书写多官能团的有机物的同分异构体，如丙烷上三个氢原子分别被一个—NH2、一个—OH、一个苯基取代，先写出被—NH2取代的同分异构体，接着写出被—OH取代的同分异构体，最后写出被苯基取代的同分异构体(顺序可以颠倒)。2．限定条件下同分异构体书写步骤3．限定条件下同分异构体书写方法(1)“碎片”推测：依据分子式(不饱和度)信息、特殊结构信息、类别信息、化合物性质等推断官能团。(2)碳架构建：除“碎片”以外的碳原子，按碳架异构搭建。(3)“碎片”组装：先在苯环上进行基团定位→再考虑取代基的碳链异构→再考虑取代基在苯环上的位置异构→最后考虑官能团类别异构。(4)方法选择：“端基碎片”的位置异构一般选择“等效氢”，“定一移一”等方法；“非端基碎片”的位置异构一般选择“插入法”。例1分子式为C8H9Cl的含苯环的(不含立体异构)同分异构体有()A．9种B．12种C．14种D．16种【答案】C【解析】分子式为C8H9Cl的结构中含有苯环、饱和烃基、氯原子。取代基可以是1个：—CH2CH2Cl、—CHClCH3，有2种同分异构体。取代基可以是2个：—CH2Cl、—CH3，—CH2CH3、—Cl，根据邻、间、对位置异构可知，共有3＋3＝6种同分异构体。取代基可以是3个：—Cl、—CH3、—CH3，2个甲基处于邻位时，—Cl有2种位置，有2种同分异构体；2个甲基处于间位时，—Cl有3种位置，有3种同分异构体；2个甲基处于对位时，—Cl有1种位置，有1种同分异体。所以符合条件的同分异构体共有2＋6＋2＋3＋1＝14种。例2(2021•山东卷)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2—甲基—2—丁醇)存在如图转化关系，下列说法错误的是()A．N分子可能存在顺反异构B．L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子C．M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种D．L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种【答案】AC【解析】M()在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生成或，N与HCl发生加成反应生成L，L能发生水解反应生成M，则L的结构简式为。A项，顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转的限制因素，使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象，、都不存在顺反异构，故A错误；B项，手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子，L的同分异构体结构及手性碳原子(用*标记)为、、、、、、、，任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子，故B正确；C项，当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时，醇发生催化氧化反应生成酮，羟基取代戊烷同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上1个氢原子即满足条件，满足条件的结构有：、、，共3种，故C错误；D项，连接在同一碳原子上的氢原子等效，连接在同一碳原子上的甲基等效，由B项解析可知，L的同分异构体中，含有2种化学环境的氢原子的结构为，故D正确；故选AC。对点1全氯乙烷(C2Cl6)可用作有机合成的原料。已知氯元素有两种稳定的同位素35C和37Cl，则C2Cl6的分子结构可能有()A．8种B．9种C．10种 D．11种【答案】C【解析】分子中全是35Cl或37Cl，都只有1种，分子中含有1个35Cl或1个37Cl，都只有1种，分子中含有2个35Cl或2个37Cl，各有2种，分子中含有3个35Cl和3个37Cl，共有2种结构，所以一共有1×2＋1×2＋2×2＋2＝10种。对点2分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构)()A．3种B．4种C．5种 D．6种【答案】B【解析】分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物属于羧酸，其官能团为—COOH，将该有机物看作C4H9—COOH，而丁基(C4H9—)有4种不同的结构，分别为CH3CH2CH2CH2—、(CH3)2CHCH2—、(CH3)3C—、，从而推知该有机物有4种不同的分子结构。1．(2023•全国甲卷，8)所有碳原子处于同一平面()【答案】不正确【解析】藿香蓟的分子结构中的右侧有一个饱和碳原子连接着两个甲基，类比甲烷分子的空间构型可知，藿香蓟分子中所有碳原子不可能处于同一平面，错误。2．(2023•浙江省1月选考，9)分子()中所有碳原子共平面【答案】正确【解析】分子中苯环确定一个平面，碳碳双键确定一个平面，且两个平面重合，故所有碳原子共平面，正确。3．(2022•全国甲卷，8)辅酶Q10()分子中的四个氧原子不在同一平面()【答案】不正确【解析】双键碳以及与其相连的四个原子共面，羰基碳采取sp2杂化，羰基碳原子和与其相连的氧原子及另外两个原子共面，因此分子中的四个氧原子在同一平面上，错误。4．(2022•福建卷，2)络塞维所有原子都处于同一平面()【答案】不正确【解析】该化合物的结构中含有饱和碳原子，不可能所有原子处于同一平面上，错误。5．(2022•重庆卷，6)关于M()所有氧原子共平面()【答案】不正确【解析】由题干M的结构简式可知，形成醚键的O原子的碳原子均采用sp3杂化，故不可能所有氧原子共平面，错误。6．(2022•河北卷，10)M()分子中最多有12个碳原子共平面()【答案】不正确【解析】因为萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，不正确。7．(2022•辽宁卷，4)苯乙炔()分子中最多有5个原子共直线()【答案】不正确【解析】，苯乙炔分子中最多有6个原子共直线。8．(2022•山东卷，7)崖柏素()分子中的碳原子不可能全部共平面()【答案】正确【解析】γ-崖柏素分子中有一个异丙基，异丙基中间的碳原子与其相连的3个碳原子不共面，故其分子中的碳原子不可能全部共平面。9．(2021•浙江1月选考，15)分子()中至少有12个原子共平面()【答案】正确【解析】与苯环碳原子直接相连的6个原子和苯环上的6个碳原子一定共平面，故该分子中至少12个原子共平面，A正确。10．(2021•河北卷，8)分子()中最多8个碳原子共平面()【答案】正确【解析】由结构简式可知，苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平面，共有8个碳原子。11．(2021•辽宁卷，6)分子()中所有碳原子一定共平面() 【答案】不正确【解析】该分子中存在2个苯环、碳碳双键所在的三个平面，平面间单键连接可以旋转，故所有碳原子可能共平面。12．(2023•全国甲卷，36(7))具有相同官能团的B()的芳香同分异构体还有_______种(不考虑立体异构，填标号)。a．10

b．12

c．14

d．16其中，核磁共振氢谱显示4组峰，且峰面积比为2：2：1：1的同分异构体结构简式为_______。【答案】d【解析】与分子式为C7H6ClNO2的芳香同分异构体且含有-Cl、-NO2两种官能团共有17种，分别为：(有机物B)、、、、、、、、、、、、、、、、，除有机物B外，其同分异构体的个数为16个；在这些同分异构体中核磁共振氢谱的峰面积比为2：2：1：1，说明其结构中有4种化学环境的H原子，该物质应为一种对称结结构，则该物质为。13．(2023•全国乙卷，36(7))在D()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有_______种；①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。其中，核磁共振氢谱显示为五组峰、且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为_______。【答案】13【解析】能发生银镜反应说明该结构中含有醛基，能遇FeCl3溶液显紫色说明该结构中含有酚羟基，则满足这三个条件的同分异构体有13种。此时可能是情况有，固定醛基、酚羟基的位置处在邻位上，变换甲基的位置，这种情况下有4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在间位上，变换甲基的位置，这种情况下有4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在对位上，变换甲基的位置，这种情况下有2种可能；将醛基与亚甲基相连，变换酚羟基的位置，这种情况下有3种可能，因此满足以上条件的同分异构体有4+4+2+3=13种。其中，核磁共振氢谱显示为五组峰，且峰面积比为2：2：2：1：1，说明这总同分异构体中不能含有甲基且结构为一种对称结构，因此，这种同分异构体的结构简式为：。14．(2023•全国新课标卷，30(7))在B()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有_______种(不考虑立体异构)；①含有手性碳；②含有三个甲基；③含有苯环。其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为的同分异构体的结构简式为_______。【答案】9【解析】连有4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子。在B的同分异构体中，含有手性碳、含有3个甲基、含有苯环的同分异构体有9种，分别为：、

、、、、、、、；其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为3:3:3:2:2:1的同分异构体的结构简式为。15．(2023•浙江省1月选考，21(6))写出3种同时符合下列条件的化合物C()的同分异构体的结构简式_______。①分子中只含一个环，且为六元环；②谱和谱检测表明：分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基。【答案】【解析】化合物C的同分异构体①分子中只含一个环，且为六元环；②谱和谱检测表明：分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基，除乙酰基外只有一种氢，则六元环上的原子均不与氢相连，该物质具有很高的对称性，符合的结构有、、、。16．(2023•浙江省6月选考，21)(6))写出同时符合下列条件的化合物D()的同分异构体的结构简式___________。①分子中含有苯环②谱和谱检测表明：分子中共有4种不同化学环境的氢原子，有酰胺基()。【答案】、、、【解析】D的同分异构体分子中含有苯环，1H-NMR谱和IR谱检测表明分子中共有4种不同化学环境的氢原子，有酰胺基说明同分异构体分子含有醚键或酚羟基，结合对称性，同分异构体的结构简式为、、、。17．(2022•全国乙卷，36(7))在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为_______种。a)含有一个苯环和三个甲基；b)与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；c)能发生银镜反应，不能发生水解反应。上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢(氢原子数量比为6：3：2：1)的结构简式为_______。【答案】10

、【解析】E的结构简式为，F的结构简式为，E生成F的化学方程式为eq\o(,\s\up7(浓H2SO4),\s\do6(△))+H2O；(4)E的结构简式为，其中含氧官能团的名称为(醇)羟基、羧基；(5)G的结构简式为，H的结构简式为，G与SOCl2发生取代反应生成H；(6)根据分析，I的结构简式为；(7)E的结构简式为，E的分子式为C11H12O3，不饱和度为6；E的同分异构体与饱和NaHCO3溶液反应产生CO2，结合分子式中O原子的个数，说明含1个羧基，能发生银镜反应、不能发生水解反应说明还含1个醛基；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有3种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有6种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有1种位置；故符合题意的同分异构体共有3+6+1=10种；上述同分异构体经银镜反应后酸化所得产物中核磁共振氢谱显示有4组氢且氢原子数量比为6：3：2：1的结构简式为、。18．(2022•辽宁卷，19(6))化合物I(C10H14O)的同分异构体满足以下条件的有___________种(不考虑立体异构)；i．含苯环且苯环上只有一个取代基ii．红外光谱无醚键吸收峰其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的结构简式为___________(任写一种)。【答案】12

(或)【解析】化合物Ⅰ的分子式为C10H14O，计算可得不饱和度为4，根据题目所给信息，化合物Ⅰ的同分异构体分子中含有苯环(已占据4个不饱和度)，则其余C原子均为饱和碳原子(单键连接其他原子)；又由红外光谱无醚键吸收峰，可得苯环上的取代基中含1个羟基；再由分子中苯环上只含有1个取代基，可知该有机物的碳链结构有如下四种：(1、2、3、4均表示羟基的连接位置)，所以满足条件的化合物Ⅰ的同分异构体共有“12”种；其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基，则其结构简式为或。19．(2022•海南卷，18(5))X是F()的同分异构体，符合下列条件。X可能的结构简式为_______(任写一种)。①含有酯基

②含有苯环

③核磁共振氢谱有两组峰【答案】或【解析】F的分子式为C10H10O4，X是F的同分异构体，X含有苯环和酯基，其核磁共振氢谱有两组峰，说明X只有2种不同环境的H原子，则满足条件的X的结构简式为：或。20．(2022•河北卷，18(3))写出一种能同时满足下列条件的D()的芳香族同分异构体的结构简式_______。(a)红外光谱显