第44讲　有机物分子的空间结构　同系物　同分异构体

第44讲有机物分子的空间结构同系物同分异构体复习目标1.认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布。2.认识有机化合物存在碳架异构、位置异构和官能团异构等同分异构现象。

CONTENTS考点一碳原子的成键特点有机化合物分子的空间结构考点二同系物同分异构体真题演练课时跟踪检测考点一碳原子的成键特点有机化合物分子的空间结构

必备知识

1.

碳原子的成键特点注意：若有机物中含有O、N等元素，则每个O原子形成两个共价键，每个

N原子形成三个共价键。2.

有机物分子中的三种碳原子（1）饱和碳原子结合原子或原子团数目为4的碳原子。（2）不饱和碳原子结合原子或原子团数目小于4的碳原子。（3）手性碳原子饱和碳原子中，与四个不同原子或原子团相连的碳原子叫做手性碳原子

（又叫不对称碳原子），通常用“*”标出。含有手性异构体的分子叫做

手性分子。如乳酸：

。3.

有机化合物的成键方式和空间结构甲烷型

碳为

杂化，分子为正四面体结构，

最多有3个原子共平面乙烯型

碳为

杂化，分子中所有原子共平面乙炔型H—C≡C—H碳为

杂化，分子中所有原子共直线sp3

sp2

sp

苯型

碳为

杂化，分子中所有原子共平面甲醛型

碳为

杂化，分子中所有原子共平面sp2

sp2

易错辨析（1）（2024·江苏高考）有机物

分子中所有碳原子共平面。

（

×

）（2）（2023·山东高考）除氢原子外，X（

）中其他原子可能共平

面。

（

√

）（3）（2023·浙江6月选考）丙烯分子中最多7个原子共平面。

（

√

）×√√

（5）

分子中所有碳原子只有一种杂化方式。

（

√

）（6）分子式为C6H9Br的有机物可能是含有1个π键的直链有机物。

（

×

）×√×

关键能力

考向1有机化合物中的共价键及反应1.

溴乙烷是制造某种镇静药物的原料，也常用作制冷剂、熏蒸剂、溶剂

等，其分子结构如图所示：下列有关说法不正确的是（

）A.

该有机化合物的官能团为碳溴键B.

含有极性键（①②④）和非极性键（③）C.

分子中键的极性最强的是③D.

若该有机化合物在NaOH溶液中加热发生取代反应，最容易断裂的共价

键可能是①√解析：

溴乙烷属于卤代烃，其官能团为碳溴键，A正确；根据共价

键的形成方式，C—Br、C—H是极性键，C—C是非极性键，B正确；

一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键

的极性就越强，C错误；由卤代烃的化学性质可知，C—Br的极性最

强，若在NaOH溶液中加热发生取代反应，最容易断裂的共价键可能是

C—Br（①），D正确。2.

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.

水是无机物，而乙醇是有机化合物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，不如水分子中的羟基活泼D.

水的沸点高，乙醇的沸点低√解析：

水分子及乙醇分子均可认为含有羟基，其中水分子中羟基与H相

连，乙醇分子中羟基与乙基相连，乙醇分子中的羟基受到乙基的影响，不

如水分子中的羟基活泼，C项正确。考向2有机物分子中原子共线或共面判断3.

下列物质中所有原子均共面的是（

）A.

二氯甲烷B.1，1，2，2-四氯乙烷C.1，2-二氯乙烯D.

乙醛√解析：

结合CH4为正四面体结构可知，含有饱和碳原子的分子中所有原

子一定不共平面，A、B、D中均含饱和碳原子，所有原子不可能共面，

1，2-二氯乙烯相当于由乙烯分子中的两个氢原子被氯原子替代得到，乙烯

为平面结构，则1，2-二氯乙烯也为平面结构，所有原子均共面，C正确。4.1，4-二苯基丁二炔广泛应用于农药的合成，其结构简式如图所示。下列

有关该物质的说法不正确的是（

）A.

该物质属于芳香烃B.

该分子中处于同一直线上的原子最多有6个C.

该物质能使溴的四氯化碳溶液褪色D.

该分子中所有原子可能位于同一平面上√解析：

分子中含有2个碳碳三键、2个苯环，根据苯和乙炔分子的结构

特点可知，该分子中处于同一直线上的碳原子最多有8个，处于同一直线

上的原子最多有10个，分子中所有原子可能位于同一平面上，选B。有机物分子中原子共线、共面的分析方法（1）利用三种“组合”①直线结构与平面结构的连接，则直线在这个平面内，如苯乙炔

（

）分子中所有原子共平面。②平面结构与平面结构的连接，如苯乙烯（

）分子中共

平面的原子最少有12个，最多有16个。③平面结构与立体结构的连接，甲基与平面结构通过单键相连

（如

），由于单键可以绕键轴旋转，则甲基上最多只有一个氢

原子能处于苯环所在的平面内。（2）学会拆分复杂分子观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，

再将对应的结构及键的旋转等知识进行迁移，即可解决有关原子共面、共

线的问题。特别要注意苯分子中处于对位的两个碳原子共线。考点二同系物同分异构体

必备知识

1.

同系物2.

同分异构现象和同分异构体（1）概念与类型同分异构现象化合物具有相同的

，但具有不同结构的现象同分异构体具有同分异构现象的化合物互为同分异构体分子式

异构类型立体异构顺反

异构如

和

对映

异构如

和

异构类

型构造异

构碳架

异构碳骨架不同如CH3—CH2—CH2—CH3和

⁠位置

异构官能

团异构官能团种类不同，如CH3CH2OH和

⁠

⁠

CH—CH3

CH3—O—

CH3

（2）常考的官能团异构组成通式不饱和度（Ω）可能的类别异构CnH2n1烯烃和环烷烃CnH2n－22炔烃、二烯烃、环烯烃CnH2n＋2O0饱和一元醇和醚CnH2nO1饱和一元醛和酮、烯醇等CnH2nO21饱和一元酸和酯、羟基醛、羟基酮等3.

烷烃的同分异构体的书写烷烃只存在碳骨架异构，书写时要注意全面而不重复，具体规律如下：

易错辨析（1）（2024·全国甲卷）MP（

）的同分异构体中含羧基的有3

种。（×

）（2）（2024·湖南高考）CH4分子是正四面体结构，则CH2Cl2没有同分异

构体。

（

√

）（3）（2023·天津高考）芥酸（

）是顺式结构。（

√

）×√√（4）丙酮（

）和环氧丙烷（

）互为同分异构

体。

（

√

）√

关键能力

1.

下列有关同分异构体数目（不考虑立体异构）的判断正确的是（

）A.

的一溴代物有4种B.CH3CH2C（CH3）3的一氯代物有2种C.C5H10O属于醛的同分异构体有4种D.C8H10含苯环的同分异构体有3种√解析：

A项，

中的H原子有5种，则其一溴代物有5种，错误；

B项，CH3CH2C（CH3）3含有3种H原子，则其一氯代物有3种，错误；C项，C5H10O属于醛的同分异构体有CH3（CH2）3CHO，CH3CH2CH（CH3）CHO，（CH3）2CHCH2CHO，（CH3）3CCHO共4种，正确；D项，分子式为C8H10的含苯环的有机物有乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，共4种同分异构体，错误。2.

（2025·辽宁葫芦岛检测）有机物种类繁多，存在同分异构体是重要的

原因，下列关于同分异构体数的判断正确的是（

）A.

用相对分子质量为43的烷基取代C4H10分子中的一个氢原子，所得的有

机化合物有8种（不考虑立体异构）B.

的二氯代物有5种（不考虑立体异构）C.

（A）苯环上的二溴代物有9种同分异构体，则A苯环上的四氯

代物的同分异构体的数目也为9种D.

的一氯代物有9种（不考虑立体异构）√解析：

相对分子质量为43的烷基有正丙基和异丙基两种，C4H10有正丁

烷和异丁烷两种结构，每一种结构中都含有2种等效氢，用正丙基、异丙

基分别取代烷烃C4H10分子中的一个氢原子，有8种取代结构，（CH3）

2CHCH2CH2CH2CH3重复了一次，所得的有机化合物有7种（不考虑立体异

构），A错误；

的二氯代物有

、

、

，共3种（不考虑

立体异构），B错误；有机物A的苯环上的二溴代物有9种同分异构体，根据换元法，A苯环上的

四氯代物的同分异构体的数目也为9种，C正确；

有7

种等效氢（用序号标出），一氯代物有7种（不考虑立体异构），D错误。3.

某芳香族化合物甲的分子式为C10H11ClO2，已知苯环上只有两个取代

基，其中一个取代基为—Cl，甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化

碳，则满足上述条件的有机化合物甲有（

）A.15种B.12种C.9种D.5种√解析：

由题意知甲中含有羧基；苯环上只有两个取代基，其中一个

为—Cl，则另一个为—C4H7O2，—C4H7O2含有羧基的结构有：—

CH2CH2CH2COOH、

、

、

和

，共5种，取代基—C4H7O2与—Cl在苯环上有邻、间、对3种

情况，则满足条件的有机化合物甲有5×3＝15种。同分异构体数目的判断方法（1）记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子

的链状烷烃有5种。（2）基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。（3）等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律有：①同一碳原子上的氢原子等效。②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。③位于对称位置的碳原子上的氢原子等效。（4）二元取代物数目的判断：定一移一法。可固定一个取代基的位置，

再移动另一取代基的位置以确定二元取代物的数目。真题演练1.

（2025·安徽高考4题）一种天然保幼激素的结构简式如下：下列有关该物质的说法，错误的是（

）A.

分子式为C19H32O3B.

存在4个C—O

σ键C.

含有3个手性碳原子D.

水解时会生成甲醇√解析：

根据题给物质的结构简式可知，其分子式为C19H32O3，A正确；

分子中的C—O

σ键共有5个，如图所示：

，

B错误；该分子中含有如图

中“*”所示的3个

手性碳原子，C正确；该分子中含有酯基，结合其结构特点可知，酯基水

解后可生成甲醇，D正确。2.

（2025·四川高考4题）中医药学是中国传统文化的瑰宝。α-山道年是

一种蒿类植物提取物，有驱虫功能，其结构如图所示。下列关于该分子的

说法错误的是（

）A.

分子式为C15H18O3B.

手性碳原子数目为4C.sp2杂化的碳原子数目为6D.

不能与NaOH溶液发生反应√解析：

根据α-山道年的结构简式

可知，其分子式为

C15H18O3，A正确；由α-山道年结构简式可知，分子中含有如图所示的4个

手性碳原子（用*表示）：

，B正确；酮羰基、碳碳双键、

酯基上的C均为sp2杂化，α-山道年分子中sp2杂化的碳原子数目为6，C正

确；α-山道年分子中含有酯基，能与NaOH溶液发生反应，D错误。3.

（2024·湖北高考6题）鹰爪甲素（如图）可从治疗疟疾的有效药物鹰

爪根中分离得到。下列说法错误的是（

）A.

有5个手性碳B.

在120

℃条件下干燥样品C.

同分异构体的结构中不可能含有苯环D.

红外光谱中出现了3

000

cm－1以上的吸收峰√解析：

该分子中有5个手性碳原子，如图中“*”所示：

，A

正确；该分子中含有过氧键，不稳定，在120

℃条件下干燥样品，会造成

样品变质，B错误；鹰爪甲素的分子式为C15H26O4，不饱和度为3，故其同

分异构体的结构中不可能含有苯环，C正确；该物质中含有O—H，故红外

光谱中会出现3

000

cm－1以上的吸收峰，D正确。4.

（2023·山东高考12题）有机物X→Y的异构化反应如图所示，下列说

法错误的是（

）A.

依据红外光谱可确证X、Y存在不同的官能团B.

除氢原子外，X中其他原子可能共平面C.

含醛基和碳碳双键且有手性碳原子的Y的同分异构体

有4种（不考虑立体异构）D.

类比上述反应，

的异构化产物可发生银镜反应和加聚反应√解析：

红外光谱可以测定有机物中的化学键和官能团，A正确；1号O

和1'号C均连在双键碳原子上，结合单键可以旋转、碳碳双键为平面结构可

知，除氢原子外，X中其他原子可能共平面，B正确；Y的分子式为

C6H10O，含有醛基和碳碳双键的Y的同分异构体可以看成是—CHO取代

C5H10中1个氢原子得到的产物，其中含有手性碳原子的碳骨架结构

有

、

、

、

、

，共5种，C错误；类比题中反应，

的异构化产物为

，含有醛

基、碳碳双键，则可以发生银镜反应和加聚反应，D正确。课时跟踪检测

1.

下列说法错误的是（

）A.

三氟乙酸乙酯（CF3COOC2H5）是制备抗病毒药物的原料，1个该分子

中含有13个σ键和1个π键B.1

mol丙酮（

）中含有σ键个数为9NAC.

一个乙炔（H—C≡C—H）分子中有3个π键D.

乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H和1个C—C，无π键123456789101112√解析：

根据分子中价键可知，单键为σ键，双键为1个σ键和1个π键，三

键为1个σ键和2个π键，故乙炔分子中有3个σ键和2个π键，C错误。

A.

B.

C.

D.

√123456789101112解析：

的分子式为C7H8O，A中有机物分子式为C8H10O；B中

有机物的分子式为C7H6O；C中有机物的分子式为C7H6O2；D中有机物的分

子式为C7H8O，D符合题意。1234567891011123.

（2025·湖北枝江联考）两种有机物的分子式均为C3H8O，二者的沸点

信息如图所示。下列说法错误的是（

）A.

二者互为同分异构体B.

碳原子均为sp3杂化C.

一氯代物均有4种D.

丙醇分子间存在氢键√123456789101112解析：

两种物质分子式一样，但结构不同，故二者互为同分异构体，A

正确；两结构中碳原子均形成四个价键，即都是sp3杂化，B正确；丙醇的

一氯代物和甲乙醚的一氯代物均有3种，C错误；丙醇中羟基中的氢原子和

另一个羟基中的氧原子可形成分子间氢键，D正确。1234567891011124.

下列说法正确的是（

）B.a（

）和c（

）分子中所有碳原子均处于同一平面上C.

中所有碳原子可能都处于同一平面D.

化合物

（b）、

（d）、

（p）中只有b的所有原子处于同一

平面上√123456789101112

1234567891011125.

（2025·山西大同第一次学情调研）布洛芬、对乙酰氨基酚为家中常备

镇痛解热药物，下列说法正确的是（

）

A.

可以通过红外光谱来区分布洛芬和对乙酰氨基酚B.

对乙酰氨基酚分子的核磁共振氢谱图中最大质荷比为151C.

布洛芬和苯乙酸乙酯（

）互为同系物D.

布洛芬分子中所有碳原子可能共面√123456789101112解析：

已知从红外光谱图中能够确定官能团的种类或化学键，由题干

信息可知，布洛芬中含有羧基，而对乙酰氨基酚中含有酚羟基和酰胺基，

故可以通过红外光谱来区分布洛芬和对乙酰氨基酚，A正确；对乙酰氨基

酚分子的质谱图中最大质荷比为151，而核磁共振氢谱图中反映不同环境

氢原子的种类和相对数量，B错误；布洛芬和苯乙酸乙酯的官能团种类和

数目不同，即结构不相似，故不互为同系物，C错误；布洛芬分子中含有

同时连有3个碳原子的sp3杂化的碳原子，故布洛芬分子中不可能所有碳原

子共面，D错误。1234567891011126.

（2025·辽宁丹东检测）同分异构现象在有机化合物中十分普遍，这也

是有机化合物数量非常庞大的原因之一。下列说法正确的是（

）A.

联苯（

）属于苯的同系物，其一溴代物有4种B.

苯甲酸共有5种同分异构体（含苯环且包括苯甲酸）C.CH3CH2CHO和CH3COCH3互为同分异构体且属于位置异构D.

分子式为C5H12O且能与Na反应产生H2的同分异构体有4种√123456789101112解析：

与苯所含的苯环数目不同，不属于苯的同系物，联苯

有3种氢原子，A错误；苯甲酸含有苯环的同分异构体

有

、

、

、

，包括苯甲酸共5

种，B正确；CH3CH2CHO和CH3COCH3属于官能团异构，C错误；分子式

为C5H12O且能与Na反应产生气体说明C5H12O为一元饱和醇C5H11—OH，—

C5H11结构简式共有8种：—CH2CH2CH2CH2CH3、—CH（CH3）

CH2CH2CH3、—CH（CH2CH3）2、—CH2CH（CH3）CH2CH3、—C

（CH3）2CH2CH3、—CH（CH3）CH（CH3）2、—CH2CH2CH（CH3）2、—CH2C（CH3）3，则戊醇共有8种，D错误。123456789101112

7.

对羟基苯甲醛是一种用途极广的有机合成中间体。两种主要工业合成路

线如图所示。下列说法正确的是（

）123456789101112A.

苯酚和对羟基苯甲醇互为同系物B.1

mol对羟基苯甲醛中含有碳氧π键的数目为2NAC.

对甲基苯酚的同分异构体中含有苯环的有3种（不包括其本身）D.

对羟基苯甲醛中所有原子可能共平面√解析：

由题图知，苯酚与对羟基苯甲醇结构不相似，则二者不互为同

系物，A错误；若苯环上有1个取代基，则取代基为—CH2OH或—OCH3，

有2种；若苯环上有2个取代基，取代基为—CH3和—OH，除去本身，有

“邻、间”2种，则共有4种，C错误；对羟基苯甲醛中单键可以旋转，则

该物质分子中所有原子可能共平面，D正确。1234567891011128.

分子式与苯丙氨酸（

）相同，且同时符合下列两个

条件的同分异构体的数目是（

）①有带两个取代基的苯环②有一个硝基直接连接在苯环上A.3B.5C.6D.10√解析：

分子式与苯丙氨酸[C6H5CH2CH（NH2）COOH]相同，且同时符

合下列两个条件：①有带两个取代基的苯环、②有一个硝基直接连接在苯

环上，则说明其为芳香族化合物，含有—NO2，则另一个取代基为—C3H7

（可以是正丙基或异丙基），两种取代基在苯环上与—NO2有邻、间、对3

种位置关系，故符合条件的同分异构体有2×3＝6种，故选C。1234567891011129.

（2025·安徽马鞍山检测）“年年重午近佳辰，符艾一番新”，端午节

常采艾草悬于门户上，艾叶中含有薄荷醇（

），下列有关该物质的

说法不正确的是（

）A.

环上的一氯代物为3种B.

与

互为同系物C.

分子式为C10H20OD.

该分子中sp3杂化的原子数为11个√123456789101112解析：

薄荷醇分子环上有6种化学环境不同的氢原子，则环上的一氯代

物有6种，A错误；二者都含有1个环、1个羟基，结构相似，相差4个CH2原

子团，二者互为同系物，B正确；薄荷醇的分子式为C10H20O，C正确；薄

荷醇分子中10个碳原子均是饱和碳原子，均采取sp3杂化，而氧原子也采取

sp3杂化，即该分子中sp3杂化的原子数为11个，D正确。12345678910111210.

（2025·安徽淮北检测）下列说法正确的是（

）A.

分子式为C10H12O2的有机物，①苯环上有两个取代基，②能与NaHCO3

反应生成气体，满足以上2个条件的该有机物的同分异构体有15种B.

分子式为C4H8Cl2的有机物，只含有一个甲基的同分异构体有7种C.

分子式为C4H10O的醇，能在铜催化下被O2氧化为醛的同分异构体有3种D.

分子中的所有原子有可能共平面√123456789101112解析：

分子式为C10H12O2，能与NaHCO3反应生成气体，说明该有机物

中一定含有羧基：—COOH，根据分子组成可知，该有机物除了苯环和羧

基以外，其他都是单键，另外还含有：10－6－1＝3个C，苯环上有两个取

代基，则取代基的可能组合为①—CH3、—CH2CH2COOH、②—CH3、—

CH（CH3）COOH、③—CH2CH3、—CH2COOH、④—COOH、—CH2CH2CH3、⑤—COOH、—CH（CH3）2，每种组合中都含有邻、间、对三种同分异构体，所以该有机物总共含有的同分异构体数目为5×3＝15种，A正确；C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”123456789101112

法：

，

，

（第二个氯原子的位置如标号所

示），由图可知C4H8Cl2共有9种同分异构体，其中图1中另一氯原子在1、

2、3位置时，分子中只有1个甲基，图2中另一氯原子在1、2号碳上，分子

中均含2个甲基，图3中另一氯原子在3号碳上，分子中只含1个甲基，所以

分子中含1个甲基的同分异构体共有4种，B错误；丁醇能被氧化为醛，则结构必满足C3H7CH2OH，丙基（—C3H7）有两种，则能氧化形成醛的只有2种，C错误；

分子中含有甲基，为四面体结构，则所有原子不可能共平面，D错误。12345678910111211.

按要求回答下列问题：（1）曲酸是一种非常有潜力的食品添加剂，结构简式

为

，其所含有的含氧官能团有

⁠

（写出符合条件官能团的名称）。解析：

由结构简式可知，曲酸的含氧官能团有羟基、酮羰基、醚键。羟基、酮羰基、醚键

123456789101112①CH3CH2OH和CH3OCH3②C（CH3）4和C4H10③

和（2）下列各组物质中属于同系物的是

，互为同分异构体的

是

。（填序号）②

①

④35Cl和37Cl123456789101112解析：①CH3CH2OH和CH3OCH3的分子式相同，结构不同，互为同分异构体；②C（CH3）4和C4H10是结构相似，分子组成相差1个CH2原子团的烷烃，互为同系物；③

和

的分子式相同，结构相同，是同种物质；④35Cl和37Cl的质子数相同、中子数不同，互为同位素；则4组物质中属于同系物的是②，互为同分异构体的是①。123456789101112（3）芳香烃C9H10中存在顺反异构的有机物，其顺式结构简式

为

⁠。解析：

芳香烃C9H10存在顺反异构，则该芳香烃分子中含有碳碳双键，其顺式结构简式为

。123456789101112（4）10个碳原子以下一氯代物只有1种的烷烃有4种，写出相对分子质量

最大的烷烃的结构简式：

⁠。解析：

10个碳原子以下一氯代物只有1种的烷烃为甲烷、乙烷、2，2-二甲基丙烷和2，2，3，3-四甲基丁烷，其中结构简式为

的2，2，3，3-四甲基丁烷的相对分子质量最大。123456789101112（5）某有机物的结构如图所示：

，它的同分异构体中属于

芳香酮的有