2027届高三化学一轮复习第9章有机化学基础第45讲有机化合物的空间结构同系物和同分异构体课件

第九章有机化学基础第45讲有机化合物的空间结构同系物和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，认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象。2．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，知道有机化合物分子中基团之间的相互影响会导致键的极性发生改变。考点二提能训练练案[45]考点一考点一碳原子的成键特点有机化合物分子的空间结构1．有机化合物分子中碳原子的成键方式碳原子结构最外层有4个电子，可形成4个共价键成键原子碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键成键形式(1)单键：都是σ键(2)双键：一个σ键，一个π键(3)三键：一个σ键，两个π键连接方式碳链或碳环2．有机化合物分子结构的常见表示方法键线式：省略碳、氢元素符号，每个端点、拐点都表示碳原子，线表示化学键。3．有机化合物的空间结构(1)有机化合物中的共价键①两种类型共价键的比较类型键的特点σ键通过σ键连接的原子或原子团可以____________而不会导致化学键的破坏π键通过π键连接的原子或原子团不能____________π键和σ键的轨道重叠程度不同，其强度______。绕轴旋转绕轴旋转不同②共价键的类型与有机反应一般有机反应就是有机化合物分子中旧共价键断裂和新共价键形成的过程，共价键的类型与有机反应的类型密切相关：σ键的特征反应是______反应，π键的特征反应是______反应。取代加成(2)有机化合物的成键方式和空间结构与碳原子相连的原子数结构示意碳原子的杂化方式碳原子的成键方式碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构4____________________________3_____________________________2______________________________sp3σ键四面体形sp2σ键，π键平面三角形spσ键，π键直线形【微思考】(1)由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对偏向电负性________的原子，偏移的程度越大，共价键极性________，在反应中越容易发生________；乙烯(CH2===CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生________反应。(2)如乙酸的常见表示方法：结构式结构简式键线式球棍模型空间填充模型________提示：(1)较大越强断裂加成(2)CH3COOH4．有机物分子中原子的共平面问题(1)熟记常见共线、共平面的基团(2)注意碳碳单键的旋转性有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键，均可绕键轴自由旋转。[归纳点拨]

①复杂有机物分子的共面问题可视为不同模板结构的组合，如甲苯为甲基与苯环的组合。②碳碳单键能旋转，而碳碳双键不能旋转。凡有机物分子结构中有碳的4条单键结构(如—CH3、—CH2—等)，则所有原子一定不在同一平面上。分子中一定共平面的原子有8个，最多共平面的原子有10个。(3)原子共直线与共平面的基本类型①甲烷型：______________结构，碳原子与四个相同的原子形成四个共价键时，空间结构都是正四面体，五个原子中最多有三个原子位于同一平面。②乙烯型：__________结构，位于乙烯型结构上的六个原子一定位于同一平面。③乙炔型：__________结构，位于乙炔型结构上的四个原子一定在一条直线上，也一定位于同一平面。④苯型：平面____________结构，位于苯环上的十二个原子一定位于同一平面，并且处于对角线的四个原子共直线。正四面体形平面形直线形正六边形(4)复杂的原子共直线与共平面问题对于复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共平面、共直线问题。【易错辨析】(1)(2024·江苏卷)丁烷催化裂化为乙烷和乙烯，丁烷断裂σ键和π键。(

)[提示]

×丁烷是饱和烷烃，没有π键。(2)某有机化合物中可能同时含有碳碳双键、碳碳三键及环状结构。(

)[提示]

√[提示]

√(4)丙炔分子中最多有4个原子在同一平面上。(

)[提示]

×甲烷是正四面体结构。(6)CH3CH===CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上。(

)[提示]

×含有饱和碳，所有原子不可能共面。[提示]

√仅含有饱和碳，则所有原子采取sp3杂化。(9)分子式为C6H9Br的有机物可能是含有1个π键的直链有机物。(

)[提示]

√根据苯、乙烯的平面结构和乙炔的直线形结构推知所有碳原子可能共平面。1．下列表示正确的是(

)微考点1有机物的表示方法与碳原子成键特点[答案]

C2．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C．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[答案]

C[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。σ键、π键的判断根据成键原子的价电子数能形成几个共用电子对判断如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。

由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部为σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。123．(2026·湖南常德模拟)某学习小组用“球”和“棍”搭建的有机化合物分子的球棍模型如图所示。下列说法错误的是(

)A．①说明碳原子可以和氢原子形成共价键以满足“碳四价”原则B．④⑤说明碳原子之间可以形成碳链或碳环，剩余价键与氢原子结合以满足“碳四价”原则C．②③说明碳原子之间可形成碳碳双键、碳碳三键，且这两种烃属于不饱和烃D．由⑤可推知多个碳原子以碳碳单键形成碳链时，所有碳原子一定在同一条直线上[答案]

D[解析]

题图①中的碳原子与4个氢原子形成4个共价单键，满足“碳四价”原则，A正确；由题图④⑤可知，碳原子间可以形成碳链或碳环，剩余价键与氢原子结合以满足“碳四价”原则，B正确；题图②③中的烃分别含碳碳双键、碳碳三键，属于不饱和烃，C正确；当3个或3个以上的碳原子以碳碳单键形成碳链时，碳链呈锯齿状，即所有碳原子一定不在同一条直线上，D错误。有机化合物的表示中“四式”的相互关系4．(2026·河北衡水高三检测)溴乙烷是制造镇静药物巴比妥的原料，也常用作制冷剂、熏蒸剂、溶剂等，其分子结构如图，下列有关说法不正确的是(

)A．该有机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②和④D．若该有机物在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[答案]

C[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；该化合物中Br的电负性最大，则键的极性最强的是C—Br(①)，C错误；由C分析可知，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。结构简式书写时的注意事项结构简式的书写是省略结构式中代表共价键的单键，而代表双键的“===”、三键的“≡”不能省略。12

结构简式的书写以不引起歧义为目的，如CH3CH2CH2OH，不能写成C3H7OH，这样可能会误解为CH3CH(OH)CH3。结构简式不能表示有机物的真实结构，如从结构简式看，CH3CH2CH2CH3中的碳链是直线形的，而实际上是锯齿形的。345．下列说法正确的是(

)微考点2有机化合物的空间结构及分析[答案]

B[解析]

A项，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结构可知，A项分子中所有碳原子不可能处于同一平面，A错误；B项，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，B正确；C项，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，C错误；D项，单键氧原子都与饱和碳原子相连，故这些单键氧原子不可能共平面，D错误。6．下列说法正确的是(

)A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上B．丙烯分子中所有原子均在同一平面上D．CH3—CH===CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上[答案]

D判断分子中原子共线、共面问题的三个要点熟记基本模型12平面与平面、直线、立体结构连接(1)审准题目要求题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。(2)碳碳单键的旋转碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C—C”为轴旋转。(3)恰当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，再将对应的空间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。37．(2026·吉林白山模拟)某烃的结构简式如图所示，若分子中共直线碳原子数为a，可能共平面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是(

)A．3、14、3 B．3、10、4C．3、14、4 D．4、10、4[答案]

C[解析]

题给有机物中碳碳三键中的碳原子及与碳碳三键直接相连的碳原子共直线，苯环对位上的碳原子及其直接相连的原子共直线，即共直线碳原子数为3；结合常见有机物的空间结构可知，该分子中所有碳原子均可能共平面，即最多有14个碳原子共平面；该分子中含4个饱和碳原子，即含四面体结构的碳原子数为4。综上分析可知，C正确。8．(2026·河北正定中学月考)某有机物分子的结构简式如图所示，下列说法正确的是(

)A．12个碳原子不可能共平面B．有4个原子共直线C．所有原子共平面D．最多20个，最少14个原子共平面[答案]

D[方法点拨]有机物中原子共平面、共直线的判断方法(1)单键旋转思想：有机物分子中的所有单键均可旋转，但形成双键和三键的原子不能绕轴旋转，对原子的空间结构具有“定格”作用。(2)定平面规律：共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时，两平面必定重叠，两平面内的所有原子必定共平面。考点二同系物和同分异构体1．同系物2．同分异构现象与同分异构体(1)概念同分异构现象：化合物分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象。同分异构体：分子式________________________互为同分异构体。(2)产生原因：原子在成键方式、连接顺序等方面存在差异。(3)特点：同分异构体虽然具有相同的分子组成，但结构不同，故性质存在差异。如戊烷的三种同分异构体的沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。相同而结构不同的化合物【微思考1】下列物质中属于乙烯的同系物的是________(填序号)。③CH2===CH—CH===CH2

④CH3CH===CHCH3提示：①④3．同分异构现象的类型(1)构造异构构造异构是分子式相同而分子中原子或基团连接方式不同的异构现象，主要有碳链异构、位置异构和官能团异构。(2)立体异构在有机化学中，把分子式相同、原子或基团连接的顺序相同，但分子中所含原子或基团在空间的排列方式不同产生的异构现象称为立体异构。立体异构可分为顺反异构和对映异构。4．常见的官能团异构5.简单有机物同分异构体的书写规律(1)烷烃：烷烃只存在碳架异构，用减碳法书写时要注意全面而不重复，具体规则如下：甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体，丁烷的同分异构体有2种，戊烷的同分异构体有3种。举例：书写C6H14同分异构体第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链C—C—C—C—C—C第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相同、相邻，此时碳骨架结构有两种：②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。【微思考2】写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。__________________________________________________________(2)具有官能团的有机物：一般按碳架异构→位置异构→官能团异构的顺序书写。例：(以C4H10O为例且只写出碳骨架与官能团)【微思考3】分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。烯烃：_______________________________________。炔烃：________________________________________。提示：CH2===CH—CH2CH3、CH3CH===CHCH3、[技巧]

烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。(3)苯的同系物同分异构体的书写支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。【微思考4】写出C9H12的含有苯环的同分异构体。

同分异构体的结构简式一元取代物________、________二元取代物(邻、间、对)________、________、__________________三元取代物(连、偏、均)________、________、__________________6．判断同分异构体数目的常用方法(1)烃基法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有4种，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH的同分异构体均为4种。(2)代换法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如：乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种，二氯苯和四氯苯均有3种。(3)等效氢法：分子中等效氢原子有如下情况：①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；②同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效；③分子中处于对称位置上的氢原子等效。(4)定一移一法：分析二元取代产物的方法：如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子位置，然后移动另一个氯原子。(5)组合法：饱和酯R1COOR2，—R1有m种，—R2有n种，则酯共有m×n种。[提示]

×题给物质的含羧基的同分异构体有2种，分别为正丁酸和异丁酸。(3)互为同分异构体的物质可以是同类物质，也可以是不同类别的物质。(

)[提示]

√(4)分子式为C5H10O2且属于酯类有机物的共有9种(不考虑立体异构)。(

)[提示]

√(5)甲醇、乙二醇和丙三醇互为同系物。(

)[提示]

×题给三种物质中羟基数目不同，不互为同系物。(6)符合分子式C2H6O的有机物只有乙醇。(

)[提示]

×满足分子式CnH2n＋2O的有机物可以是饱和一元醇或醚，C2H6O可以是乙醇或二甲醚。(7)主链含5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有3种。(

)[提示]

×主链含5个碳原子，乙基应定在3号碳上，甲基可定在2号或3号碳上。[提示]

×二者属于立体异构中的顺反异构体，不是一种物质。(9)组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，互为同分异构体。(

)[提示]

√不同化合物组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同时，其分子式一定也相同，则一定互为同分异构体。(10)组成元素的质量分数相同，且相对分子质量相差14的整数倍的不同化合物，一定互为同系物。(

)[提示]

×同系物必须结构相似，如乙烯和环丙烷不是同系物。1．同分异构体是物质多样性的重要原因之一。下列说法中正确的是(

)A．C5H12有2种同分异构体B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体C．同分异构体之间的转化是化学变化微考点1同分异构体与同分异构体数目的判断[答案]

C2．M、N、P为三种不同的有机物，下列叙述正确的是(

)A．若M、N、P互为同分异构体，它们的化学性质一定相似B．若M、N、P互为同系物，它们的分子中碳元素的质量分数一定相同C．若M与N互为同系物，P与N互为同系物，则M与P也互为同系物D．若M与N互为同分异构体，P与N互为同分异构体，则M与P也互为同分异构体[答案]

D3．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是(

)A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种[答案]

B4．分子式为C5H11Cl的同分异构体有______种(不考虑立体异构)。[答案]

8①可发生银镜反应，也能与FeCl3溶液发生显色反应；②核磁共振氢谱有四组峰，峰面积比为1∶2∶2∶3。微考点2限定条件下同分异构体的书写[图解分析]

常见的限制性条件有机物分子中的官能团或结构特征与FeCl3溶液发生显色反应含酚羟基(—OH)能发生银镜反应含—CHO，可以是醛类或甲酸或甲酸盐或甲酸酯核磁共振氢谱有四组峰，峰面积比为1∶2∶2∶3有四类氢原子，且氢原子个数比为1∶2∶2∶3，说明该有机物结构具有对称性根据不饱和度可知该结构中除醛基外不含其他不饱和键(2)化合物Ⅴ(H2C===CH—CH2OH)有多种同分异构体，其中含CO结构的有_________种，核磁共振氢谱图上只有一组峰的结构简式为________________。条件：a.能与NaHCO3反应；b.最多能与2倍物质的量的NaOH反应；c.能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应；d.核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子；e.不含手性碳原子。有机物分子中原子共面及共线问题的判断方法(1)复杂分子拆分为简单分子的典型结构简单有机物分子的空间结构：1(2)单键可以沿键轴旋转，双键和三键不能沿轴旋转。若平面间靠单键相连，所连平面可以绕键轴旋转，可能旋转到同一平面上也可能旋转到不在同一平面上。当平面1、2、3沿键轴旋转至如图所示位置时，三个平面重合，分子中最多10个碳原子共平面。以碳碳双键所在的平面2为参考面，以连接两个平面的单键为轴(如①、②)，作如下分析：综上分析，该分子中至少有7个碳原子共平面。(3)等位代换不变原则有机物分子基本结构中的氢原子，无论被任何原子取代，分子空间结构维持原状。如乙烯中的氢原子被甲基取代后，甲基中的碳原子的位置，与原来的氢原子的位置相同，即它与乙烯共面，但碳原子不共线。2．同分异构体的书写规律(1)烷烃只存在碳架异构(2)具有官能团的有机物3．常见的官能团类别异构4．含有苯环的有机物提能训练练案[45]1．(2026·山东菏泽模拟)下列关于有机物的叙述错误的是(

)A．碳原子间能形成单键，也能形成双键或三键，进而形成碳链或碳环B．易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂的物质不一定是有机物C．碳原子的化学性质较活泼，除了碳原子之间可以成键外，碳原子与其他元素原子也可形成化学键D．有机化合物所发生的反应，一般比较复杂，速度缓慢，并且还常伴有副反应发生[答案]

C[解析]

碳元素的非金属性较弱，碳原子的化学性质不活泼，C错误。[答案]

D[答案]

B4．(2026·河南项城五校联考)某有机化合物的球棍模型如图所示，下列有关该有机化合物的说法不正确的是(

)A．分子式为C4H10B．一氯代物有4种不同结构C．含有极性键和非极性键D．与CH3CH2CH2CH3互为同分异构体[答案]

B[解析]

由该有机化合物的球棍模型可知，该有机化合物为(CH3)2CHCH3，其分子式为C4H10，A正确；该有机化合物有2种不同化学环境的氢原子，故其一氯代物有2种，B错误；含有极性键(C—H)和非极性键(C—C)，C正确；与CH3CH2CH2CH3的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，D正确。[答案]

B6．下列说法正确的是(

)A．CH3CH===CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上[答案]

D[解析]

根据乙烯的空间结构可知，CH3CH===CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面，但不在同一直线上，A项错误；a与c分子中均有连接3个碳原子的饱和碳原子，故所有碳原子不可能共平面，B项错误；该分子中含连有4个碳原子的饱和碳原子，所有碳原子不可能共平面，C项错误；d、p分子中都存在饱和碳原子，故只有b的所有原子处于同一平面，D项正确。7．(2026·重庆模拟)关于下列物质的说法正确的是(

)A．②⑤⑥互为同系物B．③④互为同分异构体C．④⑥核磁共振氢谱图均有四组峰D．①②③④具有的含氧官能团数目不同[答案]

C[解析]

②⑥属于酚，⑤属于醇，醇与酚不能互为同系物，故A错误；③④分子式不同，不能互为同分异构体，故B错误；④中核磁共振氢谱图有4组峰，面积之比为6∶3∶2∶1，⑥核磁共振氢谱图有四组峰，面积之比为1∶2∶2∶1，故C正确；①中有一个醇羟基为含氧官能团，②中有一个酚羟基为含氧官能团，③中有一个醛基为含氧官能团，④中有一个酮羰基为含氧官能团，①②③④具有的含氧官能团数目相同，故D错误。8．(2026·黑龙江哈尔滨模拟)下列关于同分异构体的说法，错误的是(

)A．无机物与有机物间也存在同分异构现象，如氰酸铵(NH4CNO)和尿素[CO(NH2)2][答案]

D[答案]

B10．(2026·湖南“三湘教育联盟”联考)布洛芬是一种高效的解热镇痛药，其结构如图所示。下列有关布洛芬的说法正确的是(

)A．属于芳香烃，含有的官能团为羧基B．与苯甲酸互为同系物C．可以发生取代反应、加成反应，不能发生氧化反应D．苯环上的二氯