高考化学一轮复习讲义 大单元五　第十二章　第52讲　有机化合物的空间结构　同系物　同分异构体

第52讲有机化合物的空间结构同系物同分异构体[复习目标]1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。2.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。考点一有机化合物的空间结构1.有机化合物的空间结构与碳原子的杂化轨道类型、碳原子的成键方式有关。完成下列表格：结构示意图每个碳原子连接原子数目碳原子的杂化轨道类型碳原子的成键方式空间结构4sp3σ键四面体形3sp2σ键、π键平面形—C≡C—2spσ键、π键直线形2.有机化合物常用的表示方法(以乙酸为例)结构式结构简式键线式球棍模型空间填充模型CH3COOH一、有机物分子中成键方式的判断1.(1)某种烃的球棍模型如图所示：，该烃的结构简式是CH3CH3，每个分子中含有7个σ键。(2)1mol乙炔分子中含有3NA个σ键和2NA个π键。(3)1mol丙酮()中σ键和π键的数目之比是9∶1。(4)1mol环氧乙烷()中，含有σ键的数目是7NA。二、有机物分子中原子共面、共线的判断2.下列分子中所有碳原子不一定在同一平面上的是()A.2-丁烯 B.甲苯C.1-丁烯 D.答案C解析单键可以旋转，故CH2=CH—CH2—CH3(1-丁烯)分子中所有碳原子不一定在同一平面上，C符合题意。3.下列有关原子共平面的说法正确的是()A.苯乙烯()分子中最多有16个原子共平面B.分子中所有碳原子均处于同一平面C.中所有碳原子不可能共平面D.分子中所有碳原子一定共平面答案A解析苯和乙烯均为平面形分子，单键可以旋转，故苯乙烯分子中所有(16个)原子均可能共平面，A正确；该分子中的环上有4个饱和碳原子，故所有碳原子不可能均处于同一平面，B错误；苯环、双键为平面形结构，与双键相连的碳原子与双键共面，且单键可旋转，则所有碳原子可能共面，C错误；该分子中与2个甲基相连的碳原子处于四面体的中心，则分子中所有碳原子不可能共平面，D错误。判断分子共线、共面原子数目的技巧(1)熟记基本模型①三个基本面：烯平面()、羰基平面()、苯平面()，碳原子均为sp2杂化。②两条基准线：炔直线()，碳原子为sp杂化；苯对角线()。(2)把握三种组合：以“C—C”为轴可以旋转①直线结构与平面结构连接，则直线在这个平面上。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，由于单键可以旋转，两个平面不一定共面。③甲基与平面结构相连，甲基上的氢原子最多有一个在这个平面上。(3)审准题目要求的限制条件：“可能”“一定”“最多”“最少”等。考点二同系物同分异构体1.同系物(1)概念：分子结构相似，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)特点①“三相同”：分子通式相同，官能团的种类及数目相同。②化学性质相似，物理性质不同。如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)具有相似的化学性质，但随着碳原子数目增多，物质的熔、沸点逐渐升高。[应用举例]下列物质中，一定属于乙烯的同系物的是(填序号)。①②③C4H8④CH2=CH—CH=CH2⑤CH3CH=CHCH3答案①⑤2.有机物的同分异构现象和同分异构体(1)概念：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为同分异构体。(2)类型1.CH3OH和HOCH2CH2OH都属于醇类，互为同系物()2.和所含官能团不同，互为官能团异构()3.若有机物互为同分异构体，其化学性质可能相似，也可能不同()4.相对分子质量相同的有机物一定互为同分异构体()5.同分异构体和同系物一定属于同类有机物()答案1.×2.√3.√4.×5.×一、基本概念辨析1.下列几组物质中，互为同分异构体的是(填序号，下同)；互为同系物的是；互为同素异形体的是；互为同位素的是。①C60、C70、金刚石、石墨②612C、613C、614C③NH4OCN和CO(NH2)2④HOCH2CHO、HOCH2CH2CHO⑤和CH2答案③⑤④①②2.已知碳原子上连有四个不同的原子或基团时，该碳原子称为手性碳原子。回答下列问题：(1)某有机物的结构如图：。用标出分子中的手性碳原子。答案(2)青蒿素是治疗疟疾的特效药，其结构如图所示：。该分子中有7个手性碳原子。3.下列有机物中，存在顺反异构体的是()A.CH3—CH=CH2 B.C. D.答案D二、简单有机物同分异构体的书写4.写出C6H14的同分异构体(用碳骨架表示)。答案(1)主链6个碳：C—C—C—C—C—C。(2)主链5个碳：，甲基(—CH3)可以连在①或②碳原子上，共2种结构。(3)主链上4个碳原子：①两个—CH3连在同一个碳原子上有1种结构：。②两个—CH3连在不同碳原子上有1种结构：。综上所述，C6H14共5种同分异构体。5.烯烃、炔烃同分异构体的书写。分别写出碳原子数为4的烯烃、碳原子数为5的炔烃的同分异构体(不考虑立体异构)。(1)碳原子数为4的烯烃的同分异构体：①先写出4个碳原子的碳骨架，有2种结构，分别是。②在每种碳骨架中，分别插入双键。直链结构双键有2种位置：；支链结构双键有1种位置：。故碳原子数为4的烯烃有3种同分异构体：。(2)碳原子数为5的炔烃的同分异构体：①先写出5个碳原子的碳骨架，有3种结构，分别是。②在每种碳骨架中，分别插入三键。直链结构三键有2种位置：；支链结构三键有1种位置：。故碳原子数为5的炔烃有3种同分异构体：HC≡C。6.苯的同系物同分异构体的书写。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)、、苯的同系物同分异构体的书写技巧支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。7.卤代烃同分异构体的书写(不考虑立体异构)。(1)C4H9Cl的同分异构体有种。(2)分子式为C4H8Cl2的同分异构体有种。(3)分子式为C4H8ClBr的同分异构体数目为种。答案(1)4(2)9(3)12解析(2)第一步：根据分子式可知其Ω=0，该有机物为链状结构，则只存在碳链异构和位置异构。4个碳原子的碳链只有两种，分别是C—C—C—C和。第二步：对碳链进行对称分析：(1、1'等效；2、2'等效)、(1、1a、1b等效)。第三步：将两个氯原子按照“同”“邻”“间”的顺序放入碳链上：同:1、1;2同:1、1综上所述，C4H8Cl2的同分异构体有9种。(1)烷烃一卤代物的同分异构体数目等于同碳烷基种类数(2)熟记常见烷基的结构及种类数目烷基—CH3—C2H5—C3H7—C4H9烷基种类数124(3)二卤代物同分异构体书写方法构建碳链→对碳链对称分析→将两个卤原子按同、邻、间的相对位置放入碳链中。注若两个取代基不同，当二者连在“不对称”的两个碳上时，有两种连接方式。课时精练[分值：50分](1~7题，每小题4分，8~9题，每小题6分)1.(2025·苏州质检)下列化学用语表达正确的是()A.乙烯的电子式：B.丙烷分子的空间填充模型：C.对氯甲苯的结构简式：D.乙醇的分子式：C2H6O答案D解析A项，乙烯的电子式应为，错误；B项，表示的是丙烷分子的球棍模型，错误；C项，表示的是间氯甲苯，对氯甲苯的结构简式应为，错误。2.(2025·泰州兴化月考)下列化学用语表示正确的是()A.CCl4的球棍模型：B.甲醚的分子式：CH3OCH3C.聚丙烯的结构简式：D.的名称：甲基苯酚答案C解析A项，CCl4结构类似于甲烷，为正四面体结构，Cl原子半径大于碳原子，且题图为空间填充模型，不正确；B项，甲醚的结构简式为CH3OCH3，则其分子式为C2H6O，不正确；C项，丙烯的结构简式为CH3—CH=CH2，则发生加聚反应生成聚丙烯的结构简式为，正确；D项，的名称为邻甲基苯酚或2⁃甲基苯酚，不正确。3.下列说法正确的是()A.凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，彼此一定互为同系物B.两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则两者一定互为同分异构体C.相对分子质量相同的几种化合物，互为同分异构体D.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，一定互为同分异构体答案D解析丙烯与环丁烷分子组成相差一个CH2原子团，但是结构不相似，不互为同系物，A项错误；若两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则它们的最简式必定相同，最简式相同的化合物不一定互为同分异构体，B项错误；相对分子质量相同的物质有很多，如C2H6O(乙醇)与CH2O2(甲酸)，但它们的分子组成不同，所以它们不互为同分异构体，C项错误；当不同化合物组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同时，其分子式一定相同，一定互为同分异构体，D项正确。4.(2022·浙江6月选考，7)下列说法不正确的是()A.乙醇和丙三醇互为同系物B.35Cl和37Cl互为同位素C.O2和O3互为同素异形体D.丙酮()和环氧丙烷()互为同分异构体答案A解析乙醇是饱和一元醇，丙三醇是饱和三元醇，两者所含官能团数目不同，不互为同系物，A错误；35Cl和37Cl质子数相同、中子数不同，互为同位素，B正确；O2和O3是由氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，C正确；丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，互为同分异构体，D正确。5.下列说法错误的是()A.与互为同分异构体B.有机物与溴单质按物质的量之比1∶1发生加成反应，生成的产物有4种C.有机物的系统命名为2，4⁃二甲基己烷D.CH3CH2OH和具有相同的官能团，但不互为同系物答案B解析两者分子式均为C8H8且结构不同，互为同分异构体，A正确；共轭二烯烃能发生1，2⁃加成和1，4⁃加成，与溴单质按物质的量之比1∶1发生加成反应时，得到的产物共有5种，B错误；主链碳原子数为6，从离取代基最近的一端开始编号，命名为2，4⁃二甲基己烷，C正确；虽然二者具有相同的官能团，但官能团个数不同，分子组成上也不相差n个CH2原子团，所以不互为同系物，D正确。6.模型建构是化学学习的一种重要方法，下列说法正确的是()A.图a甲烷的二氯代物有2种B.与图b互为同分异构体的烷烃还有4种C.图c立方烷的分子式为C8H16D.由图d推测CH2=CH—CH3中3个碳原子共直线答案B解析甲烷分子为正四面体形，故甲烷的二氯代物只有1种，A项错误；由图b烷烃的碳架结构知该烷烃的分子式为C6H14，其结构简式为(CH3)2CHCH(CH3)2，其同分异构体的结构简式为CH3(CH2)4CH3、CH3CH2CH(CH3)CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH2CH3、(CH3)3CCH2CH3，共4种，B项正确；由图c立方烷的键线式知，其分子式为C8H8，C项错误；乙烯分子中2个碳原子和4个氢原子共平面，CH2=CH—CH3中3个碳原子共平面，但不共直线，D项错误。7.下列物质在给定条件下的同分异构体数目(不包括立体异构)正确的是()A.分子式为C7H16的同分异构体有多种，其中含有三个甲基的结构有2种B.分子式为C5H11Cl且分子中有两个—CH3、两个—CH2—、一个和一个—Cl的结构有2种C.组成和结构可用表示的有机物共有16种D.分子式为C4H6O2且结构中含有碳碳双键和的结构有8种答案D解析C7H16含三个甲基的同分异构体有3种：(CH3)2CH(CH2)3CH3、CH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH3，故A错误；该结构有4种：CH3CHClCH2CH2CH3、CH3CH2CHClCH2CH3、CH3CH(CH2Cl)CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH2Cl，故B错误；—C4H9有4种结构，但由于两个取代基相同，有6种结构重复，根据排列组合规律共有4+3+2+1=10种，故C错误；含有碳碳双键和羧基时有3种：CH2=CHCH2COOH、CH3CH=CHCOOH、CH2=C(CH3)COOH，含有碳碳双键和酯基时有5种：HCOOCH=CHCH3、HCOOCH2CH=CH2、CH2=CCH3OOCH、CH3COOCH=CH2、CH2=CHCOOCH3，故8.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答案D解析A项，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，错误；B项，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，错误；D项，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，正确。9.我国科研团队首次成功合成了由14个碳原子组成的环形纯碳分子材料，其合成原理如图所示。下列说法正确的是()A.甲中所有原子不可能共面B.甲的一氢取代物共有5种C.C14与C60互为同分异构体D.C14化学性质与金刚石有差异答案D解析甲中所有原子都在一个平面上，故A错误；由甲的结构简式可知，其存在两条对称轴，分子中含有3种不同化学环境的氯原子，则一氢取代物共有3种，故B错误；C14与C60为结构不同