高二化学第一章 第二节 有机化合物的结构特点.docx
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高二化学第一章第二节有机化合物的结构特点
第二节 有机化合物的结构特点
一、同系物、同分异构体、同位素、同素异形体、同种物质的比较
定义
比较对象
分子式
结构
性质
同位素
质子数相同、中子数不同的核素（原子）互称为同位素
核素（原子）
符号表示不同，如：
H、
H、
H
电子排布相同，原子核结构不同
物理性质不相同，化学性质相同
同素异形体
同一元素组成的不同单质
单质
元素符号表示相同，分子式可不同，如：
金刚石和石墨、O2和O3
单质的组成或结构不同
物理性质不同，化学性质相似
同分异构体
分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体
化合物
相同
不同
物理性质不同，化学性质不一定相同
同种物质
分子式和结构式都相同的物质
－
相同
相同
相同
同系物
结构相似，分子组成上相差若干个CH2原子团的有机物
化合物
不相同
相似
物理性质不同，化学性质相似
二、怎样才能正确书写同分异构体？
准确判断出同分异构体的数目的方法有哪些？
1．同分异构体的书写方法
（1）降碳对称法（适用于碳链异构）
下面以C7H16为例写出它的同分异构体：
①将分子写成直链形式：
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对称线的一侧的各个碳原子上，得到多种带有甲基的，主链比原主链少一个碳原子的异构体。
。
根据碳链中心对称，将—CH3连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。
另外甲基不能连在链端链上，否则就会与第一种连接方式重复。
③再从主链上去掉一个碳，可形成一个—CH2CH3或两个—CH3来取代有5个碳原子的主链上的氢。
当取代基为—CH2CH3时，由对称关系只能接在中间的碳原子上，即
。
当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照对、邻、间的位置依次移动另外一个甲基，注意不要重复。
（2）取代法（适用于醇、卤代烃异构）
先碳链异构后位置异构
如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体，如图（图中数字即为—OH接入后的位置，即这样的醇合计为8种）：
（3）插入法（适用于烯烃、炔烃、酯等）
先根据给定的碳原子数，写出具有此碳原子数的烷烃的同分异构体的碳链骨架，再根据碳链的对称性，将官能团插入碳链中，最后用氢原子补足碳的四个价键。
如书写分子式为C5H10O的酮（插入
）的同分异构体，如图：
。
2．同分异构体数目的判断方法
（1）基元法
如丁基有4种同分异构体，则丁醇有4种同分异构体。
（2）替代法
如二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体，四氯苯也有3种同分异构体（将H替代Cl）；CH4的一氯代物只有一种同分异构体，新戊烷C（CH3）4的一氯代物也只有一种同分异构体。
（3）对称法（又称等效氢法）
等效氢法的判断可按下列三点进行：
①同一甲基上的氢原子是等效的；
②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的；
③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的（相当于平面成像时，物与像的关系）。
（4）定一移二法
对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基，以确定同分异构体数目。
【特别提醒】书写同分异构体时的顺序是碳链异构→官能团异构→位置异构逐一考虑，这样可以避免重复和漏写。
三、有机物结构和组成的几种图示比较
种类
实例
含义
应用范围
化学式
C2H6
用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目
多用于研究物质组成
最简式（实验式）
乙烷最简式为CH3
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简式量
有共同组成的物质
电子式
用小黑点等记号代表电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
多用于表示离子型、共价型的物质
结构式
①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
①多用于研究有机物的性质②由于能反映有机物的结构，有机反应常用结构式表示
结构简式
CH3—CH3
结构式的简便写法，着重突出结构特点（官能团）
同“结构式”
球棍模型
小球表示原子，短棍表示价键
用于表示分子的空间结构（立体形状）
比例模型
用不同体积的小球表示不同的原子大小
用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
类型1有机物中碳原子的成键特点
例1
工业上用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能，例如：
在汽油中加入CH3OC（CH3）3来生产无铅汽油。
CH3OC（CH3）3分子中必存在的原子间连接形式是（ ）
答案 C
解析 根据碳原子总是形成四个共价键，氧原子总是形成两个共价键，CH3OC（CH3）3分子的结构式可表示为
。
类型2判断是否为同分异构体
例2
下列各组物质中，两者互为同分异构体的是（ ）
①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O
②NH4CNO和CO（NH2）2
③C2H5NO2和
④
A．①②③B．②③C．①③④D．①②④
答案 B
解析 分子式相同、结构不同的物质互称为同分异构体。
①中两种物质的分子式不同，②、③的分子式相同，但结构不同，其属同分异构体，④属于同种物质。
判断两有机物是否是同分异构体的方法：
①先看除碳、氢以外其他元素的原子个数是否相等（如O、N、S等）；若不相等，一定不是同分异构体。
②再看碳原子数是否相同，若碳原子数不同，则一定不是同分异构体。
③当碳原子数相同时，再看官能团类别，若有机物含有多个官能团且官能团类别相同时，则应分别写出结构简式进行比较后确定。
④同分异构现象不仅存在于有机物中，也存在于某些无机物中，而且有机物与无机物也可形成异构体。
类型3同分异构体的书写
例3
某化合物A的化学式为C5H11Cl，分析数据表明，分子中有两个“—CH2—”，两个“—CH3”，一个“CH”和一个“
”，试写出它的同分异构体的结构简式。
解析 方法一 在限制条件下书写同分异构体，必须满足所给的限制条件，可用拼接法解决此类问题。
先写出五个C原子的直链碳架，只要移动氯原子在碳链中的位置，就可得两种。
然后将主链变为四个碳，另一个碳作为支链，这样结构当中便有三个“—CH3”，必须破坏其中的一个，将“—Cl”取代三个“—CH3”中的一个氢原子，又得两种。
方法二 先写出戊烷的同分异构体，再依次加“—Cl”，得到C5H11Cl的所有同分异构体，再选出符合条件的即可。
书写同分异构体时，为了避免漏写或重写，提高同分异构体的书写速度和准确度，书写要注意有序性、等位性。
有序性：
由于有机物分子中碳原子数越多，碳原子的连接方式越复杂，且同分异构体越多，在书写时必须按照一定的顺序，否则就会漏写或重复。
等位性：
即等同位置，也就是处于镜面对称位置的碳原子，如同一个碳原子上的甲基碳原子、同一碳原子上的氢原子都具有等位性。
类型4判断同分异构体的种类和数目
例4
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的数目是（ ）
1
2
3
4
5
6
7
8
CH4
C2H4
C3H8
C4H8
C6H12
C7H16
C8H16
A.3B．4C．5D．6
答案 A
解析 分析图表得出规律，1、2组、3、4组、5、6组，7、8组H原子个数相差4，第
5种物质分子式C5H12，有3种同分异构体
。
1．以组成为C5H12的戊烷的三种同分异构体为例，回忆有关同分异构体知识。
点拨 化合物具有相同的分子式，但结构不同，因而产生了性质上的差异，这种现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．根据正戊烷、异戊烷、新戊烷的结构式分析它们的相同点和不同点。
点拨
物质名称
正戊烷
异戊烷
新戊烷
结构式
相同点
饱和链状，属于烷烃
不同点
碳的骨架不同，支链数目不同
己烷（C6H14）有5种同分异构体，你能写出它们的结构简式吗？
你能写出C3H6的同分异构体吗？
点拨 己烷的同分异构体共有5种，其结构简式分别为：
CH3（CH2）4CH3、（CH3）2CHCH2CH2CH3、
CH3CH2CH（CH3）CH2CH3、（CH3）3CCH2CH3、（CH3）2CHCH（CH3）2。
C3H6的同分异构体共有2种，分别是CH2===CHCH3（丙烯）和
（环丙烷）。
1．4 4 共价 单 双 三
点拨 种类繁多，数目庞大的有机物构成基础就是碳链与碳环。
因此，要熟练掌握碳原子的成键特点。
2．3
点拨 同一种有机物在书写结构简式时，可以写出不同的形式。
判断它们是否是同一种物质，关键看以下几条：
（1）主链是否相等。
（2）支链的种数和个数是否相同。
（3）支链的位置是否相同。
3．B
点拨 判断两种物质是否是同分异构体关键看两点：
（1）分子式相同。
（2）结构简式不同。
4．
点拨 此类题可用等效氢法，只能生成一种一氯代物，就说明只含有一种等效氢。
5．CH3CH===CH2；
点拨 判断是否是同系物关键看两条：
（1）结构是否相似，所谓的结构相似就是所含官能团的种数、个数相同，碳链相似。
（2）分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。
1．大多数有机物分子里的碳原子与碳原子或碳原子与其他原子相结合的化学键是（ ）
A．只有非极性键B．只有极性键
C．有非极性键和极性键D．只有离子键
答案 C
解析 因碳原子有4个价电子，碳原子与碳原子或碳原子与其他原子相结合时均形成共价键。
碳原子与碳原子之间以非极性键相结合，碳原子与其他原子之间以极性键相结合。
2．下列各对物质属于同分异构体的是（ ）
A.
C与
C
B．O2、O3
答案 D
3．下列烷烃在光照下与氯气反应，只生成一种一氯代烃的是（ ）
答案 C
4．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，彼此一定是同系物
B．两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则两者一定是同分异构体
C．相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体
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 分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，其分子结构不一定相似，如CH3—CH===CH2与CH2CH2CH2CH2，故A说法错误；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可能是同分异构体，也可能不是同分异构体，如CH2O（甲醛）和C2H4O2（乙酸），所以B说法错误；相对分子质量相同的物质是很多的，如无机物中的H2SO4和H3PO4，又如有机物中的C2H6O（乙醇）与CH2O2（甲酸），这些物质都具有相同的相对分子质量，但由于它们的分子组成不同，所以它们不是同分异构体，故C说法错误；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，因此这样的不同化合物互为同分异构体。
5．分子式为C7H16的烷烃中，含有三个甲基的同分异构体的数目是（ ）
A．2种B．3种C．4种D．5种
答案 B
6．键线式可以简明扼要地表示碳氢化合物，如
表示CH3CH2CH2CH2CH3，则
表示的物质是（ ）
A．丁烷B．丙烷C．丁烯D．丙烯
答案 C
7．已知丙烷的二氯代物有四种异构体，则其六氯代物的异构体数目有（ ）
A．两种B．三种C．四种D．五种
答案 C
解析 采用换元法，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，从二氯代物有四种同分异构体，就可得到六氯代物也有四种同分异构体。
8．下列化学式既能表示物质的组成，又能表示物质的一个分子的是（ ）
A．NaOHB．SiO2C．FeD．C3H8
答案 D
解析 NaOH为离子化合物，其化学式仅表示Na＋和OH－的个数比，并不是真正的分子式；SiO2为原子晶体，此化学式仅表示了原子个数最简比；Fe为金属晶体，此化学式表示铁元素、表示一个铁原子、表示铁单质；C3H8为分子晶体，其化学式可表示一个C3H8分子。
9．下列有机化合物中，互为同分异构体的组合有____________（填编号）。
答案 ②④；①③（或③⑤）；⑥⑦⑧⑨
10．现有键线式为
的有机物分子式为_________，
如果保持6个碳原子的环不变，环中的双键移位（两个双键不能连在同一碳原子上），支链种类、位置不变，用上述简写法，写出该有机物可能的同分异构体________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
1．下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是（ ）
答案 A
解析 A项中的C、Si原子最外层都是四个电子，因此，它们在与其他原子成键时应该共用四对电子，A不对；其他各项按C原子呈4价，O原子及S原子与Se原子呈2价，N原子呈3价的原则判断，都是合理的。
2．下列说法正确的是（ ）
A．同分异构现象只存在于有机物和有机物之间
B．同分异构现象不存在于无机物之间
C．在无机化合物和有机化合物间一定不存在同分异构现象
D．在无机化合物和有机化合物间可能存在同分异构体现象
答案 D
3．
（1）分子式为C3H8O的有机物的同分异构体有
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
（2）分子式为C4H10O的有机物中，属于醇（含—OH）的同分异构体有
________________________________________________________________________。
1．下列物质一定为同分异构体的是（ ）
A．分子式相同，结构也相同B．相对分子质量相同，结构不同
C．相对分子质量不同，结构相同D．分子式相同，结构不同
答案 D
解析 A分子式相同，结构也相同，应是同一种物质；B中相对分子质量相同，分子式不一定相同，如CH3CH2CH3与
；D符合同分异构体的定义，故选D。
2．下列四种物质：
①CO2 ②CHCl3 ③甲烷 ④CCl4 ⑤P4其结构具有正四面体构型的是（ ）
A．①②③B．③④⑤C．②③④D．①④⑤
答案 B
解析 CO2分子为直线形，CH4和CCl4分子呈正四面体形，C原子位于四面体的中心，CHCl3分子为四面体形，C原子位于四面体的中心，但因C—H键与C—Cl键长不等，故不是正四面体形，P4分子呈正四面体形，4个P原子位于正四面体的4个顶点。
3．下列各分子式表示纯净物的是（ ）
A．CH2Br2B．C3H8C．C4H10D．C
答案 AB
解析 甲烷是一个正四面体结构，所以它的二卤取代物不存在同分异构体；丙烷分子中的碳原子只能有一种排列顺序，所以不存在同分异构体；丁烷分子中的四个碳原子有两种排列方式，所以可得两种同分异构体；D选项中的碳既可表示金刚石，又可表示石墨，所以不能表示纯净物。
4．进行一氯取代后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是（ ）
A．（CH3）2CHCH2CH2CH3B．（CH3CH2）2CHCH3
C．（CH3）2CHCH（CH3）2D．（CH3）3CCH2CH3
答案 D
5．某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，则该烃的分子式可以是（ ）
A．C3H8B．C4H10C．C5H12D．C6H14
答案 C
6．主链含5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有（ ）
A．2种B．3种C．4种D．5种
答案 A
解析 符合题目要求的烷烃有：
7．甲烷分子中的四个氢原子都可以被取代。
若甲烷分子中的四个氢原子都被苯基取代，则可得到的分子如下图。
对该分子的描述，不正确的是（ ）
A．分子式为C25H20B．所有碳原子都在同一平面上
C．此分子的一卤代物只有三种D．此物质属芳香烃类物质
答案 B
解析 该化合物为（C6H5）4C，故分子式为C25H20，CH4为正四面体结构，故其取代后的化合物不是平面结构，该化合物中的氢原子只有三种类型的位置，故其一卤代物只有三种，该化合物是含苯环的碳氢化合物故为芳香烃。
8．用相对分子质量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子所得的芳香烃产物数目为（ ）
A．3种B．4种C．5种D．6种
答案 D
解析 烷基的通式为－CnH2n＋1，M＝43，由12n＋2n＋1＝43。
解得n＝3，－C3H7的烃基可能有两种：
CH3－CH2－CH2－和
它们可分别取代苯环上邻、间、对位上的氢原子。
甲苯有三个不对称位置，
，故两种不同的烃基取代苯环上的一个氢原子，得到的同分异构体数目为2×3＝6（种）。
9．诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、夏普雷斯和日本的野依良治获得，他们发现了某些被称为手性分子的分子，可用来加快并控制化学反应，开辟了一个全新的研究领域。
在有机物分子中，若某个碳原子连接着4个不同的原子或基团，则这种碳原子称为“手性碳原子”。
如
。
某化学式为C7H10的链烃的众多同分异构体中，含有“手性碳原子”，但与足量H2发生加成反应后产物不具有“手性碳原子”的结构简式的是（ ）
答案 A
解析 本题的创新之处在于以信息形式创设学习的新情境。
在新情境下按题目要求利用已学会的炔烃性质和刚领会的手性碳知识解决新问题。
手性碳要求连接在碳上的四个原子或原子团不同，否则碳原子不具有手性。
下列四选项中的手性碳原子是标“·”的碳原子：
若与H2加成后手性消失，则手性碳原子上连接的碳架结构中至少有两个是相同的，则加成H2反应后生成相同的饱和烃基，手性消失，只有A是满足的。
加成H2后，原来手性碳连接的三个基团变为三个乙基而手性消失。
10．有下列几种有机化合物的结构简式：
（1）属于同分异构体的是
________________________________________________________________________。
（2）属于同系物的是
________________________________________________________________________。
（3）官能团位置不同的同分异构体是
________________________________________________________________________。
（4）官能团类型不同的同分异构体是
________________________________________________________________________。
答案
（1）②⑧、④⑤⑨、③⑥⑦、①⑩
（2）①②、②⑩ （3）①⑩、③⑥、④⑤ （4）③⑦、⑥⑦、④⑨、⑤⑨
11．
（1）写出分子式为C5H10的烯烃（含
）的同分异构体
（2）已知某有机化合物是芳香化合物，且分子式为C8H10，试写出它们所有的同分异构体。
12．烷烃分子可看成由—CH3、—CH2—、
和
等结构组成的。
如果某烷烃分子中同时存在这4种结构，所含碳原子数又最少，这种烃分子应含________个碳原子，其结构简式可能为_________________________________________________________
或________________________或____________________________________________。
解析 存在—CH2—时，两边键只能连碳原子，不能连氢原子；
的四个共价键只能连碳原子，不能连氢原子；
的三个共价键，只能连碳原子，不能连氢原子，所以有：
三种结构简式。
13．烷基取代苯可以被KMnO4的酸性溶液氧化成
，但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有C—H键，则不容易被氧化得到
。
现有分子式为C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化的异构体有7种，其中的三种是：
请写出其他四种的结构简式：
______________________________，______________，__________________，
________________________________________________________________________。
解析 从题意可知，该苯的同系物的各同分异构体的苯环上都只有一个侧链，在写其同分异构体时，可以把苯环看做是C5H12的一个取代基，这样只要写出C5H12的7种同分异构体，此题就可解决。
探究创新
14．相对分子质量为174的有机物M中只含有C、H、O三种元素，其分子结构如图所示。
请回答下列问题：
（1）M的结构简式是________________________________________________________。
（2）下列关于M的说法，正确的是（ ）
A．遇FeCl3溶液呈紫色B．遇紫色石蕊试液变红
C．遇溴水发生取代反应D．能缩聚为高分子化合物
（3）M在一定条件下发生消去反应，生成
，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）M与有机物A在一定条件下可生成一种相对分子质量为202的酯类物质。
A可能的结构简式是___________________________________________________________________。
（4）CH3CH2OH或HCOOH
解析
（1）由图可知黑球为二价原子应为氧，白球为一价原子应为氢，黑色圆环球为碳原子，其结构简式为
。
（2）M没有苯环不是酚类物质，故A、C不正确；M既含羧基（说明有酸性，能使紫色石蕊试液变红）又含羟基，故可发生缩聚反应，所以B、D正确。
（3）一是要注意写反应条件“一定条件”；二是不要忘了有水生成。
（4）M既有羟基又有羧基，故既要考虑与醇反应，又要考虑与羧酸反应，据质量守恒可知：
Mr（A）＝202＋18－174＝46，相对分子质量为46的醇为乙醇，相对分子质量为46的羧酸为甲酸，故A为乙醇或甲酸。
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