鲁科版化学选修五122《有机化合物的同分异构现象》学案2.docx

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鲁科版化学选修五122《有机化合物的同分异构现象》学案2

第2课时　有机化合物的同分异构现象

[学习目标定位]　会说出有机化合物同分异构现象的内涵，学会同分异构体的书写方法，能判断有机物的同分异构体。

1．化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象，叫做同分异构现象。

具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。

它是有机化合物种类繁多的重要原因之一。

同分异构体之间的转化是化学变化。

同分异构体的特点是分子式相同，结构不同。

2．判断下列说法的正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）同位素的化学性质几乎相同（√）

（2）相对分子质量相同的几种化合物互称为同分异构体（×）

（3）同素异形体之间、同分异构体之间的转化均属于物理变化（×）

（4）同系物之间可以互为同分异构体（×）

（5）两个相邻同系物的相对分子质量相差14（√）

（6）化学式相同，各元素的质量分数也相同的物质是同种物质（×）

3．有下列五组微粒或物质：

A．O2和O3

（1）________组两种微粒互为同位素。

（2）________组两种物质互为同素异形体。

（3）________组两种物质属于同系物。

（4）________组两物质互为同分异构体。

（5）________组两物质是同一物质。

答案　

（1）B　

（2）A　（3）C　（4）E　（5）D

探究点一　有机化合物的同分异构现象

1．C5H12的同分异构体有三种，它们的结构简式分别是CH3CH2CH2CH2CH3、

；这三种同分异构体在结构上的主要不同点是碳骨架结构不同。

2．两种有机物CH3CH2CH2OH与

它们共同的类别是醇，结构上的相同点是官能团同为—OH，结构上的不同点是官能团位置不同，二者互为同分异构体。

3．有下列两种有机物：

①

，回答问题：

（1）有机物①的分子式是C3H6O2，类别是羧酸，官能团是

（2）有机物②的分子式是C3H6O2，类别是酯，官能团是

（3）①与②是（填“是”或“不是”）同分异构体。

[归纳总结]

同分异构体的类别

（1）碳链异构

由于碳链骨架不同，产生的异构现象。

如：

CH3CH2CH2CH3与

。

（2）官能团异构

①位置异构

由于官能团在碳链中位置不同而产生的同分异构现象，如CH3CH2CH===CH2与CH3—CH===CH—CH3。

②类型异构

分子式相同，但具有不同的官能团而产生的同分异构现象，如CH3CH2OH与CH3—O—CH3。

（3）立体异构。

[活学活用]

1．下列有机物中，互为同分异构体的是（　　）

A．①②B．②④C．②⑥D．⑤⑥

答案　D

解析　本题主要考查同分异构体的概念。

⑤和⑥都符合C5H8的组成，但它们的官能团不同，属于类别异构，互为同分异构体。

2．下列选项属于碳骨架异构的是（　　）

答案　B

解析　碳骨架异构是碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而形成的异构。

A、D选项属于官能团位置异构，C选项是官能团种类异构，选项B是碳骨架异构。

探究点二　同分异构体的书写方法和数目判断

1．烷烃的同分异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。

由于烷烃只存在碳骨架异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，以C6H14为例说明：

（1）确定碳链

①先写直链C—C—C—C—C—C。

②再减少一个碳原子，将其作为支链并移动位置。

③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置：

从主链上取下来的碳原子数，不能多于或等于主链所剩部分。

（2）补写氢原子：

根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子数。

2．分子式为C5H10的烯烃同分异构体中：

（1）可能的碳链结构有2种。

（2）具有直链结构的同分异构体有2种。

（3）含有支链结构的同分异构体有3种。

3．分子式为C5H12O的醇的同分异构体中：

（1）可能的碳链结构有3种。

（2）具有直链结构的同分异构体有3种。

（3）含有一个支链结构的同分异构体有4种。

（4）含有两个支链结构的同分异构体有1种。

[归纳总结]

（1）有机物同分异构体的书写方法

①烷烃（降碳对称法）

②烯烃（插入法）

③醇（取代法）

（2）同分异构体的书写顺序

①首先考虑官能团异构，符合同一分子式可能有哪几类不同的有机物，确定先写哪一类有机物。

②在确定某一类具有相同官能团有机物的同分异构体时，应先考虑碳骨架异构。

③在同一官能团的基础上，再考虑官能团的位置异构。

[活学活用]

3．分子式为C4H9Cl的有机物同分异构体的数目有（　　）

A．1种B．2种C．3种D．4种

答案　D

解析　

4．在欧洲一些国家曾发现饲料被污染，导致畜禽类制品及乳制品不能食用，经测定饲料中含有剧毒物质二口恶英，其结构为

，已知它的二氯代物有10种，则其六氯代物有（　　）

A．15种B．11种

C．10种D．5种

答案　C

解析　解答本题可用替代法：

二口恶英的分子式为C12H8O2，其二氯代物有10种，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，可知C12H2Cl6O2也有10种同分异构体。

1．下列不属于有机化合物种类繁多的原因是（　　）

A．同分异构现象

B．碳原子的结合方式种类多

C．多个碳原子结合时碳链长

D．碳原子的空间排列方式多样

答案　C

2．互为同分异构体的物质不可能（　　）

A．具有相同的相对分子质量

B．具有相同的熔、沸点和密度

C．具有相同的分子式

D．组成元素相同

答案　B

解析　互为同分异构体的物质，其分子式相同（相对分子质量也相同），但结构不同，因此其物理性质不同。

3．下列各对物质中属于同分异构体的是（　　）

A.

H和

H

B．O2和O3

答案　D

解析　A项中两种微粒互为同位素；B项中为同素异形体；C项中为同一物质；D项中两物质分子式都是C5H12，但结构不同，互为同分异构体。

4．已知丙烷的二氯代物有四种同分异构体，则其六氯代物的同分异构体数目为（　　）

A．两种B．三种C．四种D．五种

答案　C

解析　采用替代法，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，因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。

5．进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的有机产物的烷烃是（　　）

A．（CH3）2CHCH2CH2CH3

B．（CH3CH2）2CHCH3

C．（CH3）2CHCH（CH3）2

D．（CH3）3CCH2CH3

答案　D

解析　本题考查同分异构体的种类，生成三种沸点不同的有机产物说明此烷烃进行一氯取代后生成三种同分异构体。

[基础过关]

一、同分异构体、同系物的判断

1．下列叙述中正确的是（　　）

A．分子式相同，各元素百分含量也相同的物质是同种物质

B．化学性质相似的不同物质一定属于同系物

C．分子式相同而结构不同的物质一定是同分异构体

D．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体

答案　C

解析　A项，分子式相同，各元素百分含量也相同的物质可能属于同分异构体，也可能是同种物质；D项，相对分子质量相同的不同物质不一定是同分异构体，如C2H4和CO。

2．下列各组有机物中，互为同分异构体的是（　　）

答案　B

解析　苯分子中的碳碳键都是相同的独特的键，因此A中两结构表达式表示的是同一物质；同样对于选项D，由于甲烷分子是正四面体形结构，因此两结构表达式同样表示的是同一种物质；对于选项C易判断是同一物质。

二、同分异构体数目的判断

3．主链含有5个碳原子，同时含有甲基和乙基2个支链的烷烃有（　　）

A．2种B．3种C．4种D．5种

答案　A

4．用相对分子质量为43的烷基取代甲苯苯环上的1个氢原子，所得芳香烃产物的数目为（　　）

A．3B．4C．5D．6

答案　D

解析　相对分子质量为43的烷基为丙基，丙基有正丙基（—CH2CH2CH3）和异丙基（

）两种，而甲苯苯环上的氢原子有邻、间、对三种，故由丙基取代甲苯苯环上的一个氢原子，可得6种芳香烃产物。

5．某烯烃与氢气加成后得到的饱和烃是

，该烯烃可能的结构有（　　）

A．1种B．2种C．3种D．4种

答案　B

解析　采用逆推法，以该饱和烃的碳链为基础，在不同的相邻碳原子之间去掉2个氢原子得烯烃，只能得两种：

三、卤代产物数目的确定

6．分子里碳原子数不超过10的所有烷烃中，一卤代物只有一种的烷烃共有（　　）

A．2种B．3种C．4种D．5种

答案　C

7．3甲基戊烷的一氯代物有（不考虑立体异构）（　　）

A．3种B．4种C．5种D．6种

答案　B

解析　我们可以根据3甲基戊烷的碳架

进行分析，可知1和5位碳、2和4位碳上的H分别是对称的，加上3位碳上的H和3位碳甲基上的H，不难得到3甲基戊烷的一氯代物有4种。

8．菲与蒽互为同分异构体，菲分子的结构简式为

，从菲的结构简式分析，菲的一氯取代物有（　　）

A．4种B．5种C．10种D．14种

答案　B

解析　菲分子中有5种化学环境不同的氢原子，因而有5种不同结构的一氯代物。

[能力提升]

9．化学家们合成了如图所示的一系列星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。

下列说法正确的是（　　）

A．它们之间互为同系物

B．六星烷的分子式为C18H24

C．四星烷与

互为同分异构体

D．它们的一氯代物均只有两种，而三星烷的二氯代物有四种

答案　B

解析　三星烷、四星烷、五星烷的分子式分别为C9H12、C12H16、C15H20，它们不符合同系物的概念。

对于选项D，它们的一氯代物均只有两种是正确的，而三星烷的二氯代物应该有7种。

10．有机物M（只含C、H、O）的球棍模型图如图所示。

不同大小、颜色的小球代表不同的原子，小球之间的“棍”表示共价键，既可以表示叁键，也可以表示双键，还可以表示单键。

下列有关M的推断正确的是（　　）

A．M的分子式为C12H12O2

B．M与足量氢气在一定条件下反应的产物的环上一氯代物有7种

C．M能发生中和反应、取代反应

D．一个M分子最多有11个原子共面

答案　C

解析　题目已限制有机物M含碳、氢、氧三种元素，碳、氢、氧原子最外层电子数分别为4、1、6，每个原子形成共价键数目依次为4、1、2，由原子最外层电子数与形成共价键数目关系知，小黑球代表氢原子，白球代表氧原子，大黑球代表碳原子。

A项，分种类数清M分子中原子个数知，一个M分子含有12个碳原子、2个氧原子、10个氢原子，M的分子式为C12H10O2，A项错误；B项，M与足量氢气加成生成N，如下所示：

　　　　M　　　　　　　　　　N

M的苯环上有7种氢原子，而N的环上有10种氢原子，所以，N分子的环上能形成10种一氯代物，B项错误；C项，M分子中含有苯环、羧基，具有羧酸的性质，它能发生中和反应、酯化反应，苯环上的氢能与溴、浓硝酸等在一定条件下发生取代反应，酯化反应也属于取代反应，C项正确；D项，苯环上所有原子共面，则两个苯环连接形成的萘环上所有原子共面，即M分子中至少有18个原子共面，—COOH中原子可能共面，故最多有22个原子共面，D项错误。

11．“立方烷”是合成的一种烃，其分子为正方体结构，其碳骨架结构如右图所示，则：

（1）写出立方烷的分子式__________。

（2）立方烷的二氯代物有____________种同分异构体。

（3）已知化合物A（C4Si4H8）与立方烷的分子结构相似，如下图所示，则C4Si4H8的二氯代物的同分异构体数目为________。

A．3B．4C．5D．6

答案　

（1）C8H8　

（2）3　（3）B

解析　立方烷的8个顶点上各有一个“CH”，故其分子式为C8H8；立方烷的二氯代物有3种，分别为

，

，

；化合物A的二氯代物在面对角线上有2种同分异构体。

[拓展探究]

12．苯环上原有取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定的影响。

其规律是

（1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质；

（2）可以把原有取代基分为两类：

①原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位，如—OH、—CH3（或烃基）、—Cl、—Br、—O—COR等；

②原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位，如—NO2、—SO3H、—CHO等。

现有如下图变化：

（反应过程中每步只能引进一个新的取代基）

—

请写出其中一些物质的结构简式：

A______________；B______________；C____________；

D______________；E______________。

解析　官能团间相互影响，有些基团对其他基团的引入产生作用，因此要认真读懂此题的信息。

如先引入—NO2，再引入—Br，则—Br进入—NO2的间位；若先引入—Br，再引入—NO2，则—NO2进入—Br的邻位或对位，依此类推，不难得出答案。