版高考化学二轮复习 专题5 有机化学基础 第18讲 有机物同分异构体的书写与判断学案.docx

版高考化学二轮复习 专题5 有机化学基础 第18讲 有机物同分异构体的书写与判断学案.docx

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版高考化学二轮复习专题5有机化学基础第18讲有机物同分异构体的书写与判断学案

第18讲　有机物同分异构体的书写与判断

考纲定位

命题热点及考频考题

核心素养

1.能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。

2．了解常见有机化合物的结构。

3．能正确书写有机化合物的同分异构体（不包括手性异构体）。

1.同分异构体数目的判断

2017年Ⅰ卷T9；2017年Ⅱ卷T36（6）；2017年Ⅲ卷T36（5）；2016年Ⅰ卷T38（5）；2016年Ⅰ卷T9C；2016年Ⅱ卷T9；2015年Ⅱ卷T11；2015年Ⅱ卷T38（5）

1.微观探析——通过有机物的结构特点和成键方式认识同分异构现象。

2．模型认知——通过有机物结构模型判断有机物分子中共线、共面等问题。

3．科学精神——通过有机物组成和结构研究，培养积极探索未知和崇尚真理的意识。

2.限定条件下同分异构体书写与数目的判断

2017年Ⅰ卷T36（5）；2017年Ⅱ卷T36（6）；2016年Ⅰ卷T38（5）；2016年Ⅱ卷T38（6）；2016年Ⅲ卷T38（5）；2015年Ⅰ卷T38（5）；2015年Ⅱ卷T38（5）

———————核心知识·提炼———————

（对应学生用书第83页）

提炼1　同分异构体的类型

1．碳链异构

2．官能团位置异构

3．类别异构（官能团异构）

提炼2　同分异构体数目的判断方法

1．一取代产物数目的判断

（1）基元法：

例如丁基有四种异构体，则丁醇、戊醛、戊酸等都有四种同分异构体。

（2）替代法：

例如二氯苯（C6H4Cl2）有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体（将H替代Cl）；又如CH4的一氯代物只有一种，新戊烷[C（CH3）4]的一氯代物也只有一种。

（3）等效氢法：

等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，判断等效氢原子的三条原则是：

同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等同；同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C（CH3）4中的4个甲基上的12个氢原子等同；处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等同，乙烯分子中的4个H等同，苯分子中的6个氢等同，（CH3）3CC（CH3）3上的18个氢原子等同。

2．二取代或多取代产物数目的判断

定一移一或定二移一法。

对于二元取代物同分异构体的数目判断，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同分异构体的数目。

提炼3　同分异构体的常见题型与同分异构体的书写步骤

1．常见题型有

（1）限定范围书写或补写同分异构体。

（2）判断是否是同分异构体。

方法：

先看分子式是否相同，再看结构是否不同。

对结构不同的要从两个方面来考虑：

一是原子或原子团的连接顺序；二是原子或原子团的空间位置。

（3）判断取代产物同分异构体的数目。

方法：

分析有机物的结构特点，确定不同位置的氢原子种数，再确定取代产物同分异构体数目；或者依据烃基的同分异构体数目进行判断。

2．同分异构体的书写步骤

（1）先判断该有机物是否有类别异构。

（2）就每一类物质，先写出碳链异构体，再写出官能团的位置异构体。

（3）碳链异构体按“主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边”的规律书写。

（4）检查是否有书写重复或书写遗漏，根据“碳四价”原理检查是否有书写错误。

3．同分异构体的书写规律

（1）烷烃：

烷烃只存在碳链异构，书写时应注意要全而不重复，具体规则如下：

成直链，一条线；摘一碳，挂中间；往边移，不到端；摘二碳，成乙基；二甲基，同、邻、间。

（2）具有官能团的有机物，一般书写的顺序：

碳链异构→位置异构→官能团异构。

（3）芳香族化合物：

取代基在苯环上的相对位置有邻、间、对3种。

4．常见的几种烃基的异构体数目

（1）C3H7—：

2种，结构简式分别为CH3CH2CH2—，

。

（2）C4H9—：

4种，结构简式分别为CH3CH2CH2CH2—，

（3）C5H11—：

8种。

———————命题热点·探究———————

命题热点1　同分异构体数目的判断

（对应学生用书第84页）

■对点练——沿着高考方向训练·

1．（2017·湖南长沙考前演练）有机物（CH3）2CHCH2CH3的二氯代物有（　　）

【导学号：

97184256】

A．9种B．10种

C．11种D．12种

B　[该有机物的碳架为

，先在1号碳上取代一个H原子，那么取代第二个H的方法有5种（1、2、3、4、5）；先取代2号碳上的H原子，那么取代第二个H原子的方法有2种（3、4）；先取代3号碳上的H原子，那么取代第二个H原子的方法有2种（3、4）；还有最后一种情况，在4号碳上取代两个H原子。

综上所述，该有机物共有10种二氯代物，B正确。

]

2．分子式为C5H8O3并能使新制Cu（OH）2悬浊液溶解，继续加热会出现砖红色沉淀的有机物有（不含立体异构）（　　）【导学号：

97184257】

A．3种B．4种

C．5种D．6种

C　[分子式为C5H8O3（不饱和度为2）并能使新制Cu（OH）2悬浊液溶解，继续加热会出现砖红色沉淀，说明有机物分子中含有1个羧基、1个醛基，丁酸有2种结构：

CH3CH2CH2COOH、（CH3）2CHCOOH，当丁酸为CH3CH2CH2COOH时，一元取代物有3种，当丁酸为（CH3）2CHCOOH时，一元取代物有2种，所得结构共有5种。

]

3．心环烯的结构简式如图所示，它的一氯代物有（　　）【导学号：

97184258】

A．1种B．2种

C．3种D．4种

A　[1个心环烯分子由1个环戊烷和5个苯环组成，是全对称结构，每个顶点的氢原子化学环境完全相同，故心环烯的一氯代物只有1种。

]

4．（2017·广西5月份考前模拟）氧杂环丙烷的键线式如图所示。

下列说法正确的是（　　）【导学号：

97184259】

A．该有机物的分子式为C5H9O2

B．该有机物能与金属钠反应

C．该有机物的同分异构体（不考虑立体异构）中，能水解生成羧酸与醇的物质

共有9种

D．该有机物的同分异构体（不考虑立体异构）中，属于羧酸的物质共有5种

C　[由键线式可知分子式为C5H10O2，A错误；只含醚键，与Na不反应，B错误；能水解生成羧酸与醇的物质为酯，丁酸与甲醇形成酯（2种）、丙酸和乙醇形成酯（1种）、乙酸和丙醇形成酯（2种）、甲酸与丁醇形成酯（4种），共9种，C正确；羧酸中含—COOH，丁基有4种，则属于羧酸的有4种，D错误。

]

5．（2017·东北育才模拟）下列选项中有机物的同分异构体数目最多的是（　　）

A．分子式为C5H10的烃

B．分子式为C5H10O2的酯

C．甲苯（

）与氢气加成产物的一氯代物

D．金刚烷（

）的二氯代物

A　[分子式为C5H10的烃有CH2===CHCH2CH2CH3、CH3CH===CHCH2CH3、CH2===C（CH3）CH2CH3、CH2===CHCH（CH3）2、（CH3）2C===CHCH3，另外还有环烷烃，即环戊烷、甲基环丁烷、乙基环丙烷或二甲基环丙烷（2种），共10种；分子式为C5H10O2的酯有甲酸和丁醇形成的酯（4种）、乙酸和丙醇形成的酯（2种）、丙酸乙酯、丁酸和甲醇形成的酯（2种），共9种；甲苯（

）与氢气加成产物是甲基环己烷，其一氯代物有5种；金刚烷的结构可看作是

由四个等同的六元环组成的空间构型，分子中含4个

6个—CH2—，如图：

，其中1、3和5号碳为亚甲基，其余3种碳一样，共2种位置的H，所以该物质的二氯代物有：

在1、2号碳，1、3号碳，1、4号碳上3种，均在2号碳上一种，在2、4号碳上有1种，还有2、与2不在同一个六边形的CH2上，所以总共6种。

]

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T1、T4、T7、T8）

命题热点2　限定条件下同分异构体书写与数目的判断

（对应学生用书第85页）

■对点练——沿着高考方向训练·

1．分子式为C10H14且苯环上的一氯代物有两种的有机物有（　　）

【导学号：

97184260】

A．3种B．5种

C．6种D．7种

B　[苯环上的一氯代物有两种，可能的情况有：

苯环上有两个侧链，此时可将C10H14改写为R—C6H4—R′，若R为—CH3，则R′为—C3H7，则它们必处于对位，共有2种结构；若R为—C2H5，则R′为—C2H5，两者可处于邻位，有1种结构。

苯环上有3个侧链，则有2个—CH3处于间位，另1个—C2H5位于两个—CH3的中间（相邻或相间），共有2种结构。

苯环上有4个侧链，则它们是4个甲基，此时一氯代物只能为1种，不符合。

故符合条件的有机物的结构共有5种。

]

2．分子式为C10H12O2的芳香族化合物中，有两个侧链且能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有（无其他环且不含立体异构）（　　）

【导学号：

97184261】

A．5种B．8种

C．12种D．15种

D　[分子式为C10H12O2的芳香族化合物，由于含有两个侧链，故含有—C6H4—；能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体，则分子中含有羧基（—COOH）。

故苯环的侧链可以为C3H7—（2种结构）和—COOH、C2H5—和—CH2COOH、CH3—和—CH2CH2COOH、—CH3和—CH（CH3）COOH，共5种情况，苯环上有邻、间、对三种位置关系，故符合条件的同分异构体共有5×3种＝15种。

]

3．（2017·东北育才模拟）已知下表中烷烃的某种同分异构体的一氯代物都只有一种结构，依据表中物质的分子式推测表中第六项应该为（　　）

1

2

3

4

5

6

7

8

CH4

C2H6

C5H12

C8H18

C17H36

…

C53H108

C80H162

A.C22H46B．C26H54

C．C30H62D．C32H66

B　[要满足一氯代物都只有一种结构，说明分子中所有氢原子完全相同，即除了甲烷以外其余烷烃分子中均是甲基，且结构对称。

新戊烷含有4个甲基，C8H18含有6个甲基，则后一项相当于是一个C原子上连接4个C（CH3）3。

同样类推后一项应该是在前一项的基础上增加9个甲基，即分子式是C26H54。

]

4．写出符合下列条件且与

互为同分异构体的有机物的结构简式________。

①能发生银镜反应　②水解产物之一遇FeCl3溶液显色　③分子中含有4种不同化学环境的氢

【解析】　

的分子式为C9H11NO2。

能发生银镜反应，说明分子中含有醛基（—CHO）；能水解，说明分子中含有酯基（—COO—），而分子中只有2个氧原子，故只能形成HCOO—；水解产物之一遇FeCl3溶液显色，即水解产物的分子中有酚羟基，说明HCOO—直接与苯环相连（

），此结构中共有4种不同化学环境的氢；而分子中含有4种不同化学环境的氢，故后连接的基团不能影响氢的种类，因此，可以在对位接1个只含有1种氢

的基团（

），也可以在对位连接1个只含有1种氢的基团，同时在对称位置上连接两个只含有1种氢的相同基团（

或

）。

【答案】　

5．写出与

互为同分异构体且苯环上的一氯代物只有一种的有机物的结构简式__________________（要求写出三种即可）。

【解析】　

的分子式为C8H10O2，不饱和度为4，故除苯环外，侧链均为饱和结构。

苯环上的一氯代物只有1种，则苯环上可能有5个侧链，但根据分子式可知，不可能有5个侧链；可能有4个侧链，4个侧链中有两组相同的基团，且相同的两个基团处于对称位置；可能有两个相同的侧链，分

别处于对位；形成的有机物可以是醇、酚或醚。

据此可写出以下结构：

，共7种。

【答案】　见解析，写出任意三种即可。

[方法技巧]

限定条件下同分异构体书写方法

限定条件的同分异构体的结构简式书写，可以遵循以下步骤：

（1）判类别：

据有机物的分子组成判定其可能的类别异构（一般用通式判断）。

（2）写碳链：

据有机物的类别异构写出各类异构可能的碳链异构。

一般采用“减链法”，可概括为写直链，一线串；取代基，挂中间；一边排，不到端；多碳时，整到散。

即①写出最长碳链，②依次写出少一个碳原子的碳链，余下的碳原子作为取代基，找出中心对称线，先把取代基挂主链的中心碳，依次外推，但到末端距离应比支链长，③多个碳作取代基时，依然本着由整到散的准则。

（3）移官位：

一般是先写出不带官能团的烃的同分异构体，然后在各个碳链上依次移动官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先上一个官能团，依次上第二个官能团，依次类推。

（4）氢饱和：

按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和，就可得所有同分异构体的结构简式。

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T2、T3、T5、T6、T9、T10）

复习效果验收|真题试做　预测尝鲜

（对应学生用书第85页）

■体验高考真题·

1．

（1）（2016·全国Ⅱ卷节选）具有一种官能团的二取代芳香化合物W是E（

）的同分异构体，0.5molW与足量碳酸氢钠溶液反应生成44gCO2，W共有________种（不含立体异构），其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为________。

（2）（2016·全国乙卷节选）G（

）的同分异构体中，与G具有相同官能团且能发生银镜反应的共有________种。

（不含立体异构）

（3）（2015·全国Ⅱ卷节选）D[HOOC（CH2）3COOH]的同分异构体中能同时满足下列条件的共有______________种（不含立体异构）；

①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体

②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应

其中核磁共振氢谱显示为3组峰，且峰面积比为6∶1∶1的是________________（写结构简式）。

【解析】　

（1）W为二取代芳香化合物，因此苯环上有两个取代基，0.5molW与足量碳酸氢钠溶液反应生成44gCO2，说明W分子结构中含有两个羧基，还有两个碳原子，先将两个羧基和苯环相连，如果碳原子分别插入苯环与羧基间，有一种情况，如果两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；如果2个碳原子只插入其中一个苯环与羧基之间，有—CH2CH2—和—CH（CH3）—两种情况，两个取代基分别在苯环上邻、间、对位，有6种

同分异构体；再将苯环上连接一个甲基，另一个取代基为一个碳原子和两个羧基，即—CH（COOH）2有一种情况，两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；因此共有12种同分异构体，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为

。

（2）能发生银镜反应，则分子中含有醛基，且与G含有相同的官能团，符合条件的G的同分异构体应为甲酸酯类，分别为

（3）D的结构简式为HOOC（CH2）3COOH，其同分异构体满足条件：

①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体，说明含有—COOH；②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应，说明含有—CHO和—COO—（酯基），结合D的分子式分析可知，其同分异构体为甲酸酯，含有（HCOO—）结构，则符合条件的同分异构体有5种结构，分别为

核磁共振氢谱显示为3组峰，说明该有机物分子中有3种不同化学环境的氢原子；又知峰面积比为6∶1∶1，说明3种氢原子的个数比为6∶1∶1，该有机物的结构简式为

。

【答案】　

（2）8

（3）5　

2．（2016·全国Ⅱ卷）分子式为C4H8Cl2的有机物共有（不含立体异构）（　　）

A．7种B．8种

C．9种D．10种

C　[有机物C4H8Cl2的碳骨架有两种结构：

C—C—C—C，

。

（1）碳骨架为C—C—C—C的同分异构体有

（2）碳骨架为

的同分异构体有

则C4H8Cl2的同分异构体共有9种。

]

3．（2015·全国Ⅱ卷）分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有（不含立体异构）（　　）

A．3种B．4种

C．5种D．6种

B　[分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物属于羧酸，其官能团为—COOH，将该有机物看作C4H9—COOH，而丁基（C4H9—）有4种不同的结构，分别为CH3CH2CH2CH2—、（CH3）2CHCH2—、（CH3）3C—、

，从而推知该有机物有4种不同的分子结构。

]

■预测2018年高考·

[考情预测]　有机物同分异构体的书写与判断是高考最稳定的考点，能很好考查考生有序思维能力和空间想象能力，既有选择题也有非选择题。

预测2018年会延续一贯的考查风格，在限制条件设置上会有适当的创新。

1．已知苯（

）分子有一类氢原子，其中二氯代物有3种，萘（

）分子有两类氢原子，其中二氯代物有10种，蒽（

）分子有三类氢原子，其中二氯代物有（　　）

【导学号：

97184262】

A．13种B．15种

C．18种D．20种

B　[蒽（

）分子有三类氢原子，即

，其一氯代物有三种，当一个氯在①位时，苯环上氢原子有9类；当氯在②位时，苯环上去除①位氢原子外，氢原子仍有5类；当氯在③位时，苯环上去除①、②位氢原子外，氢原子仍有1类，则二氯代物共有15种。

]

2．三位分别来自法国、美国、荷兰的科学家因研究“分子机器的设计与合成”而获得2016年诺贝尔化学奖，纳米分子机器日益受到关注，机器的“车轮”常用组件如下，下列说法正确的是（　　）【导学号：

97184263】

A．①③均能发生加成反应

B．①④互为同分异构体

C．①②③④均属于烃

D．①②③④的一氯代物均只有1种

A　[①中含有苯环，能够与氢气加成，③中含有碳碳双键，能够发生加成反应，A正确；①④分子中含有的碳原子数不同，化学式不同，不是同分异构体，B错误；③中只含有碳原子，不属于烃，C错误；③中没有氢原子，没有一氯代物，④中明显含有2种氢原子，一氯代物有2种，D错误。

]