第九章第1讲有机物的组成与结构.doc
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第1讲 有机物的组成与结构
[考纲要求] 1.了解有机化合物中碳的成键特征，了解有机化合物的同分异构现象，能判断简单有机化合物的同分异构体（不包括手性异构体）。
2.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。
3.了解常见有机化合物的结构，了解有机分子中的官能团，能正确表示它们的结构。
4.了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法。
5.能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物。
考点一 有机物的组成、成键特点及官能团
1．认识有机物
（1）概念：
含有碳元素的化合物称为有机化合物，简称有机物。
（但CO、CO2、碳酸及其盐、金属碳化物、金属氰化物等由于组成、性质与无机物相似，属于无机物）。
绝大多数有机化合物都含有氢元素。
C、H、O、N、S、P、卤素是有机物中的主要组成元素。
（2）性质特点（大多数有机物）
难溶于水，易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂；多数为非电解质，不导电；多数熔、沸点较低；多数易燃、易分解，反应复杂等。
2．碳原子的成键特点
（1）碳原子的结构及成键特点
碳原子最外层有4个电子，不易失去或获得电子而形成阳离子或阴离子，碳原子易通过共价键与碳原子或其他非金属原子相结合。
（2）有机化合物中碳原子的结合方式
①碳原子间可形成稳定的单键、双键或三键。
②多个碳原子可相互结合形成碳链或碳环，碳链可以带有支链，碳链和碳环也可以相互结合。
③碳原子也可以与H、O、N、S等多种非金属原子形成共价键。
3．有机物的分类及官能团
（1）按组成元素分类：
有机化合物可分为烃和烃的衍生物。
（2）按碳的骨架分类
（3）按官能团分类
①官能团：
决定化合物特殊性质的原子或原子团。
②有机物的主要类别、官能团和典型代表物
类别
官能团
代表物名称、结构简式
烷烃
甲烷CH4
烯烃
CC]（碳碳双键）
乙烯H2C===CH2
炔烃
（碳碳三键）
乙炔HC≡CH
芳香烃
苯
卤代烃
—X（卤素原子）
溴乙烷C2H5Br
醇
—OH（羟基）
乙醇C2H5OH
酚
苯酚C6H5OH
醚
乙醚
CH3CH2OCH2CH3
醛
乙醛CH3CHO
酮
丙酮CH3COCH3
羧酸
乙酸CH3COOH
酯
乙酸乙酯CH3COOCH2CH3
深度思考
判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）官能团相同的物质一定是同一类物质 （×）
（2）含有羟基的物质只有醇或酚 （×）
解析 无机物中的H2O、含氧酸都含有羟基，有机物的“羧基”、“糖类”中也都含有
羟基。
（3）含有醛基的有机物一定属于醛类 （×）
解析 有机物的甲酸、甲酸某酯以及某些糖（如葡萄糖）中均含有醛基，它们均不属于醛类物质。
（4）、—COOH的名称分别为笨、酸基 （×）
（5）醛基的结构简式为“—COH” （×）
（6）含有苯环的有机物属于芳香烃 （×）
（7）CO2、CO、NaHCO3中都含有碳元素，它们都属于有机物 （×）
题组一 正确表示有机物
1．某期刊封面上的一个分子球棍模型图如图所示，图中“棍”代表单键、双键或三键，不同颜色的球代表不同元素的原子。
该模型图可代表一种 （ ）
A．氨基酸 B．卤代羧酸
C．醇钠 D．酯
答案 A
解析 观察本题模型可见：
有四种不同颜色的球，也就是有四种元素，其中有一个绿球有四个键，推测绿球代表碳原子。
白球均在末端，都只与一个球相连，推测白球为氢原子。
红球既可单连绿球，也可一端连绿球（碳原子）一端连白球（氢原子），可推断为氧原子。
蓝球只能形成三个价键，可知为氮原子。
因此该模型代表甘氨酸（氨基乙酸）。
2．（2011·上海，4）下列有关化学用语能确定为丙烯的是 （ ）
A. B．C3H6
C．HH··HH D．CH2===CH3CH
答案 D
解析 A项也可能是其他有机化合物（如CF2===CF—CF3）的球棍模型；B项也可能是环丙烷（）的分子式；丙烯的电子式为，结构简式为CH2===CH3CH，所以答案选D。
题组二 官能团的识别
3．北京奥运会期间对大量盆栽鲜花施用了S诱抗素制剂，以保持鲜花盛开。
S诱抗素的分子结构如图，下列关于该分子说法正确的是 （ ）
（提示：
是羰基）
A．含有碳碳双键、羟基、羰基、羧基
B．含有苯环、羟基、羰基、羧基
C．含有羟基、羰基、羧基、酯基
D．含有碳碳双键、苯环、羟基、羰基
答案 A
解析 从图示可以分析，该有机物的结构中存在3个碳碳双键、1个羰基、1个醇羟基、1个羧基。
A选项正确。
4．迷迭香酸是从蜂花属植物中提取得到的酸性物质，其结构如图所示。
该物质中含有的官能团有__________________________________________________。
答案 羧基、酯基、（酚）羟基、碳碳双键
解析 根据图中所示结构，可以看出该物质含有如下官能团：
羧基、酯基、（酚）羟基、碳碳双键。
5．下列有机化合物中，有多个官能团：
（1）可以看作醇类的是________；（填编号，下同）
（2）可以看作酚类的是________；
（3）可以看作羧酸类的是________；
（4）可以看作酯类的是________。
答案
（1）BD
（2）ABC （3）BCD （4）E
考点二 有机化合物的同分异构体及命名
1．有机化合物的同分异构现象
同分异构现象
化合物具有相同的分子式，但结构不同，因而产生性质上的差异的现象
同分异构体
具有同分异构现象的化合物互为同分异构体
类 型
碳链异构
碳链骨架不同如CH3—CH2—CH2—CH3和
位置异构
官能团位置不同
如：
CH2===CH—CH2—CH3
和CH3CH===CH—CH3
官能团异构
官能团种类不同如：
CH3CH2OH和CH3—O—CH3
2.同系物
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同系物。
如CH3CH3和CH3CH2CH3；CH2===CH2和CH2===CHCH3。
3．有机化合物的命名
（1）烷烃的习惯命名法
②命名步骤：
。
深度思考
1．（选修5P12－5）有机物CH3CH3、CH3CH===CH2、CH3CH2C≡CH、CH3C≡CH、C6H6、中，与乙烯互为同系物的是___________和___________。
答案 CH3CH===CH2 CHH3CH3CCHCHCH3
2．指出下列有机物命名错误的原因
（1）命名为“2乙基丙烷”，错误原因是_____________________；
将其命名为“3甲基丁烷”错误原因是_________________________________。
答案 主链选错，应选最长的碳链作主链 编号错，应从距支链最近的一端作为编号的起点，正确的命名应为2甲基丁烷
（2）命名为“1甲基1丙醇”，错误原因是________________。
答案 主链选错，正确的命名应为2丁醇
题组一 有机物的共线、共面判断
1．下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有（双选） （ ）
A．乙烷 B．甲苯 C．氟苯 D．乙烯
答案 CD
解析 A、B中都含有甲基，有四面体的空间结构，所有原子不可能共面；C项中氟原子代替分子中一个氢原子的位置，仍共平面。
2．已知CO为平面结构，则W分子中最多有________个原子在同一平面内。
答案 16
解析 由题中信息可知与直接相连的原子在同一平面上，又知与直接相连的原子在同一平面上，而且碳碳单键可以旋转，因此W分子中所有原子有可能都处在同一平面上，即最多有16个原子在同一平面内。
判断分子中共线、共面原子数的技巧
（1）审清题干要求
审题时要注意“可能”、“一定”、“最多”、“最少”、“所有原子”、“碳原子”等关键词和限制条件。
（2）熟记常见共线、共面的官能团
①与三键直接相连的原子共直线，如
②与双键和苯环直接相连的原子共面，如
（3）单键的旋转思想
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。
题组二 同分异构体的书写及判断
3．下列各组物质不互为同分异构体的是 （ ）
A．2,2二甲基丙醇和2甲基丁醇
B．邻氯甲苯和对氯甲苯
C．2甲基丁烷和戊烷
D．甲基丙烯酸和甲酸丙酯
答案 D
解析 甲基丙烯酸（分子式为C4H6O2）和甲酸丙酯（分子式为C4H8O2）的分子式不同，故不互为同分异构体。
4．2,2,4三甲基戊烷与氯气发生取代反应时，生成的一氯代物可能有 （ ）
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
答案 C
解析 2,2,4三甲基戊烷的结构简式为CCH3CH3CH3CH2CHCH3CH3，该有机物中有4种位置不同的氢原子，因此其一氯代物也有4种。
5．C9H10O2的有机物有多种同分异构体，满足下列条件的同分异构体有________种，写出其中任意一种同分异构体的结构简式：
__________________。
①含有苯环且苯环上只有一个取代基；②分子结构中含有甲基；③能发生水解反应。
6．[2012·浙江理综，29（3）]写出同时满足下列条件的D（C4H6O2）的所有同分异构体的结构简式（不考虑立体异构）____________。
a．属于酯类 b．能发生银镜反应
解析 符合条件的D的同分异构体应满足：
①分子式为C4H6O2；②分子中含有酯基（COO）和醛基，有以下四种：
1.同分异构体数目的判断
（1）一取代产物数目的判断
①等效氢法：
连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。
②烷基种数法：
烷基有几种，一取代产物就有几种。
如—CH3、—C2H5各有一种，—C3H7有两种，—C4H9有四种。
③替代法：
如二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种（将H替代Cl）。
（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数目的判断，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。
2．限定条件同分异构体的书写
已知有机物分子式或结构简式，书写在限定条件下的同分异构体或判断同分异构体的种类，是高考的热点和难点。
解答这类题目时，要注意分析限定条件的含义，弄清楚在限定条件下可以确定什么，再根据分子式并针对可变因素书写各种符合要求的同分异构体。
3．熟记下列常见的官能团异构
组成通式
可能的类别及典型实例
CnH2n
CnH2n－2
CnH2n＋2O
醇（C2H5OH）、醚（CH3OCH3）
CnH2nO
CnH2nO2
羧酸（CH3COOH）、
酯（HCOOCH3）、
CnH2n－6O
题组三 有机物命名的正误判断
7．判断下列有关烷烃的命名是否正确
（3）（CH3CH2）2CHCH3 3甲基戊烷 （ ）
（4） 异戊烷 （ ）
答案
（1）√
（2）× （3）√ （4）×
解析
（2）编号错，应为2,2,4三甲基戊烷；（4）根据球棍模型，其结构简式为，名称为2甲基戊烷。
8．判断下列有关烯烃、卤代烃、醇的命名是否正确
（1）CH2===CH—CH===CH—CH===CH2 1,3,5三己烯 （ ）
（2） 2甲基3丁醇 （ ）
（3） 二溴乙烷 （ ）
（4） 3乙基1丁烯 （ ）
（5） 2甲基2,4己二烯 （ ）
（6） 1,3二甲基2丁烯 （ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）√ （6）×
解析
（1）应为1,3,5己三烯；
（2）应为3甲基2丁醇；（3）应为1,2二溴乙烷；（4）应为3甲基1戊烯；（6）应为2甲基2戊烯。
1.有机物系统命名中常见的错误
（1）主链选取不当（不包含官能团，不是主链最长、支链最多）；
（2）编号错（官能团的位次不是最小，取代基位号之和不是最小）；
（3）支链主次不分（不是先简后繁）；
（4）“”、“，”忘记或用错。
2．弄清系统命名法中四种字的含义
（1）烯、炔、醛、酮、酸、酯……指官能团；
（2）二、三、四……指相同取代基或官能团的个数；
（3）1、2、3……指官能团或取代基的位置；
（4）甲、乙、丙、丁……指主链碳原子个数分别为1、2、3、4。
考点三 研究有机物的一般步骤和方法
1．研究有机化合物的基本步骤
2．分离提纯有机物常用的方法
（1）蒸馏和重结晶
适用对象
要求
蒸馏
常用于分离、提纯液态有机物
①该有机物热稳定性较强
②该有机物与杂质的沸点相差较大
重结晶
常用于分离、提纯固态有机物
①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大
②被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温度影响较大
（2）萃取和分液
①常用的萃取剂：
苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
②液液萃取：
利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。
③固液萃取：
用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
3．有机物分子式的确定
（1）元素分析
（2）相对分子质量的测定——质谱法
质荷比（分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值）最大值即为该有机物的相对分子质量。
4．分子结构的鉴定
（1）化学方法：
利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。
（2）物理方法：
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱
深度思考
判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）有机物中碳、氢原子个数比为1∶4，则该有机物一定是CH4 （×）
解析 CH3OH分子中的C、H原子个数比也为1∶4。
（2）燃烧是测定有机物分子结构的有效方法 （×）
解析 燃烧是研究确定有机物元素组成的有效方法，不能确定有机物的官能团等。
（3）蒸馏分离液态有机物时，在蒸馏烧瓶中应加少量碎瓷片 （√）
（4）的核磁共振氢谱中有6种峰 （×）
解析 该有机物中有5种不同化学环境的氢原子。
（5）符合同一通式的物质是同系物关系 （×）
（6）对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团 （√）
题组一 有机物的分离提纯
1．为了提纯下列物质（括号内为杂质），有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是（ ）
选项
被提纯的物质
除杂试剂
分离方法
A
己烷（己烯）
溴水
分液
B
淀粉溶液（NaCl）
水
过滤
C
苯（苯酚）
NaOH溶液
分液
D
甲烷（乙烯）
KMnO4酸性溶液
洗气
答案 C
解析 A中向试样中加入溴水，己烯与Br2反应的产物与己烷仍互溶，用分液法不能将己烷提纯；B中除去淀粉中的NaCl可用渗析的方法；D中用KMnO4酸性溶液除去甲烷中的乙烯，又引入杂质CO2气体。
2．物质的提纯是化学实验中的一项重要操作，也是化工生产及物质制备中的主要环节。
下列有关叙述中，正确的是 （ ）
A．乙酸乙酯中混有乙酸，可用饱和Na2CO3溶液洗涤，然后分液分离出乙酸乙酯
B．在提纯鸡蛋中的蛋白质时，可向鸡蛋清溶液中加入浓硝酸；然后将所得沉淀滤出，即得较纯的蛋白质
C．除去乙烷中少量的乙烯，可在光照条件下通入Cl2，气液分离
D．苯中含少量的苯酚，可加入溴水过滤除去苯酚
答案 A
解析 B项，浓硝酸可使蛋白质变性，且会使含苯环的蛋白质变成黄色，得不到纯蛋白质；C项，光照时通入Cl2，乙烷与Cl2发生取代反应，C项不正确；D项，苯酚与溴水反应生成的三溴苯酚可溶于苯中，溴水中的溴也会溶于苯中，D项不正确。
题组二 核磁共振氢谱确定分子结构
3．在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是 （ ）
答案 D
解析 A中有2种氢，个数比为3∶1；B中据镜面对称分析知有3种氢，个数比为3∶1∶1；C中据对称分析知有3种氢，个数比为1∶3∶4；D中据对称分析知有2种氢，个数比为3∶2。
4．化合物A经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为136，分子式为C8H8O2。
A的核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为1∶2∶2∶3，A分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其红外光谱与核磁共振氢谱如下图。
关于A的下列说法中，正确的是（双选） （ ）
A．A分子属于酯类化合物，在一定条件下不能发生水解反应
B．A在一定条件下可与3molH2发生加成反应
C．符合题中A分子结构特征的有机物只有1种
D．与A属于同类化合物的同分异构体只有2种
答案 BC
解析 因化合物A中有4类氢原子，个数分别为1、2、2、3，又因为A是一取代苯，苯环上有三类氢原子，个数分别为1、2、2，所以剩余侧链上的3个氢等效，为—CH3，结合红外光谱知，A中含有酯基，可以水解，A为；与A同类的同分异构体应为5种。
题组三 综合应用确定有机物分子式和结构的方法
5．有机物A只含有C、H、O三种元素，常用作有机合成的中间体。
16.8g该有机物燃烧生成44.0gCO2和14.4gH2O；质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱分析表明A分子中含有O—H键和位于分子端的C≡C键，核磁共振氢谱上有三个峰，峰面积之比为6∶1∶1。
（1）A的分子式是____________。
（2）下列物质中，一定条件下能与A发生反应的是________（填字母）。
A．H2 B．Na
C．酸性KMnO4溶液 D．Br2
（3）A的结构简式是____________________________________________________。
（4）有机物B是A的同分异构体，1molB可与1molBr2加成。
该有机物中所有碳原子在同一个平面上，没有顺反异构现象。
B的结构简式是________________________。
答案
（1）C5H8O
（2）ABCD
解析
（1）16.8g有机物A中m（C）＝44.0g×＝12g，m（H）＝14.4g×＝1.6g，则m（O）＝（16.8－12－1.6）g＝3.2g，故A中N（C）∶N（H）∶N（O）＝∶∶＝5∶8∶1，则其最简式为C5H8O，又A的相对分子质量为84，则其分子式为C5H8O。
（2）A分子中含有C≡C键，能与H2、Br2发生加成反应，能与酸性KMnO4溶液发生氧化反应；含有羟基，能与Na发生置换反应。
（3）根据A的核磁共振氢谱上有三个峰，峰面积之比为6∶1∶1，说明A中有三种类型的氢原子，个数之比为6∶1∶1，再结合A中含有O—H键和位于分子端的C≡C键，则其结构简式为
（4）根据1molB可与1molBr2加成，可以推断B中含有1个碳碳双键，再结合B没有顺反异构体，则其结构简式为
有机物结构式的确定流程
探究高考 明确考向
1．（2013·海南，18Ⅰ改编）下列化合物中，同分异构体数目超过7个的有（ ）
①己烷 ②己烯 ③1,2二溴丙烷④乙酸乙酯
A．①② B．②③
C．①④ D．②④
答案 D
2．（2013·北京理综，12）用下图所示装置检验乙烯时不需要除杂的是 （ ）
乙烯的制备
试剂X
试剂Y
A
CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热
H2O
KMnO4酸性溶液
B
CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热
H2O
Br2的CCl4溶液
C
C2H5OH与浓H2SO4加热至170℃
NaOH
溶液
KMnO4酸性溶液
D
C2H5OH与浓H2SO4加热至170℃
NaOH
溶液
Br2的CCl4溶液
答案 B
解析 题目中共给出了两种制备乙烯的方法，利用溴乙烷和氢氧化钠的乙醇溶液制备乙烯时，乙烯中可能混有溴乙烷、乙醇、水蒸气等杂质；利用乙醇与浓硫酸共热制备乙烯时，乙烯中可能混有二氧化硫、二氧化碳、水蒸气等杂质。
弄清楚了杂质，再考虑杂质对乙烯检验有无影响，若无影响便不需要除杂。
A项乙烯中可能混有溴乙烷、乙醇、水蒸气等杂质，乙醇也能使高锰酸钾酸性溶液褪色，因此在检验乙烯时，应先将气体通入水中以除去乙醇，防止其对乙烯检验的干扰；B项溴乙烷、乙醇、水蒸气都不能使溴的四氯化碳溶液褪色，因此对乙烯的检验没有影响，故可以不除杂质。
利用乙醇与浓硫酸共热制备乙烯时，乙烯中混有的二氧化硫也能使高锰酸钾酸性溶液、溴的四氯化碳溶液褪色，故C项、D项中，检验乙烯前必须将二氧化硫除去。
3．（2012·海南，18Ⅰ改编）下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰．且其峰面积之比为3∶1的有 （ ）
A．乙酸异丙酯 B．乙酸乙酯
C．对二甲苯 D．均三甲苯
答案 D
解析 A项，CH3COOCH（CH3）2的核磁共振氢谱中有三组峰，其峰面积之比为6∶3∶1；B项，CH3COOCH2CH3的核磁共振氢谱中有三组峰，其峰面积之比为3∶2∶3；C项，的核磁共振氢谱中有两组峰，其峰面积之比为3∶2；D项，均三甲苯的核磁共振氢谱中有两组峰，其峰面积之比为3∶1。
4．（2012·重庆理综，9）萤火虫发光原理如下：
关于荧光素及氧化荧光素的叙述，正确的是 （ ）
A．互为同系物
B．均可发生硝化反应
C．均可与碳酸氢钠反应
D．均最多有7个碳原子共平面
答案 B
解析 由荧光素和氧化荧光素的结构简式可知，二者在结构上所含官能团有所不同，不是同系物；有机化合物的性质决定于结构和官能团，酚羟基决定了苯环邻对位可以被硝基取代；荧光素结构中的羧基决定了可以和碳酸氢钠反应，而酚羟基不能和碳酸氢钠反应；依据苯的结构特征，分子结构中最少应有7个碳原子共平面。
5．[2013·江苏，17
（2）（3）]
（2）是常用指示剂酚酞。
写出该化合物中含氧官能团的名称：
________和________。
（3）某化合物是的同分异构体，且分子中只有两种不同化学环境的氢。
写出该化合物的结构简式：
________________（任写一种）。
答案
（2）（酚）羟基 酯基
（3）
解析 （3）的分子式为C7H14O，不饱和度为1，只有2种不同化学环境的氢，说明是对称结构，据此可写出其同分异构体的结构简式。
6．[2013·新课标全国卷Ⅰ，38（6）]的同分异构体中，既能发生银镜反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有________种，其中核磁共振氢谱为5组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的为________________（写结构简式）。
答案 13
解析 该有机物的同分
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