2022高考化学第11章有机化学基础第1节认识有机化合物考点3有机物的结构特点同系物同分异构体讲与练含解析

第十一章　有机化学基础李仕才考点三　有机物的结构特点、同系物、同分异构体　1．有机物中碳原子的成键特点2．有机化合物的同分异构现象24\n3.常见的官能团类别异构24\n4.同系物(1)概念：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CH4，CH2===CH2和CH2===CH—CH3。(2)性质：同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。判断同系物的要点：①同系物组成元素种类必须相同。24\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．的二氯代物和四氯代物都有3种。(　√　)2．C3H8的二氯代物和六氯代物都有4种。(　√　)3．硝基化合物和氨基酸互为同分异构体。(　×　)4．饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。(　×　)5．同分异构体是同种物质的不同存在形式。(　×　)6．相对分子质量相同而结构不同的物质是同分异构体。(　×　)7．同分异构体可以是同类物质，也可以是不同类别的物质。(　√　)24\n2．同系物的官能团种类和数目必须相同(1)同分异构体的分子式相同，相对分子质量相同。但相对分子质量相同的化合物不一定是同分异构体，如C2H6与HCHO，C2H5OH与HCOOH不是同分异构体。(2)同分异构体的最简式相同。但最简式相同的化合物不一定是同分异构体，如C2H2与C6H6，HCHO与CH3COOH不是同分异构体。一、同系物、同分异构体的理解和判断1．下列物质一定属于同系物的是(　　)解析：同系物要求结构相似，在分子组成上相差若干个CH2原子团，所以选B。答案：B2．下列叙述中正确的是(　　)24\nA．分子式相同，元素百分含量也相同的物质是同种物质B．通式相同的不同物质一定属于同系物C．分子式相同的不同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解析：本题考查同种物质、同系物、同分异构体的概念。分子式相同，结构不一定相同，所以不一定是同种物质。通式相同的不同物质不一定是同系物，可能是同分异构体。相对分子质量相同，分子式不一定相同。故正确答案为C。答案：C3．下列说法正确的是(　　)A．相对分子质量相同的有机物一定互为同分异构体B．同分异构现象只存在于有机物中C．同分异构体必含有相同的官能团，且性质相同D．同分异构体分子式必然相同解析：相对分子质量相同的分子式不一定相同，如H2SO4和H3PO4，C2H6O与CH2O2均是相对分子质量相同而分子式不同，故A不正确；某些无机化合物也存在同分异构现象，如HCNO有两种不同结构的分子：H—O—C≡N(氰酸)与H—N===C===O(异氰酸)，故B错误；例如C2H6O的结构有2种，CH3—CH2—OH(乙醇)和CH3—O—CH3(甲醚)，所以，同分异构体分子中的官能团不一定相同，化学性质和物理性质也不一定相同，故C错误；从同分异构体概念的辨析中可知D正确。故选D。答案：D4．下列物质中最简式相同，但既不是同系物，又不是同分异构体的是(　　)答案：B5．有下列几种有机化合物的结构简式：24\n(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________。解析：本题考查了同系物、同分异构体的判断，以及同分异构体的不同类型：位置异构、官能团异构等的区分。正确理解同系物、同分异构体的概念是解决此类题的关键。答案：(1)②⑧、④⑤⑨、③⑥⑦、①⑩(2)①②、②⑩(3)①⑩、③⑥、④⑤(4)③⑦、⑥⑦、④⑨、⑤⑨二、同分异构体的书写与数目判断6．下列物质的同分异构体数目最少的是(不考虑立体异构)(　　)A．C5H10与HCl的加成产物B．的二硝基取代物C．分子式为C4H8O2能与NaOH溶液反应的有机物24\nD．分子式为C6H14含有4个甲基的有机物解析：选项A，C5H10与HCl加成生成C5H11Cl，其共有7种同分异构体；选项B，题给有机物结构对称，其二硝基取代物有7＋4＋1＝12种；选项C，该有机物是酯或羧酸，其中酯有4种，羧酸有2种，共6种；选项D，该有机物只能含有2个支链且该支链为甲基，只有2种不同结构。答案：D7．(1)C5H11Cl的同分异构体有________种，结构简式分别为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)的一氯代物有________种，结构简式分别为________________________________________________________________________；二氯代物有________种，结构简式分别为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)某单官能团有机化合物，只含碳、氢、氧三种元素，相对分子质量为58，完全燃烧时产生等物质的量的CO2和H2O。它可能的结构共有(不考虑立体异构)________种，结构简式分别为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)8　①CH3CH2CH2CH2CH2Cl、②CH3CH2CH2CHClCH3、③CH3CH2CHClCH2CH3、24\n24\n24\n　一、有机化合物中共直线、共平面的判断1熟练掌握四种典型结构(1)甲烷型：四面体结构，碳原子与四个原子形成四个共价键时，空间结构都是四面体结构、五个原子中最多有三个原子共平面。(2)乙烯型：平面结构，位于乙烯型结构上的六个原子一定共平面。(3)乙炔型：直线形结构，位于乙炔型结构上的四个原子一定在一条直线上，也一定共平面。(4)苯型：平面六边形结构，位于苯环上的十二个原子一定共平面，并且处于对角线的四个原子共线。2注意键的旋转24\n(1)在分子中，形成单键的原子可以绕键轴旋转，而形成双键、三键等其他键的原子不能绕轴旋转。(2)若平面间靠单键相连，所连平面可以绕轴旋转，可能旋转到同一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。(3)若平面间被多个点固定，则不能旋转，一定共平面。如分子中所有环一定共面。3恰当地拆分复杂分子观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间构型及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。特别要注意的是，苯分子中处于对位的两个碳原子以及它们所连的两个氢原子，这四个原子是在一条直线上的。1．下列说法正确的是(　　)A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上B．丙烯所有原子均在同一平面上C．所有碳原子一定在同一平面上D．至少有16个原子共平面解析：直链烃是锯齿形的，A错误；CH3—CH===CH2中甲基上最多有一个氢原子和它们共平面，B错误；因为环状结构不是平面结构，所以所有碳原子不可能在同一平面上，C错误；D中该分子中在同一条直线上的原子有8个，再加上其中一个苯环上的8个原子，所以至少有16个原子共平面。答案：D24\n2．阿托酸是一种常用的医药中间体，其结构简式为。下列有关说法正确的是(　　)A．阿托酸的分子式为C9H8O2B．1mol阿托酸最多能和4molBr2发生加成反应C．阿托酸分子中所有碳原子一定在同一平面D．阿托酸能发生取代、加成、水解等反应解析：A项，根据该物质的结构简式可知，阿托酸的分子式为C9H8O2，正确；B项，该物质中的碳碳双键能与溴发生加成反应，所以1mol阿托酸最多能和1molBr2发生加成反应，错误；C项，碳碳单键可以旋转，所以阿托酸分子中所有碳原子不一定在同一平面，错误；D项，阿托酸不能发生水解反应，错误。答案：A3．对甲苯丙烯酸的结构简式为。下列说法错误的是(　　)A．对甲苯丙烯酸的分子式为C10H10O2B．对甲苯丙烯酸能发生的反应类型有加成、取代、氧化C．对甲苯丙烯酸中所有碳原子有可能共平面D．对甲苯丙烯酸能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色，其原理相同解析：A项正确；B项，含碳碳双键，可以发生加成、氧化反应，含羧基能发生酯化(取代)反应，正确；C项，苯环上所有原子共平面，乙烯结构中的所有原子共平面，这两个平面通过单键的旋转可以重合，正确；D项，使酸性高锰酸钾溶液褪色发生氧化反应，使溴水褪色发生加成反应，原理不同，错误。答案：D4．(双选)某烃结构简式如下：，有关说法正确的是(　　)A．该分子中有6个碳原子一定在同一条直线上B．该分子中有8个碳原子可能在同一条直线上24\nC．该分子中所有碳原子可能都在同一平面上D．该分子中所有氢原子可能在同一平面解析：答案：AC5．下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的是(　　)A．乙烷B．甲苯C．二甲苯D．四氯乙烯解析：乙烷具有甲烷的结构特点，所有原子不可能在同一个平面上，A错误；甲苯、二甲苯含有甲基，甲基具有甲烷的结构特点，因此所有原子不可能处于同一平面上，B、C错误；四氯乙烯可看作是四个氯原子取代乙烯中的四个氢原子，在同一个平面，D正确。答案：D二、同分异构体的书写和数目的判断1同分异构体的书写规律(1)烷烃：烷烃只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复，具体规则如下：24\n(2)具有官能团的有机物：一般按碳链异构→位置异构→官能团异构的顺序书写。(3)芳香族化合物的同分异构体的书写及判断b．若三个取代基中有2个相同，则有6种结构：24\n(4)“碎片拼装法”在苯环类同分异构体的书写中的应用①除苯环外，统计剩余基团的不饱和度、碳原子数和氧原子数。②结合题给限制条件，写出符合条件的官能团结构，即碎片。③结合不饱和度、碳原子数和氧原子数及已知碎片，判断出所有碎片。④结合等效氢等限制条件进行拼装。2同分异构体数目的判断方法(1)记忆法。记住常见烃基同分异构体数目：①丙基(—C3H7)有2种，则丙烷的一卤代物、丙醇均有2种，丁醛、丁酸有2种。②丁基(—C4H9)有4种，则丁烷的一卤代物、丁醇均有4种，戊醛、戊酸有4种。③戊基(—C5H11)有8种，则戊烷的一卤代物、戊醇均有8种。(2)等效氢法。①连接在同一碳原子上的氢原子为等效氢，如甲烷中只有一类氢原子。②连接在同一碳原子上的甲基(—CH3)氢为等效氢，如新戊烷[C(CH3)4]中只有一类氢原子。③处于对称位置的碳原子上的氢原子为等效氢，如苯分子为平面正六边形，为对称结构，分子中只有一类氢原子。④有几类不同的等效氢，其一取代产物就有几种。(3)基元法。24\n丙基有2种结构，丁基有4种结构，由此可推断有机物的同分异构体的数目。例如，丁醇、戊酸、戊醛、一氯丁烷都分别有4种同分异构体。一、同分异构体数目的判断6．下列烃在光照下与氯气反应，只生成一种一氯代物的是(　　)A．2甲基丙烷B．环戊烷C．2,2二甲基丁烷D．3甲基戊烷解析：24\n答案：B7．分子式为C3H4Cl2的链状有机物的同分异构体共有(不包括立体异构)(　　)A．6种B．5种C．4种D．3种解析：可能的结构有：CH2===CHCHCl2、CCl2===CHCH3、CHCl===CClCH3、CHCl===CHCH2Cl、CH2===CClCH2Cl，B项正确。答案：B8．下列关于分子式为C4H8O2的有机物的同分异构体的说法中，不正确的是(　　)A．属于酯类的有4种B．属于羧酸类的有2种C．存在分子中含有六元环的同分异构体D．既含有羟基又含有醛基的有3种解析：24\n答案：D9．分子式为C5H8O2的有机物，能使溴的CCl4溶液褪色，也能与NaHCO3溶液反应生成气体，则符合上述条件的同分异构体(不考虑立体异构)最多有(　　)A．8种　　　B．7种　　　C．6种　　　D．5种解析：能使溴的CCl4溶液褪色，也能与NaHCO3溶液反应生成气体，结合其分子式可知该有机物含有1个碳碳双键和1个羧基，可以按照先画碳骨架，再引官能团的思路可得：答案：A10．分子式为C5H10O224\n的有机物A，有果香味，不能使紫色石蕊试液变红，但可在酸性条件下水解生成有机物B和C，其中C能被催化氧化成醛，则A可能的结构共有(　　)A．4种B．6种C．8种D．12种解析：分子式为C5H10O2的有机物A，有果香味，不能使紫色石蕊试液变红，则属于饱和一元酸与饱和一元醇形成的酯。若为甲酸和丁醇酯化产物，丁醇有4种，丁醛(C3H7CHO)只有2种，则能氧化为醛的醇有2种，则满足题意的酯有2种；若为乙酸和丙醇酯化产物，丙醇有2种，丙醛(CH3CH2CHO)只有1种，则能氧化为醛的醇只有1种，则这样的酯有1种；若为丙酸和乙醇酯化，乙醇只有1种，能氧化为乙醛，丙酸有1种，这样的酯有1种；若为丁酸和甲醇酯化，甲醇只有1种，能氧化为甲醛，丁酸(C3H7COOH)有2种，这样的酯有2种。故A可能的结构共有6种。答案：B11．分子式为C9H10O2，能与NaHCO3溶液反应放出CO2，且苯环上一氯代物有两种的有机物有(不考虑立体异构)(　　)A．3种B．4种C．5种D．6种解析：答案：B二、限定条件的同分异构体的书写24\n12．(1)化合物有多种同分异构体，写出符合下列条件的所有同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。①能发生银镜反应②含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子①能与溴水反应，且1molH恰好与3molBr2发生取代反应；②能使FeCl3溶液显色，不能发生银镜反应；③能发生水解反应，且1molH与足量NaOH反应最多可消耗3molNaOH；则H可能有________种结构，写出其中一种的结构简式：________________________________________________________________________。(3)分子式为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24\n解析：(1)由能发生银镜反应，应含醛基，因苯环上有两种不同化学环境的氢，应有两个不同取代基，且互为对位。(2)由H的性质可知它含酚羟基，且—OH的两个邻位和对位上没有取代基。1molH与3molNaOH反应，故除酚羟基外，还有一个酚酯基，但不能是甲酸酯。则H的可能结构有4种。(3)能发生水解反应，应含有酯基，移动酯基的位置，可得到5种结构。(4)含有碳碳双键和羧基的同分异构体有2种。(5)能与FeCl3溶液发生显色反应可知分子中含有酚羟基，苯环上有两种不同化学环境的氢原子，应有两个位于对位的不同的取代基。答案：(1)24\n24\n24