2024届高考化学一轮复习练习第九章有机化合物第50讲有机物的结构特点

这是一份2024届高考化学一轮复习练习第九章有机化合物第50讲有机物的结构特点，共13页。
考点一 简单有机物的空间结构
1．有机物中碳原子的成键特点
2．熟记四种简单有机物的空间结构
(1)CH4为正四面体结构，三个碳以上的烷烃的碳链呈锯齿状。
(2)CH2===CH2为平面形(即6个原子共面)。
(3)CH≡CH为直线形(即4个原子共线)。
(4)苯分子为平面正六边形结构(即12个原子共平面)。
3．分子中原子能否共平面的判断方法
(1)展开空间构型法
其他有机物可看作由甲烷、乙烯、苯三种典型分子中的氢原子被其他原子或原子团取代后的产物，但这三种分子的空间结构基本不变。如CH2===CHCl，可看作Cl原子取代乙烯分子中H原子的位置，故六个原子都在同一平面上。
(2)单键旋转法
碳碳单键两端碳原子所连原子或原子团可以以“C—C”为轴旋转。例如，因①键可以旋转，故的平面和确定的平面可能重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共面，也可能不完全共面。
(3)审准要求
看准关键词：“可能”“一定”“最多”“最少”“共面”“共线”等，以免出错。
下列化合物分子中的所有原子都处于同一平面的是( )
A．甲苯()
B．对二甲苯()
C．氯乙烯
D．丙烯(CH3—CH=CH2)
C [甲苯可以看作甲基(—CH3)取代了苯环上一个H，故甲苯中所有原子不能处于同一平面，A项错误；对二甲苯()可以看作2个甲基取代了苯环上对位碳原子上的2个H，所有原子不可能在同一平面，B项错误；乙烯中6个原子处于同一平面，氯乙烯可以看作氯原子取代了乙烯中一个H，故氯乙烯中所有原子处于同一平面，C项正确；丙烯可以看作甲基取代了乙烯中一个H，所有原子不可能处于同一平面，D项错误。]
考点二 同系物 同分异构体
1．同系物
(1)定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。
(2)同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。
(3)烷烃同系物：分子式都符合CnH2n＋2(n≥1)，如CH4、CH3CH3、CH3CH(CH3)2互为同系物。
2．同分异构体
(1)具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物互称为同分异构体。
(2)常见烷烃的同分异构体
甲烷、乙烷、丙烷无同分异构现象；丁烷的同分异构体有2种；戊烷的同分异构体有3种。
(3)书写烷烃同分异构体的思维建模(以C6H14为例)
学生用书第237页
第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链C—C—C—C—C—C
第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：
不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。
第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相邻、相同，此时碳骨架结构有两种：
②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。
[正误辨析]
(1) 分子式相同，结构不相同，二者互为同分异构体( )
(2)分子式为C3H6和C4H8的两种有机物一定互为同系物( )
(3)丙烷的沸点高于乙烷的沸点( )
(4)同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质( )
(5)戊烷有两种同分异构体( )
答案： (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
一、一元取代物种数的判断
1．判断下列有机物同分异构体的数目。
(1)—C3H7有 种；C3H7Cl的同分异构体有 种；C3H8O属于醇的同分异构体有 种。
(2)—C4H9有 种；C4H8O属于醛的同分异构体有 种；C4H8O2属于酸的同分异构体有 种。
(3)—C5H11有 种；C5H12O属于醇的同分异构体有 种；C5H10O属于醛的同分异构体有 种。
(4)分子式为C7H8分子中含有苯环的烃的一氯代物有 种。
答案： (1)2 2 2 (2)4 2 2 (3)8 8 4 (4) 4
eq \a\vs4\al(反思归纳)
判断同分异构体种数的常用方法和思路
1．熟记常考烃基的种类数目
甲基、乙基只有1种，丙基有2种，丁基有4种。
2．判断同分异构体种数的常用方法和思路
二、二元取代物的同分异构体书写——“定一移一”法
2．丙烷的二氯取代物有几种？写出推理过程。
解析： 第1步，固定1个Cl原子，有2种：
；第2步，移动第2个氯原子：①有3种，②有2种，其中①b和②d重复，故共4种。
答案： 4种(推理过程见解析)
3．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 [C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”法，，据此可知C4H8Cl2共有9种同分异构体。]
学生用书第238页
三、运用碎片组合法判断同分异构体的数目
4．C5H10O2属于酯的同分异构体有几种？写出推理过程。
解析： 甲酸丁酯(HCOOC4H9)同分异构体有1×4＝4种；乙酸丙酯(CH3COOC3H7)同分异构体有1×2＝2种；丙酸乙酯(C2H5COOC2H5)同分异构体有1×1＝1种；丁酸甲酯(C3H7COOCH3)同分异构体有2×1＝2种。共有4＋2＋1＋2＝9种。
答案： 9种(推理过程见解析)
5．分子式为C9H18O2的酯在酸性条件下水解得到酸和醇的相对分子质量相同，符合此条件的酯的同分异构体有( )
A．4种 B．8种 C．10种 D．16种
答案： D
应用1.增塑剂DCHP可由环己醇制得。环己醇和DCHP的结构简式如图所示，下列说法错误的是( )
A．DCHP的分子式为C20H26O4
B．环己醇的一氯代物有3种
C．可以用金属钠来鉴别环己醇和DCHP
D．DCHP能发生水解反应
B [根据DCHP的结构简式可判断其分子式为C20H26O4，A正确；环己醇的一氯代物有4种，如图 (*表示氯原子的位置)，B错误；环己醇可与金属钠反应放出氢气，DCHP不与钠反应，C正确；DCHP中含有酯基，能发生水解反应，D正确。]
应用2.二羟甲戊酸是合成青蒿素的原料之一，其结构如图a所示。下列有关二羟甲戊酸的说法正确的是( )
A．含有羟基和酯基两种官能团
B．不能使酸性KMnO4溶液褪色
C．等量的二羟甲戊酸最多消耗Na和NaHCO3的物质的量之比为3∶1
D．是乳酸(结构如图b)的同系物
C [1个二羟甲戊酸分子中含有2个羟基和1个羧基，不含酯基，A项错误；二羟甲戊酸分子中含有羟基，能被酸性KMnO4溶液氧化，使酸性KMnO4溶液褪色，B项错误；由关系式—OH～Na～ eq \f(1,2) H2、—COOH～Na～ eq \f(1,2) H2、—COOH～NaHCO3～CO2，可知1 ml 二羟甲戊酸可消耗3 ml Na或1 ml NaHCO3，C项正确；二羟甲戊酸与乳酸在分子组成上相差不是(CH2)n，不含有数量相等的官能团，因此二者不互为同系物，D项错误。]
应用3.只用一种试剂就可鉴别乙酸溶液、葡萄糖溶液、乙醇溶液，这种试剂是( )
A．NaOH溶液 B．新制Cu(OH)2
C．石蕊溶液 D．Na2CO3溶液
B [A项，葡萄糖溶液、乙醇与NaOH溶液混合无现象，乙酸与NaOH反应也无现象，不能鉴别；B项，加入新制Cu(OH)2(可加热)，现象依次为溶液变澄清、砖红色沉淀、无现象，可鉴别；C项，石蕊不能鉴别葡萄糖溶液、乙醇溶液；D项，碳酸钠溶液不能鉴别葡萄糖溶液、乙醇溶液。]
应用4.冠醚分子中有空穴，能够与金属离子形成稳定的络合物，该物质在有机工业中发挥着重要的作用。二环己烷并－18－冠－6(Ⅲ)的制备原理如图，下列相关说法错误的是( )
A．Ⅰ不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．能用Na鉴别Ⅰ和Ⅲ
C．该反应是取代反应
D．Ⅲ的一溴取代物有5种
A [A.Ⅰ含有羟基，且与羟基相连的碳原子上有氢原子，可被酸性高锰酸钾氧化，使高锰酸钾溶液褪色，故A错误；B.Ⅰ含有羟基，可与钠反应生成氢气，而Ⅲ与钠不反应，可鉴别，故B正确；C.反应中—OH中的H被替代，为取代反应，故C正确；D.Ⅲ结构对称，含有如图所示5种不同化学环境的H原子，则一溴取代物有5种，故D正确。]
学生用书第239页
eq \a\vs4\al(反思归纳)
依据官能团的特性鉴别有机物的试剂及现象总结
真题演练 明确考向
1.(2022·全国甲卷，8)辅酶Q10具有预防动脉硬化的功效，其结构简式如右图。下列有关辅酶Q10的说法正确的是( )
A．分子式为C60H90O4
B．分子中含有14个甲基
C．分子中的四个氧原子不在同一平面
D．可发生加成反应，不能发生取代反应
B [A.由该物质的结构简式可知，其分子式为C59H90O4，A错误；B.由该物质的结构简式可知，键线式端点代表甲基，10个重复基团的最后一个连接H原子的碳是甲基，故分子中含有1＋1＋1＋10＋1＝14个甲基，B正确；C.双键碳以及与其相连的四个原子共面，羰基碳采取sp2杂化，羰基碳原子和与其相连的氧原子及另外两个氧原子共面，因此分子中的四个氧原子在同一平面上，C错误；D.分子中有碳碳双键，能发生加成反应，分子中含有甲基，能发生取代反应，D错误。]
2．(2022·全国乙卷，8)一种实现二氧化碳固定及再利用的反应如图所示：
下列叙述正确的是( )
A．化合物1分子中的所有原子共平面
B．化合物1与乙醇互为同系物
C．化合物2分子中含有羟基和酯基
D．化合物2可以发生开环聚合反应
D [A.化合物1分子中含有亚甲基结构，其中心碳原子采用sp3杂化方式，所以所有原子不可能共平面，A错误；B.结构相似，分子上相差n个CH2的有机物互为同系物，化合物1为环氧乙烷，属于醚类，乙醇属于醇类，与环氧乙烷结构不相似，不是同系物，B错误；C.根据化合物2的分子结构可知，分子中含酯基，不含羟基，C错误；D.化合物2分子可发生开环聚合形成高分子化合物，D正确。]
3．(2021·湖南选择考，4)己二酸是一种重要的化工原料，科学家在现有工业路线基础上，提出了一条“绿色”合成路线：
下列说法正确的是( )
A．苯与溴水混合，充分振荡后静置，下层溶液呈橙红色
B．环己醇与乙醇互为同系物
C．己二酸与NaHCO3溶液反应有CO2生成
D．环己烷分子中所有碳原子共平面
C [A.苯的密度比水小，苯与溴水混合，充分振荡后静置，有机层在上层，应是上层溶液呈橙红色，故A错误；B.环己醇含有六元碳环，和乙醇结构不相似，分子组成也不相差若干个CH2原子团，不互为同系物，故B错误；C.己二酸分子中含有羧基，能与NaHCO3溶液反应生成CO2，故C正确；D.环己烷分子中的碳原子均为饱和碳原子，与每个碳原子直接相连的4个原子形成四面体结构，因此所有碳原子不可能共平面，故D错误。]
4．(2021·全国乙卷，10)一种活性物质的结构简式为，下列有关该物质的叙述正确的是( )
A．能发生取代反应，不能发生加成反应
B．既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物
C．与互为同分异构体
D．1 ml该物质与碳酸钠反应得44 g CO2
C [A.该物质含有羟基、羧基、碳碳双键，能发生取代反应和加成反应，故A错误；B.同系物是结构相似，分子式相差1个或n个CH2原子团的有机物，该物质的分子式为C10H18O3，而且与乙醇、乙酸结构不相似，故B错误；C.该物质的分子式为C10H18O3，的分子式为C10H18O3，所以二者的分子式相同，结构式不同，互为同分异构体，故C正确；D.该物质只含有一个羧基，1 ml该物质与碳酸钠反应，生成0.5 ml二氧化碳，质量为22 g，故D错误。]
课时精练(五十) 有机物的结构特点 eq \a\vs4\al(\f(对应学生,用书P453))
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．氟利昂会破坏大气臭氧层，关于CF2Cl2(商品名为氟利昂­12)的叙述正确的是( )
A．有两种同分异构体
B．只有一种结构
C．是平面型分子
D．是正四面体型的分子
B [CH4分子中的4个氢原子分别被2个氟原子和2个氯原子取代后得CF2Cl2，CF2Cl2分子呈四面体结构，但不是正四面体结构，该分子不存在同分异构体。]
2．下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是( )
A．甲苯 B．乙烷
C．丙炔 D．1，3­丁二烯
D [本题考查有机物的结构，考查的核心素养是宏观辨识与微观探析。甲苯中有甲基，根据甲烷的结构可知，甲苯分子中所有原子不可能在同一平面内，A错误；乙烷相当于2个甲基连接而成，根据甲烷的结构可知，乙烷分子中所有原子不可能在同一平面内，B错误；丙炔的结构简式为，其中含有甲基，该分子中所有原子不可能在同一平面内，C错误；1，3­丁二烯的结构简式为，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子可能在同一平面内，D正确。]
3．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
D [判断烷烃(及其他烃)一氯取代物的种数可用等效氢原子法巧解。其等效氢原子的判断规律是：①同一碳原子上的氢原子是等效氢原子；②同一碳原子上所连的甲基中的氢原子是等效氢原子；③处于对称位置上的氢原子是等效氢原子。应用这一规律可知，A、B、C和D中分别有5种、4种、2种和3种等效氢原子，则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D项。]
4．四联苯的一氯代物有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
C [四联苯有五种等效氢，故其一氯代物有5种。]
5．某烷烃的相对分子质量为86，如果分子中含有3个—CH3、2个—CH2—和1个，则该结构的烃的一氯取代物最多可能有几种(不考虑立体异构)( )
A．9种 B．6种 C．5种 D．4种
A [由烷烃的相对分子质量是86可知，该烷烃的分子式是C6H14，如果分子中含有3个—CH3，则有一个甲基为取代基；分子中含有2个—CH2—和1个，则主链有5个C原子，甲基为取代基，所以该烷烃为2­甲基戊烷或3­甲基戊烷，前者分子中有5种H原子，后者分子中有4种H原子，H原子的种数即为一氯代物的种数，最多可能有9种，A项正确。]
6．有机物C4H8Cl2的结构中只含有一个甲基的同分异构体有(不考虑立体异构)( )
A．3种 B．4种 C．7种 D．8种
B [C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”法分析判断：，图1中另一氯原子在1、2、3三个碳原子上，分子中都只有1个甲基；图2中另一氯原子只有在1号碳上才能满足分子中只含1个甲基。所以分子中含1个甲基的C4H8Cl2的同分异构体共有4种，故选B。]
7．丙烯的结构简式如图所示，下列关于丙烯的说法不正确的是( )
A．能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．有1种同分异构体
C．最多有6个原子共平面
D．与氯化氢发生加成反应，加成产物可能有两种
C [丙烯中含碳碳双键，能使酸性KMnO4溶液褪色，A项正确；环丙烷与丙烯互为同分异构体，B项正确；与碳碳双键直接相连的4个原子与碳碳双键的2个碳原子一定共平面，另外甲基中的1个氢原子可在该平面内，故最多有7个原子共平面，C项错误；丙烯与HCl加成时，Cl可连在不同的碳原子上，D项正确。]
8．下列有关1­甲基­1­环己烯(结构简式如图所示)的说法正确的是( )
A．含有六元环的该物质的同分异构体有3种
B．分子中所有碳原子在同一平面上
C．该物质为芳香烃
D．能使溴的四氯化碳溶液褪色，且反应生成的物质有2种
A [含有六元环的的同分异构体有，共3种，A项正确；该分子中含有多个饱和碳原子，所有碳原子不在同一平面上，B项错误；该物质的分子中无苯环，不属于芳香烃，C项错误；该物质能与溴发生加成反应而使溴的四氯化碳溶液褪色，但与溴加成后，所得产物只有1种，D项错误。]
9．已知异丙苯的结构简式如图，下列说法错误的是( )
A．异丙苯的分子式为C9H12
B．异丙苯的沸点比苯高
C．异丙苯中碳原子可能都处于同一平面
D．异丙苯和苯互为同系物
C [A项，异丙苯的分子式为C9H12，正确；B项，异丙苯比苯的碳原子数多，所以异丙苯的沸点比苯高，正确；C项，异丙苯中与苯环相连的C原子上有四个单键，所有C原子不可能共面，错误；D项，异丙苯和苯的结构相似，相差3个“CH2”原子团，是苯的同系物，正确。]
10．有机物是制备镇痛剂的中间体。下列关于该有机物的说法错误的是( )
A．与环己烷互为同分异构体
B．一氯代物有五种(不考虑立体异构)
C．所有碳原子可能处于同一平面
D．能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应
B [环己烷与的分子式均为C6H12，A项正确；其一氯代物有4种，B项错误；碳碳双键中的碳原子及与之直接相连的3个碳原子一定共平面，另外的1个甲基通过C—C键的旋转可使该甲基中的碳原子处于碳碳双键所在平面内，故所有碳原子可能处于同一个平面，C项正确；该有机物中的碳碳双键能与酸性KMnO4溶液发生氧化反应，D项正确。]
11．关于有机物a()、b()、c()的说法正确的是( )。
A．a和b的一氯代物均有三种结构
B．a和b互为同分异构体，b和c互为同系物
C．a、b、c分子中的所有原子可能在同一平面上
D．a、b、c三种物质均能使酸性KMnO4溶液褪色
D [A.a有三种不同位置的H原子，因此其一氯代物有三种结构；而b分子中H原子有四种不同位置，分别是甲基上的H原子及苯环上甲基连接的C原子的邻位、间位、对位上的H原子，因此有四种一氯代物，A错误。B.a和b分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体；b分子式是C7H8，而c分子式是C8H8，二者结构不相似，分子组成也不是相差CH2的整数倍，因此二者不能互为同系物，B错误；C.a、b中都含有饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，因此分子中的所有原子不可能在同一平面上，C错误；D.a含有不饱和的碳碳双键，能够被酸性KMnO4溶液氧化；b、c都含有苯环，且与苯环连接的C原子上有H原子，二者都可以被酸性KMnO4溶液氧化产生苯甲酸，因此三种物质均能使酸性KMnO4溶液褪色，D正确。]
12．环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物，螺[2，2]戊烷()是最简单的一种。下列关于该化合物的说法错误的是( )
A．与环戊烯互为同分异构体
B．二氯代物超过两种
C．所有碳原子均处于同一平面
D．生成1 ml C5H12至少需要2 ml H2
C [环戊烯的结构简式为，与分子式相同且结构不同，互为同分异构体，A对；如、、都是螺[2，2]戊烷
的二氯代物，B对；中每个碳原子都形成4个共价单键，这4个键呈四面体分布，所有碳原子不可能处于同一平面，C错；螺[2，2]戊烷的分子式是C5H8。在理论上，1 ml C5H8与2 ml H2反应，生成1 ml C5H12，D对。]
13．化合物(b)、(d)、(p)的分子式均为C6H6，下列说法正确的是( )
A．b的同分异构体只有d和p两种
B．b、d、p的二氯代物均只有三种
C．b、d、p均可与酸性高锰酸钾溶液反应
D．b、d、p中只有b的所有原子处于同一平面
D [A项，除d、p外，b还有多种链状同分异构体，错误。B项，b的二氯代物有邻、间、对三种；d的二氯代物有、、、、、六种；p的二氯代物有、、三种，错误。C项，d中含有碳碳双键，可与酸性高锰酸钾溶液反应，b、p与酸性高锰酸钾溶液均不反应，错误。]
14．化合物、、
HCCCHCH2(p)的分子式均为C4H4。下列说法中正确的是( )
A．b的一氯代物只有两种
B．d的同分异构体只有b、p两种
C．b、d、p均可与溴水发生加成反应
D．p的所有原子不可能处于同一平面
A [b的核磁共振氢谱有两种峰，一氯代物有两种，A项正确；d的同分异构体除b、p外还有等，B项错误；d中不含不饱和键，不能发生加成反应，C项错误；p的结构中碳碳双键为平面结构，碳碳三键为直线形结构，所有原子共平面，D项错误。]
学生用书第240页烃基法
将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构体数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有四种，丁醇(C4H9—OH)、C4H9—Cl分别有四种
代换法
将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如乙烷分子中共有6个H原子，若有一个氢原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种结构
等效氢法
①分子中同一个碳上的氢原子等效；
②同一个碳的甲基氢原子等效；
③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的氢原子等效
官能团
代表物
典型化学反应
碳碳双键
乙烯
(1)加成反应：使溴的CCl4溶液褪色
(2)氧化反应：使酸性KMnO4溶液褪色
苯
(1)取代反应：①在Fe粉催化下与液溴反应；②在浓硫酸催化并加热条件下与浓硝酸反应
(2)加成反应：在一定条件下与H2反应生成环己烷
注意：与溴水、酸性高锰酸钾溶液都不反应
羟基—OH
乙醇
(1)与活泼金属(Na)反应
(2)催化氧化：在铜或银催化下被氧化成乙醛
羧基—COOH
乙酸
(1)酸的通性
(2)酯化反应：在浓硫酸催化并加热条件下与醇反应生成酯和水
酯基—COO—
乙酸乙酯
水解反应：酸性或碱性条件水解生成醇和羧酸(或羧酸盐)
①醛基—CHO
②羟基—OH
葡萄糖
(1)与新制Cu(OH)2加热产生砖红色沉淀
(2)与银氨溶液反应析出银
物质
试剂与方法
现象
饱和烃与不饱和烃
加入溴水或酸性KMnO4溶液
褪色的是不饱和烃
羧酸
加入新制Cu(OH)2
蓝色絮状沉淀溶解
NaHCO3溶液
产生无色气泡
葡萄糖
加入银氨溶液，水浴加热
产生光亮银镜
加入新制Cu(OH)2，加热至沸腾
产生砖红色沉淀
淀粉
加碘水
显蓝色
蛋白质
加浓硝酸微热
显黄色
灼烧
烧焦羽毛气味