重难点13 同分异构体的判断与书写-2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二） 试卷

2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二）

重难点13  同分异构体的判断与书写

方法探究

1．同分异构体的种类、书写思路

2．常用的同分异构体的推断方法

(1)由烃基的异构体数推断

判断只有一种官能团的有机物的同分异构体种数时，根据烃基的异构体数判断较为快捷。如判断丁醇的同分异构体时，根据组成丁醇可写成C4H9—OH，由于丁基有4种结构，故丁醇有4种同分异构体。

(2)由等效氢原子推断

碳链上有几种不同的氢原子，其一元取代物就有几种同分异构体。一般判断原则：①同一种碳原子上的氢原子是等效的；②同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的；③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。

(3)用替换法推断

如一个碳碳双键可以用环替换；碳氧双键可以用碳碳双键替换并将氧原子移到他处；又如碳碳三键相当于两个碳碳双键，也相当于两个环。不同原子间也可以替换，如二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体，四氯苯C6H2Cl4也有3种同分异构体。

(4)用定一移一法推断

对于二元取代物同分异构体的判断，可固定一个取代基的位置，再改变另一个取代基的位置以确定同分异构体的数目。

3．同分异构体的书写口诀

主链由长到短；

支链由整到散；

位置由心到边(一边走，不到端，支链碳数小于挂靠碳离端点位数)；

排布由对到邻再到间；

最后用氢原子补足碳原子的四个价键。

典例剖析

例1   （2020·资中县第三中学高一月考）下列烷烃在光照下与氯气反应，能生成三种一氯代烃的是(    )

A．CH3CH2CH2CH3 B．

C． D．

答案  C

解析  A.分子结构中有两种化学环境不同的氢原子，则有两种一氯代物，故A错误；

B.分子结构中有一种化学环境不同的氢原子，则有一种一氯代物，故B错误；

C.分子结构中有三种化学环境不同的氢原子，则有三种一氯代物，故C正确；

D.分子结构中有四种化学环境不同的氢原子，则有四种一氯代物，故D错误；

综上所述，答案为C。

【点睛】

同一个碳原子上的氢原子，为化学环境相同的氢原子，同一个碳上连接的甲基上的氢原子，也为化学环境相同的氢原子。

例2  （2020·甘肃省张掖市第二中学高一开学考试）下列说法说法正确的是(       )

A．乙烷一氯代物的同分异构体有2种，二氯代物的同分异构体有3种

B．丙烷一氯代物的同分异构体有2种，二氯代物的同分异构体有4种

C．正丁烷一氯代物的同分异构体有2种，二氯代物的同分异构体有5种

D．正戊烷一氯代物的同分异构体有3种，二氯代物的同分异构体有8种

答案  B

解析  A. 乙烷有1种位置的氢，因此一氯代物的同分异构体有1种，二氯代物同一个碳上有1种，不同碳上有1种，因此二氯代物的同分异构体有2种，故A错误；

B. 丙烷有2种位置的氢，因此一氯代物的同分异构体有2种，二氯代物同一个碳上有2种，不同碳上2种，因此二氯代物的同分异构体有4种，故B正确；

C. 正丁烷有2种位置的氢，因此一氯代物的同分异构体有2种，二氯代物同一个碳上有2种，不同碳上4种，因此二氯代物的同分异构体有6种，故C错误；

D. 正戊烷有3种位置的氢，因此一氯代物的同分异构体有3种，二氯代物同一个碳上有3种，不同碳上6种，因此二氯代物的同分异构体有9种，故D错误。

综上所述，答案为B。

【点睛】

有几种位置的氢则为一氯代物有几种，二氯代物主要是先根据同一个碳分析，再根据不同碳原子分子用同异构体。

精选习题

1．（2020·滨海县獐沟中学高一期中）下列有机物中，一氯取代物有2种的是

①   ②   ③CH3CH2CH3   ④

A．全部 B．①③ C．②④ D．②③

【答案】D

【解析】【分析】根据等效氢判断，分子中有几种氢原子，其一氯代物则有几种同分异构体，分子中等效氢原子一般有如下情况：分子中同一甲基上连接的氢原子等效；同一碳原子所连的氢原子等效，同一碳原子所连甲基上的氢原子等效；处于镜面对称位置上的氢原子等效。

【详解】①分子中有3种氢原子，其一氯代物有3种同分异构体；②为对称结构，分子中有2种氢原子，其一氯代物有2种同分异构体；③CH3CH2CH3为对称结构，分子中有2种氢原子，其一氯代物有2种同分异构体；④为对称结构，分子中有1种氢原子，其一氯代物有1种，一氯取代物有2种的是②③，故选D。

【点睛】

考查同分异构体的书写，“等效氢法”是判断烃的一元取代物的同分异构体最常用的方法，注意等效氢原子判断是解答关键。

2．（2020·四川省成都外国语学校高一开学考试）分子式C7H16的烷烃，分子结构中含有三个-CH3的同分异构体共有（    ）

A．2种 B．3种 C．4种 D．5种

【答案】B

【解析】C7H16的烷烃，分子结构中含有三个-CH3，除去链端的两个-CH3，还有一个-CH3只能位于支链，即该同分异构体只含有一条支链，则该同分异构体有3种，它们的碳骨架为：、、；

故选B。

3．（2020·湖北省高一期中）某烯烃与H2加成后的产物是，则该产物与溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有(    )

A．2种 B．4种 C．5种 D．8种

【答案】C

【解析】分子中，氢原子共有5种，所以产物与溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有5种，故选C。

4．烷烃是单烯烃R和H2发生加成反应后的产物，则R可能的结构有

A．4种 B．5种 C．6种 D．7种

【答案】B

【解析】根据烯烃与H2加成反应的原理，推知该烷烃分子中相邻碳原子上均带氢原子的碳原子间是对应烯烃存在碳碳双键的位置，故符合条件的烯烃分子有5种，即选项B正确。

故选B。

5．（2020·西宁市海湖中学高二月考）已知丙烷的二氯代物有四种异构体，则其六氯代物的异构体数目为( )

A．2种 B．3种 C．4种 D．5种

【答案】C

【解析】【分析】采用换元法，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，从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。

【详解】丙烷有8个H原子，其中2个H原子被氯原子取代形成丙烷的二氯代物．六氯代物可以看作C3Cl8中的8个氯原子，其中2个氯原子被2个氢原子代替形成，两者是等效的；二氯代物有四种同分异构体，可得到六氯代物也有四种同分异构体，答案选C。

【点睛】

当取代基团超过物质本身氢数目的一半，则可用换元法解答。

6．（2020·辽宁省高一月考）分子式为C5H10O2并能与碳酸氢钠固体反应放出气体的有机物（不含立体异构）有 （   ）

A．4种 B．5种 C．6种 D．7种

【答案】A

【解析】分子式为C5H10O2且与NaHCO3能产生气体，则该有机物中含有-COOH，所以为饱和一元羧酸，烷基为-C4H9，-C4H9异构体有4种：-CH2CH2CH2CH3，-CH(CH3)CH2CH3，-CH2CH(CH3)CH3，-C(CH3)3，故符合条件的有机物的异构体数目为4；

故选A。

【点睛】

本题主要考查同分异构体书写、官能团的性质与确定等。解答本题需要熟练掌握碳原子数小于5的烃基的个数是解决本题的关键，甲基与乙基均1种，丙基2种、丁基4种等。

7．（2020·合肥市第六中学高一开学考试）有机物A的分子式为C6H12O3，一定条件下，A与碳酸氢钠、钠均能产生气体，且生成的气体体积比（同温同压）为1:1，则A的结构最多有

A．33种 B．31种 C．28种 D．19种

【答案】B

【解析】有机物A的分子式为C6H12O3，等量的有机物与足量的NaHCO3溶液、Na反应时产生的气体在相同条件下的体积比为1：1，说明有机物分子中含有1个-COOH、1个-OH，该有机物可以看作，C5H12中2个H原子，分别被-COOH、-OH代替，若C5H12为正戊烷：CH3CH2CH2CH2CH3，2个H原子分别被-COOH、-OH代替，羧基在1号碳上，此时剩余等效H为5种；羧基连在2号碳上，剩余等效为5种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有3种；若C5H12为异戊烷，羧基位于1号碳上，剩余等效H有5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H有3种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有4种；羧基连在4号碳上，剩余等效H有4种；若C5H12为新戊烷，羧基连在1号碳上，剩余等效H有2种，总共有31种，答案选B。

8．分子中含有3个—CH3、2个—CH2—和1个，相对分子质量为86的烃的一氯代物（不考虑立体异构）有（    ）

A．9种 B．6种 C．5种 D．4种

【答案】A

【解析】某烷烃相对分子质量为86，则该烷烃中含有碳原子数目为：N==6，为己烷；

分子中含有3个-CH3、2个-CH2－和1个，则该己烷分子中只能含有1个支链甲基，不会含有乙基，其主链含有5个C，满足条件的己烷的结构简式为：①CH3CH（CH3）CH2CH2CH3，②CH3CH2CH（CH3）CH2CH3，其中①分子中含有5种位置不同的H，即含有一氯代物的数目为5；②分子中含有4种位置不同的H，则其一氯代物有4种，所以该结构的烃的一氯取代物最多可能有：5+4=9种。

故选A。

9．C8H8分子呈正六面体 结构（如图所示），因而称为“立方烷”，它的二氯代物共有（    ）

A．3种  B．6种  C．12 种  D．24 种

【答案】A

【解析】两个氯原子可以分别取代立方体同一棱上、面对角线上和体对角线上碳原子上的氢原子，因此C8H8的二氯代物有3种，故A正确。

综上所述，答案为A。

10．（2019·临泽县第一中学高一期末）已知(x)、 (y)、(z)互为同分异构体，下列说法不正确的是

A．z的二氯代物有三种

B．x、y的一氯代物均只有三种

C．x、y可使溴的四氯化碳溶液因发生加成反应而褪色

D．x、y、z中只有x的所有原子可能处于同一平面

【答案】B

【解析】A项，z为立方烷，结构高度对称，z中只有1种H原子，其一氯代物只有1种，二氯代物有3种（2个Cl处于立方烷的邻位、面对角线、体对角线），正确；B项，x中有5种H原子，x的一氯代物有5种，y中有3种H原子，y的一氯代物有3种，错误；C项，x、y中都含有碳碳双键，都能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应使溶液褪色，正确；D项，y、z中都含有饱和碳原子，y、z中所有原子不可能处于同一平面上，x由苯基和乙烯基通过碳碳单键相连，联想苯和乙烯的结构，结合单键可以旋转，x中所有原子可能处于同一平面，正确；答案选B。

点睛：本题涉及两个难点：烃的氯代物种类的确定和分子中原子的共面、共线问题。烃的氯代物种类的确定：（1）一氯代物种类的确定常用等效氢法：同一个碳原子上的氢原子等效，同一个碳原子上所连甲基上氢原子等效，处于对称位置的氢原子等效；（2）二氯代物种类的确定常用“定一移二”法。确定分子中共线、共面的原子个数的技巧：（1）三键原子和与之直接相连的原子共直线，苯环上处于对位的2个碳原子和与之直接相连的原子共直线；（2）任意三个原子一定共平面；（3）双键原子和与之直接相连的原子共平面，苯环碳原子和与苯环直接相连的原子共平面；（4）分子中出现饱和碳原子，所有原子不可能都在同一平面上；（5）单键可以旋转；（6）注意“可能”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。

11．（2020·天津静海一中高一期中）已知某链状烷烃分子中电子数为42。

(1)该烷烃的分子式为_________。

(2)写出该烷烃分子所有同分异构体中一氯代物为4种的该烷烃的结构简式_______。

(3)上述烷烃的同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是____________。(写名称)

【答案】(1)C5H12   

(2) (CH3)2CHCH2CH3   

(3)新戊烷   

【解析】【分析】设该烷烃的分子式为CnH2n+2，烃分子不带电，则烃分子中电子数=质子数，所以，6n+2n+2=42，n=5，所以，该烷烃的分子式为：C5H12，据此分析解答。

【详解】(1) 该烷烃的分子式为：C5H12，故答案为：C5H12；

(2) C5H12有3种结构，分别为：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4 ，CH3—CH2—CH2—CH2—CH3有3种一氯代物，(CH3)2CHCH2CH3有4种一氯代物，C(CH3)4有1种一氯代物，故答案为：(CH3)2CHCH2CH3；

(3)C原子数越多，烷烃的熔沸点越高，C原子数相同的烷烃，支链越多，熔沸点越低，所以，在相同条件下沸点最低的是C(CH3)4，名称为：新戊烷，故答案为：新戊烷。

12．（2020·辽宁省高一月考）丁香醛是常用的一种食用香精。存在下列转化关系：

(1)B的分子式为________，C中含氧官能团的名称为________。

(2)反应②的化学方程式为____________________________________。

(3)A发生加聚反应所得产物的结构简式为________________。

(4)与A含有相同官能团的芳香族化合物的同分异构体还有________种(不考虑顺反异构)，其中只有一个取代基且不含甲基的物质的结构简式为________________________。

【答案】(1)  羟基 

(2) 

(3) 

(4)5 

【解析】根据丁香醛的结构简式，可以知道醛基是醇羟基催化氧化的产物，所以得出C的结构简式为，该物质是B和氢氧化钠的水溶液发生取代反应得到的，B属于卤代烃，所以B的结构简式为：，卤代烃在强碱的醇溶液中加热，会发生消去反应生成烯烃，即A的结构简式为。

（1）根据B的结构简式，可以得出B的分子式为C9H11Cl，C的结构简式可以看出官能团的名称为羟基；（2）反应②是卤代烃的水解过程，其化学方程式为：；（3）A分子中含有碳碳双键，可以发生加聚反应，所得产物的结构简式为：；(4)A为，A中含碳碳双键，与其含相同官能团的芳香烃类同分异构体有：、、、、，共5种；其中只有一个取代基且不含甲基的物质的结构简式为：。

点睛：本题考查有机物的推断与合成，是高考的必考题型，涉及官能团的结构与性质、常见有机反应类型、有机物结构、同分异构体的书写，充分理解题目提供的信息内涵，挖掘隐含信息，寻求信息切入点，可利用类比迁移法或联想迁移法。

13．有新合成的一种烃，其碳骨架呈三棱柱体（如图所示，碳碳键的键长相等）。

（1）写出该烃的分子式：________________。

（2）该烃的一氯代物有________种。

（3）该烃的四氯代物有________种。

（4）该烃的同分异构体有多种，其中一种不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，这种同分异构体的结构简式为________________。请写出该同分异构体与氢气反应的化学方程式并注明反应类型：________________________________。

【答案】（1）    （2）1    （3）3    （4）      加成反应   

【解析】由结构可知，分子中含6个C原子、6个H原子；根据对称可知只有一种等效氢H原子；该烃的四氯代物与二氯代物相同，2个Cl在三角形面上相邻，在四边形面上相邻或相对；该烃的同分异构体中不能使酸性高锰酸钾溶液或溴水褪色，为苯，苯可与氢气发生加成反应，与液溴发生取代反应，据此分析。

 (1)根据有机物中每个碳原子都形成4个共价键及该有机物的结构简式，可知其分子式为C6H6；答案为：C6H6；

(2)该烃分子中6个氢原子是等效氢原子，所以它的一氯代物只有1种；答案为：1；

(3)该烃的四氯代物数目与该烃的二氯代物数目相同，有3种：固定一个氯原子在顶点碳原子上，如图中标1的位置：，另一个氯原子可以位于图中2、3、4三个位置；答案为：3；

(4)该烃的同分异构体有多种，其中一种不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，说明这种同分异构体是苯，苯的结构简式是；苯与氢气发生加成反应（或还原反应）生成环己烷，即；答案为：；，加成反应。

【点睛】

分子中共有6个氢原子，四氯代物的书写方法可以转换成找二氯代物的书写，即4个氯原子取代氢的位置可以看成2个氢原子取代C6Cl6中氯原子的位置，用“定一议二”的方法书写即可。