高中化学人教版 (2019)选择性必修3第一节 有机化合物的结构特点学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修3第一节 有机化合物的结构特点学案，共12页。学案主要包含了有机化合物中的共价键，有机化合物的同分异构现象等内容，欢迎下载使用。


一、有机化合物中的共价键
1．共价键的类型
(1)σ键(以甲烷分子中C—H为例)
①形成：氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠。
②特点：通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。
(2)π键(以乙烯分子中为例)
①形成：在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—H σ键与一个C—C σ键；两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键。
②特点：π键的轨道重叠程度比σ键的小，所以不如σ键牢固，比较容易断裂而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。
(3)σ、π键个数的计算
一般情况下，有机化合物中的单键是σ键，双键中含有一个σ键和一个π键，三键中含有一个σ键和两个π键。
(4)共价键的类型与有机反应类型的关系
①含有C—H σ键，能发生取代反应；
②含有π键，能发生加成反应。
HC≡CH分子中有什么共价键？可以使溴水褪色吗？
[提示] σ键和π键。可以。
2．共价键的极性与有机反应
共价键极性越强，有机反应越容易发生。
(1)乙醇、H2O与Na反应
在反应时，乙醇分子和水分子中的O—H键断裂。同样条件，水与钠反应较剧烈，其原因是乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱。
(2)乙醇与HBr反应
反应原理为CH3—CH2—OH＋H—Breq \(――→,\s\up8(△))CH3CH2—Br＋H2O，反应中乙醇分子中断裂的键是C—O，原因是C—O键极性较强。
(3)有机反应相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。
二、有机化合物的同分异构现象
1．概念：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．分类
同分异构现象eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(构造异构\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(官能团异构,碳架异构,位置异构)),立体异构\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(顺反异构,对映异构))))
(1)写出C5H12的三种碳架异构体的结构简式：
。
(2)写出C4H8属于烯烃的构造异构体的结构简式：
。
(3)写出C2H6O的两种官能团异构体的结构简式：
CH3CH2OH、CH3OCH3。
3．键线式：将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和官能团，每个拐点或终点均表示有一个碳原子。如丙烯可表示为，可表示为。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)CH4与CH3Cl均为正四面体结构分子。 ( )
(2)有机物分子中均有σ键和π键。 ( )
(3)含有π键的有机物一般容易发生加成反应。 ( )
(4)相对分子质量相同而结构不同的化合物互称同分异构体。 ( )
(5)符合分子式为C4H8的有机物一共有3种。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2．下列说法正确的是( )
A．碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2C===CH2
B．有机物分子里一定既有非极性键也有极性键
C．乙烯分子中有4个σ键1个π键
D．乙醇的键线式为
[答案] A
3．下列各组物质中互为同分异构体的有________(填字母)。
A．NH4OCN和CO(NH2)2
B．CH3CH2OH和CH3OCH3
C．CH3CH2COOH和CH2===CHCOOH
D．
E．石墨与金刚石
F．16O与18O
[答案] A、B、D
有下列物质：①CH3CH3 ②CH3—CH===CH—CH3
③CH3—C≡CH ④CH3CH2OH
请思考回答：
(1)上述4种有机物分子中只含有σ键的有________(填序号)。
(2)②分子中σ键与π键的个数比为________。
(3)②③分子中碳原子的杂化类型有______________。
(4)④发生酯化反应时，一般断裂的共价键为________键。
(5)④与HBr反应时④中断裂的共价键为________键。
[提示](1)①④ (2)11∶1 (3)sp3、sp2、sp
(4)O—H (5)C—O
1．共价键的分类
(1)从原子轨道重叠方式分为σ键和π键。
(2)从共价键的极性分为极性键和非极性键。
(3)从共价键的个数分为单键、双键和三键。
2．有机物分子中σ键与π键的判断
(1)σ、π键的计算：单键为σ键；双键是1个σ键1个π键；三键是1个σ键2个π键。
(2)σ、π键的稳定性：一般σ键比π键稳定，含π键的有机物易发生加成反应。
1．下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是( )
A．CH3CH3 B．CH2===CH2
C．CH≡CH D．CH4
[答案] C
2．计算1 ml下列有机物中σ键和π键的数目(用NA表示，NA为阿伏加德罗常数的值)。
[答案] (1)13NA 1NA (2)14NA 3NA
3．乙酸分别与Na、乙醇发生反应时，乙酸分子中断裂的共价键分别是O—H键、C—O键。
1．用键线式表示分子式为C6H14的所有有机化合物。
[提示] 、
2．用键线式表示分子式为C4H10O的醇的有机化合物。
[提示]
3．用键线式表示分子式为C3H8O的所有有机化合物。
[提示]
1．同分异构体的书写方法
(1)减碳法(碳链异构)
可总结为四句话：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布对邻间。
下面以C7H16为例，写出它的同分异构体：
①将分子写成直链形式：
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。
②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在2,3号碳原子上：，根据碳链中心对称，将—CH3连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。
③再从主链上去掉一个碳原子，可形成一个—CH2CH3或两个—CH3，即主链变为。当取代基为—CH2CH3时，由对称关系只能接在3号碳原子上。当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个甲基，注意不要重复。即两个甲基可分别连接的碳原子号码是：2和2、2和3、2和4、3和3。
(2)取代法(适用于醇、卤代烃异构)
先碳链异构，后位置异构。如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体。如下(数字即为—OH接入后的位置，即这样的醇合计为8种)：
(3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等)
先根据给定的碳原子数写出烷烃的同分异构体的碳链骨架，再将官能团插入碳链中。
如书写分子式为C4H8的烯烃的同分异构体(插入双键)，双键可分别在①、②、③号位置：
2．同分异构体数目的确定
(1)烃基数确定一取代产物数目
—CH3、—C2H5各1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。
(2)替代法
如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H替代Cl)。
(3)等效氢法
①同一甲基上的氢原子是等效的。
②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。如新戊烷()的四个甲基是等效的，所有的氢原子都是等效的，故新戊烷的一氯代物只有一种。
③处于对称位置上的氢原子是等效的。如的六个甲基是等效的，18个氢原子都是等效的，因此该物质的一氯代物也只有一种。
(4)组合法：的苯环的一氯代物有3×4＝12种。
1．下列物质的一氯代物的同分异构体数目相同的是( )
A．①② B．③④
C．②③ D．②④
C [根据等效氢法可知，①②③④四种物质的等效氢如下图所示：
物质②③一氯代物均为4种，物质①④一氯代物均为7种。]
2．C5H10O的醛有________种，写出其键线式__________
_____________________________________________________。
3．C4H8O2的酸有________种，酯有________种，写出酯的所有键线式
____________________________________________________________。
4．四联苯的一氯代物有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
C [可以在中间画两条对称轴，如图，则其一氯代物有5种。]
5．从煤焦油中分离出的芳香烃——萘()是一种重要的化工原料，萘环上一个氢原子被丁基(—C4H9)所取代的同分异构体(不考虑立体异构)有( )
A．2种 B．4种 C．8种 D．16种
C [丁基有四种：—CH2CH2CH2CH3、—CH(CH3)CH2CH3、—CH2CH(CH3)CH3、—C(CH3)3，萘环上的位置有2种：，故萘环上一个氢原子被丁基(—C4H9)所取代的同分异构体(不考虑立体异构)有2×4＝8种，故选C。]
1．由1个氧原子、1个氮原子、7个氢原子和若干个碳原子组成的有机物，其碳原子的个数至少为( )
A．1 B．2 C．3 D．4
B [该有机物分子是由题给4种原子构成的，为了保证每个原子达到稳定结构，氧原子不能同时与2个氢原子结合，氮原子不能同时与3个氢原子结合，否则就变成了水分子和氨分子，故1个氧原子最多结合1个氢原子，1个氮原子最多结合2个氢原子，共结合3个氢原子，剩余4个氢原子，这4个氢原子也不可能只与1个碳原子结合，否则就成了甲烷分子，因此至少应与2个碳原子结合。 ]
2．如图是立方烷的键线式结构，下列有关说法不正确的是( )
A．它和苯的最简式相同
B．它的二氯代物有2种(不考虑立体异构)
C．它的一个分子中只有20个σ键
D．它与苯乙烯()具有相同的分子式
B [它的二氯代物有3种：，B项错误。]
3．某烯烃与氢气发生加成反应后得到的饱和烃的结构简式是，该烯烃可能的结构有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
B [采用逆推法，以该饱和烃的碳链为基础，在不同的相邻碳原子之间去掉2个氢原子得烯烃，只能得到两种：
4．下列选项中的物质属于官能团异构的是( )
A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2
B．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3
C．CH3CH2OH和CH3OCH3
D．CH3CH2CH2COOH和(CH3)2CHCOOH
C [有机化合物分子式相同，但具有不同官能团的同分异构体属于官能团异构。A项中的两种物质属于碳链异构；B项中两种物质的官能团均为；D项中两种物质的官能团均为—COOH，均属于位置异构；C项中两种物质的官能团分别是—OH(羟基)和 (醚键)，官能团不同，属于官能团异构。]
5．(素养题)已知E的结构简式为，芳香族化合物G是E的同分异构体，G分子中含有醛基、酯基和醚键三种含氧官能团，写出G所有可能的结构简式_________________________。
[解析] 结合给出的三种官能团(醚键、酯基和醛基)及E分子中含有3个氧原子可知，若苯环上只有一个支链，则G为，若苯环上有两个支链(这两个支链分别含有醚键和酯基，其中包括醛基)，两个支链可分别在苯环的邻、间、对位上，G可能是
发 展 目 标
体 系 构 建
1.从原子轨道重叠的角度认识共价键的类型，从电负性差异认识共价键极性与有机反应的难易关系，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
2．认识有机物的分子结构决定于原子间的连接顺序，成键方式和空间排布，认识有机物存在构造异构和立体异构等同分异构现象，培养“微观探析与模型认知”的核心素养。
3．知道有机物分子中基团之间相互影响导致键的极性发生改变，从化学键的角度认识官能团与有机物之间如何相互转化，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
有机化合物中共价键类型的判断
有机物同分异构体的书写