2022届高考化学二轮专题复习学案练习专题十 考点一　有机物的结构与同分异构现象

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考点一 有机物的结构与同分异构现象
近几年高考中频频涉及有机物分子的结构、碳原子的成键特征及同分异构体数目的判断，题目难度一般较小。复习时要注意以下几点：
1．识记教材中典型有机物的分子结构特征、球棍模型、比例模型，会“拆分”比对结构模板，“合成”确定共线、共面原子数目。
(1)明确三类结构模板
(2)对照模板定共线、共面原子数目
需要结合相关的几何知识进行分析：如不共线的任意三点可确定一个平面；若一条直线与某平面有两个交点时，则这条直线上的所有点都在该平面内；同时要注意问题中的限定性词语(如最多、至少)。
(3)“还原”氢原子，根据规律直接判断
如果题中给出有机物的结构是键线式结构，首先“还原”氢原子，避免忽略饱和碳原子，然后根据规律进行判断：
①结构中出现1个饱和碳原子，则分子中所有原子不可能共面；
②结构中出现1个碳碳双键，则分子中至少有6个原子共面；
③结构中出现1个碳碳三键，则分子中至少有4个原子共线；
④结构中出现1个苯环，则分子中至少有12个原子共面。
如：某有机物结构为
以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构
可以得出结论：
①最多有4个碳原子在同一条直线上；
②最多有13个碳原子在同一平面上；
③最多有21个原子在同一平面上。
2．学会用等效氢法判断一元取代物的种类
有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。
等效氢的判断方法：
(1)同一个碳原子上的氢原子是等效的。
如分子中—CH3上的3个氢原子是等效的。
(2)同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。
如分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故该分子有两类等效氢。
3．注意简单有机物的多元取代物
(1)CH3CH2CH3的二氯代物有
四种。
(2)的二氯代物有三种。
(3)的三氯代物有三种。
角度一 选项中同分异构体的判断
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)乙烷、丙烷和丁烷都没有同分异构体(×)(2017·海南，8B)
(2)淀粉和纤维素互为同分异构体(×)(2017·全国卷Ⅲ，8B)
(3)乙苯的同分异构体共有3种(×)(2016·海南，12B)
(4)C4H9Cl有3种同分异构体(×)(2016·全国卷Ⅰ，9C)
(5)乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体(√)(2016·全国卷Ⅲ，8D)
(6)丁烷有3种同分异构体(×)(2015·福建理综，7C)
角度二 常见物质同分异构体的判断
2．(2019·海南，4)下列各组化合物中不互为同分异构体的是( )
A.B.
C.D.
答案 B
3.(2019·全国卷Ⅱ，13)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种 C．12种 D．14种
答案 C
解析 C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为eq \(C,\s\up6(4))—eq \(C,\s\up6(3))—eq \(C,\s\up6(2))—eq \(C,\s\up6(1))，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结构为，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。
4．(2016·全国卷Ⅱ，10)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
答案 C
解析 分子式为C4H8Cl2的有机物可看成是丁烷C4H10中的两个H原子被两个Cl原子取代，C4H10有正丁烷CH3CH2CH2CH3和异丁烷两种，正丁烷中2个H原子被Cl原子取代，有6种结构，异丁烷中2个H原子被Cl原子取代，有3种结构，共有9种。
5．(2015·全国卷Ⅱ，11)分子式为C5H10O2，并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构)( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
答案 B
解析 由该有机物的分子式及其能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体这一性质可知，该有机物属于饱和一元羧酸，其分子组成可表示为C4H9—COOH，丁基(C4H9—)有4种结构，所以该有机物有4种同分异构体，B项正确。
6．(2014·新课标全国卷Ⅱ，8)四联苯的一氯代物有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
答案 C
解析 推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称轴，四联苯是具有两条对称轴的物质，即，在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子)，就有几种一氯代物，四联苯有5种不同的氢原子，故有5种一氯代物。
1.同分异构体的书写规律
具有官能团的有机物，一般书写顺序为官能团类别异构→碳链异构→官能团位置异构，一一考虑，避免重写和漏写。
2．注意相同通式不同类别的同分异构体
题组一 选主体、细审题、突破有机物结构的判断
1．结构简式为的有机物分子中，处于同一平面的碳原子最多有( )
A．10个 B．9个 C．8个 D．6个
答案 A
解析 解本题时若缺乏空间想象能力，不会灵活转动C—C键，则易判断错误。该有机物分子中苯环、碳碳双键分别能确定一个平面，即，转动①处的碳碳单键，使苯环所在的平面与碳碳双键所在的平面重合时，该有机物分子中处于同一平面的碳原子最多有10个，故A项正确。
2．下列说法正确的是( )
A．CH3CH==CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上
B.(a)和CHO(c)分子中所有碳原子均处于同一平面上
C．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面
D.分子中所有原子一定在同一平面上
答案 C
解析 A项，根据乙烯的空间构型可知，CH3CH==CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面上，但不在同一直线上，错误；B项，用键线式表示有机物结构时，考生容易忽略饱和碳原子的共面规律，饱和碳原子只能与另外两个与之相连的原子共平面，故a与c分子中所有碳原子不可能共平面，错误；C项，苯分子中所有原子共平面，但d和p中含有饱和碳原子，所有原子不可能共平面，正确；D项，羟基上的氧原子一定在苯环所确定的平面上，但羟基上的H原子可能不在苯环所确定的平面上，错误。
题组二 共线、共面、同分异构体的判断
3．苯环上的一氯代物只有一种的的同分异构体(不考虑立体异构)有( )
A．6种 B．5种 C．4种 D．3种
答案 C
解析 苯环上的一氯代物只有一种就意味着苯环上只有一种类型的H原子。则整个结构需要高度对称，符合条件的同分异构体有，C项正确。
4．分子式为C5H10O3的有机物与NaHCO3溶液反应时，生成C5H9O3Na；而与金属钠反应时生成C5H8O3Na2。则该有机物的同分异构体(不考虑立体异构)有( )
A．10种 B．11种 C．12种 D．13种
答案 C
解析 有机物与碳酸氢钠反应后增加一个Na原子，则说明有机物中含有一个羧基，与金属钠反应后增加两个Na原子，则说明有机物中还含有一个羟基。除去官能团羧基中的碳原子还余下四个碳原子。余下的碳原子可构成两种碳链，然后按“定一移一”来判断：用1、2表示一种官能团，用①、②……表示另一种官能团，eq \(C,\s\up6(1,\s\d4(①)))—eq \(C,\s\up6(2,\s\d4(②)))—eq \(C,\s\d5(③))—eq \(C,\s\d5(④))有2×4＝8种；、有3＋1＝4种，综上所述共有12种。
5．有机物C4H9ClO的同分异构体中(不考虑羟基与氯原子在同一个碳原子上)，能与Na反应放出氢气的共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．9种 C．10种 D．12种
答案 B
解析 有机物C4H9ClO的同分异构体中能与Na反应放出氢气，说明其分子中含有羟基，该有机物可以看作Cl取代丁醇中氢原子形成的。丁醇的同分异构体有：CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(CH3)OH、(CH3)3COH、CH3CH(CH3)CH2OH，共4种。其中CH3CH2CH2CH2OH分子的烃基中含有4种等效H，不考虑羟基与氯原子在同一个碳原子上时，其一氯代物有3种；CH3CH2CH(CH3)OH分子的烃基中含有4种H原子，不考虑羟基与氯原子在同一个碳原子上时，其一氯代物有3种；(CH3)3COH分子中的烃基中含有1种H，其一氯代物有1种；CH3CH(CH3)CH2OH分子的烃基上含有3种等效H，不考虑羟基与氯原子在同一个碳原子上时，其一氯代物有2种，根据分析可知，有机物C4H9ClO的同分异构体中能与Na反应放出氢气的共有3＋3＋1＋2＝9种，故选B。
6．分子式为C5H10O3且符合条件：①能使新制Cu(OH)2悬浊液溶解；②标准状况下，1 ml该有机物与金属钠反应能生成22.4 L气体。则该有机物的同分异构体有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种 C．12种 D．14种
答案 C
解析 由题意可知能使新制Cu(OH)2悬浊液溶解，标准状况下，1 ml该有机物与金属钠反应能生成22.4 L气体，说明该有机物分子中含有一个羧基和一个羟基。先分析碳骨架异构，有C—C—C—C与2种情况，然后分别对2种碳骨架采取“定一移一”的方法分析，其中碳骨架为C—C—C—C时共8种结构，碳骨架为时共4种结构，总共12种同分异构体。
7．(2020·河北省枣强中学月考)下列关于有机化合物的说法中，正确的是( )
A．化合物2-苯基丙烯()，不能使稀酸性高锰酸钾溶液褪色
B．1,2-二氯苯的结构式有两种，分别是和
C.二氯代物只有6种
D．已知C—C可以绕键轴自由旋转，结构简式为的分子中至少有11个碳原子处于同一平面上
答案 D
解析 化合物，含有碳碳双键，能使稀酸性高锰酸钾溶液褪色，A不正确；因为苯分子不是单双键交替，所以1,2-二氯苯的结构式只有1种，B不正确；按“定一移一”法，的二氯代物有10种，C不正确；苯环上12个原子共平面，位于对角线上的原子在同一直线上，所以的分子中至少有11个碳原子共平面(如图)，D正确。
同分异构体书写的思维模型
(1)思维要有序，避免重复或漏写：首先确定同分异构体的官能团种类，然后判断碳链(要注意除去官能团中含有的碳原子)的结构，最后确定官能团的位置。确定官能团位置时，要注意结构的对称性，尤其是中心对称的情况，避免重复。
(2)掌握“定一移一”方法，避免重复。若有两个官能团，先根据对称性确定一个官能团的位置，然后确定另一个官能团的位置。如(2018·全国卷Ⅰ，11B改编)螺[2.2]戊烷()的二氯代物超过两种是正确的。
(3)在判断芳香烃的一氯代物时，要注意限制条件，是苯环上的一氯代物，还是支链上的一氯代物。结构
正四面体形
平面形
直线形
模板
甲烷分子为正四面体结构，最多有3个原子共平面，键角为109°28′
乙烯分子中所有原子(6个)共平面，键角为120°；苯分子中所有原子(12个)共平面，键角为120°；甲醛分子是三角形结构，4个原子共平面，键角约为120°
乙炔分子中所有原子(4个)共直线，键角为180°
组成通式
可能的类别
典型实例
CnH2n
烯烃、环烷烃
CH2==CHCH3、
CnH2n－2
炔烃、二烯烃、环烯烃
CH≡C—CH2CH3、CH2==CHCH==CH2、
CnH2n＋2O
饱和一元醇、醚
C2H5OH、CH3OCH3
CnH2nO
醛、酮、烯醇、环醚、环醇
CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2==CHCH2OH、
CnH2nO2
羧酸、酯、羟基醛、羟基酮
CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3、HO—CH2CH2—CHO、
CnH2n－6O
酚、芳香醇、芳香醚