2025届化学高考一轮复习 第43讲 有机化合物的结构特点与研究方法 学案

这是一份2025届化学高考一轮复习 第43讲 有机化合物的结构特点与研究方法 学案，共32页。学案主要包含了备考目标，基点判断，方法指导等内容，欢迎下载使用。
考点1 有机化合物的分类
1．按碳骨架分类
2．按官能团分类
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)所有的有机物都含有官能团，芳香烃的官能团是苯环 (× )
(2)含有羟基的化合物一定属于醇类 (× )
(3)具有和的双重性质 (× )
(4)有机物CHOOH、CHOOCH3、COOH中含有的官能团相同 (× )
题组练习
一、有机化合物类别的判断
1．根据有机化合物的分类，下列有机物的分类正确的是( )
A．是脂环化合物 B．是芳香族化合物
C．是链状化合物 D．分子式为C2H6O的物质一定是乙醇
解析：选C。含有苯环，不是脂环化合物，是芳香族化合物，A错误； 不含有苯环，不是芳香族化合物，是脂环化合物，B错误；是链状化合物，C正确；分子式为C2H6O的物质可以是乙醇，也可以是甲醚CH3OCH3，D错误。
2．下列物质的所属类别与所含官能团都正确的是( )
解析：选D。A项，选项中有机物中含有氧原子，不属于烃，错误；B项，醛类的官能团为COH，该物质属于酮类，错误；C项，选项中有机物的官能团为酯基，错误；D项，选项中有机物的官能团为羟基，属于醇类，正确。
二、陌生有机化合物中官能团的识别
3．对下列物质的类别与所含官能团的判断中，不正确的是( )
A． 醇类 —OH B．CH3CH2COOH 羧酸类 —COOH
C． 酮类 —CHO D．CH3CH2Br 卤代烃类 —Br
解析：选C。A项，含有—OH，且—OH不与苯环直接相连，属于醇，正确；B项，含羧基，属于羧酸类，正确；C项，含有醛基，属于醛类，错误；D项，含有溴原子，属于卤代烃类，正确。
4．按要求解答下列各题：
(1)(2023·全国卷甲)F()中含氧官能团的名称是________。
(2)(2023·全国卷乙)A()中含氧官能团的名称是____________。
(3)(2023·新课标卷)D()中官能团的名称为________、________。
(4)(2023·浙江1月选考)化合物A()的官能团名称是________________。
(5)(2023·浙江6月选考)化合物B()的含氧官能团名称是________________。
(6)(2023·湖南高考)物质G()所含官能团的名称为________、________。
(7)(2022·重庆高考)基础树脂Ⅰ()中官能团的名称为__________________。
(8)(2022·全国卷甲)H()中含氧官能团的名称是________________________________________________________________________。
答案：(1)羧基 (2)醚键和羟基 (3)氨基 羟基 (4)硝基、氯原子 (5)羟基、醛基 (6)碳碳双键 醚键 (7)酯基 (8)硝基、酯基、酮羰基
考点2 有机化合物的命名
1.烷烃的命名
(1)习惯命名法
(2)系统命名法
①命名步骤
eq \x(\a\al(选主链,称某烷)) ⇨ eq \x(\a\al(编号位,定支链)) ⇨ eq \x(\a\al(取代基,写在前)) ⇨ eq \x(\a\al(标位置,短线连)) ⇨ eq \x(\a\al(不同基,简到繁)) ⇨ eq \x(\a\al(相同基,合并算))
②编号三原则
③实例
[注意] 卤代烃命名时以烃基为母体，卤素原子为取代基。
2．含官能团的有机物的命名(与烷烃命名类似)
3.苯的同系物的命名
(1)习惯命名法
如称为甲苯，称为乙苯，二甲苯有三种，分别为邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。
(2)系统命名法
①以苯环作为母体，其他基团作为取代基。
②将某个最简侧链所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给其他基团编号即侧链编号之和最小原则。
4．多官能团物质的命名
命名含有多个不同官能团的化合物的关键在于要选择优先的官能团作为母体。官能团作为母体的优选顺序为(以“>”符号表示优先)：羧酸>酯>醛>酮>醇>胺，如：的名称为聚甲基丙烯酸甲酯。
题组练习
1．下列有机物的系统命名正确的是( )
A． 2­乙基丁烷 B． 2­甲基­3­丁烯
C． 2­甲基­1­丙醇 D． 2，4，6­三溴苯酚
解析：选D。：从右边开始编号，得到3­甲基戊烷，A错误；：从右边开始编号，得到3­甲基­1­丁烯，B错误；：羟基在2号位，因此为2­丁醇，C错误；：酚羟基所在的碳原子为1号位，因此为2，4，6­三溴苯酚，D正确。
2．写出下列有机化合物的名称。
(1)(2023·全国卷甲)A()的化学名称是_________________________________________。
(2)(2023·全国卷乙)D()的化学名称为____________________________________________。
(3)(2023·新课标卷)A()的化学名称是_____________________________________________。
(4)(2022·全国卷甲)A()的化学名称为_____________________________________________。
(5)(2022·全国卷乙)A(CH2===CHCH2Cl)的化学名称是______________________________________________。
(6)(2022·河北高考)B()的化学名称为________________________________________。
(7)(2021·全国卷甲)A()的化学名称为_______________________________。
(8)(2021·全国卷乙)A()的化学名称是____________________________________________。
答案：(1)邻硝基甲苯(或2­硝基甲苯) (2)苯乙酸 (3)3­甲基苯酚(或间甲基苯酚) (4)苯甲醇 (5)3­氯­1­丙烯 (6)3，4­二氯苯甲酸 (7)间苯二酚(或1，3­苯二酚) (8)2­氟甲苯(或邻氟甲苯)
考点3 同系物 同分异构体
一、同系物
二、同分异构体
1．概念
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．类型
【提醒】 并不是所有烯烃均存在顺反异构，任一双键碳原子上连有的原子或原子团都不相同时，才有顺反异构。
三、简单有机物同分异构体的书写
1．烷烃同分异构体的书写
【示例】 C6H14的同分异构体的书写
第①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②步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心及对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有：、。
第③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同、相邻，此时碳骨架结构有：
、。
所以C6H14共有5种同分异构体。
2．含官能团有机物的同分异构体书写
(1)书写顺序
碳架异构⇒位置异构⇒官能团异构
实例：(以C4H10O为例且只写出骨架与官能团)
①碳架异构⇒C—C—C—C、；
②位置异构⇒、、、；
③官能团异构⇒C—O—C—C—C、
C—C—O—C—C、。
(2)含官能团有机物的类别总结
(3)利用不饱和度寻找烃及其含氧衍生物的同分异构体
①不饱和度(Ω)与有机物结构的关系
②不饱和度的计算方法
分子式为CnHm的烃及分子式为CnHmOx的烃的含氧衍生物的不饱和度计算公式为： eq \f(2n＋2－m,2) 。
[深化理解]
同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。
③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子的链状烷烃有5种。
(2)基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。
如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。
(3)等效氢法
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置的碳原子上的氢原子等效。
(4)二元取代物数目的判断
①定一移一法。可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定二元取代物的数目。
②替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将H替代为Cl)。
3．苯的同系物的同分异构体书写
支链由整到散，苯环上的排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
【示例】 写出C9H12的含有苯环的同分异构体。
题组练习
一、同分异构体数目的判断
1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是( )
A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种
B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种
D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物
解析：选B。含3个碳原子的烷基有正丙基和异丙基两种结构，甲基与该烷基在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故产物的结构共有2×3＝6种，A项正确；的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种：、、、、，B项错误；正戊烷的一氯代物有3种，C项正确；菲的结构具有对称性，含有5种不同化学环境的氢原子，D项正确。
2．下列说法不正确的是( )
A．分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有5种
B．四联苯()的一氯代物有5种
C．与具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH
D．兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体
解析：选A。分子式为C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分别是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH与HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4种，A项错误；四联苯是具有两条对称轴的物质，即，有5种不同化学环境的氢原子，故有5种一氯代物，B项正确；将官能团的位置移动即可得其同分异构体：CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH，C项正确；该有机物含有4个环和1个碳碳双键，不饱和度为5，苯环的不饱和度为4，所以可能有属于芳香族的同分异构体，D项正确。
二、限定条件下同分异构体的书写
3．(2022·全国卷乙节选)在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为________种。
a)含有一个苯环和三个甲基；
b)与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；
c)能发生银镜反应，不能发生水解反应。
上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢(氢原子数量比为6∶3∶2∶1)的结构简式为________________________________________。
解析：E的结构简式为，E的分子式为C11H12O3，不饱和度为6；E的同分异构体与饱和NaHCO3溶液反应产生CO2，结合分子式中O原子的个数，说明含1个羧基，能发生银镜反应、不能发生水解反应说明还含1个醛基；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有3种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有6种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有1种位置；故符合题意的同分异构体共有3＋6＋1＝10种；上述同分异构体经银镜反应后酸化，醛基转化为羧基，所得产物中核磁共振氢谱显示有4组氢且氢原子数量比为6∶3∶2∶1的结构简式为、。
答案：10
或
4．(2023·全国卷乙节选)在D()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种；
①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为五组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为________________________________________________________________________。
解析：遇FeCl3溶液显紫色，则苯环上连有—OH，能发生银镜反应，说明分子中含有—CHO。当苯环上连有—OH、—CH2CHO时，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系；当苯环上连有—OH、—CHO、—CH3时，三者在苯环上有10种位置关系。故符合条件的D的同分异构体一共有13种。其中核磁共振氢谱有五组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为。
答案：13
5．(2023·新课标卷节选)在B()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种(不考虑立体异构)。
①含有手性碳；②含有三个甲基；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为________________。
解析：根据题中限定条件可知，若苯环上含三个取代基：2个—CH3和1个—CH(CH3)OH时，三者在苯环上有6种位置关系；若苯环上含两个取代基：—CH3和—CH(CH3)OCH3，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故符合条件的B的同分异构体有9种。其中核磁共振氢谱有6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为。
答案：9
【方法指导】 限定条件下同分异构体的书写步骤
第一步：推测“碎片”，审限定条件。
解读限定条件，从性质联想结构，根据题给有机物分子式、结构、性质、定量反应关系、谱图等判断其含有的官能团种类及数量。将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基，尤其是官能团之外的饱和碳原子。
第二步：摘除“碎片”，构建碳骨架。
计算所求物质的不饱和度，进一步确定其他基团，确定碳架结构。
第三步：组装“碎片”，写结构简式。
利用“取代法”、“插入法”或“定一移一法”，确定官能团或相关基团的位置，结合“碳四键”原理写出所求所物质的结构简式。
考点4 研究有机化合物的一般方法
1．研究有机化合物的基本步骤
2．分离提纯有机物常用的方法
(1)蒸馏和重结晶
(2)萃取和分液
①萃取
利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。加入的溶剂称为萃取剂。
②分液
利用分液漏斗把互不相溶的两种液体分开的操作。分液操作一般与萃取结合使用。
(3)色谱法
色谱法通常利用吸附剂和溶剂对不同化合物吸附、分配等作用的差别来分离、提纯化合物。常见吸附剂有硅胶、氧化铝、碳酸钙等。
3．有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
4．分子结构的确定
(1)化学方法
利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物以进一步确认其结构。常见官能团特征反应如下：
(2)物理方法
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
【提醒】 红外光谱几乎可以测量出所有化学键的种类，但不能测出化学键的个数。
②核磁共振氢谱
③X射线衍射
X射线是一种波长约为10－10m的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。
题组练习
一、有机化合物分离提纯方法的选择
1．为提纯下列物质(括号内的为杂质)，所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
解析：选A。生石灰与水反应，消耗了乙醇中混有的水，蒸馏可得到乙醇；A项正确；乙醇易溶于水，利用分液的方法不能将乙醇与盐溶液分离开；B项错误；酸性高锰酸钾溶液可将乙烯氧化为二氧化碳，引入了新的杂质；C项错误；溴可将KI氧化为碘单质，而碘易溶于溴苯，引入了新的杂质，D项错误。
2．实验室可利用呋喃甲醛()在碱性环境下发生交叉的Cannizzar反应，生成呋喃甲酸()和呋喃甲醇()，反应过程如下：
，
操作流程如下：
已知：
①呋喃甲酸在水中的溶解度如下表：
②呋喃甲醇与乙醚混溶；乙醚沸点为34.6 ℃，呋喃甲醇沸点为171.0 ℃。
下列说法错误的是( )
A．呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应较为剧烈
B．向乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇
C．在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸后，得到粗呋喃甲酸晶体的方法是萃取
D．粗呋喃甲酸晶体的提纯可采用重结晶的方法
解析：选C。呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应在冰水浴中进行，是为了降低反应速率，可推知A正确；乙醚提取的是混合溶液中的呋喃甲醇，呋喃甲酸盐留在水溶液中，乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，得到呋喃甲醇和乙醚的混合液，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇，B正确；在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸会生成呋喃甲酸，温度较低时呋喃甲酸在水中溶解度较小，为得到粗呋喃甲酸晶体，采用的方法应是冷却、过滤，C错误；根据呋喃甲酸在水中的溶解度随温度的变化情况，可知提纯粗呋喃甲酸晶体可采用重结晶的方法，D正确。
二、有机化合物结构测定的波谱分析方法
3．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是( )
A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
B．质谱分析：利用质荷比来测定分子立体结构
C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体类型
D．X衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定有机化合物中氢原子的种类和数目
解析：选A。光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，A项正确；质谱分析：利用质荷比来测定有机物相对分子质量，B项错误；红外光谱分析：利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中有哪些基团，C项错误； X衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体类型和结构，D项错误。
4．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是( )
A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3
解析：选D。红外光谱图中给出的化学键有C—H键、O—H键和C—O键三种，A正确；核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C正确；若A为CH3—O—CH3，则无O—H键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，D错误。
三、利用李比希法分析有机化合物的组成
5．为验证某有机物(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)属于烃的含氧衍生物，下列方法正确的是( )
A．验证其完全燃烧后的产物只有H2O和CO2
B．测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比
C．测定其完全燃烧时消耗有机物的物质的量与生成的H2O和CO2的物质的量之比
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量
解析：选D。A项，烃的含氧衍生物或烃燃烧都生成H2O和CO2，不能确定是否含有氧元素，错误；B项，测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比只能确定该有机物分子中碳原子、氢原子的个数比，不能确定是否含有氧元素，错误；C项，测定其完全燃烧时消耗有机物的物质的量与生成的H2O和CO2的物质的量之比，只能确定该有机物分子中碳原子和氢原子的个数，不能确定是否含有氧元素，错误；D项，测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量，可以确定一定质量的有机物中含有碳、氢元素的质量，根据质量守恒可确定是否含有氧元素，正确。
6．将某有机物(只可能含C、H、O元素中的两种或三种)样品研碎后称取0.352 g，置于电炉中，不断通入氧气流并给样品持续加热，将生成物先后通过无水CaCl2和碱石灰(B装置后的装置未画出)，两者分别增重0.144 g 和0.528 g，生成物完全被吸收。
(1)浓硫酸、无水CaCl2、碱石灰的作用分别是什么？________________________________。
(2)通过计算确定该有机物的最简式。_____________________________________________。
(3)若要知道该有机物的分子式，还缺少的物理量是___________________________________。
答案：(1)浓硫酸干燥O2；无水CaCl2吸收反应生成的水；碱石灰吸收反应生成的CO2
(2)n(H)＝ eq \f(0.144 g,18 g·ml－1) ×2＝0.016 ml，n(C)＝ eq \f(0.528 g,44 g·ml－1) ＝0.012 ml，因为m(H)＋m(C)＝0.16 g