資源簡介 第50講 有機物的結構特點[課程標準] 1.掌握碳原子的成鍵特點,會判斷常見有機分子中原子的空間位置。2.掌握簡單有機物同分異構體的書寫及判斷方法。3.掌握常見官能團的結構和典型性質,并能根據官能團預測新物質的性質。考點一 簡單有機物的空間結構1.有機物中碳原子的成鍵特點2.熟記四種簡單有機物的空間結構(1)CH4為正四面體結構,三個碳以上的烷烴的碳鏈呈鋸齒狀。(2)CH2===CH2為平面形(即6個原子共面)。(3)CH≡CH為直線形(即4個原子共線)。(4)苯分子為平面正六邊形結構(即12個原子共平面)。3.分子中原子能否共平面的判斷方法(1)展開空間構型法其他有機物可看作由甲烷、乙烯、苯三種典型分子中的氫原子被其他原子或原子團取代后的產物,但這三種分子的空間結構基本不變。如CH2===CHCl,可看作Cl原子取代乙烯分子中H原子的位置,故六個原子都在同一平面上。(2)單鍵旋轉法碳碳單鍵兩端碳原子所連原子或原子團可以以“C—C”為軸旋轉。例如,因①鍵可以旋轉,故的平面和確定的平面可能重合,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)審準要求看準關鍵詞:“可能”“一定”“最多”“最少”“共面”“共線”等,以免出錯。下列化合物分子中的所有原子都處于同一平面的是( )A.甲苯()B.對二甲苯()C.氯乙烯D.丙烯(CH3—CH=CH2)C [甲苯可以看作甲基(—CH3)取代了苯環上一個H,故甲苯中所有原子不能處于同一平面,A項錯誤;對二甲苯()可以看作2個甲基取代了苯環上對位碳原子上的2個H,所有原子不可能在同一平面,B項錯誤;乙烯中6個原子處于同一平面,氯乙烯可以看作氯原子取代了乙烯中一個H,故氯乙烯中所有原子處于同一平面,C項正確;丙烯可以看作甲基取代了乙烯中一個H,所有原子不可能處于同一平面,D項錯誤。]考點二 同系物 同分異構體1.同系物(1)定義:結構相似,在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的化合物互稱為同系物。(2)同系物的化學性質相似,物理性質呈現一定的遞變規律。(3)烷烴同系物:分子式都符合CnH2n+2(n≥1),如CH4、CH3CH3、CH3CH(CH3)2互為同系物。2.同分異構體(1)具有相同的分子式,但具有不同結構的化合物互稱為同分異構體。(2)常見烷烴的同分異構體甲烷、乙烷、丙烷無同分異構現象;丁烷的同分異構體有2種;戊烷的同分異構體有3種。(3)書寫烷烴同分異構體的思維建模(以C6H14為例)學生用書?第237頁第一步:將分子中全部碳原子連成直鏈作為母鏈C—C—C—C—C—C第二步:從母鏈一端取下一個碳原子作為支鏈(即甲基),依次連在主鏈中心對稱線一側的各個碳原子上,此時碳骨架結構有兩種:不能連在①位和⑤位上,否則會使碳鏈變長,②位和④位等效,只能用一個,否則重復。第三步:從母鏈上取下兩個碳原子作為一個支鏈(即乙基)或兩個支鏈(即2個甲基)依次連在主鏈中心對稱線一側的各個碳原子上,兩甲基的位置依次相鄰、相同,此時碳骨架結構有兩種:②位或③位上不能連乙基,否則會使主鏈上有5個碳原子,使主鏈變長。所以C6H14共有5種同分異構體。[正誤辨析](1) 分子式相同,結構不相同,二者互為同分異構體( )(2)分子式為C3H6和C4H8的兩種有機物一定互為同系物( )(3)丙烷的沸點高于乙烷的沸點( )(4)同分異構體可以是同一類物質,也可以是不同類物質( )(5)戊烷有兩種同分異構體( )答案: (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×一、一元取代物種數的判斷1.判斷下列有機物同分異構體的數目。(1)—C3H7有 種;C3H7Cl的同分異構體有 種;C3H8O屬于醇的同分異構體有 種。(2)—C4H9有 種;C4H8O屬于醛的同分異構體有 種;C4H8O2屬于酸的同分異構體有 種。(3)—C5H11有 種;C5H12O屬于醇的同分異構體有 種;C5H10O屬于醛的同分異構體有 種。(4)分子式為C7H8分子中含有苯環的烴的一氯代物有 種。答案: (1)2 2 2 (2)4 2 2 (3)8 8 4 (4) 4 判斷同分異構體種數的常用方法和思路1.熟記常考烴基的種類數目甲基、乙基只有1種,丙基有2種,丁基有4種。2.判斷同分異構體種數的常用方法和思路烴基法 將有機物看作由基團連接而成,由基團的異構體數目可推斷有機物的異構體數目。如:丁基有四種,丁醇(C4H9—OH)、C4H9—Cl分別有四種代換法 將有機物分子中的不同原子或基團換位進行思考。如乙烷分子中共有6個H原子,若有一個氫原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一種結構,那么五氯乙烷也只有一種結構等效氫法 ①分子中同一個碳上的氫原子等效;②同一個碳的甲基氫原子等效;③分子中處于鏡面對稱位置(相當于平面鏡成像時)上的氫原子等效二、二元取代物的同分異構體書寫——“定一移一”法2.丙烷的二氯取代物有幾種?寫出推理過程。解析: 第1步,固定1個Cl原子,有2種:;第2步,移動第2個氯原子:①有3種,②有2種,其中①b和②d重復,故共4種。答案: 4種(推理過程見解析)3.分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構)( )A.7種 B.8種 C.9 種 D.10種C [C4H8Cl2的同分異構體可以采取“定一移一”法,,據此可知C4H8Cl2共有9種同分異構體。 ]學生用書?第238頁三、運用碎片組合法判斷同分異構體的數目4.C5H10O2屬于酯的同分異構體有幾種?寫出推理過程。解析: 甲酸丁酯(HCOOC4H9)同分異構體有1×4=4種;乙酸丙酯(CH3COOC3H7)同分異構體有1×2=2種;丙酸乙酯(C2H5COOC2H5)同分異構體有1×1=1種;丁酸甲酯(C3H7COOCH3)同分異構體有2×1=2種。共有4+2+1+2=9種。答案: 9種(推理過程見解析)5.分子式為C9H18O2的酯在酸性條件下水解得到酸和醇的相對分子質量相同,符合此條件的酯的同分異構體有( )A.4種 B.8種 C.10種 D.16種答案: D官能團 代表物 典型化學反應碳碳雙鍵 乙烯 (1)加成反應:使溴的CCl4溶液褪色(2)氧化反應:使酸性KMnO4溶液褪色苯 (1)取代反應:①在Fe粉催化下與液溴反應;②在濃硫酸催化并加熱條件下與濃硝酸反應(2)加成反應:在一定條件下與H2反應生成環己烷注意:與溴水、酸性高錳酸鉀溶液都不反應羥基—OH 乙醇 (1)與活潑金屬(Na)反應(2)催化氧化:在銅或銀催化下被氧化成乙醛羧基—COOH 乙酸 (1)酸的通性(2)酯化反應:在濃硫酸催化并加熱條件下與醇反應生成酯和水酯基—COO— 乙酸乙酯 水解反應:酸性或堿性條件水解生成醇和羧酸(或羧酸鹽)①醛基—CHO②羥基—OH 葡萄糖 (1)與新制Cu(OH)2加熱產生磚紅色沉淀(2)與銀氨溶液反應析出銀應用1.增塑劑DCHP可由環己醇制得。環己醇和DCHP的結構簡式如圖所示,下列說法錯誤的是( )A.DCHP的分子式為C20H26O4B.環己醇的一氯代物有3種C.可以用金屬鈉來鑒別環己醇和DCHPD.DCHP能發生水解反應B [根據DCHP的結構簡式可判斷其分子式為C20H26O4,A正確;環己醇的一氯代物有4種,如圖 (*表示氯原子的位置),B錯誤;環己醇可與金屬鈉反應放出氫氣,DCHP不與鈉反應,C正確;DCHP中含有酯基,能發生水解反應,D正確。]應用2.二羥甲戊酸是合成青蒿素的原料之一,其結構如圖a所示。下列有關二羥甲戊酸的說法正確的是( )A.含有羥基和酯基兩種官能團B.不能使酸性KMnO4溶液褪色C.等量的二羥甲戊酸最多消耗Na和NaHCO3的物質的量之比為3∶1D.是乳酸(結構如圖b)的同系物C [1個二羥甲戊酸分子中含有2個羥基和1個羧基,不含酯基,A項錯誤;二羥甲戊酸分子中含有羥基,能被酸性KMnO4溶液氧化,使酸性KMnO4溶液褪色,B項錯誤;由關系式—OH~Na~H2、—COOH~Na~H2、—COOH~NaHCO3~CO2,可知1 mol 二羥甲戊酸可消耗3 mol Na或1 mol NaHCO3,C項正確;二羥甲戊酸與乳酸在分子組成上相差不是(CH2)n,不含有數量相等的官能團,因此二者不互為同系物,D項錯誤。]應用3.只用一種試劑就可鑒別乙酸溶液、葡萄糖溶液、乙醇溶液,這種試劑是( )A.NaOH溶液 B.新制Cu(OH)2C.石蕊溶液 D.Na2CO3溶液B [A項,葡萄糖溶液、乙醇與NaOH溶液混合無現象,乙酸與NaOH反應也無現象,不能鑒別;B項,加入新制Cu(OH)2(可加熱),現象依次為溶液變澄清、磚紅色沉淀、無現象,可鑒別;C項,石蕊不能鑒別葡萄糖溶液、乙醇溶液;D項,碳酸鈉溶液不能鑒別葡萄糖溶液、乙醇溶液。]應用4.冠醚分子中有空穴,能夠與金屬離子形成穩定的絡合物,該物質在有機工業中發揮著重要的作用。二環己烷并-18-冠-6(Ⅲ)的制備原理如圖,下列相關說法錯誤的是( )A.Ⅰ不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色B.能用Na鑒別Ⅰ和ⅢC.該反應是取代反應D.Ⅲ的一溴取代物有5種A [A.Ⅰ含有羥基,且與羥基相連的碳原子上有氫原子,可被酸性高錳酸鉀氧化,使高錳酸鉀溶液褪色,故A錯誤;B.Ⅰ含有羥基,可與鈉反應生成氫氣,而Ⅲ與鈉不反應,可鑒別,故B正確;C.反應中—OH中的H被替代,為取代反應,故C正確;D.Ⅲ結構對稱,含有如圖所示5種不同化學環境的H原子,則一溴取代物有5種,故D正確。]學生用書?第239頁依據官能團的特性鑒別有機物的試劑及現象總結物質 試劑與方法 現象飽和烴與不飽和烴 加入溴水或酸性KMnO4溶液 褪色的是不飽和烴羧酸 加入新制Cu(OH)2 藍色絮狀沉淀溶解NaHCO3溶液 產生無色氣泡葡萄糖 加入銀氨溶液,水浴加熱 產生光亮銀鏡加入新制Cu(OH)2,加熱至沸騰 產生磚紅色沉淀淀粉 加碘水 顯藍色蛋白質 加濃硝酸微熱 顯黃色灼燒 燒焦羽毛氣味真題演練 明確考向1.(2022·全國甲卷,8)輔酶Q10具有預防動脈硬化的功效,其結構簡式如右圖。下列有關輔酶Q10的說法正確的是( )A.分子式為C60H90O4B.分子中含有14個甲基C.分子中的四個氧原子不在同一平面D.可發生加成反應,不能發生取代反應B [A.由該物質的結構簡式可知,其分子式為C59H90O4,A錯誤;B.由該物質的結構簡式可知,鍵線式端點代表甲基,10個重復基團的最后一個連接H原子的碳是甲基,故分子中含有1+1+1+10+1=14個甲基,B正確;C.雙鍵碳以及與其相連的四個原子共面,羰基碳采取sp2雜化,羰基碳原子和與其相連的氧原子及另外兩個氧原子共面,因此分子中的四個氧原子在同一平面上,C錯誤;D.分子中有碳碳雙鍵,能發生加成反應,分子中含有甲基,能發生取代反應,D錯誤。]2.(2022·全國乙卷,8)一種實現二氧化碳固定及再利用的反應如圖所示:下列敘述正確的是( )A.化合物1分子中的所有原子共平面B.化合物1與乙醇互為同系物C.化合物2分子中含有羥基和酯基D.化合物2可以發生開環聚合反應D [A.化合物1分子中含有亞甲基結構,其中心碳原子采用sp3雜化方式,所以所有原子不可能共平面,A錯誤;B.結構相似,分子上相差n個CH2的有機物互為同系物,化合物1為環氧乙烷,屬于醚類,乙醇屬于醇類,與環氧乙烷結構不相似,不是同系物,B錯誤;C.根據化合物2的分子結構可知,分子中含酯基,不含羥基,C錯誤;D.化合物2分子可發生開環聚合形成高分子化合物,D正確。]3.(2021·湖南選擇考,4)己二酸是一種重要的化工原料,科學家在現有工業路線基礎上,提出了一條“綠色”合成路線:下列說法正確的是( )A.苯與溴水混合,充分振蕩后靜置,下層溶液呈橙紅色B.環己醇與乙醇互為同系物C.己二酸與NaHCO3溶液反應有CO2生成D.環己烷分子中所有碳原子共平面C [A.苯的密度比水小,苯與溴水混合,充分振蕩后靜置,有機層在上層,應是上層溶液呈橙紅色,故A錯誤;B.環己醇含有六元碳環,和乙醇結構不相似,分子組成也不相差若干個CH2原子團,不互為同系物,故B錯誤;C.己二酸分子中含有羧基,能與NaHCO3溶液反應生成CO2,故C正確;D.環己烷分子中的碳原子均為飽和碳原子,與每個碳原子直接相連的4個原子形成四面體結構,因此所有碳原子不可能共平面,故D錯誤。]4.(2021·全國乙卷,10)一種活性物質的結構簡式為,下列有關該物質的敘述正確的是( )A.能發生取代反應,不能發生加成反應B.既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物C.與互為同分異構體D.1 mol該物質與碳酸鈉反應得44 g CO2C [A.該物質含有羥基、羧基、碳碳雙鍵,能發生取代反應和加成反應,故A錯誤;B.同系物是結構相似,分子式相差1個或n個CH2原子團的有機物,該物質的分子式為C10H18O3,而且與乙醇、乙酸結構不相似,故B錯誤;C.該物質的分子式為C10H18O3,的分子式為C10H18O3,所以二者的分子式相同,結構式不同,互為同分異構體,故C正確;D.該物質只含有一個羧基,1 mol該物質與碳酸鈉反應,生成0.5 mol二氧化碳,質量為22 g,故D錯誤。]課時精練(五十) 有機物的結構特點(本欄目內容,在學生用書中以獨立形式分冊裝訂!)1.氟利昂會破壞大氣臭氧層,關于CF2Cl2(商品名為氟利昂 12)的敘述正確的是( )A.有兩種同分異構體B.只有一種結構C.是平面型分子D.是正四面體型的分子B [CH4分子中的4個氫原子分別被2個氟原子和2個氯原子取代后得CF2Cl2,CF2Cl2分子呈四面體結構,但不是正四面體結構,該分子不存在同分異構體。]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 [本題考查有機物的結構,考查的核心素養是宏觀辨識與微觀探析。甲苯中有甲基,根據甲烷的結構可知,甲苯分子中所有原子不可能在同一平面內,A錯誤;乙烷相當于2個甲基連接而成,根據甲烷的結構可知,乙烷分子中所有原子不可能在同一平面內,B錯誤;丙炔的結構簡式為,其中含有甲基,該分子中所有原子不可能在同一平面內,C錯誤;1,3 丁二烯的結構簡式為,根據乙烯的結構可知,該分子中所有原子可能在同一平面內,D正確。]3.進行一氯取代反應后,只能生成三種沸點不同的有機產物的烷烴是( )A.(CH3)2CHCH2CH2CH3B.(CH3CH2)2CHCH3C.(CH3)2CHCH(CH3)2D.(CH3)3CCH2CH3D [判斷烷烴(及其他烴)一氯取代物的種數可用等效氫原子法巧解。其等效氫原子的判斷規律是:①同一碳原子上的氫原子是等效氫原子;②同一碳原子上所連的甲基中的氫原子是等效氫原子;③處于對稱位置上的氫原子是等效氫原子。應用這一規律可知,A、B、C和D中分別有5種、4種、2種和3種等效氫原子,則進行一氯取代反應后,只能生成三種沸點不同的有機產物的烷烴是D項。]4.四聯苯的一氯代物有( )A.3種 B.4種 C.5種 D.6種C [四聯苯有五種等效氫,故其一氯代物有5種。]5.某烷烴的相對分子質量為86,如果分子中含有3個—CH3、2個—CH2—和1個,則該結構的烴的一氯取代物最多可能有幾種(不考慮立體異構)( )A.9種 B.6種 C.5種 D.4種A [由烷烴的相對分子質量是86可知,該烷烴的分子式是C6H14,如果分子中含有3個—CH3,則有一個甲基為取代基;分子中含有2個—CH2—和1個,則主鏈有5個C原子,甲基為取代基,所以該烷烴為2 甲基戊烷或3 甲基戊烷,前者分子中有5種H原子,后者分子中有4種H原子,H原子的種數即為一氯代物的種數,最多可能有9種,A項正確。]6.有機物C4H8Cl2的結構中只含有一個甲基的同分異構體有(不考慮立體異構)( )A.3種 B.4種 C.7種 D.8種B [C4H8Cl2的同分異構體可以采取“定一移一”法分析判斷:,圖1中另一氯原子在1、2、3三個碳原子上,分子中都只有1個甲基;圖2中另一氯原子只有在1號碳上才能滿足分子中只含1個甲基。所以分子中含1個甲基的C4H8Cl2的同分異構體共有4種,故選B。]7.丙烯的結構簡式如圖所示,下列關于丙烯的說法不正確的是( )A.能使酸性高錳酸鉀溶液褪色B.有1種同分異構體C.最多有6個原子共平面D.與氯化氫發生加成反應,加成產物可能有兩種C [丙烯中含碳碳雙鍵,能使酸性KMnO4溶液褪色,A項正確;環丙烷與丙烯互為同分異構體,B項正確;與碳碳雙鍵直接相連的4個原子與碳碳雙鍵的2個碳原子一定共平面,另外甲基中的1個氫原子可在該平面內,故最多有7個原子共平面,C項錯誤;丙烯與HCl加成時,Cl可連在不同的碳原子上,D項正確。]8.下列有關1 甲基 1 環己烯(結構簡式如圖所示)的說法正確的是( )A.含有六元環的該物質的同分異構體有3種B.分子中所有碳原子在同一平面上C.該物質為芳香烴D.能使溴的四氯化碳溶液褪色,且反應生成的物質有2種A [含有六元環的的同分異構體有,共3種,A項正確;該分子中含有多個飽和碳原子,所有碳原子不在同一平面上,B項錯誤;該物質的分子中無苯環,不屬于芳香烴,C項錯誤;該物質能與溴發生加成反應而使溴的四氯化碳溶液褪色,但與溴加成后,所得產物只有1種,D項錯誤。]9.已知異丙苯的結構簡式如圖,下列說法錯誤的是( )A.異丙苯的分子式為C9H12B.異丙苯的沸點比苯高C.異丙苯中碳原子可能都處于同一平面D.異丙苯和苯互為同系物C [A項,異丙苯的分子式為C9H12,正確;B項,異丙苯比苯的碳原子數多,所以異丙苯的沸點比苯高,正確;C項,異丙苯中與苯環相連的C原子上有四個單鍵,所有C原子不可能共面,錯誤;D項,異丙苯和苯的結構相似,相差3個“CH2”原子團,是苯的同系物,正確。]10.有機物是制備鎮痛劑的中間體。下列關于該有機物的說法錯誤的是( )A.與環己烷互為同分異構體B.一氯代物有五種(不考慮立體異構)C.所有碳原子可能處于同一平面D.能與酸性高錳酸鉀溶液發生氧化反應B [環己烷與的分子式均為C6H12,A項正確;其一氯代物有4種,B項錯誤;碳碳雙鍵中的碳原子及與之直接相連的3個碳原子一定共平面,另外的1個甲基通過C—C鍵的旋轉可使該甲基中的碳原子處于碳碳雙鍵所在平面內,故所有碳原子可能處于同一個平面,C項正確;該有機物中的碳碳雙鍵能與酸性KMnO4溶液發生氧化反應,D項正確。]11.關于有機物a()、b()、c()的說法正確的是( )。A.a和b的一氯代物均有三種結構B.a和b互為同分異構體,b和c互為同系物C.a、b、c分子中的所有原子可能在同一平面上D.a、b、c三種物質均能使酸性KMnO4溶液褪色D [A.a有三種不同位置的H原子,因此其一氯代物有三種結構;而b分子中H原子有四種不同位置,分別是甲基上的H原子及苯環上甲基連接的C原子的鄰位、間位、對位上的H原子,因此有四種一氯代物,A錯誤。B.a和b分子式相同,結構不同,二者互為同分異構體;b分子式是C7H8,而c分子式是C8H8,二者結構不相似,分子組成也不是相差CH2的整數倍,因此二者不能互為同系物,B錯誤;C.a、b中都含有飽和C原子,具有甲烷的四面體結構,因此分子中的所有原子不可能在同一平面上,C錯誤;D.a含有不飽和的碳碳雙鍵,能夠被酸性KMnO4溶液氧化;b、c都含有苯環,且與苯環連接的C原子上有H原子,二者都可以被酸性KMnO4溶液氧化產生苯甲酸,因此三種物質均能使酸性KMnO4溶液褪色,D正確。]12.環之間共用一個碳原子的化合物稱為螺環化合物,螺[2,2]戊烷()是最簡單的一種。下列關于該化合物的說法錯誤的是( )A.與環戊烯互為同分異構體B.二氯代物超過兩種C.所有碳原子均處于同一平面D.生成1 mol C5H12至少需要2 mol H2C [環戊烯的結構簡式為,與分子式相同且結構不同,互為同分異構體,A對;如、、都是螺[2,2]戊烷的二氯代物,B對;中每個碳原子都形成4個共價單鍵,這4個鍵呈四面體分布,所有碳原子不可能處于同一平面,C錯;螺[2,2]戊烷的分子式是C5H8。在理論上,1 mol C5H8與2 mol H2反應,生成1 mol C5H12,D對。]13.化合物(b)、(d)、(p)的分子式均為C6H6,下列說法正確的是( )A.b的同分異構體只有d和p兩種B.b、d、p的二氯代物均只有三種C.b、d、p均可與酸性高錳酸鉀溶液反應D.b、d、p中只有b的所有原子處于同一平面D [A項,除d、p外,b還有多種鏈狀同分異構體,錯誤。B項,b的二氯代物有鄰、間、對三種;d的二氯代物有、、、、、六種;p的二氯代物有、、三種,錯誤。C項,d中含有碳碳雙鍵,可與酸性高錳酸鉀溶液反應,b、p與酸性高錳酸鉀溶液均不反應,錯誤。]14.化合物、、HCCCHCH2(p)的分子式均為C4H4。下列說法中正確的是( )A.b的一氯代物只有兩種B.d的同分異構體只有b、p兩種C.b、d、p均可與溴水發生加成反應D.p的所有原子不可能處于同一平面A [b的核磁共振氫譜有兩種峰,一氯代物有兩種,A項正確;d的同分異構體除b、p外還有等,B項錯誤;d中不含不飽和鍵,不能發生加成反應,C項錯誤;p的結構中碳碳雙鍵為平面結構,碳碳三鍵為直線形結構,所有原子共平面,D項錯誤。]學生用書?第240頁 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫