2020届高考化学一轮复习常见有机物结构学案 13页

常见有机物的结构分析 考情剖析 同分异构体数目的判断在近年来高考题中属于高频考点,一般作为选择题形式进行考查,试题的主要呈现形式为给出基础有机物的分子式或结构简式、名称等,求算一定条件下的同分异构体的数目,且一般不包括立体异构。该类试题的解法一般有一定的技巧性。除了2014年全国卷Ⅰ第7题、2014年全国卷Ⅱ第8题,2013年全国卷Ⅰ第12题等多次考查外,近四年的考频如下:‎ 年份 ‎2018‎ ‎2017‎ ‎2016‎ ‎2015‎ 题号 全国卷Ⅰ第11题 全国卷Ⅰ第9题 全国卷Ⅰ第9题、‎ 全国卷Ⅱ第10‎ 全国卷Ⅱ第11题 增分点一　常见有机物的空间结构(原子共面问题)‎ ‎【解题策略】 ‎ ‎1.常见代表物的结构特点 CH4‎ C2H4‎ C6H6‎ 结构 立体构型 正四面体 平面形 平面六边形 共面原 ‎3‎ ‎6‎ ‎12‎ 子数目 ‎2.分子中原子能否共平面的判断。‎ ‎(1)展开空间构型法 其他有机物可看作由以上三种典型分子中的氢原子被其他原子或原子团代替后的产物,但这三种分子的空间结构基本不变。如CH2CHCl,可看作Cl原子代替了乙烯分子中H原子的位置,故六个原子都在同一平面上。‎ ‎(2)单键旋转法 碳碳单键两端碳原子所连原子或原子团可以以“C—C”为轴旋转。例如,因①键可以旋转,故的平面和确定的平面可能重合,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)熟记其他平面结构:萘()、蒽()、甲醛()‎ ‎3.审准要求 看准关键词:“可能”“一定”“最多”“最少”“共面”“共线”等,以免出错。‎ 例1 [2018·全国卷Ⅰ] 环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物,螺[2.2]戊烷()是最简单的一种。下列关于该化合物的说法错误的是 (　　)‎ A.与环戊烯互为同分异构体 B.二氯代物超过两种 C.所有碳原子均处同一平面 D.生成1 mol C5H12至少需要2 mol H2‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 变式题 [2018·湖南衡东一中月考] 下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是 (　　)‎ A.甲苯 B.硝基苯 C.2-甲基丙烯 D.2-甲基丙烷 增分点二　卤代烃或饱和一元醇等有机物的同分异构体的种数 ‎【解题策略】 ‎ ‎1.判断一元卤代烃或饱和一元醇的同分异构体数目的两种方法 ‎(1)等效氢法:分子中等效H原子种数,就是一元卤代烃或饱和一元醇的同分异构体数目。‎ ‎①分子中同一个碳上的H原子等效;②同一个碳原子所连甲基上的H原子等效;③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的H原子等效。‎ ‎(2)基元法:将有机物视为由烃基(—R)与相对官能团(—A)构成(R—A),烃基(—R)的数目就是该有机物的同分异构体数目。简单烷基的同分异构体:甲基、乙基各有一种、丙基两种、丁基四种、戊基八种;如丁基有四种,丁醇(C4H9—OH)、C4H9—Cl分别有四种。‎ ‎2.判断二元卤代烃的方法——先定后动法(或定一移一法)‎ 先利用对称性原则确定除卤素原子外的碳架结构有几种,待一个取代基的位次确定后,再依次移动另一个取代基进行逐一取代。如分析C4H8Cl2的同分异构体,C4H10有两种碳架结构,共有4‎ 种定法:,1个Cl原子连在①号碳上时另一个Cl原子有1、2、3、4共4种移法;,1个Cl原子连在②号碳上时有1、2共2种移法;,1个氯原子连在①号碳上时有1、2、3共3种移法;,1个Cl原子连在②号碳上时得到的同分异构同前一种的连法2,故C4H8Cl2共有9种同分异构体。‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 例2 [2018·吉林长春田家炳实验中学月考] 异戊烷(CH3)2CHCH2CH3的一氯代物与二氯代物的同分异构体数目分别是(不含立体异构) (　　)‎ A.4,10 B.5,11 C.4,9 D.4,11‎ 变式题 [2018·辽宁六校协作体联考] 下列有关同分异构体数目的叙述中正确的是(　　)‎ A.分子式为C4H10O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有6种 B.C8H10中只有3种属于芳香烃的同分异构体 C.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 D.新戊烷的二氯代物只有1种同分异构体 增分点三　羧酸、酯的同分异构体的种数 ‎【解题策略】 1.基元法——确定一元饱和羧酸的同分异构体数目。‎ 分子式为C6H12O2能与碳酸氢钠反应生成气体的同分异构体:可表示为C5H11—COOH,因戊基有8种,故符合条件的同分异构体有8种。‎ ‎2.拆分法——确定酯的同分异构体数目。‎ 酯可拆分为合成它的羧酸和醇。若已知酸有m种同分异构体,醇有n种同分异构体,则该酯的同分异构体有m×n种。而羧酸和醇的同分异构体可用等效氢法确定。‎ 以C5H10O2为例,推导其属于酯的同分异构体数目:‎ 甲酸丁酯(HCOOC4H9)同分异构体数为1×4=4种;‎ 乙酸丙酯(CH3COOC3H7)同分异构体数为1×2=2种;‎ 丙酸乙酯(C2H5COOC2H5)同分异构体数为1×1=1种;‎ 丁酸甲酯(C3H7COOCH3)同分异构体数为2×1=2种。‎ 因此,分子式为C5H10O2的有机物,其属于酯的同分异构体共有9种。‎ ‎3.插入法——确定酯的同分异构体数目。‎ ‎(1)从已知分子式(或结构式)中提出官能团酯基(—COO—),将剩余部分合并得到一个新的分子式(或结构式)。‎ ‎(2)分析新分子结构中等效的碳碳键、碳氢键。‎ ‎(3)将提出的官能团酯基插入上述新分子中各个不等效的碳碳键、碳氢键之间即得所求异构体的结构式。‎ ‎(4)插入对称的C—C键之间只能形成一种酯,插入不对称的C—C键之间则能形成两种不同的酯;插入C—H键之间时符合要求的只有(甲酸酯),另一种(羧酸)不符合要求。‎ 例3 [2018·陕西西安建大附中] 有机物X为烃的含氧衍生物,其蒸气相对氢气的密度为51,X中氧元素的质量分数为31.7%,‎ 则能在碱性溶液中发生反应的X的同分异构体有(不考虑立体异构) (　　)‎ A.15种 B.14种 C.13种 D.12种 变式题 写出分子式为C8H8O2,满足下列条件的同分异构体的结构简式:　 。 ‎ ‎①能发生水解反应 ②分子结构中含有苯环 ‎1.①丙烯、②乙烯、③苯、④甲苯()四种有机化合物中,分子内所有原子均在同一平面上的是 (　　)‎ A.①②③ B.②③ C.②③④ D.②④‎ ‎2.分子式为C8H10O且含有—CH2OH 基团的芳香族化合物共有 (　　)‎ A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 ‎3.分子式为C4H9OCl,且能与钠反应产生氢气的有机物可能的同分异构体(不考虑立体异构)数目为 (　　)‎ A.9 B.10 C.11 D.12‎ ‎4.[2018·安徽合肥第三次质检] 分子式为C9H10O2 的有机物,其分子结构中含有苯环且可以与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的同分异构体有(不考虑立体异构) (　　)‎ A.12种 B.13种 C.14种 D.15种 ‎5.[2018·山西平遥中学期末] 已知碳碳单键可绕键轴自由旋转,某烃的结构简式如图Z11-1所示,下列说法中正确的是 (　　)‎ 图Z11-1‎ A.该物质所有原子均可共面 B.分子中至少有10个碳原子处于同一平面上 C.分子中至少有11个碳原子处于同一平面上 D.该有机物苯环上的一溴代物有6种 ‎6.[2018·山东淄博二模] 工业上可用甲苯合成苯甲醛:‎ ‎　　 甲苯　　一氯甲苯　　　　苯甲醇　　　　苯甲醛 下列说法正确的是 (　　)‎ A.甲苯分子中所有原子都在同一平面内 B.反应①②③的反应类型相同 C.一氯甲苯的同分异构体有3种 D.苯甲醇可与金属钠反应 ‎7.[2018·陕西渭南韩城三模] ①②③三种物质的分子式均为C9H12。下列说法错误的是 (　　)‎ 图Z11-2‎ A.①与苯互为同系物 B.②的一氯代物只有2种 C.①和②分子中所有碳原子均可处于同一平面 D.②和③都能使Br2的CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色 ‎8.某羧酸酯的分子式为C10H18O4,在酸性条件下完全水解1 mol该酯可得到2 mol乙醇和1 mol羧酸,该羧酸的结构有 (　　)‎ A.7种 B.8种 C.9种 D.10种 ‎【增分典例探究】‎ 例1　C　[解析] 螺[2.2]戊烷的分子式为C5H8,环戊烯的分子式为C5H8,二者互为同分异构体,A项正确;先给螺[2.2]戊烷分子中的碳原子编号为,则其二氯代物有3种,两个氯原子的位置分别为①—①、①—②、①—④(①—⑤),B项正确;由于分子内碳原子都是饱和碳原子,所以所有碳原子不可能共平面,C项错误;由于螺[2.2]戊烷的分子式为C5H8,要生成1 mol C5H12至少需要2 mol H2,D项正确。‎ 变式题　D　[解析] 苯为平面结构,甲苯中甲基碳原子处于苯中H原子位置,所有碳原子都处在同一平面上,A不符合;苯为平面结构,硝基苯中所有碳原子都处在同一平面上,B不符合;乙烯为平面结构,2-甲基丙烯中2个甲基的碳原子处于乙烯中H原子位置,所有碳原子都处在同一平面上,C不符合;2-甲基丙烷中,3个甲基处于2号碳原子四面体的顶点位置,2号碳原子处于该四面体内部,所有碳原子不可能处于同一平面,D符合。‎ 例2　A　[解析] (CH3)2CHCH2CH3的一氯代物有4种;(CH3)2CHCH2CH3的二氯代物中,两个氯原子取代同一个碳原子上的氢原子时有3种,取代相邻的两个碳原子上的氢原子时有3种,取代相间(即中间间隔一个)两个碳原子上的氢原子时有3种,取代两端碳原子上的氢原子时有1种,故二氯代物的同分异构体共有10种。‎ 变式题　C　[解析] 能够与金属钠反应放出氢气,说明分子中含有羟基,C4H9—OH,丁基有4种,符合条件的同分异构体也有4种,A 错误;C8H10中有4种属于芳香烃的同分异构体,分别为、、、,B错误;丙基的同分异构体有2种,分别取代 苯环上的氢原子各得到邻、间、对3种同分异构体,共6种,C正确; 新戊烷分子中含有1种H原子,其一氯代物只有1种,二氯代物则有2种,D错误。‎ 例3　C　[解析] Mr(X)=51×2=102,一个X分子中的氧原子数=‎102×31.7%‎‎16‎≈2。依据相对分子质量为102和氧原子数为2,确定X的化学式为C5H10O2,能在碱性溶液中发生反应,符合条件的X为羧酸类或酯类。戊酸(C4H9—COOH)有4种。酯类R—COO—R':R为H时R'为—C4H9,有1×4=4种。R为—CH3时R'为—C3H7,有1×2=2种。R为—C2H5时R'为—C2H5,有1×1=1种。R为—C3H7时R'为—CH3,有2×1=2种。故共13种同分异构体。‎ 变式题　①　②　③‎ ‎④　⑤　⑥‎ ‎[解析] 能发生水解反应,则属于酯类,从分子式中提出酯基(—COO—)后,剩余部分含有苯环,为,该结构中有4种等效的碳氢键和1种不对称的碳碳键,将插入碳氢键后形成四种同分异构体:①‎ ‎、②、③、④,将插入不对称的碳碳键后形成两种同分异构体:⑤、⑥。因此符合题意的共有6种同分异构体。‎ ‎【提分强化训练】‎ ‎1.B　[解析] 乙烯、苯均具有平面结构,分子内所有原子均在同一平面上;甲烷具有正四面体结构,因丙烯(CH2CH—CH3)、甲苯()中均含有—CH3,丙烯可以看作是CH2CH—取代CH4中的一个氢原子,甲苯可以看作是取代CH4中的一个氢原子,由此可以判断,丙烯、甲苯分子中所有原子不在同一平面上,故B正确。 ‎ ‎2.C　[解析] 含有—CH2OH基团的芳香族化合物,若苯环上有两个取代基即另一个为甲基,有3种结构,若只有一个取代基则有1种结构,所以符合条件的异构体共4种,C项正确。‎ ‎3.D　[解析] 由分子式可知碳原子达饱和,能与钠反应生成H2说明分子中含有羟基,含有4个碳原子的碳链结构有C—C—C—C和。对于C—C—C—C,Cl原子的位置有2种,即Cl—C—C—C—C和,则—OH 的位置各有4种;对于,Cl原子的位置有2种,即和,则—OH的位置分别有3种和1种,所以符合条件的同分异构体的数目一共有:4+4+3+1=12种。‎ ‎4.C　[解析] 该有机物能与饱和NaHCO3溶液发生反应产生气体,说明含有羧基—COOH;取代基为正丙酸基时,有1种;取代基为异丙酸基,有1种;取代基为—COOH、—CH2—CH3,有邻、间、对3种;取代基为乙酸基、—CH3,有邻、间、对3种;取代基为—COOH、—CH3、—CH3,2个甲基邻位,有2种;2个甲基间位,有3种;2个甲基对位,有1种。符合条件的总共有14种。‎ ‎5.C　[解析] 甲基与苯环平面结构通过单键相连,甲基的C原子处于苯的H原子位置,所以处于苯环这个平面,两个苯环相连,与苯环相连的碳原子处于另一个苯的H原子位置,也处于另一个苯环这个平面,如图所示(已编号)的甲基碳原子、甲基与苯环相连的碳原子、苯环与苯环相连的碳原子,处于一条直线,共有6个碳原子共线,所以至少有11个碳原子共面,C正确,A、B均错误;该分子中苯环上含有3种氢原子,所以其一溴代物有3种,D错误。‎ ‎6.D　[解析] 甲苯中甲基为四面体结构,则所有原子不可能共面,A错误;由合成流程可以知道,①为甲苯光照下的取代反应,②为卤代烃的水解反应,③为醇的氧化反应,B错误;Cl可以取代甲基或苯环上的氧原子,在苯环上有邻、间、对3种位置,则同分异构体有4种,C错误;苯甲醇含有(醇)羟基,能够与钠发生反应生成氢气,D正确。‎ ‎7.C　[解析] ①分子为异丙苯,与苯互为同系物,A正确;②分子中中心碳原子连有的原子团相同,分子中含有2类氢原子,则一氯代物有2种,B正确;①和②分子中所有碳原子一定不处于同一平面上,C错误;②和③‎ 都含有碳碳双键,都能与Br2发生加成反应、都能与酸性KMnO4溶液发生氧化反应,D正确。‎ ‎8.C　[解析] 某羧酸酯的分子式为C10H18O4,完全水解1 mol该酯可得到2 mol乙醇和1 mol羧酸,说明羧酸为二元羧酸,设该羧酸为M,则反应的方程式为C10H18O4+2H2OM+2C2H6O,由质量守恒可知M的分子式为C6H10O4,可以看作丁烷的2个氢原子被两个羧基取代,正丁烷的二元取代物有6种,异丁烷的二元取代物有3种,共9种。‎