苏教版高中化学选修五第3讲：有机物的结构(教师版)

有机物的结构____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．通过有机物中碳原子的成键特点,了解有机物存在异构现象是有机物种类繁多的原因之一；2．掌握同分异构现象的含义,能判断简单有机物的同分异构体,初步学会同分异构体的书写.知识点一.有机化合物中碳原子的成键特点1．碳元素位于第二周期ⅣA族,碳原子的最外层有4个电子,很难得到或失去电子,通常以共用电子对的形式与其他原子形成共价键,达到最外层8个电子的稳定结构.2．由于碳原子的成键特点,在有机物分子中,碳原子总是形成4个共价键,每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子（如氧、氯、氮、硫等）形成4个共价键,而且碳原子之间可以形成单键（C—C）、双键（C＝C）、三键（C≡C）.多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链,碳链也可以带有支链,还可以结合成碳环,碳链与碳环也可以相互结合,因此,含有原子种类相同,每种原子数目也相同的分子,其原子可能具有多种不同的结合方式,形成具有不同结构的分子.要点解释:在有机物分子中,碳原子仅以单键与其他原子形成4个共价键,这样的碳原子称为饱和碳原子,当碳原子以双键或三键与其他原子成键时,这样的碳原子称为不饱和碳原子.3．表示有机物的组成与结构的几种图式.特别提示:（1）写结构简式时,同一碳原子上的相同原子或原子团可以合并,碳链上直接相邻且相同的原子团亦可以合并,如有机物也可写成(CH3)3C(CH2)2CH3.（2）有机物的结构简式只能表示有机物中各原子的连接方式．并不能反映有机物的真实结构.其实有机物的碳链是锯齿形而不是直线形的.知识点二.有机化合物的同分异构现象1．化合物具有相同的分子式,但具有不同的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.2．两化合物互为同分异构体的必备条件有二:（1）两化合物的分子式应相同.（2）两化合物的结构应不同（如碳链骨架不同、官能团的位置不同、官能团的种类不同等）. 3．中学阶段必须掌握的异构方式有三种,即碳链异构、位置异构和官能团异构.常见同分异构现象及形成途径4．此外有机物还具有立体异构现象.常见的立体异构有顺反异构当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时,就存在顺反异构现象.如2-丁烯存在顺反异构体.5．同分异构体的书写技巧.（1）书写同分异构体时,必须遵循“价键数守恒”原则,即在有机物分子中,碳原子的价键数为4,氢原子的价键数为1,氧原子的价键数为2,等等.（2）熟练掌握碳原子数小于7的烷烃和碳原子数小于5的烷基的异构体数目,这对同分异构体的辨认与书写十分重要.即CH4、C2H6、C3H8、—CH3、—C2H5仅有1种结构；C4H10,—C3H7有2种结构；—C4H9有4种结构（这也是高考中的热门烃基）；C5H12、C6H14、C7H16则依次有3种、5种、9种结构.（3）烷烃的同分异构体的书写是其他有机物的同分异构体书写的基础.烷烃的同分异构体的书写方法一般采用“减碳对称法”,可概括为“两注意、三原则、四顺序”.图示如下:（5）苯的同系物或苯的衍生物的同分异构体的书写可综合考虑苯环上基团的类别和个数以及基团在苯环上的位置,有序分析即可迅速写出其含苯环的同分异构体来.选择最长的碳链作主链找出中心对称线对称性原则有序性原则互补性原则主链由长到短支链由整到散位置由心到边排布由邻到间两注意三原则四顺序减碳对称法（6）书写有机物的同分异构体的步骤是:首先考虑官能团异构,其次考虑碳链异构,最后考虑位置异构,同时遵循对称性、互补性、有序性原则,即可以无重复、无遗漏地写出所有的同分异构体来. 知识点三.有机物的结构与性质的关系1．官能团与有机物性质的关系.有机物的性质由其分子结构来决定,而官能团是决定有机物性质的主要因素.一种官能团决定了一类有机物的化学特性.一般地,具有相同的官能团的有机物具有相似的化学性质,有机物含有多个官能团时,也应具有多个官能团的性质.2．不同基团间的相互影响与有机物性质的关系.有机化合物分子中的邻近基团间往往会相互影响,这种影响会使有机化合物表现出一些特性.例如,苯与硝酸发生取代反应的温度是50℃～60℃,而甲苯在约30℃的温度下就能与硝酸发生取代反应.也就是说,与苯相比,甲苯较易发生取代反应.这是由于甲基具有推电子作用,它对苯环的影响使得苯环上的某些氢原子更容易被取代.再如,醇和酚的官能团都是羟基,但由于分子中与羟基相连的烃基不同,使得醇和酚的化学性质也不同；醛和酮的官能团均含羰基,醛羰基上连有氢原子、酮羰基上不连氢原子,使得醛、酮成为两类不同的有机化合物.类型一:有机物碳原子的成键特点例1 下列关于CH3—CH＝CH—C≡C—CF3分子结构的叙述中正确的是（）.A．6个碳原子有可能都在一条直线上B．6个碳原子不可能都在一条直线上C．6个碳原子一定都在同一平面上D．6个碳原子不可能都在同一平面上解析:根据（1）乙烯分子中的6个原子共平面.键角120°；（2）乙炔分子中的4个原子共直线,键角180°,可推知题给有机物的碳链骨架结构如下:由上面的碳链骨架结构很容易看出:题给有机物分子中的6个碳原子不可能都在一条直线上,而是一定都在同一平面上.答案: B 、C类型二:同分异构体的辨认与书写例2 结构不同的二甲基氯苯的数目有（ ）. A ．4种 B ．5种 C ．6种 D ．7种 解析:本题可采用“有序分析法”解答.先分析两个甲基在苯环上的异构情况,可得三种结构:再分析上述3种结构中苯环上加上一个氯原子后的异构情况:（1）可得2种同分异构体；（2）可得3种同分异构体；（3）可得1种同分异构体.因此结论是二甲基氯苯有6种不同的结构（即同分异构体）. 答案:C例3．无机物之间、无机物与有机物之间也存在着同分异构体,下列各组物质中.两者互为同分异构体的是（ ）.①CuSO 4·5H 2O 和CuSO 4·3H 2O ②NH 4CNO 和CO(NH 2)2③CH 3CH 2NO 2和 ④A ．①②③B ．②③C ．②③④D ．①②④ 解析:同分异构体的两个要点:一是分子式相同；二是结构不同. 答案 :B类型三:有机物官能团的综合认识例4.在甲苯中,加入少量酸性KMnO 4溶液,振荡后溶液褪色,甲苯被氧化为苯甲酸正确的解释是（ ）.A ．甲苯分子中碳原子数比苯分子中碳原子数多CH 2—COOH NH 2CH 3—CH —CH 2—CH 2—CH 3和CH 3—CH —CH 2—CH 2CH 3 CH 3B．甲苯分子中苯环受侧链影响而易被氧化C．甲苯分子中侧链受苯环影响而易被氧化D．由于苯环和侧链的相互影响,使苯环和侧链同时被氧化解析:有机物集团之间相互影响,究竟哪个集团被影响了或者是被活化了,判断的标准是看哪个集团变化了.题中甲基变成了羧基,显然是苯环活化了甲基或者侧链受苯环影响而容易被氧化.答案:C基础演练一．选择题1．（北京市第四中学2014-2015学年高二下学期期末考试化学试题）下列各组物质中,互为同系物的是（）2．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构,其理由是（）.A．CHCl3只有一种结构B．CH2Cl2只有一种结构C．CH4是非极性分子D．CH4的四个价键的键长和键能都相等3．下列有机物分子中,所有的原子不可能在同一平面上的是（）.A．CH2＝CH—C≡N B．CH2＝CH—CH=CH2C．D．CH2＝C—CH＝CH2CH34．下列叙述中正确的是（）.A．相对分子质量相同,结构不同的化合物一定是互为同分异构体的关系B．结构对称的烷烃,其一氯取代产物必定只有一种结构C．互为同分异构体的化合物不可能具有相同的结构简式D．含不同碳原子数的烷烃一定是互为同系物的关系5．3-甲基戊烷的一氯取代产物的同分异构体有（不考虑立体异构）（）.A．3种B．4种C．5种D．6种6．已知化合物B3N3H6（无机苯）与C6H6的分子结构相似,如下图:则无机苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体数目为（）.A．2种B．3种C．4种D．5种7．分子式为C7H16的烷烃中,其结构中含有3个甲基的同分异构体数目是（）.A．2种B．3种C．4种D．5种8．能说明苯分子的平面正六边形结构中,碳碳键不是单、双键交替相连的事实是（）.A．苯的一氯取代产物无同分异构体B．苯的邻位二氯取代产物只有1种C．苯的间位二氯取代产物只有1种D．苯的对位二氯取代产物只有1种二．填空题9．碳原子最外层含有________个电子,1个碳原子可以跟其他非金属原子形成________个________键,碳原子之间也能以共价键相结合,形成________键、________键或________键,连接成稳定的长短不一的________或含碳原子数不等的碳环,从而导致有机物种类纷繁,数量庞大.10．有下列五组物质:①O2和O3；②3717Cl和3517Cl；③CH3CH2CH2CH3与；④；⑤C2H6与C7H16（1）________组两种物质互为同位素；（2）________组两种物质互为同素异形体；（3）________组两种物质互为同系物；（4）________组两种物质互为同分异构体；（5）________组两种物质实质上是同一种物质.11．有机化学中有多种同分异构现象,其中有顺反异构,例如2-丁烯有下列两种顺反异构体:（A）中的两个—CH3在双键的同一侧,称为顺式；（B）中的两个—CH3在双键的不同侧,称为反式.若把其中一个—CH3换成—C2H5,只要在双键同侧,便称顺式,否则为反式.据此苯丙烯（C9H10）具有（C）和（D）两种位置异构体,其中（C）具有顺式（E）和反式（F）两种异构体,请写出它们的结构简式.巩固提高单键可以绕键轴1、（北京市第二中学2014-2015学年高二上学期第一学段化学试题）24、己知C C旋转,对于结构简式可表示为的烃,下列说法中正确的是（）A．分子中至少有4个碳原子处于同一直线上B．该烃的一氯代物最多有四种C．分子中至少有10个碳原子处于同一平面上D．该烃是苯的同系物2、下列关于有机物的叙述正确的是（）A．乙醇不能发生取代反应 B．C H有三种同分异构体410C．乙二醉和丙二醇为同系物D．乙烯和甲烷可用溴的四氯化碳溶液鉴别3、（北京市第二中学2014-2015学年高二上学期第一学段化学试题）下列化合物中同分异构体数目最少的是（）A．戊烷 B．戊醇 C．戊烯 D．己醛4．（北京市东城区普通中学2015年5月高二化学有机化学基础练习题）最简式相同, 既不是同系物, 又不是同分异构体的是（双选）（）A．辛烯和3—甲基—1—丁烯 B．苯和乙炔C．1—氯丙烷和2—氯丙烷 D．甲基环己烷和乙烯5．有四种有机物①(CH3)2CHCH(CH3)2,②(CH3)2C(CH3)2,③CH3(CH2)2CH(CH3)2,④CH3CH2C(CH3)3有关此四物质的下列叙述正确的是 ( )A．①和②互为同分异构体,①和④互为同系物 B．④的一氯代物有三种C．②可以由烯烃与氢气加成而获得 D．能通过加氢反应得到③的炔烃有2种.6．（北京市东城区普通中学2015年5月高二化学有机化学基础练习题）有机物,有多种同分异构体,其中属于酯且含有苯环结构的共有（）A．3种 B．4种 C．5种 D．6种7．某烃的结构简式为:有关其分子结构的叙述中正确的是（）.A．分子中一定在同一平面上的碳原子数为6B．分子中一定在同一平面上的碳原子数为7C．分子中在同一直线上的碳原子数为3D．分子中在同一直线上的碳原子数为48．下列说法中不正确的是（）.A．相对分子质量相同,组成元素的百分含量相同的不同有机物一定是同分异构体关系B．碳原子数相同、结构不同的烷烃一定是互为同分异构体关系C．两有机物互为同系物,则它们也是互为同分异构体关系D．碳原子数≤10的烷烃,其一氯代物没有同分异构体的烷烃有4种9．主链含有5个碳原子,有甲基、乙基2个支链的烷烃有（）.A．2种 B．3种 C．4种 D．5种二．填空题10．已知:①R—NO2FeHCl−−→R—NH2；②苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响.以下是用苯作原料制备某些化合物的转化关系图:（1）A是一种密度比水________（填“小”或“大”）的无色液体（2）图中“苯→E→F”省略了反应条件,请写出E物质的结构简式:________.（3）在“苯a−−→Cb−−→Dc−−→”的反应中属于取代反应的是________,属于加成反应的是________.（填字母）（4）B在苯环上的二氯代物有________种同分异构体；的所有原子________（填Br——SO3H“是”或“不是”）在同一平面上.一．选择题1．关于同分异构体的下列说法中正确的是（）A．结构不同,性质相同,化学式相同的物质互称同分异构体B．同分异构体现象是导致有机物数目众多的重要原因之一C．同分异构体现象只存在于有机化合物中D．同分异构体现象只存在于无机化合物中2．下列哪个选项属于碳链异构（）A．CH3CH2 CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2＝C(CH3)2和CH3CH＝CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3D．CH3CH2 CH2COOH 和CH3COOCH2 CH23．下列选项属于官能团异构的是（）A．CH3CH2 CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2＝C(CH3)2和CH3CH＝CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3D．CH3CH2 CH2COOH 和CH3COOCH2 CH24．同分异构体现象在有机化学中是非常普遍的,下列有机物互为同分异构体的是（）①CH2＝CHCH3 ②③CH3CH2CH3④HC CCH3⑤⑥CH3CH＝CHCH3A．①和②B．①和③C．①和④D．⑤和⑥5．有四种有机物①(CH3)2CHCH(CH3)2,②(CH3)2C(CH3)2,③CH3(CH2)2CH(CH3)2,④CH3CH2C(CH3)3有关此四物质的下列叙述正确的是 ( )A．①和②互为同分异构体,①和④互为同系物 B．④的一氯代物有三种C．②可以由烯烃与氢气加成而获得 D．能通过加氢反应得到③的炔烃有2种.6．将蒽（如右）的分子中减少3个碳原子但氢原子不变,则形成的稠环化合物的同分异构体数目为 ( )A．3种 B．4种 C．5种 D．2种7．有机物,有多种同分异构体,其中属于酯且含有苯环结构的共有（）A．3种 B．4种 C．5种 D．6种8．分子式为C7H16的烷烃中,在结构简式中含有3个甲基的同分异构体数目是 ( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种9．下列各组物质① O2和O3② H2、D2、T2 ③ 12C和14C ④ CH3CH2CH2CH3和 (CH3)2CH2CH3⑤乙烷和丁烷⑥ CH3CH2CH2CH(C2H5)CH3和 CH3CH2CH2CH(CH3)C2H5互为同系物的是__________, 互为同分异构体的是_____________互为同位素的是______ , 是同一物质的是__________.10．同分异构体和同系物是不同的两个概念,观察下面列出的几种物质的化学式或者结构式,然后解题.①CO(NH2)2②NH4CNO ③CH3CH2CH3④CH3CH2CH2CH3其中,（1）互为同分异构体的是；（2）互为同系物的是；（3）实际上是同种物质的是 .11． A、B、C、D、E、F、G四种有机物,其中B、C为不饱和烃,但是只有B能够使溴的四氯化碳溶液褪色；A能够在光照条件下与氯气发生取代反应,其二氯取代物是D,D有两种同分异构体；B与溴的四氯化碳溶液可以发生加成反应,加成产物是E,且E只有一种同分异构体F；C在FeBr3在催化剂的作用下,可以与液溴发生取代反应,取代产物是G,G没有同分异构体.试根据以上事实,推断A、B、C、D、E、F、G的结构简式.A ；B ；C ；D ；E ；F ；G .12．萘的分子结构可表示为或 ,两者是等同的.苯并[α]芘是强致癌物,其分子由5个苯环拼和而成,可表示为如下(1)或(2),这两者也是等同的.现有(A)到（D）(1) (2) (A) (B) (C) (D)试回答下列问题:①与(1)(2)式等同的结构式是⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽.②与(1)(2)式是同分异构体的是⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．下列叙述中正确的是 ( )A．分子式相同,各元素百分含量也相同的物质是同种物质B．化学性质相似的不同物质一定属于同系物C．分子式相同而结构不同的物质一定是同分异构体D．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体2．下列五种物质:①CO2②CHCl3③CH4④CCl4⑤P4其结构具有正四面体构型的是( )A．①②③ B．③④⑤ C．②③④ D．①④⑤3．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构,其理由是( )A．CHCl3只有一种结构 B．CH2Cl2只有一种结构C．CH4含有极性键 D．CH4的四个价键的键长和键能都相等4．下列说法中错误的是 ( )①化学性质相似的物质是同系物②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物是同系物③若烃中碳、氢元素的质量分数相同,它们必定是同系物④分子中含有碳、氢元素的化合物是烃类A．①②③④ B．只有②③C．只有③④ D．只有①②③5．分子式为C5H7Cl的有机物,其结构不可能是 ( )A．只含有1个双键的直链有机物 B．含2个双键的直链有机物C．含1个双键的环状有机物 D．含一个三键的直链有机物6．主链含5个碳原子,有甲基、乙基2个支链的烷烃有 ( )A．2种 B．3种 C．4种 D．5种7．甲烷分子中的4个氢原子全部被苯基取代,可得到如图所示的分子,对该分子的描述不正确的是 ( )A．分子式为C25H20 B．该化合物为芳香烃C．该化合物分子中所有原子不可能处于同一平面 D．分子中所有原子一定处于同一平面8．下列各组有机物中,互为同分异构体的是 ( )9．键线式可以简明扼要地表示碳氢化合物,键线式为的物质是 ( ) A．丁烷 B．丙烷 C．丁烯 D．丙烯10．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．它属于芳香烃C．它只有两种化学键 D．它与苯乙烯(C6H5—CH===CH2)具有相同的分子式11．下列有机物分子中,所有的原子不可能在同一平面上的是( )A．CH2===CH—C≡NB．CH2===CH—CH===CH212．据下列叙述回答问题.立方烷(C8H8)、棱晶烷(C6H6)是近年来运用有机合成的方法制备的,具有如下图所示立体结构的环状有机物.萜类化合物是广泛存在于动植物体内的一类有机物(例如盆烯、月桂烯、柠檬烯等).对上述有机物的下列说法中正确的是 ( )①盆烯、月桂烯、柠檬烯都能使溴水褪色②棱晶烷、盆烯与苯互为同分异构体③月桂烯、柠檬烯互为同分异构体④立方烷、棱晶烷是环烷烃的同系物A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④13．金刚烷是最早在石油中发现的,其结构如右图(转折点为碳原子,其他位置氢饱和)所示,则与金刚烷互为同分异构体的是 ( )14．下图均是由4个碳原子结合成的6种有机物(氢原子没有画出).(1)有机物(a)有一种同分异构体,试写出其结构简式________.(2)上述有机物中与(c)互为同分异构体的是________(填代号).(3)任写一种与(e)互为同系物的有机物的结构简式________.(4)(a)(b)(c)(d)(e)五种物质中,4个碳原子一定处于同一平面的有________(填代号).本讲参考答案 基础演练 一．选择题1．C 2．B 3．D 4．C 、D 5．B 6．C 7．B 8．B 二．填空题9．（1）4 4 共价 单 双 三 碳链10．（1）② （2）① （3）⑤ （4）③ （5）④ 11.巩固提高 一．选择题1.C2.D3.A4.BD5.D6.D7.AC8.C9.A 二．填空题10．（1）大 （2（3）a 、b c （4）6 不是 当堂检测Br一．选择题1.B2.AB3.C4.AD5.BD6.D7.D8.A二．填空题9、⑤；④；③；①；⑥10．（1）①和②,④与⑦,⑤与⑥（或者⑧）；（2）③、④、⑤、⑥（或者⑧）、⑦；（3）⑥与⑧.11．A:CH3CH3；B:CH2＝CH2；C:；D:CH3CHCl2(或者CH2ClCH2Cl)；E:CH2BrCH2Br ；F:CH3CHBr2；G: 12．①.AD ②.B一、选择题家庭作业1.C2.B3.B4.A5.A6.A7. D 8 B 9.C 10.B 11.D 12.A 13.CD二．填空题答案(1)CH3CH2CH2CH3(2)(b)(f)(3) (或其他合理答案)(4)(b)(c)(d)课程顾问签字： 教学主管签字：。