（通用版）2022高考化學一輪復習 第十二章 有機化學基礎 12.6 題型研究（1）同分異構體的書寫、判斷與原子共線共面學案（含解析）

（通用版）2022高考化學一輪復習 第十二章 有機化學基礎 12.6 題型研究（1）同分異構體的書寫、判斷與原子共線共面學案（含解析）限定條件下，同分異構體的書寫與種數(shù)判斷是每年有機部分命題的必考內容。題型有選擇題和填空題兩種。在選擇題中的命題方式是結合有機物的鍵線式判斷不同物質是否是同分異構體或種數(shù)判斷；填空題均出現(xiàn)在選修大題中，其命題方式是按照題目限制的要求進行有機物結構的書寫或判斷同分異構體數(shù)目。要求書寫的有機物的結構一般具有較強的對稱性結構特點，備考復習中應充分注意這一特征。 典例1(2016·全國卷)分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構)()A7種B8種C9種 D10種解析有機物C4H8Cl2的碳骨架有兩種結構：CCCC，。(1)碳骨架為CCCC的同分異構體有(2)碳骨架為的同分異構體有則C4H8Cl2的同分異構體共有9種。答案C備考方略“四法”速判同分異構體數(shù)目(1)識記法熟記下列?？嫉耐之悩嬻w模型，有助于考生在考試中實現(xiàn)“秒答”。只含一種化學環(huán)境的氫原子的分子：如甲烷、乙烷、新戊烷(可看作CH4的四甲基取代物)、2,2,3,3­四甲基丁烷(可看作乙烷的六甲基取代物)、苯、環(huán)己烷、C2H2、C2H4等分子的一鹵代物只有一種。丁烷、丁炔、丙基、丙醇均有2種不同結構。戊烷、丁烯、戊炔均有3種不同結構。丁基、C8H10(芳香烴)均有4種不同結構。己烷、C7H8O(含苯環(huán))均有5種不同結構。戊基、C9H12(芳香烴)均有8種不同結構。(2)基元法以烴基為基元，該烴基對應烷烴的一元取代物的同分異構體數(shù)目與烴基的同分異構體數(shù)目相等。(3)換元法此法適用于確定烴的多元取代物的同分異構體數(shù)目。如二氯苯(C6H4Cl2)有3種同分異構體，四氯苯也有3種同分異構體(將H原子與Cl原子交換)。(4)等效氫法有機物分子中，位置等同的氫原子叫等效氫原子。同一碳原子上的氫原子等效；同一碳原子上的甲基上的氫原子等效；位于對稱位置上的碳原子上的氫原子等效。有幾種等效氫，其一元取代物就有幾種。典例2分子式為C8H9Cl且含有苯環(huán)的同分異構體數(shù)目為()A10種 B12種C14種 D18種解析分子式為C8H9Cl且含有苯環(huán)，如果苯環(huán)上只有一個取代基，即C2H4Cl，相當于乙基中的一個氫原子被氯原子取代，有2種結構；如果含有兩個取代基，則為氯原子和乙基或CH2Cl和甲基，在苯環(huán)上均有鄰、間、對三種位置，共計6種；如果含有3個取代基，則為氯原子和2個甲基，當2個甲基位于鄰位時，有2種結構，當2個甲基位于間位時，有3種結構，當2個甲基位于對位時，有1種結構，共計14種。答案C備考方略含苯環(huán)結構同分異構體的判斷方法涉及苯環(huán)結構的同分異構體判斷時，需要根據對稱性原則，各類型的對稱性歸納如下(圖中相同數(shù)字的為對稱位置)。(1)無取代基和1個取代基無取代基時，苯環(huán)上只存在1種化學環(huán)境的氫原子。有1個取代基時，以該取代基所在碳原子與對位碳原子所構成的直線為對稱軸，兩側鄰位和間位碳原子分別處于對稱位置，苯環(huán)上共存在3種化學環(huán)境的氫原子。(2)2個取代基有2個相同取代基時，2個取代基有鄰、間、對3種位置關系，其中2個取代基處于鄰位時，苯環(huán)上存在2種化學環(huán)境的氫原子；2個取代基處于間位時，苯環(huán)上存在3種化學環(huán)境的氫原子；2個取代基處于對位時，苯環(huán)上存在1種化學環(huán)境的氫原子。有2個不同取代基時，2個取代基處于鄰、間、對位時，苯環(huán)上分別有4種、4種、2種化學環(huán)境的氫原子。(3)3個取代基有3個相同取代基時，3個取代基有連、均、偏3種位置關系，苯環(huán)上分別有2種、1種、3種化學環(huán)境的氫原子。考法三限定條件下同分異構體的判斷與書寫典例3(1)(2017·全國卷)L是D()的同分異構體，可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應，1 mol的L可與2 mol的Na2CO3反應，L共有_種；其中核磁共振氫譜為四組峰，峰面積比為3221的結構簡式為_、_。(2)(2016·全國卷)具有一種官能團的二取代芳香化合物W是E()的同分異構體，0.5 mol W與足量碳酸氫鈉溶液反應生成44 g CO2，W共有_種同分異構體(不含立體異構)，其中核磁共振氫譜有3組峰的同分異構體的結構簡式為_。解析(1) 的分子式為C7H8O2，由題中信息可知L的分子結構中含有2個酚羥基和1個甲基，當兩個酚羥基處于鄰位時，苯環(huán)上甲基的位置有2種；當兩個酚羥基處于間位時，苯環(huán)上甲基的位置有3種；當兩個酚羥基處于對位時，苯環(huán)上甲基的位置有1種，故滿足條件的L共有6種。其中核磁共振氫譜為四組峰，且峰面積比為3221的結構簡式為(2)W為二取代芳香化合物，是E的同分異構體，則苯環(huán)上有2個取代基，0.5 mol W與足量碳酸氫鈉溶液反應生成44 g CO2，說明W分子結構中含有2個COOH，而取代基可能有4種不同結構，分別為COOH和CH2CH2COOH、COOH和CH(CH3)COOH、CH2COOH和CH2COOH、CH3和CH(COOH)2，這些取代基在苯環(huán)上都可能存在鄰、間、對三種位置，故W可能的結構種類為4×312種，其中核磁共振氫譜有3組峰的結構簡式為備考方略限定條件下同分異構體的書寫(1)思維流程根據限定條件確定同分異構體中所含官能團。結合所給有機物有序思維：碳鏈異構官能團位置異構官能團類別異構。確定同分異構體種數(shù)或根據性質書寫結構簡式。(2)注意事項限定范圍書寫和補寫同分異構體，解題時要看清所限范圍，分析已知幾個同分異構體的結構特點，對比聯(lián)想找出規(guī)律補寫，同時注意碳的四價原則和官能團存在位置的要求。芳香族化合物同分異構體a烷基的類別與個數(shù)，即碳鏈異構。b若有2個側鏈，則存在鄰、間、對三種位置異構。具有官能團的有機物一般的書寫順序：碳鏈異構官能團位置異構官能團類別異構。書寫要有序進行，如書寫酯類物質的同分異構體時，可采用逐一增加碳原子的方法。如C8H8O2含苯環(huán)的屬于酯類的同分異構體為甲酸某酯： (鄰、間、對)；乙酸某酯：；苯甲酸某酯：綜合訓練1下列各組有機物的同分異構體種數(shù)相同的一組是()AC5H12與C2H6O BC4H10與C3H6CC2H2Cl4與CH2Cl2 DCH2O與C2H4O2解析：選BC5H12有正戊烷、異戊烷、新戊烷三種，C2H6O有CH3CH2OH、CH3OCH3兩種，A項不符合題意；C4H10有正丁烷、異丁烷兩種，C3H6有丙烯、環(huán)丙烷兩種，B項符合題意；C2H2Cl4有CHCl2CHCl2、CH2ClCCl3兩種，CH2Cl2只有一種結構，C項不符合題意；CH2O沒有同分異構體，C2H4O2有CH3COOH、HCOOCH3等異構體，D項不符合題意。2分子式為C6H10O4，且能與NaHCO3反應的只含一種官能團的有機物共有(不含立體異構)()A7種 B8種C9種 D10種解析：選C分子式為C6H10O4，且能與NaHCO3反應的只含一種官能團的有機物為己二酸，即HOOCC4H8COOH，有HOOCCH2CH2CH2CH2COOH、HOOCCH(CH3)CH2CH2COOH、HOOCCH(CH3)CH(CH3)COOH、HOOCCH(COOH)CH2CH2CH3、HOOCCH2CH(CH3)CH2COOH、共9種。3(1)分子式為C5H8O4能同時滿足下列條件的共有_種(不含立體異構)；能與飽和NaHCO3溶液反應產生氣體既能發(fā)生銀鏡反應，又能發(fā)生皂化反應其中核磁共振氫譜顯示為3組峰，且峰面積比為611的是_(寫結構簡式)。(2)符合下列3個條件的的同分異構體有_種。與FeCl3溶液顯色；苯環(huán)上只有兩個取代基；1 mol該物質最多消耗3 mol NaOH，其中氫原子共有五種不同環(huán)境的是_(寫結構簡式)。(3)同時滿足下列條件：與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應；苯環(huán)上有兩個取代基、含C=O的的同分異構體有_種(不包括立體異構)；其中核磁共振氫譜為4組峰、能水解的物質的結構簡式為_。解析：(1)分子式為C5H8O4的有機物，能與飽和NaHCO3溶液反應產生氣體，說明分子結構中含有羧基；既能發(fā)生銀鏡反應，又能發(fā)生皂化反應，說明含有酯基和醛基，符合條件的結構有共5種。其中核磁共振氫譜顯示3組峰，且峰面積比為611的結構為(2)同分異構體符合下列條件：與FeCl3溶液顯色，說明含有酚羥基；苯環(huán)上只有兩個取代基；1 mol該物質最多消耗3 mol NaOH，說明另一個取代基為RCOO，該取代基為CH3CH2CH2COO、(CH3)2CHCOO，這兩種取代基都與酚羥基有鄰、間、對3種位置關系，所以符合條件的同分異構體有6種，其中氫原子共有五種不同環(huán)境的是(3)同分異構體同時滿足下列條件：與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應；苯環(huán)上有兩個取代基、含C=O，苯環(huán)上鄰、間、對3種：，側鏈有同分異構體：COOCH3、OOCCH3、CH2COOH、CH2OOCH、OCH2CHO、COCH2OH、CHOHCHO 7種，故同分異構體有3×721種；核磁共振氫譜為4組峰、能水解的物質，即4種化學環(huán)境的H，只有苯環(huán)上對位(3種H)、側鏈上1種H(上述前兩種)才符合條件，其結構簡式為和題型二有機物分子中原子共線、共面問題的判斷有機化合物不僅有一定的分子組成，還有一定的空間結構，其性質和結構也是緊密相關的，有機物的空間構型，特別是分子中的原子共直線、共平面問題，是高考?？嫉膬热葜?，因此，復習原子共面、共線問題時，可抓住4種典型物質(甲烷、乙烯、乙炔、苯)的結構特點，進行知識的組裝、遷移應用。復雜分子一般都是由小分子組合而成，雖然高考涉及的分子并不是特別復雜，但由于陌生度高，考生會出現(xiàn)一時的解題障礙，平時訓練中要多注意分子的組裝與拆解，運用數(shù)學上立體幾何的相關知識，就可以解決陌生有機物中原子共線、共面問題。重難點撥1四種典型物質的結構模型物質結構模型甲烷正四面體結構，最多有3個原子共面乙烯平面結構，6個原子位于同一平面苯平面正六邊形結構，12個原子位于同一平面乙炔直線形結構，4個原子位于同一個直線2判斷共線、共面問題思考的角度(1)展開空間構型其他有機物可看作甲烷、乙烯、苯三種典型分子中的氫原子被其他原子或原子團代替后的產物，但這三種分子的空間結構基本不變，如CH2=CHCl，可看作氯原子代替了原有乙烯分子中氫原子的位置。(2)單鍵旋轉思想典例下列說法正確的是()ACH3CH=CHCH3分子中的四個碳原子在同一直線上Ba()和c()分子中所有碳原子均處于同一平面上C異丙苯()中碳原子可能都處于同一平面D化合物 (b)、(d)、(p)中只有b的所有原子處于同一平面解析A項，根據乙烯的空間構型可知，CH3CH=CHCH3分子中的四個碳原子處于同一平面，但不在同一直線上，錯誤。B項，用鍵線式表示有機物結構時，考生最容易忽略飽和碳原子的共面規(guī)律，飽和碳原子只能與另外兩個相連的原子共平面，故a與c分子中所有碳原子不可能共平面，錯誤。C項，異丙苯分子中有2個CH3，碳原子不可能都處于同一平面，錯誤。D項，d、p分子中都存在飽和碳原子，故只有b的所有原子處于同一平面，正確。答案D綜合訓練1下列化合物的分子中，所有原子都處于同一平面的有()A乙烷B甲苯C氟苯 D丙烯解析：選CA、B、D中都含有甲基，有四面體的空間結構，所有原子不可能共面；C項中氟原子代替苯分子中一個氫原子的位置，仍共平面。2結構簡式為的有機物分子中，處于同一平面的碳原子最多有()A10個 B9個C8個 D6個解析：選A該有機物分子結構中存在2個平面，即，轉動處的碳碳單鍵，使苯環(huán)所在的平面與碳碳雙鍵所在的平面重合時，該有機物分子中處于同一平面的碳原子最多，為10個，故A項正確。3某款香水中的香氛主要由以下三種化合物構成，下列說法正確的是()A月桂烯分子中所有原子可能共平面B檸檬醛和香葉醇互為同分異構體C香葉醇能發(fā)生加成反應、氧化反應、酯化反應D三種有機物的一氯代物均有7種(不考慮立體異構)解析：選C月桂烯分子中有飽和碳原子，故不可能所有原子共平面，A項錯誤；檸檬醛的分子式為C10H16O，香葉醇的分子式為C10H18O，兩者分子式不同，因此不互為同分異構體，B項錯誤；香葉醇分子中有碳碳雙鍵、羥基，能發(fā)生加成反應、氧化反應、酯化反應，C項正確；月桂烯、香葉醇的一氯代物有7種，檸檬醛的一氯代物有6種，D項錯誤。