2023高考化学必考选择题分类突破 微题型14　有机物分子的空间结构与同分异构体（含答案）

微题型14　有机物分子的空间结构与同分异构体
1．(2022·全国乙卷，8)一种实现二氧化碳固定及再利用的反应如下：
下列叙述正确的是(　　)
A．化合物1分子中的所有原子共平面
B．化合物1与乙醇互为同系物
C．化合物2分子中含有羟基和酯基
D．化合物2可以发生开环聚合反应
2．(2019·全国卷Ⅲ，8)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
3．(2021·湖南，4)己二酸是一种重要的化工原料，科学家在现有工业路线基础上，提出了一条“绿色”合成路线：
下列说法正确的是(　　)
A．苯与溴水混合，充分振荡后静置，下层溶液呈橙红色
B．环己醇与乙醇互为同系物
C．己二酸与NaHCO3溶液反应有CO2生成
D．环己烷分子中所有碳原子共平面
4.(2021·河北，8)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体，结构简式如图。关于该化合物，下列说法正确的是(　　)
A．是苯的同系物
B．分子中最多8个碳原子共平面
C．一氯代物有6种(不考虑立体异构)
D．分子中含有4个碳碳双键
5．(2020·全国卷Ⅱ，10)吡啶()是类似于苯的芳香化合物，2-乙烯基吡啶(VPy)是合成治疗矽肺病药物的原料，可由如下路线合成。下列叙述正确的是(　　)
A．MPy只有两种芳香同分异构体
B．EPy中所有原子共平面
C．VPy是乙烯的同系物
D．反应②的反应类型是消去反应
1．有机物的共线与共面
识记教材中典型有机物的分子结构特征、球棍模型、空间填充模型，会“拆分”比对结构模板，“合成”确定共线、共面原子数目。
(1)明确三类结构模板
结构 正四面体形 平面形 直线形
模板 甲烷分子为正四面体结构，最多有3个原子共平面，键角为109°28′ 乙烯分子中所有原子(6个)共平面，键角约为120°；苯分子中所有原子(12个)共平面，键角为120°；甲醛分子是三角形结构，4个原子共平面，键角约为120° 乙炔分子中所有原子(4个)共直线，键角为180°
(2)对照模板定共线、共面原子数目
需要结合相关的几何知识进行分析：如不共线的任意三点可确定一个平面；若一条直线与某平面有两个交点时，则这条直线上的所有点都在该平面内；同时要注意问题中的限定性词语(如最多、至少)。
例1　有机物分子中最多有________个碳原子在同一平面内，与苯环共面的碳原子至少有________个。
解题思路
以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构：
2．一元取代物同分异构体数目的确定
(1)等效氢原子的三种情况：①同一个碳上的氢原子是等效的，如CH4中的4个H是等效的，即有1种等效氢；②同一个碳上所连甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的12个H是等效的，即有1种等效氢；③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的，如CH3—CH2—CH3为左右对称结构，故首尾6个H、中间2个H分别是等效的，即共有2种等效氢。
(2)一元取代物同分异构体数目确定的步骤
首先根据有序的书写原则写出除官能团外剩下碳原子数可能形成的碳链结构；再分析出各结构中等效氢数目，即为一元取代物同分异构体数目。
(3)熟记下列两个表格中的内容，可以秒杀同分异构体数目判断。
①烷基的种类
烷烃基 同分异构体数目
—CH3 1
—C2H5 1
—C3H7 2
—C4H9 4
—C5H11 8
②苯环上取代物的种类
苯环上取代基个数和类型 同分异构体数目
X 1
XX 3
XY 3
XXX 3
XXY 6
XYZ 10
例2　C4H9Cl有________种同分异构体。
解题思路
C4H9—为丁基，根据丁基有四种即可确定答案。
根据思维的有序性，确定丁基有四种的分析方法
写出4个碳可能的碳链结构(为了书写方便暂时省略碳上的氢)：
①C—C—C—C、②。接着分析结构中等效氢数目：①有2种()，②有2种()。最后用一个—Cl取代不同等效氢，即得一氯代物同分异构体数目共有2＋2＝4种。
1．下列物质中最简式相同，但既不互为同系物，也不互为同分异构体的是(　　)
A．CH3CH==CH2和
B．乙炔和苯
C．和
D．甲酸和甲酸甲酯
2．下列说法正确的是(　　)
A．C6H6分子结构中一定存在不饱和键
B．有机物CH3CH==CH2的分子在核磁共振氢谱中存在5组峰
C．C6H12表示的物质中可能存在顺反异构体，也可能存在手性碳原子
D．等物质的量有机分子与H2发生加成反应时，不饱和度大的分子需H2的量比不饱和度小的分子需H2多
3．下列关于有机物的说法正确的是(　　)
A．分子式为C2H4与C4H8的有机物一定互为同系物
B．环己烷()、环己烯()、苯()均易溶于水和乙醇
C．分子式为C5H10O2且属于酯的同分异构体共有9种(不考虑立体异构)
D．甲苯与液溴混合后再加入铁粉可生成
4．下列说法正确的是(　　)
A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上
B．丙烯所有原子均在同一平面上
C．中所有碳原子一定在同一平面上
D．CH3—CH==CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
5．(2022·烟台二模)某有机物X的化学式为C5H12O，能与钠反应放出氢气。X被氧化最终能生成羧酸Y(C5H10O2)，若不考虑立体结构，X和Y组合生成的酯最多有(　　)
A．4种 B．8种
C．16种 D．32种
6．有机物M的分子式为C5H10O3，且能与NaHCO3溶液反应放出CO2气体，1 mol M与足量金属钠反应可生成1 mol H2，则M可能的结构种类的数目为(　　)
A．9种 B．10种
C．12种 D．14种
7．聚异戊二烯主要用于制造轮胎，顺-1,4-聚异戊二烯，又称“天然橡胶”。合成顺式聚异戊二烯的部分流程如下。下列说法正确的是(　　)
N顺式聚异戊二烯
　　　M
A．反应①是取代反应
B．M存在顺反异构体
C．N分子中最多有10个原子共平面
D．顺式聚异戊二烯的结构简式为
8．分子式为C8H9Cl的含苯环的同分异构体(不含立体异构)有(　　)
A．9种 B．12种
C．14种 D．16种
9．(2022·江苏六校联考)有一种苯的同系物，分子式为C9H12，苯环上只含有一个取代基，则其与氢气完全加成后的产物的一溴代物有(不考虑立体异构)(　　)
A．11种 B．12种
C．13种 D．14种
微题型14　有机物分子的空间结构与同分异构体
真题示范
1．D　[化合物1分子中含有亚甲基结构，其中心碳原子采用sp3杂化，所以所有原子不可能共平面，A错误；结构相似，分子组成上相差n个CH2原子团的有机物互为同系物，上述化合物1为环氧乙烷，属于醚类，乙醇属于醇类，与乙醇结构不相似，不互为同系物，B错误；根据上述化合物2的分子结构可知，分子中含酯基，不含羟基，C错误；化合物2分子可发生开环聚合反应形成高分子，D正确。]
2．D　[甲苯中有甲基，根据甲烷的结构可知，甲苯分子中所有原子不可能在同一平面内，A错误；乙烷相当于2个甲基连接而成，根据甲烷的结构可知，乙烷分子中所有原子不可能在同一平面内，B错误；丙炔的结构简式为H3C—C≡CH，其中含有甲基，该分子中所有原子不可能在同一平面内，C错误；1,3-丁二烯的结构简式为H2C==CH—CH==CH2，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子可能在同一平面内，D正确。]
3．C　[苯的密度比水小，苯与溴水混合，充分振荡后静置，有机层在上层，应是上层溶液呈橙红色，故A错误；环己醇含有六元碳环，和乙醇结构不相似，分子组成也不相差若干个CH2原子团，不互为同系物，故B错误；己二酸分子中含有羧基，能与NaHCO3溶液反应生成CO2，故C正确；环己烷分子中的碳原子均为饱和碳原子，与每个碳原子直接相连的4个原子形成四面体结构，因此所有碳原子不可能共平面，故D错误。]
4．B　[苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，故A错误；由结构简式可知，苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平面，共有8个碳原子，故B正确；由结构简式可知，苯并降冰片烯分子的结构上下对称，分子中含有5种类型氢原子，则一氯代物有5种，故C错误；苯环不是单双键交替的结构，由结构简式可知，苯并降冰片烯分子中只含有1个碳碳双键，故D错误。]
5．D
疑难精讲
例1　11　9
模拟演练
1．B　2.C　3.C　4.D　5.C　6.C
7．D　[M发生消去反应生成N，N是，A错误；M分子中不饱和C原子上有2个H原子，因此不存在顺反异构体，B错误；N是，分子中存在2个乙烯的平面结构，两个乙烯平面，可能在同一平面上，还存在一个饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，最多有3个原子共平面，则在同一平面上的原子数目最多是11个，C错误；根据二烯烃1,4-加成规律，可知在催化剂存在条件下发生加聚反应生成顺式聚异戊二烯，其结构简式是，D正确。]
8．C　[分子式为C8H9Cl中含有苯环、饱和烃基、氯原子。若取代基是—CH2CH2Cl或—CHClCH3，有2种同分异构体。若取代基是—CH2Cl、—CH3或—CH2CH3、—Cl，根据邻、间、对位置异构可知，共有3＋3＝6种同分异构体。若取代基是—Cl、—CH3、—CH3，有6种同分异构体。所以符合条件的同分异构体共有2＋6＋6＝14种。]
9．C　[符合题目要求的苯的同系物有和，其与氢气完全加成后的产物为和，的一溴代物有7种，的一溴代物有6种，共13种。]