中小学教育资源及组卷应用平台
第43讲 有机化合物的结构特点与研究方法
【备考目标】 1.能辨识有机化合物的类别及分子中的官能团，能根据有机物的命名规则对常见的有机化合物命名。2.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。3.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。4.知道研究有机化合物结构的一般方法和有机化合物分离、提纯的常用方法。
考点1 有机化合物的分类
1．按碳骨架分类
2．按官能团分类
烷烃 － －
烯烃 碳碳双键
炔烃 碳碳三键 —C≡C—
芳香烃 － －
卤代烃 碳卤键
醇 羟基 —OH
酚 羟基 —OH
醚 醚键
醛 醛基
酮 酮羰基
羧酸 羧基
酯 酯基
胺 氨基 —NH2
酰胺 酰胺基
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)所有的有机物都含有官能团，芳香烃的官能团是苯环 (× )
(2)含有羟基的化合物一定属于醇类 (× )
(3)具有和的双重性质 (× )
(4)有机物CHOOH、CHOOCH3、COOH中含有的官能团相同 (× )
题组练习
一、有机化合物类别的判断
1．根据有机化合物的分类，下列有机物的分类正确的是( )
A．是脂环化合物 B．是芳香族化合物
C．是链状化合物 D．分子式为C2H6O的物质一定是乙醇
解析：选C。含有苯环，不是脂环化合物，是芳香族化合物，A错误； 不含有苯环，不是芳香族化合物，是脂环化合物，B错误；是链状化合物，C正确；分子式为C2H6O的物质可以是乙醇，也可以是甲醚CH3OCH3，D错误。
2．下列物质的所属类别与所含官能团都正确的是( )
选项 A B C D
结构简式
物质类别 芳香烃 醛类 羧酸类 醇类
官能团 —O— —COOH —OH
解析：选D。A项，选项中有机物中含有氧原子，不属于烃，错误；B项，醛类的官能团为COH，该物质属于酮类，错误；C项，选项中有机物的官能团为酯基，错误；D项，选项中有机物的官能团为羟基，属于醇类，正确。
二、陌生有机化合物中官能团的识别
3．对下列物质的类别与所含官能团的判断中，不正确的是( )
A． 醇类 —OH B．CH3CH2COOH 羧酸类 —COOH
C． 酮类 —CHO D．CH3CH2Br 卤代烃类 —Br
解析：选C。A项，含有—OH，且—OH不与苯环直接相连，属于醇，正确；B项，含羧基，属于羧酸类，正确；C项，含有醛基，属于醛类，错误；D项，含有溴原子，属于卤代烃类，正确。
4．按要求解答下列各题：
(1)(2023·全国卷甲)F()中含氧官能团的名称是________。
(2)(2023·全国卷乙)A()中含氧官能团的名称是____________。
(3)(2023·新课标卷)D()中官能团的名称为________、________。
(4)(2023·浙江1月选考)化合物A()的官能团名称是________________。
(5)(2023·浙江6月选考)化合物B()的含氧官能团名称是________________。
(6)(2023·湖南高考)物质G()所含官能团的名称为________、________。
(7)(2022·重庆高考)基础树脂Ⅰ(?)中官能团的名称为__________________。
(8)(2022·全国卷甲)H()中含氧官能团的名称是________________________________________________________________________。
答案：(1)羧基 (2)醚键和羟基 (3)氨基 羟基 (4)硝基、氯原子 (5)羟基、醛基 (6)碳碳双键 醚键 (7)酯基 (8)硝基、酯基、酮羰基
考点2 有机化合物的命名
1.烷烃的命名
(1)习惯命名法
(2)系统命名法
①命名步骤
②编号三原则
原则 解释
首先考虑“近” 以离支链较近的主链一端为起点编号
同“近”考虑“简” 有两个不同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，则从较简单的支链一端开始编号
同“近”、同“简”，考虑“小” 若有两个相同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，而中间还有其他支链，从主链的两个方向编号，可得到两种不同的编号系列，两系列中各位次之和最小者即为正确的编号
③实例
[注意] 卤代烃命名时以烃基为母体，卤素原子为取代基。
2．含官能团的有机物的命名(与烷烃命名类似)
3.苯的同系物的命名
(1)习惯命名法
如称为甲苯，称为乙苯，二甲苯有三种，分别为邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。
(2)系统命名法
①以苯环作为母体，其他基团作为取代基。
②将某个最简侧链所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给其他基团编号即侧链编号之和最小原则。
4．多官能团物质的命名
命名含有多个不同官能团的化合物的关键在于要选择优先的官能团作为母体。官能团作为母体的优选顺序为(以“>”符号表示优先)：羧酸>酯>醛>酮>醇>胺，如：的名称为聚甲基丙烯酸甲酯。
题组练习
1．下列有机物的系统命名正确的是( )
A． 2 乙基丁烷 B． 2 甲基 3 丁烯
C． 2 甲基 1 丙醇 D． 2，4，6 三溴苯酚
解析：选D。：从右边开始编号，得到3 甲基戊烷，A错误；：从右边开始编号，得到3 甲基 1 丁烯，B错误；：羟基在2号位，因此为2 丁醇，C错误；：酚羟基所在的碳原子为1号位，因此为2，4，6 三溴苯酚，D正确。
2．写出下列有机化合物的名称。
(1)(2023·全国卷甲)A()的化学名称是_________________________________________。
(2)(2023·全国卷乙)D()的化学名称为____________________________________________。
(3)(2023·新课标卷)A()的化学名称是_____________________________________________。
(4)(2022·全国卷甲)A()的化学名称为_____________________________________________。
(5)(2022·全国卷乙)A(CH2===CHCH2Cl)的化学名称是______________________________________________。
(6)(2022·河北高考)B()的化学名称为________________________________________。
(7)(2021·全国卷甲)A()的化学名称为_______________________________。
(8)(2021·全国卷乙)A()的化学名称是____________________________________________。
答案：(1)邻硝基甲苯(或2 硝基甲苯) (2)苯乙酸 (3)3 甲基苯酚(或间甲基苯酚) (4)苯甲醇 (5)3 氯 1 丙烯 (6)3，4 二氯苯甲酸 (7)间苯二酚(或1，3 苯二酚) (8)2 氟甲苯(或邻氟甲苯)
考点3 同系物 同分异构体
一、同系物
二、同分异构体
1．概念
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．类型
构造异构 碳架异构
位置异构 官能团位置不同，如CH2===CH—CH2—CH3和CH3CH===CH—CH3
官能团异构 官能团种类不同，如CH3CH2OH和CH3—O—CH3
立体异构 顺反异构
对映异构 某些有机化合物组成相同，分子中原子连接顺序也相同，但两者像人的左手和右手的关系一样，互为镜像，彼此不重合，称为对映异构，也叫旋光异构。例如，乳酸的对映异构体可表示为：
【提醒】 并不是所有烯烃均存在顺反异构，任一双键碳原子上连有的原子或原子团都不相同时，才有顺反异构。
三、简单有机物同分异构体的书写
1．烷烃同分异构体的书写
【示例】 C6H14的同分异构体的书写
第①步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链：C—C—C—C—C—C。
第②步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心及对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有：、。
第③步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相同、相邻，此时碳骨架结构有：
、。
所以C6H14共有5种同分异构体。
2．含官能团有机物的同分异构体书写
(1)书写顺序
碳架异构 位置异构 官能团异构
实例：(以C4H10O为例且只写出骨架与官能团)
①碳架异构 C—C—C—C、；
②位置异构 、、、；
③官能团异构 C—O—C—C—C、
C—C—O—C—C、。
(2)含官能团有机物的类别总结
组成通式 可能的类别及典型实例
CnH2n 烯烃(CH3CH===CH2)、环烷烃()
CnH2n－2 炔烃(CH≡C—CH2—CH3)、二烯烃(CH2===CH—CH===CH2)、环烯烃()
CnH2n＋2O 醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)
CnH2nO 醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2===CHCH2—OH)、环醚()、环醇()
CnH2nO2 羧酸(CH3COOH)、酯(HCOOCH3)、羟基醛(HO—CH2—CHO)
CnH2n－6O 酚(H3COH)、芳香醚(OCH3)、芳香醇(CH2OH)
CnH2n＋1O2N 氨基酸、硝基烷
(3)利用不饱和度寻找烃及其含氧衍生物的同分异构体
①不饱和度(Ω)与有机物结构的关系
②不饱和度的计算方法
分子式为CnHm的烃及分子式为CnHmOx的烃的含氧衍生物的不饱和度计算公式为：。
INCLUDEPICTURE "ZZ箭头灰.TIF" INCLUDEPICTURE "ZZ箭头灰.TIF" \* MERGEFORMAT [深化理解]
同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。
③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子的链状烷烃有5种。
(2)基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。
如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。
(3)等效氢法
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置的碳原子上的氢原子等效。
(4)二元取代物数目的判断
①定一移一法。可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定二元取代物的数目。
②替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将H替代为Cl)。
3．苯的同系物的同分异构体书写
支链由整到散，苯环上的排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
【示例】 写出C9H12的含有苯环的同分异构体。
同分异构体的结构简式
一元取代物 、
二元取代物(邻、间、对) 、、
三元取代物(连、偏、均) 、、
题组练习
一、同分异构体数目的判断
1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是( )
A．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
B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种
D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物
解析：选B。含3个碳原子的烷基有正丙基和异丙基两种结构，甲基与该烷基在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故产物的结构共有2×3＝6种，A项正确；的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种：、、、、，B项错误；正戊烷的一氯代物有3种，C项正确；菲的结构具有对称性，含有5种不同化学环境的氢原子，D项正确。
2．下列说法不正确的是( )
A．分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有5种
B．四联苯()的一氯代物有5种
C．与具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH
D．兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体
解析：选A。分子式为C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分别是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH与HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4种，A项错误；四联苯是具有两条对称轴的物质，即，有5种不同化学环境的氢原子，故有5种一氯代物，B项正确；将官能团的位置移动即可得其同分异构体：CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH，C项正确；该有机物含有4个环和1个碳碳双键，不饱和度为5，苯环的不饱和度为4，所以可能有属于芳香族的同分异构体，D项正确。
二、限定条件下同分异构体的书写
3．(2022·全国卷乙节选)在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为________种。
a)含有一个苯环和三个甲基；
b)与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；
c)能发生银镜反应，不能发生水解反应。
上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢(氢原子数量比为6∶3∶2∶1)的结构简式为________________________________________。
解析：E的结构简式为，E的分子式为C11H12O3，不饱和度为6；E的同分异构体与饱和NaHCO3溶液反应产生CO2，结合分子式中O原子的个数，说明含1个羧基，能发生银镜反应、不能发生水解反应说明还含1个醛基；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有3种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有6种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有1种位置；故符合题意的同分异构体共有3＋6＋1＝10种；上述同分异构体经银镜反应后酸化，醛基转化为羧基，所得产物中核磁共振氢谱显示有4组氢且氢原子数量比为6∶3∶2∶1的结构简式为、。
答案：10
或
4．(2023·全国卷乙节选)在D()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种；
①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为五组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为________________________________________________________________________。
解析：遇FeCl3溶液显紫色，则苯环上连有—OH，能发生银镜反应，说明分子中含有—CHO。当苯环上连有—OH、—CH2CHO时，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系；当苯环上连有—OH、—CHO、—CH3时，三者在苯环上有10种位置关系。故符合条件的D的同分异构体一共有13种。其中核磁共振氢谱有五组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为。
答案：13
5．(2023·新课标卷节选)在B()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种(不考虑立体异构)。
①含有手性碳；②含有三个甲基；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为________________。
解析：根据题中限定条件可知，若苯环上含三个取代基：2个—CH3和1个—CH(CH3)OH时，三者在苯环上有6种位置关系；若苯环上含两个取代基：—CH3和—CH(CH3)OCH3，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故符合条件的B的同分异构体有9种。其中核磁共振氢谱有6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为。
答案：9
【方法指导】 限定条件下同分异构体的书写步骤
第一步：推测“碎片”，审限定条件。
解读限定条件，从性质联想结构，根据题给有机物分子式、结构、性质、定量反应关系、谱图等判断其含有的官能团种类及数量。将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基，尤其是官能团之外的饱和碳原子。
第二步：摘除“碎片”，构建碳骨架。
计算所求物质的不饱和度，进一步确定其他基团，确定碳架结构。
第三步：组装“碎片”，写结构简式。
利用“取代法”、“插入法”或“定一移一法”，确定官能团或相关基团的位置，结合“碳四键”原理写出所求所物质的结构简式。
考点4 研究有机化合物的一般方法
1．研究有机化合物的基本步骤
2．分离提纯有机物常用的方法
(1)蒸馏和重结晶
适用对象 要求
蒸馏 液态有机物 ①有机物热稳定性较强；②有机物与杂质的沸点相差较大
重结晶 固态有机物 ①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大；②被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温度影响较大
(2)萃取和分液
①萃取
利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。加入的溶剂称为萃取剂。
②分液
利用分液漏斗把互不相溶的两种液体分开的操作。分液操作一般与萃取结合使用。
(3)色谱法
色谱法通常利用吸附剂和溶剂对不同化合物吸附、分配等作用的差别来分离、提纯化合物。常见吸附剂有硅胶、氧化铝、碳酸钙等。
3．有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
4．分子结构的确定
(1)化学方法
利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物以进一步确认其结构。常见官能团特征反应如下：
官能团种类 试剂 判断依据
碳碳双键或碳碳三键 溴的CCl4溶液 红棕色褪去
酸性KMnO4溶液 紫红色褪去
卤素原子 NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液 有沉淀产生
酚羟基 FeCl3溶液 显紫色
浓溴水 有白色沉淀产生
醛基 银氨溶液 有银镜生成
新制Cu(OH)2 有砖红色沉淀产生
羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出
(2)物理方法
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
【提醒】 红外光谱几乎可以测量出所有化学键的种类，但不能测出化学键的个数。
②核磁共振氢谱
③X射线衍射
X射线是一种波长约为10－10m的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。
题组练习
一、有机化合物分离提纯方法的选择
1．为提纯下列物质(括号内的为杂质)，所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
选项 A B C D
被提纯物质 乙醇(水) 乙醇(乙酸) 乙烷(乙烯) 溴苯(溴)
除杂试剂 生石灰 氢氧化钠溶液 酸性高锰酸钾溶液 KI溶液
分离方法 蒸馏 分液 洗气 分液
解析：选A。生石灰与水反应，消耗了乙醇中混有的水，蒸馏可得到乙醇；A项正确；乙醇易溶于水，利用分液的方法不能将乙醇与盐溶液分离开；B项错误；酸性高锰酸钾溶液可将乙烯氧化为二氧化碳，引入了新的杂质；C项错误；溴可将KI氧化为碘单质，而碘易溶于溴苯，引入了新的杂质，D项错误。
2．实验室可利用呋喃甲醛()在碱性环境下发生交叉的Cannizzaro反应，生成呋喃甲酸()和呋喃甲醇()，反应过程如下：
，
操作流程如下：
已知：
①呋喃甲酸在水中的溶解度如下表：
T/℃ 0 5 15 100
S/g 2.7 3.6 3.8 25.0
②呋喃甲醇与乙醚混溶；乙醚沸点为34.6 ℃，呋喃甲醇沸点为171.0 ℃。
下列说法错误的是( )
A．呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应较为剧烈
B．向乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇
C．在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸后，得到粗呋喃甲酸晶体的方法是萃取
D．粗呋喃甲酸晶体的提纯可采用重结晶的方法
解析：选C。呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应在冰水浴中进行，是为了降低反应速率，可推知A正确；乙醚提取的是混合溶液中的呋喃甲醇，呋喃甲酸盐留在水溶液中，乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，得到呋喃甲醇和乙醚的混合液，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇，B正确；在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸会生成呋喃甲酸，温度较低时呋喃甲酸在水中溶解度较小，为得到粗呋喃甲酸晶体，采用的方法应是冷却、过滤，C错误；根据呋喃甲酸在水中的溶解度随温度的变化情况，可知提纯粗呋喃甲酸晶体可采用重结晶的方法，D正确。
二、有机化合物结构测定的波谱分析方法
3．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是( )
A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
B．质谱分析：利用质荷比来测定分子立体结构
C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体类型
D．X衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定有机化合物中氢原子的种类和数目
解析：选A。光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，A项正确；质谱分析：利用质荷比来测定有机物相对分子质量，B项错误；红外光谱分析：利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中有哪些基团，C项错误； X衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体类型和结构，D项错误。
4．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是( )
A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3
解析：选D。红外光谱图中给出的化学键有C—H键、O—H键和C—O键三种，A正确；核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C正确；若A为CH3—O—CH3，则无O—H键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，D错误。
三、利用李比希法分析有机化合物的组成
5．为验证某有机物(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)属于烃的含氧衍生物，下列方法正确的是( )
A．验证其完全燃烧后的产物只有H2O和CO2
B．测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比
C．测定其完全燃烧时消耗有机物的物质的量与生成的H2O和CO2的物质的量之比
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量
解析：选D。A项，烃的含氧衍生物或烃燃烧都生成H2O和CO2，不能确定是否含有氧元素，错误；B项，测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比只能确定该有机物分子中碳原子、氢原子的个数比，不能确定是否含有氧元素，错误；C项，测定其完全燃烧时消耗有机物的物质的量与生成的H2O和CO2的物质的量之比，只能确定该有机物分子中碳原子和氢原子的个数，不能确定是否含有氧元素，错误；D项，测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量，可以确定一定质量的有机物中含有碳、氢元素的质量，根据质量守恒可确定是否含有氧元素，正确。
6．将某有机物(只可能含C、H、O元素中的两种或三种)样品研碎后称取0.352 g，置于电炉中，不断通入氧气流并给样品持续加热，将生成物先后通过无水CaCl2和碱石灰(B装置后的装置未画出)，两者分别增重0.144 g 和0.528 g，生成物完全被吸收。
(1)浓硫酸、无水CaCl2、碱石灰的作用分别是什么？________________________________。
(2)通过计算确定该有机物的最简式。_____________________________________________。
(3)若要知道该有机物的分子式，还缺少的物理量是___________________________________。
答案：(1)浓硫酸干燥O2；无水CaCl2吸收反应生成的水；碱石灰吸收反应生成的CO2
(2)n(H)＝×2＝0.016 mol，n(C)＝＝0.012 mol，因为m(H)＋m(C)＝0.16 g<0.352 g，该有机物中还含有氧元素，n(O)＝＝0.012 mol，该有机物的最简式为C3H4O3 (3)相对分子质量
高考真题
1．(2024·山东卷，7，2分)我国科学家在青蒿素研究方面为人类健康作出了巨大贡献。在青蒿素研究实验中，下列叙述错误的是( )
A．通过萃取法可获得含青蒿素的提取液
B．通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构
C．通过核磁共振谱可推测青蒿素相对分子质量
D．通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团
答案：C
解析：A项，某些植物中含有青蒿素，可以通过用有机溶剂浸泡的方法将其中所含的青蒿素浸取出来，这种方法也叫萃取，固液分离后可以获得含青蒿素的提取液，A正确； B项，晶体中结构粒子的排列是有规律的，通过X射线衍射实验可以得到晶体的衍射图，通过分析晶体的衍射图可以判断晶体的结构特征，故X射线衍射可测定青蒿素晶体结构，B正确；C项，通过核磁共振谱可推测青蒿素分子中不同化学环境的氢原子的种数及其数目之比，但不能测定青蒿素的相对分子质量，要测定青蒿素相对分子质量应该用质谱法，C不正确；D项，红外光谱可推测有机物分子中含有的官能团和化学键，故通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团，D正确；故选C。
2．(2024·浙江1月卷，9，3分)关于有机物检测，下列说法正确的是( )
A．用浓溴水可鉴别溴乙烷、乙醛和苯酚
B．用红外光谱可确定有机物的元素组成
C．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，可推断其分子式为C5H12
D．麦芽糖与稀硫酸共热后加溶液调至碱性，再加入新制氢氧化铜并加热，可判断麦芽糖是否水解
答案：A
解析：A项，溴乙烷可萃取浓溴水中的溴，出现分层，下层为有色层，溴水具有强氧化性、乙醛具有强还原性，乙醛能还原溴水，溶液褪色，苯酚和浓溴水发生取代反应产生三溴苯酚白色沉淀，故浓溴水可鉴别溴乙烷、乙醛和苯酚，A正确；B项，红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构的特点，红外光谱可确定有机物的基团、官能团等，元素分析仪可以检测样品中所含有的元素，B错误；C项，质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，不可据此推断其分子式为C5H12，相对分子质量为72的还可以是C4H8O、C3H4O2等， C错误；D项，麦芽糖及其水解产物均具有还原性，均能和新制氢氧化铜在加热反应生成砖红色沉淀Cu2O，若按方案进行该实验，不管麦芽糖是否水解，均可生成砖红色沉淀，故不能判断麦芽糖是否水解，D错误；故选A。
3．(2024·浙江6月卷，9，3分)有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素，红外光谱显示A分子中没有醚键，质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是( )
A．能发生水解反应 B．能与NaHCO3溶液反应生成CO2
C．能与O2反应生成丙酮 D．能与Na反应生成H2
答案：D
解析：由质谱图可知，有机物A相对分子质量为60，A只含C、H、O三种元素，因此A的分子式为C3H8O或C2H4O2，由核磁共振氢谱可知，A有4种等效氢，个数比等于峰面积之比为3：2：2：1，因此A为CH3CH2CH2OH。A项，A为CH3CH2CH2OH，不能发生水解反应，故A错误；B项，A中官能团为羟基，不能与NaHCO3溶液反应生成CO2，故B错误；C项，CH3CH2CH2OH的羟基位于末端C上，与O2反应生成丙醛，无法生成丙酮，故C错误；D项，CH3CH2CH2OH中含有羟基，能与Na反应生成H2，故D正确；故选D。
4．(2023·湖南高考)下列玻璃仪器在相应实验中选用不合理的是( )
A．重结晶法提纯苯甲酸：①②③
B．蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4：③⑤⑥
C．浓硫酸催化乙醇制备乙烯：③⑤
D．酸碱滴定法测定NaOH溶液浓度：④⑥
解析：选A。①为漏斗，②为球形冷凝管，③为温度计，④为酸式滴定管，⑤为蒸馏烧瓶，⑥为锥形瓶。重结晶法提纯苯甲酸时不用仪器②③，A项错误；蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4时，用到仪器③⑤⑥，B项正确；浓硫酸催化乙醇制备乙烯的实验中，需迅速升温至170 ℃，用到仪器③⑤，C项正确；酸碱中和滴定法测定NaOH溶液浓度，用到仪器④⑥，D项正确。
5．(2023·浙江6月选考)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如图：
下列说法不正确的是( )
A．操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl
C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D．操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
解析：选B。加水溶解时需保证苯甲酸完全溶解，为减少能耗，降低苯甲酸的溶解损失，溶解所用的水的量需加以控制，则操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量，故A正确；苯甲酸在冷水中的溶解度不大，操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙，NaCl含量少，通常不结晶析出，同时防止苯甲酸析出损失，故B错误；NaCl的溶解度受温度影响不大，苯甲酸的溶解度随温度的升高而增大，则操作Ⅲ缓慢冷却结晶可形成较大的苯甲酸晶体颗粒，同时减少杂质被包裹，NaCl留在溶液中，故C正确；苯甲酸在冷水中溶解度小，则操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体，减少溶解损失，故D正确。
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．下列关于有机物及相应官能团的说法中正确的是( )
A．乙烯与聚乙烯具有相同的官能团，故都属于烯烃
B．分子中含有醚键(虚线部分)，所以该物质属于醚
C．因都含有羟基，故都属于醇
D．不是所有的有机物都具有一种或几种官能团
解析：选D。乙烯属于具有不饱和结构的烯烃，而聚乙烯结构中只有C—C键及C—H键，A错误；B中给出的物质名称为乙酸乙酯，故该物质属于酯类物质，B错误；C中给出的两种物质虽然都含有羟基，但因为前者羟基是与苯环直接相连，后者羟基是与链烃基直接相连，故前者属于酚，后者属于醇，C错误；绝大多数有机物含有官能团，但烷烃没有官能团，D正确。
2．下列有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是( )
选项 物质 有机化合物的类别 官能团
A 酯类 酯基：
B CH3CH2CONH2 酰胺类 酰胺基：
C 羧酸类 羧基：
D 酚类 羟基：—OH
解析：选B。属于酯，官能团为酯基：(R为烃基)，A错误； CH3CH2CONH2属于酰胺类，官能团为酰胺基：，B正确；属于酯，官能团为酯基：(R为烃基)，C错误；属于醇，官能团为羟基：—OH，D错误。
3．下列有机物的命名错误的是( )
解析：选C。C的名称为2 丁醇，故C命名错误。
4．下列有机物命名正确的是( )
解析：选A。是酯类化合物，正确的名称为异丁酸甲酯，A正确；B项正确的名称为2 甲基 1，3 丁二烯；C项正确的名称为4 甲基 3 己醇；D项正确名称为邻二甲基环己烷。
5．下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法，正确的是( )
A．在组装蒸馏装置时，温度计的水银球应伸入液面下
B．用96%的工业酒精制取无水乙醇，可采用的方法是加生石灰，再蒸馏
C．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后还要加少量NaOH溶液
D．在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解后，要冷却到常温才过滤
解析：选B。蒸馏时，温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处，A错误；用生石灰吸水，利用乙醇沸点低加热蒸出，B正确；苯甲酸会与NaOH溶液反应，C错误；要趁热过滤，D错误。
6．下列实验中，所采取的分离方法与对应原理都正确的是( )
选项 目的 分离方法 原理
A 分离溶于水的碘 乙醇萃取 碘在乙醇中的溶解度较大
B 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同
C 除去KNO3固体中混杂的NaCl 重结晶 NaCl在水中的溶解度很大
D 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大
解析：选D。乙醇与水互溶，不能用作萃取剂，A错误；乙醇和乙酸乙酯互溶，不能用分液法分离，B错误；除去KNO3中的NaCl杂质，可利用二者在不同温度下溶解度变化差别大，使用重结晶法分离，C错误；分离两种沸点差别较大的互溶液体，一般使用蒸馏法，D正确。
7．(2023·广东汕尾模拟)我国药学家屠呦呦因发现植物黄花蒿茎叶中含抗疟疾的物质——青蒿素而荣获2015年诺贝尔奖。科学家对青蒿素的结构进行进一步改良，合成药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚。
下列说法正确的是( )
A．研究青蒿素结构的基本步骤：分离、提纯→确定分子式→确定结构式
B．元素分析仪可以确定青蒿素的分子式为C15H22O5
C．核磁共振氢谱中双氢青蒿素有8组峰
D．上述分子的空间结构可用X射线衍射测定
解析：选D。研究有机物的一般步骤：分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式，根据元素定量分析确定实验式，再测定相对分子质量确定分子式，最后通过波谱分析确定结构式， A错误；利用元素分析仪可以确定青蒿素中是否含有C、H、O等元素，B错误；双氢青蒿素分子内有14种氢原子，核磁共振氢谱中双氢青蒿素有14组峰，C错误；分子的空间结构可用X射线衍射测定，D正确。
8．(2024·湖北武汉模拟)用KMnO4氧化甲苯制备苯甲酸。苯甲酸的熔点为122.13 ℃，微溶于水，易溶于酒精。实验方法：将甲苯和KMnO4溶液在100 ℃反应一段时间后停止反应，过滤，将含有苯甲酸钾(C6H5COOK)和甲苯的滤液按如下流程分离苯甲酸并回收未反应的甲苯。下列说法正确的是( )
A．无色液体A是苯甲酸，白色固体B是甲苯
B．操作Ⅰ的名称为蒸馏，操作Ⅱ的名称为分液
C．为了得到更多的白色固体B，冷却结晶时温度越低越好
D．加入浓盐酸酸化的目的是为了将苯甲酸钾转化为产物苯甲酸
解析：选D。该实验的实验目的是从含有苯甲酸钾和甲苯的滤液中分离出苯甲酸并回收甲苯，由题给流程可知，滤液经分液分离得到有机溶液和水溶液；有机溶液经硫酸钠干燥除水，过滤后蒸馏得到无色液体A甲苯；水溶液用浓盐酸酸化，使苯甲酸钾转化成苯甲酸，经冷却结晶、过滤得到白色固体B苯甲酸。无色液体A是甲苯，白色固体B是苯甲酸，A错误；操作Ⅰ的名称为分液，操作Ⅱ为蒸馏，B错误；冷却结晶的目的是使苯甲酸从水溶液中分离出来，若温度过低会使溶液中的杂质也析出，导致苯甲酸不纯，C错误；水溶液中加入浓盐酸酸化的目的是为了将苯甲酸钾转化为产物苯甲酸，D正确。
9．有机物种类繁多，存在同分异构体是重要的原因，下列关于同分异构体数的判断正确的是( )
A．用相对分子质量为43的烷基取代烷烃(C4H10)分子中的一个氢原子，所得的有机化合物有8种(不考虑立体异构)
B．的二氯代物有5种(不考虑立体异构)
C．已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为，其苯环上的二溴代物有9种同分异构体，苯环上的四氯代物的同分异构体的数目也为9种
D．的一氯代物有9种(不考虑立体异构)
解析：选C。相对分子质量为43的烷基有正丙基和异丙基两种，C4H10有正丁烷和异丁烷两种结构，每一种结构中都含有2种等效氢，用正丙基、异丙基分别取代烷烃C4H10分子中的一个氢原子，有8种取代结构，(CH3)2CHCH2CH2CH2CH3重复了一次，所得的有机化合物有7种(不考虑立体异构)，A错误；的二氯代物有、、，共3种(不考虑立体异构)，B错误； A的结构简式为，其苯环上的二溴代物有9种同分异构体，根据换元法，A苯环上的四氯代物的同分异构体的数目也为9种，C正确；有7种等效氢(用序号标出)，一氯代物有7种(不考虑立体异构)，D错误。
10．(2023·山东威海模拟)傅克反应是合成芳香族化合物的一种重要方法。有机物a(—R为烃基)和苯通过傅克反应合成b的过程如下(无机小分子产物略去)：
。下列说法错误的是( )
A．一定条件下苯与氢气反应的产物之一环己烯与螺[2，3]己烷()互为同分异构体
B．b苯环上的二氯代物超过三种
C．R为C5H11时，a的结构有九种
D．R为C4H9时，1 mol b加成生成C10H20至少需要3 mol H2
解析：选C。环己烯与螺[2，3]己烷的分子式相同、结构不同，二者互为同分异构体，A正确； b的苯环上含3种H原子，固定1个Cl在R的邻位，移动另一个Cl有4种，再固定1个Cl在R的间位，移动另一个Cl有2种，共6种，B正确； CH3CH2CH2CH2CH3、
中含等效氢数分别为3、4、1，则R为C5H11时，a的结构有8种，C错误； R为C4H9时，为饱和烃基，b中只有苯环与氢气发生加成反应，则1 mol b加成生成C10H20至少需要3 mol H2，D正确。
二、非选择题(共2题，共25分)
11．(8分)喝茶，对很多人来说是人生的一大快乐，茶叶中含有少量的咖啡因。咖啡因具有扩张血管、刺激心脑等作用，在100 ℃时失去结晶水并开始升华，120 ℃时升华相当显著，178 ℃时升华很快。结构简式如图：
实验室可通过下列简单方法从茶叶中提取咖啡因：
(1)咖啡因的分子式为____________________。(2分)
(2)步骤1浸泡茶叶所用的溶剂最好为________。(2分)
A．水 B．乙醇 C．石油醚
(3)步骤1、步骤4所进行的操作或方法分别是____________、__________。(4分)
解析：(1)由结构简式可知咖啡因的分子式为C8H10N4O2。(2)根据咖啡因的结构简式可知，咖啡因应该易溶于有机溶剂，难溶于水，而石油醚主要为戊烷和己烷的混合物，沸点不固定，且乙醇易分离，则步骤1可加入乙醇进行萃取，故选B。(3)步骤1为萃取，分离咖啡因和乙醇可进行蒸馏，步骤3为蒸馏，因咖啡因易升华，为进一步得到较为纯净的咖啡因，可进行升华，因此步骤4为升华。
答案：(1)C8H10N4O2 (2)B (3)萃取 升华
12．(17分)(2023·福建福州联考)有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓等型香精，是我国批准使用的香料产品，其沸点为148 ℃。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下：
步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化。
(1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是__________，图中虚线框内应选用________(填“仪器x”或“仪器y”)。(4分)
步骤二：确定M的实验式和分子式。
(2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54.5%，氢的质量分数为9.1%。
①M的实验式为________。(3分)
②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为________，分子式为________。(4分)
步骤三：确定M的结构简式。
(3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示。
M中官能团的名称为____________，M的结构简式为____________________。(6分)
解析：(1)根据装置图，仪器a的名称为蒸馏烧瓶；蒸馏时使用仪器直形冷凝管，球形冷凝管一般用于冷凝回流装置中，选仪器y。(2)①M中碳的质量分数为54.5%，氢的质量分数为9.1%，所以该有机物中还一定含有氧元素，氧元素的质量分数为w(O)＝100%－54.5%－9.1%＝36.4% ，分子内各元素原子的个数比N(C)∶N(H)∶N(O)＝∶∶＝2∶4∶1，所以实验式为C2H4O；②同温同压，密度比等于相对分子质量之比。M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为88，设分子式为(C2H4O)n，则44n＝88，n＝2，则分子式为C4H8O2。(3)根据核磁共振氢谱图中有4组峰，说明分子中含有4种不同化学环境的氢原子，且个数比为1∶3∶1∶3，结合红外光谱图所示含有C—H、H—O、C===O等化学键，其结构简式为，所含官能团为羟基、酮羰基。
答案：(1) 蒸馏烧瓶 仪器y (2)C2H4O 88 C4H8O2 (3)羟基、酮羰基
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
第43讲 有机化合物的结构特点与研究方法
【备考目标】 1.能辨识有机化合物的类别及分子中的官能团，能根据有机物的命名规则对常见的有机化合物命名。2.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。3.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。4.知道研究有机化合物结构的一般方法和有机化合物分离、提纯的常用方法。
考点1 有机化合物的分类
1．按碳骨架分类
2．按官能团分类
烷烃 － －
烯烃 碳碳双键
炔烃 碳碳三键 —C≡C—
芳香烃 － －
卤代烃 碳卤键
醇 羟基 —OH
酚 羟基 —OH
醚 醚键
醛 醛基
酮 酮羰基
羧酸 羧基
酯 酯基
胺 氨基 —NH2
酰胺 酰胺基
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)所有的有机物都含有官能团，芳香烃的官能团是苯环 ( )
(2)含有羟基的化合物一定属于醇类 ( )
(3)具有和的双重性质 ( )
(4)有机物CHOOH、CHOOCH3、COOH中含有的官能团相同 ( )
题组练习
一、有机化合物类别的判断
1．根据有机化合物的分类，下列有机物的分类正确的是( )
A．是脂环化合物 B．是芳香族化合物
C．是链状化合物 D．分子式为C2H6O的物质一定是乙醇
2．下列物质的所属类别与所含官能团都正确的是( )
选项 A B C D
结构简式
物质类别 芳香烃 醛类 羧酸类 醇类
官能团 —O— —COOH —OH
二、陌生有机化合物中官能团的识别
3．对下列物质的类别与所含官能团的判断中，不正确的是( )
A． 醇类 —OH B．CH3CH2COOH 羧酸类 —COOH
C． 酮类 —CHO D．CH3CH2Br 卤代烃类 —Br
4按要求解答下列各题：
(1)(2023·全国卷甲)F()中含氧官能团的名称是________。
(2)(2023·全国卷乙)A()中含氧官能团的名称是____________。
(3)(2023·新课标卷)D()中官能团的名称为________、________。
(4)(2023·浙江1月选考)化合物A()的官能团名称是________________。
(5)(2023·浙江6月选考)化合物B()的含氧官能团名称是________________。
(6)(2023·湖南高考)物质G()所含官能团的名称为________、________。
(7)(2022·重庆高考)基础树脂Ⅰ(?)中官能团的名称为__________________。
(8)(2022·全国卷甲)H()中含氧官能团的名称是_________________________________。
考点2 有机化合物的命名
1.烷烃的命名
(1)习惯命名法
(2)系统命名法
①命名步骤
②编号三原则
原则 解释
首先考虑“近” 以离支链较近的主链一端为起点编号
同“近”考虑“简” 有两个不同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，则从较简单的支链一端开始编号
同“近”、同“简”，考虑“小” 若有两个相同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，而中间还有其他支链，从主链的两个方向编号，可得到两种不同的编号系列，两系列中各位次之和最小者即为正确的编号
③实例
[注意] 卤代烃命名时以烃基为母体，卤素原子为取代基。
2．含官能团的有机物的命名(与烷烃命名类似)
3.苯的同系物的命名
(1)习惯命名法
如称为 ，称为 ，二甲苯有三种，分别为 、 、 。
(2)系统命名法
①以 作为母体，其他基团作为取代基。
②将某个最简侧链所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给其他基团编号即侧链编号之和最小原则。
4．多官能团物质的命名
命名含有多个不同官能团的化合物的关键在于要选择优先的官能团作为母体。官能团作为母体的优选顺序为(以“>”符号表示优先)：羧酸>酯>醛>酮>醇>胺，如：的名称为聚甲基丙烯酸甲酯。
题组练习
1．下列有机物的系统命名正确的是( )
A． 2 乙基丁烷 B． 2 甲基 3 丁烯
C． 2 甲基 1 丙醇 D． 2，4，6 三溴苯酚
2．写出下列有机化合物的名称。
(1)(2023·全国卷甲)A()的化学名称是_________________________________________。
(2)(2023·全国卷乙)D()的化学名称为____________________________________________。
(3)(2023·新课标卷)A()的化学名称是_____________________________________________。
(4)(2022·全国卷甲)A()的化学名称为_____________________________________________。
(5)(2022·全国卷乙)A(CH2===CHCH2Cl)的化学名称是______________________________________________。
(6)(2022·河北高考)B()的化学名称为________________________________________。
(7)(2021·全国卷甲)A()的化学名称为_______________________________。
(8)(2021·全国卷乙)A()的化学名称是____________________________________________。
考点3 同系物 同分异构体
一、同系物
二、同分异构体
1．概念
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．类型
构造异构 碳架异构 碳骨架不同，如、
位置异构 官能团位置不同，如CH2===CH—CH2—CH3和CH3CH===CH—CH3
官能团异构 官能团种类不同，如CH3CH2OH和CH3—O—CH3
立体异构 顺反异构 因碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团在空间中的排列方式不同，如、
对映异构 某些有机化合物组成相同，分子中原子连接顺序也相同，但两者像人的左手和右手的关系一样，互为镜像，彼此不重合，称为对映异构，也叫旋光异构。例如，乳酸的对映异构体可表示为：
【提醒】 并不是所有烯烃均存在顺反异构，任一双键碳原子上连有的原子或原子团都不相同时，才有顺反异构。
三、简单有机物同分异构体的书写
1．烷烃同分异构体的书写
【示例】 C6H14的同分异构体的书写
第①步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链： 。
第②步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心及对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有： 、 。
第③步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相同、相邻，此时碳骨架结构有：
、 。
所以C6H14共有5种同分异构体。
2．含官能团有机物的同分异构体书写
(1)书写顺序
碳架异构 位置异构 官能团异构
实例：(以C4H10O为例且只写出骨架与官能团)
①碳架异构 C—C—C—C、；
②位置异构 、 、 、 ；
③官能团异构 C—O—C—C—C、
C—C—O—C—C、。
(2)含官能团有机物的类别总结
组成通式 可能的类别及典型实例
CnH2n 烯烃(CH3CH===CH2)、环烷烃()
CnH2n－2 炔烃(CH≡C—CH2—CH3)、二烯烃(CH2===CH—CH===CH2)、环烯烃()
CnH2n＋2O 醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)
CnH2nO 醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2===CHCH2—OH)、环醚()、环醇()
CnH2nO2 羧酸(CH3COOH)、酯(HCOOCH3)、羟基醛(HO—CH2—CHO)
CnH2n－6O 酚(H3COH)、芳香醚(OCH3)、芳香醇(CH2OH)
CnH2n＋1O2N 氨基酸、硝基烷
(3)利用不饱和度寻找烃及其含氧衍生物的同分异构体
①不饱和度(Ω)与有机物结构的关系
②不饱和度的计算方法
分子式为CnHm的烃及分子式为CnHmOx的烃的含氧衍生物的不饱和度计算公式为：。
[深化理解]
同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。
③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子的链状烷烃有5种。
(2)基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。
如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。
(3)等效氢法
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置的碳原子上的氢原子等效。
(4)二元取代物数目的判断
①定一移一法。可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定二元取代物的数目。
②替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将H替代为Cl)。
3．苯的同系物的同分异构体书写
支链由整到散，苯环上的排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
【示例】 写出C9H12的含有苯环的同分异构体。
同分异构体的结构简式
一元取代物 、
二元取代物(邻、间、对) 、、
三元取代物(连、偏、均) 、、
题组练习
一、同分异构体数目的判断
1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是( )
A．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
B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种
D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物
2．下列说法不正确的是( )
A．分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有5种
B．四联苯()的一氯代物有5种
C．与 具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH
D．兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体
二、限定条件下同分异构体的书写
3．(2022·全国卷乙节选)在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为________种。
a)含有一个苯环和三个甲基；
b)与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；
c)能发生银镜反应，不能发生水解反应。
上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢(氢原子数量比为6∶3∶2∶1)的结构简式为________________________________________。
4．(2023·全国卷乙节选)在D()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种；
①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为五组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为________________________________________________________________________。
5．(2023·新课标卷节选)在B()的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种(不考虑立体异构)。
①含有手性碳；②含有三个甲基；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为________________。
【方法指导】 限定条件下同分异构体的书写步骤
第一步：推测“碎片”，审限定条件。
解读限定条件，从性质联想结构，根据题给有机物分子式、结构、性质、定量反应关系、谱图等判断其含有的官能团种类及数量。将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基，尤其是官能团之外的饱和碳原子。
第二步：摘除“碎片”，构建碳骨架。
计算所求物质的不饱和度，进一步确定其他基团，确定碳架结构。
第三步：组装“碎片”，写结构简式。
利用“取代法”、“插入法”或“定一移一法”，确定官能团或相关基团的位置，结合“碳四键”原理写出所求所物质的结构简式。
考点4 研究有机化合物的一般方法
1．研究有机化合物的基本步骤
2．分离提纯有机物常用的方法
(1)蒸馏和重结晶
适用对象 要求
蒸馏 液态有机物 ①有机物热稳定性较强；②有机物与杂质的 相差较大
重结晶 固态有机物 ①杂质在所选溶剂中 很小或很大；②被提纯的有机物在此溶剂中 受温度影响
(2)萃取和分液
①萃取
利用有机物在两种 的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。加入的溶剂称为 。
②分液
利用分液漏斗把 的两种液体分开的操作。分液操作一般与萃取结合使用。
(3)色谱法
色谱法通常利用吸附剂和溶剂对不同化合物吸附、分配等作用的差别来分离、提纯化合物。常见吸附剂有硅胶、氧化铝、碳酸钙等。
3．有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的 与其 的比值) 值即为该有机物的相对分子质量。
4．分子结构的确定
(1)化学方法
利用特征反应鉴定出 ，再制备它的衍生物以进一步确认其结构。常见官能团特征反应如下：
官能团种类 试剂 判断依据
碳碳双键或碳碳三键 溴的CCl4溶液 红棕色褪去
酸性KMnO4溶液 紫红色褪去
卤素原子 NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液 有 产生
酚羟基 FeCl3溶液 显
浓溴水 有白色沉淀产生
醛基 银氨溶液 有 生成
新制Cu(OH)2 有砖红色沉淀产生
羧基 NaHCO3溶液 有CO2气体放出
(2)物理方法
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生 ，不同化学键或官能团的 不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
【提醒】 红外光谱几乎可以测量出所有化学键的种类，但不能测出化学键的个数。
②核磁共振氢谱
③X射线衍射
X射线是一种波长约为10－10m的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。
题组练习
一、有机化合物分离提纯方法的选择
1．为提纯下列物质(括号内的为杂质)，所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
选项 A B C D
被提纯物质 乙醇(水) 乙醇(乙酸) 乙烷(乙烯) 溴苯(溴)
除杂试剂 生石灰 氢氧化钠溶液 酸性高锰酸钾溶液 KI溶液
分离方法 蒸馏 分液 洗气 分液
2．实验室可利用呋喃甲醛()在碱性环境下发生交叉的Cannizzaro反应，生成呋喃甲酸()和呋喃甲醇()，反应过程如下：
，
操作流程如下：
已知：
①呋喃甲酸在水中的溶解度如下表：
T/℃ 0 5 15 100
S/g 2.7 3.6 3.8 25.0
②呋喃甲醇与乙醚混溶；乙醚沸点为34.6 ℃，呋喃甲醇沸点为171.0 ℃。
下列说法错误的是( )
A．呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应较为剧烈
B．向乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇
C．在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸后，得到粗呋喃甲酸晶体的方法是萃取
D．粗呋喃甲酸晶体的提纯可采用重结晶的方法
二、有机化合物结构测定的波谱分析方法
3．化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是( )
A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
B．质谱分析：利用质荷比来测定分子立体结构
C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体类型
D．X衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定有机化合物中氢原子的种类和数目
4．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是( )
A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3
三、利用李比希法分析有机化合物的组成
5．为验证某有机物(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)属于烃的含氧衍生物，下列方法正确的是( )
A．验证其完全燃烧后的产物只有H2O和CO2
B．测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比
C．测定其完全燃烧时消耗有机物的物质的量与生成的H2O和CO2的物质的量之比
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成的H2O和CO2的质量
6．将某有机物(只可能含C、H、O元素中的两种或三种)样品研碎后称取0.352 g，置于电炉中，不断通入氧气流并给样品持续加热，将生成物先后通过无水CaCl2和碱石灰(B装置后的装置未画出)，两者分别增重0.144 g 和0.528 g，生成物完全被吸收。
(1)浓硫酸、无水CaCl2、碱石灰的作用分别是什么？___________________________________________。
(2)通过计算确定该有机物的最简式。_____________________________________________。
(3)若要知道该有机物的分子式，还缺少的物理量是___________________________________。
高考真题
1．(2024·山东卷，7，2分)我国科学家在青蒿素研究方面为人类健康作出了巨大贡献。在青蒿素研究实验中，下列叙述错误的是( )
A．通过萃取法可获得含青蒿素的提取液
B．通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构
C．通过核磁共振谱可推测青蒿素相对分子质量
D．通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团
2．(2024·浙江1月卷，9，3分)关于有机物检测，下列说法正确的是( )
A．用浓溴水可鉴别溴乙烷、乙醛和苯酚
B．用红外光谱可确定有机物的元素组成
C．质谱法测得某有机物的相对分子质量为72，可推断其分子式为C5H12
D．麦芽糖与稀硫酸共热后加溶液调至碱性，再加入新制氢氧化铜并加热，可判断麦芽糖是否水解
3．(2024·浙江6月卷，9，3分)有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素，红外光谱显示A分子中没有醚键，质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是( )
A．能发生水解反应 B．能与NaHCO3溶液反应生成CO2
C．能与O2反应生成丙酮 D．能与Na反应生成H2
4．(2023·湖南高考)下列玻璃仪器在相应实验中选用不合理的是( )
A．重结晶法提纯苯甲酸：①②③
B．蒸馏法分离CH2Cl2和CCl4：③⑤⑥
C．浓硫酸催化乙醇制备乙烯：③⑤
D．酸碱滴定法测定NaOH溶液浓度：④⑥
5．(2023·浙江6月选考)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如图：
下列说法不正确的是( )
A．操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl
C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D．操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．下列关于有机物及相应官能团的说法中正确的是( )
A．乙烯与聚乙烯具有相同的官能团，故都属于烯烃
B．分子中含有醚键(虚线部分)，所以该物质属于醚
C．因都含有羟基，故都属于醇
D．不是所有的有机物都具有一种或几种官能团
2．下列有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是( )
选项 物质 有机化合物的类别 官能团
A 酯类 酯基：
B CH3CH2CONH2 酰胺类 酰胺基：
C 羧酸类 羧基：
D 酚类 羟基：—OH
3．下列有机物的命名错误的是( )
4．下列有机物命名正确的是( )
5．下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法，正确的是( )
A．在组装蒸馏装置时，温度计的水银球应伸入液面下
B．用96%的工业酒精制取无水乙醇，可采用的方法是加生石灰，再蒸馏
C．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后还要加少量NaOH溶液
D．在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解后，要冷却到常温才过滤
6．下列实验中，所采取的分离方法与对应原理都正确的是( )
选项 目的 分离方法 原理
A 分离溶于水的碘 乙醇萃取 碘在乙醇中的溶解度较大
B 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同
C 除去KNO3固体中混杂的NaCl 重结晶 NaCl在水中的溶解度很大
D 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大
7．(2023·广东汕尾模拟)我国药学家屠呦呦因发现植物黄花蒿茎叶中含抗疟疾的物质——青蒿素而荣获2015年诺贝尔奖。科学家对青蒿素的结构进行进一步改良，合成药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚。
下列说法正确的是( )
A．研究青蒿素结构的基本步骤：分离、提纯→确定分子式→确定结构式
B．元素分析仪可以确定青蒿素的分子式为C15H22O5
C．核磁共振氢谱中双氢青蒿素有8组峰
D．上述分子的空间结构可用X射线衍射测定
8．(2024·湖北武汉模拟)用KMnO4氧化甲苯制备苯甲酸。苯甲酸的熔点为122.13 ℃，微溶于水，易溶于酒精。实验方法：将甲苯和KMnO4溶液在100 ℃反应一段时间后停止反应，过滤，将含有苯甲酸钾(C6H5COOK)和甲苯的滤液按如下流程分离苯甲酸并回收未反应的甲苯。下列说法正确的是( )
A．无色液体A是苯甲酸，白色固体B是甲苯
B．操作Ⅰ的名称为蒸馏，操作Ⅱ的名称为分液
C．为了得到更多的白色固体B，冷却结晶时温度越低越好
D．加入浓盐酸酸化的目的是为了将苯甲酸钾转化为产物苯甲酸
9．有机物种类繁多，存在同分异构体是重要的原因，下列关于同分异构体数的判断正确的是( )
A．用相对分子质量为43的烷基取代烷烃(C4H10)分子中的一个氢原子，所得的有机化合物有8种(不考虑立体异构)
B．的二氯代物有5种(不考虑立体异构)
C．已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为，其苯环上的二溴代物有9种同分异构体，苯环上的四氯代物的同分异构体的数目也为9种
D．的一氯代物有9种(不考虑立体异构)
10．(2023·山东威海模拟)傅克反应是合成芳香族化合物的一种重要方法。有机物a(—R为烃基)和苯通过傅克反应合成b的过程如下(无机小分子产物略去)：
。下列说法错误的是( )
A．一定条件下苯与氢气反应的产物之一环己烯与螺[2，3]己烷()互为同分异构体
B．b苯环上的二氯代物超过三种
C．R为C5H11时，a的结构有九种
D．R为C4H9时，1 mol b加成生成C10H20至少需要3 mol H2
二、非选择题(共2题，共25分)
11．(8分)喝茶，对很多人来说是人生的一大快乐，茶叶中含有少量的咖啡因。咖啡因具有扩张血管、刺激心脑等作用，在100 ℃时失去结晶水并开始升华，120 ℃时升华相当显著，178 ℃时升华很快。结构简式如图：
实验室可通过下列简单方法从茶叶中提取咖啡因：
(1)咖啡因的分子式为____________________。(2分)
(2)步骤1浸泡茶叶所用的溶剂最好为________。(2分)
A．水 B．乙醇 C．石油醚
(3)步骤1、步骤4所进行的操作或方法分别是____________、__________。(4分)
12．(17分)(2023·福建福州联考)有机物M(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)具有令人愉悦的牛奶香气，主要用于配制奶油、乳品、酸奶和草莓等型香精，是我国批准使用的香料产品，其沸点为148 ℃。某化学兴趣小组从粗品中分离提纯有机物M，然后借助李比希法、现代科学仪器测定有机物M的分子组成和结构，具体实验过程如下：
步骤一：将粗品用蒸馏法进行纯化。
(1)蒸馏装置如图1所示，仪器a的名称是__________，图中虚线框内应选用________(填“仪器x”或“仪器y”)。(4分)
步骤二：确定M的实验式和分子式。
(2)利用元素分析仪测得有机物M中碳的质量分数为54.5%，氢的质量分数为9.1%。
①M的实验式为________。(3分)
②已知M的密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的相对分子质量为________，分子式为________。(4分)
步骤三：确定M的结构简式。
(3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图2所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图3所示。
M中官能团的名称为____________，M的结构简式为____________________。(6分)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
