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第55讲 有机化合物的空间结构
同系物 同分异构体
第十一章 有机化学基础
1.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。
2.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。
复习目标
考点一 有机化合物的空间结构
考点二 同系物 同分异构体
课时测评
内容索引
考点一
有机化合物的空间结构
1.有机物的成键特点
(1)有机物分子中碳原子的成键方式
必备知识 整合
碳原子结构 最外层有___个电子，可形成 个共价键
成键原子 碳原子可与_________、其他非金属原子成键
成键形式 (1)单键：都是σ键；
(2)双键：一个σ键，一个π键；
(3)三键：一个σ键，两个π键
连接方式 _______或碳环
4
碳原子
碳链
4
(2)有机物的成键方式和空间结构
与碳原子相连 的原子数 结构示意 碳原子的杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构
4 _____ ______
__________
3 _____ __________
__________
2 －C≡ _____ __________ __________
sp3
σ键
四面体形
sp2
σ键、π键
平面三角形
sp
σ键、π键
直线形
由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对偏向电负性
的原子，偏移的程度越大，共价键极性 ，在反应中越容易发生 ；乙烯(CH2CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生 反应。
较大
越强
断裂
加成
2.有机物结构的表示方法
如乙酸的常见表示方法：
结构式 结构简式 键线式 球棍模型 空间填充模型
_____________
CH3COOH
1.有机物分子中与碳碳双键或苯环直接相连的原子一定共平面 ( )
2.若有机物分子中碳原子只采取sp、sp2杂化，则分子中所有原子一定共
平面 ( )
3.若有机物分子中含有手性碳原子，则分子中所有原子不可能共平面( )
4.戊烷中碳原子的杂化方式有sp3、sp2两种 ( )
5.乙烯的结构简式为CH2CH2 ( )
正误判断
√
×
√
×
×
考向1 有机物的表示方法与碳原子成键特点
1.下列表示正确的是
A. 名称为2-羟基丙醇
B.聚丙烯的结构简式： CH2－CH－CH3
C.乙炔的结构简式：HC≡CH
D.乙烷的球棍模型：
关键能力 提升
名称为2-丙醇，A错误；聚丙烯的结构简式为 ，B错误；D项为乙烷的空间填充模型。
√
2.下列说法错误的是
A.三氟乙酸乙酯(CF3COOC2H5)是制备抗病毒药物的原料，1个该分子中含有13个σ键和1个π键
B.1 mol丙酮( )中含有σ键个数为9NA
C.一个乙炔(H－C≡C－H)分子中有3个π键
D.乙烷分子中只存在σ键，即6个C－H和1个C－C，无π键
√
根据分子中价键可知，单键为σ键，双键为1个σ键和1个π键，三键为1个σ键和2个π键，故乙炔分子中有3个σ键和2个π键，C错误。
σ键、π键的判断
1.根据成键原子的价电子数能形成几个共用电子对判断
如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。
2.由成键轨道类型判断
s轨道形成的共价键全部为σ键；杂化轨道形成的共价键全部为
σ键。
练后归纳
考向2 有机化合物分子中原子的空间位置判断
3.有机物 分子中最多有 个碳原子在同一平面内，最多有 个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有 个。
11
6
9
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：
由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面
内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该
有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11
个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。
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.丙烯分子中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－CHCH－C≡C－CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
饱和直链烃是锯齿形的，A项错误；CH3－CHCH2中有甲基，所有原子不可能共平面，B项错误；因碳碳单键可以旋转，且有多个饱和碳原子直接相连，故所有碳原子不可能在同一平面上，C项错误；该分子表示为 ，
依据乙烯分子中6个原子共平面，乙炔分子中4个原子共直线判断，该有机物分子中所有碳原子共平面，D项正确。
√
判断分子中原子共线、共面问题的三个要点
1.熟记基本模型
(1)三个基本面：烯平面( )、羰基平面( )、苯平面( )，碳原子均为sp2杂化。
(2)两条基准线：炔直线(－C≡C－)，sp杂化；苯对角线( )。
2.直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔： ，所有原子共平面。
练后归纳
3.平面与平面、直线、立体结构连接
(1)审准题目要求
题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。
(2)碳碳单键的旋转
碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C－C”为轴旋转。
练后归纳
(3)恰当拆分复杂分子
观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的
空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。
练后归纳
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考点二
同系物 同分异构体
1.同系物
(1)定义：______相似，在分子组成上相差一个或若干个_______原子团的物质互称为同系物。
(2)特点：官能团种类、数目均相同；具有相同的分子通式。
(3)性质：同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。
必备知识 整合
结构
CH2
1
下列物质中属于乙烯的同系物的是 (填序号)。
③CH2CH－CHCH2 ④CH3CHCHCH3
①④
2.同分异构现象 同分异构体
(1)定义：分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。存在同分异构现象的化合物互为同分异构体。
(2)同分异构体类型
(3)常见官能团异构
组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构
CnH2n 1 烯烃、环烷烃
CnH2n－2 2 炔烃、二烯烃和环烯烃
CnH2n＋2O 0 饱和一元醇和醚
CnH2nO 1 饱和一元醛和酮、烯醇等
CnH2nO2 1 饱和一元羧酸和酯、羟基醛等
3.简单有机物同分异构体的书写
(1)烷烃同分异构体的书写：减碳法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。
2
写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
提示：
(2)烯烃、炔烃同分异构体的书写
顺序：碳架异构→位置异构→官能团异构。
技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。
3
分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。
烯烃： 。
炔烃： 。
CH2CH－CH2CH3、CH3CHCHCH3、
CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3
(3)苯的同系物同分异构体的书写
支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
4
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)
___________、___________ 、______________
4
同分异构体的结构简式
三元取代物 (连、偏、均)
______________、__________、_________________
(4)有含氧官能团的有机物同分异构体的书写
一般按类别异构(分好类别)→碳架异构→位置异构的顺序书写。
5
写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
________________________________________________________
________________________________________________________
4.判断同分异构体数目的常用方法
(1)烃基法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有4种，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH的同分异构体均为4种。
(2)代换法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如：乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种，二氯苯和四氯苯均有3种。
(3)等效氢法：分子中等效氢原子有如下情况：①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；②同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效；③分子中处于对称位置上的氢原子等效。
(4)定一移一法：分析二元取代产物的方法：如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子位置，然后移动另一个氯原子。
(5)组合法：饱和酯R1COOR2，－R1有m种，－R2有n种，则酯共有
m×n种。
1.下列有关同分异构体(不考虑立体异构)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
关键能力 提升
√
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。
分子式为C4H8Cl2的有机物同分异构体的确定可以采取“定一移一”法：
、 、 ，共有9种。
2.分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)
A.7种 B.8种
C.9种 D.10种
√
3.计算分子式为C5H10O2属于酯的同分异构体有几种(不考虑立体异构)？
答案：将分子按如下组合拆分：
①HCOO－与－C4H9形成的酯有1×4＝4种；
②CH3COO－与－C3H7形成的酯有1×2＝2种；
③C2H5COO－与－C2H5形成的酯有1×1＝1种；
④C3H7COO－与－CH3形成的酯有2×1＝2种。则同分异构体有4＋2＋1＋2＝9种。
1.(2022·浙江6月选考改编)下列表示正确的是
A.乙醛的结构简式：CH3COH
B.2-丁烯的键线式：
C.乙醇和丙三醇互为同系物
D.丙酮( )和环氧丙烷( )互为同分异构体
高考真题 感悟
√
乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；2-丁烯的结构简式为CH3CHCHCH3，键线式为 ，B错误；结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的有机化合物互为同系物，乙醇(CH3CH2OH)是饱和一元醇，丙三醇是饱和三元醇，两者所含官能团数目不同，不互为同系物，C错误；分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，两者互为同分异构体，D正确。
√
2.下列说法正确的是( )
A.藿香蓟( )分子中所有碳原子处于同一平面(2023·全国甲卷)
B.分子( )中所有碳原子共平面(2023·浙江1月选考)
C.分子X( )中所有碳原子共平(2024·江苏卷)
D.化合物Ⅰ( )与化合物Ⅱ( )互为同系物(2024·甘肃卷)
藿香蓟的分子结构中的右侧有一个饱和碳原子连接着两个甲基，类比甲烷分子的空间结构可知，藿香蓟分子中所有碳原子不可能处于同一平面，A错误；分子中苯环确定一个平面，碳碳双键确定一个平面，且两个平面重合，故所有碳原子共平面，B正确；X中饱和的C原子sp3杂化形成4个单键，具有类似甲烷的四面体结构，所有碳原子不可能共平面，故C错误；化合物Ⅰ含有的官能团有羧基、酚羟基，化合物Ⅱ含有的官能团有羧基、醚键，官能团种类不同，化合物Ⅰ和化合物Ⅱ不互为同系物，D错误。
3.(2023·辽宁卷)在光照下，螺吡喃发生开、闭环转换而变色，过程如下。下列关于开、闭环螺吡喃说法正确的是
A.均有手性
B.互为同分异构体
C.N原子杂化方式相同
D.闭环螺吡喃亲水性更好
√
开环螺吡喃不含手性碳原子，故A错误；分子式均为C19H19NO，它们结构不同，因此互为同分异构体，故B正确；闭环螺吡喃中N原子杂化方式为sp3，开环螺吡喃中N原子杂化方式为sp2，故C错误；开环螺吡喃中氧原子显负价，电子云密度大，容易与水分子形成分子间氢键，水溶性增大，故D错误。
4.(2022·河北卷改编)在EY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
下列说法正确的是
A.M和N互为同系物
B.M分子中最多有12个碳原子共平面
C.N的一溴代物有5种
D.萘的二溴代物有9种
√
由题中信息可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是结构不同，故两者互为同分异构体，A不正确；萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B不正确；N分子中有5种不同化学环境的H原子，因此其一溴代物有5种，C正确；萘分子中有8个H原子，但是只有两种不同化学环境的H原子(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据定一移一法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个；然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D不正确。
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课 时 测 评
1.下列共价键中，属于极性键且极性最强的是
A. B.
C. D.－C≡C－
A、D两项的共价键均是由碳原子形成的非极性键；B、C两项的共价键分别是由碳和氧、碳和氮元素的原子形成的极性共价键，且氧的非金属性强于氮的非金属性。
√
2.下列化学用语表示正确的是
A.葡萄糖分子的结构简式：C6H12O6
B.间甲苯酚的结构简式：
C.HOCH2COOH缩聚产物的结构简式：
D.乙酸甲酯的结构简式：HCOOC2H5
C6H12O6是葡萄糖的分子式，A错误；间甲苯酚的结构简式： ，B错误；乙酸甲酯的结构简式：CH3COOCH3，D错误。
√
3.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
甲苯、乙烷、丙炔中均含有甲基，其分子中所有原子不可能共平面，A、B、C错误；1，3-丁二烯的结构简式为H2CCH－CHCH2，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。
√
4.下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是
A.杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
乙烯分子中C原子采取sp2杂化，杂化轨道形成3个σ键、未杂化的2p轨道形成π键，故A正确、B错误；C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，故C、D错误。
√
5.苯环上的一氯代物只有一种的 的同分异构体(不考虑立体异构)有
A.6种 B.5种
C.4种 D.3种
苯环上的一氯代物只有一种就意味着苯环上只有一种类型的H原子。则整个结构需要高度对称，符合条件的同分异构体有
，C项正确。
√
6.分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)
A.8种 B.10种
C.12种 D.14种
C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位
置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为 ，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结
构为 ，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。
√
7.螺环化合物( )可用于制造生物检测机器人，下列有关该化合物的说法错误的是
A.分子式为C5H8O
B.是环氧乙烷( )的同系物
C.一氯代物有2种(不考虑立体异构)
D.所有碳原子不处于同一平面
根据结构简式确定该化合物的分子式为C5H8O，故A正确；该化合物与环氧乙烷结构不相似，故B错误；该分子中含有两种氢原子，故C正确；该分子中所有碳原子都具有甲烷的结构特点，故D正确。
√
√
苯环和双键是平面结构，三键是直线结构，单键可旋转，
中一定共面的碳原子至少有8个，A正确；三键是直线结构，单键可旋转，分子中所有碳原子可能在同一平面，B错误；苯环和双键是平面结
构，单键可旋转， 中所有原子可能处于同一平面，C正
确；苯环是平面结构，苯环处于对位上的碳原子及其直接相连的原子
共线，单键可旋转， 分子中至少有11个碳原子处于同一平面上，D正确。
9.(2024·湖南怀化三模)已知a、b、c三种有机化合物的结构简式如图
所示：
下列说法不正确的是
A.a、b、c互为同分异构体
B.a、b、c分子中碳原子杂化方式均有2种
C.a、b、c的一氯代物均有3种
D.a、b、c中只有a分子的所有碳原子处于同一平面内
√
(a)
(a)
(a)
由结构简式可知，a、b、c的分子式均为C7H8，三者的分子结构不同，互为同分异构体，A正确；苯环上的碳原子及双键上的碳原子均采取sp2杂化，饱和碳原子采取sp3杂化，B正确；a分子苯环上有3种氢原子，甲基上有1种氢原子，故其一氯代物有4种，C错误；a分子含有苯环，苯是平面形结构，直接与苯环相连的碳原子在苯环所在平面内，故a中所有碳原子共平面，b、c分子中两个环状结构均通过饱和碳原子连接，所有碳原子一定不共平面，D正确。
(a)
(a)
(a)
10.某有机物的结构简式如图所示，下列关于该有机物的叙述错误的是
A.最多有10个碳原子共面
B.该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有3种结构
C.能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，且原理相同
D.1 mol该有机物最多消耗H2的物质的量为4 mol
√
与苯环直接相连的原子与之共平面，与碳碳双键
直接相连的原子与之共平面，饱和碳原子类似于
甲烷的结构，最多有1个碳原子和2个H原子共平
面，因此苯环上6个C共面、对位四原子共直线，碳碳双键及相连的饱和C共面，余下的3个C中有1个C可以通过旋转后在苯环和双键平面上，所以最多有10个碳原子共面，故A正确；该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有邻、间、对3种结构，故B正确；该有机物中含有碳碳双键，能发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色，能发生加成反应而使溴水褪色，原理不相同，故C错误；1 mol该有机物含有1 mol苯环可以与3 mol H2加成，1 mol碳碳双键可以与1 mol H2加成，因此最多消耗4 mol H2，故D正确。
11.有机化合物X与Y在一定条件下可反应生成Z，反应的化学方程式
如下：
下列有关说法正确的是
A.有机物X与Y生成Z的反应属于取代反应
B.有机物Y 分子中最多有9个原子在同一平面上
C.1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应
D.Z在酸性条件下水解生成 和 CH3OH
√
根据题意可知，有机物X 与Y生成Z的反应属于二烯烃的1，4-加成反应，选项A错误；根据乙烯6个原子共平面、甲醛分子4个原子共平面、
单键可以旋转，Y分子( )中最多有10个原子在同一平面上，选项
B错误；Z的不饱和度为4，芳香族同分异构体化合物可以有2个羟基，则1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应，选项C正确；根据酯水解的反应原理，水解后18O应该在COH中，选项D
错误。
12.(6分)某烷烃的分子式为C7H16，其同分异构体有 (不考虑立体异构)种，试写出分子结构中含有3个甲基(－CH3)的同分异构体的结构简式：
、 、 _______________。
9
13.(4分)有机物 有多种同分异构体，其中含有1个醛基和2个羟基的芳香族化合物有 种。
6
14.(6分)某有机物的化学式为C8H8O2，写出符合下列所有条件的有机物的结构简式。
①含有苯环；
②属于酯类。
________________________________________________________________
。
返回第55讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体
【复习目标】 1.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。2.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。
考点一 有机化合物的空间结构
1.有机物的成键特点
(1)有机物分子中碳原子的成键方式
碳原子结构 最外层有4个电子，可形成4个共价键
成键原子 碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键
成键形式 (1)单键：都是σ键； (2)双键：一个σ键，一个π键； (3)三键：一个σ键，两个π键
连接方式 碳链或碳环
(2)有机物的成键方式和空间结构
与碳原子相连 的原子数 结构示意 碳原子的杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构
4 sp3 σ键 四面体形
3 sp2 σ键、π键 平面三角形
2 －C≡ sp σ键、π键 直线形
【微思考】 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对偏向电负性 的原子，偏移的程度越大，共价键极性 ，在反应中越容易发生 ；乙烯(CH2CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生 反应。
提示：较大 越强 断裂 加成
2.有机物结构的表示方法
如乙酸的常见表示方法：
结构式 结构简式 键线式 球棍模型 空间填充模型
CH3COOH
【正误判断】
1.有机物分子中与碳碳双键或苯环直接相连的原子一定共平面 ( )
学生用书 第300页
2.若有机物分子中碳原子只采取sp、sp2杂化，则分子中所有原子一定共平面( )
3.若有机物分子中含有手性碳原子，则分子中所有原子不可能共平面 ( )
4.戊烷中碳原子的杂化方式有sp3、sp2两种 ( )
5.乙烯的结构简式为CH2CH2 ( )
答案：1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.×
有机物的表示方法与碳原子成键特点
1.下列表示正确的是( )
A.名称为2-羟基丙醇
B.聚丙烯的结构简式： CH2－CH－CH3
C.乙炔的结构简式：HC≡CH
D.乙烷的球棍模型：
答案：C
解析：名称为2-丙醇，A错误；聚丙烯的结构简式为，B错误；D项为乙烷的空间填充模型。
2.下列说法错误的是( )
A.三氟乙酸乙酯(CF3COOC2H5)是制备抗病毒药物的原料，1个该分子中含有13个σ键和1个π键
B.1 mol丙酮()中含有σ键个数为9NA
C.一个乙炔(H－C≡C－H)分子中有3个π键
D.乙烷分子中只存在σ键，即6个C－H和1个C－C，无π键
答案：C
解析：根据分子中价键可知，单键为σ键，双键为1个σ键和1个π键，三键为1个σ键和2个π键，故乙炔分子中有3个σ键和2个π键，C错误。
σ键、π键的判断 1.根据成键原子的价电子数能形成几个共用电子对判断 如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。 2.由成键轨道类型判断 s轨道形成的共价键全部为σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
有机化合物分子中原子的空间位置判断
3.有机物分子中最多有 个碳原子在同一平面内，最多有 个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有 个。
答案：11 6 9
解析：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：
由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。
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.丙烯分子中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－CHCH－C≡C－CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
答案：D
解析：饱和直链烃是锯齿形的，A项错误；CH3－CHCH2中有甲基，所有原子不可能共平面，B项错误；因碳碳单键可以旋转，且有多个饱和碳原子直接相连，故所有碳原子不可能在同一平面上，C项错误；该分子表示为，依据乙烯分子中6个原子共平面，乙炔分子中4个原子共直线判断，该有机物分子中所有碳原子共平面，D项正确。
判断分子中原子共线、共面问题的三个要点 1.熟记基本模型 (1)三个基本面：烯平面()、羰基平面()、苯平面()，碳原子均为sp2杂化。 (2)两条基准线：炔直线(－C≡C－)，sp杂化；苯对角线()。 2.直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。 3.平面与平面、直线、立体结构连接 (1)审准题目要求 题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。 (2)碳碳单键的旋转 碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C－C”为轴旋转。 (3)恰当拆分复杂分子 观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的 空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。
学生用书 第301页
考点二 同系物 同分异构体
1.同系物
(1)定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。
(2)特点：官能团种类、数目均相同；具有相同的分子通式。
(3)性质：同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。
【微思考1】 下列物质中属于乙烯的同系物的是 (填序号)。
③CH2CH－CHCH2 ④CH3CHCHCH3
提示：①④
2.同分异构现象 同分异构体
(1)定义：分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。存在同分异构现象的化合物互为同分异构体。
(2)同分异构体类型
(3)常见官能团异构
组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构
CnH2n 1 烯烃、环烷烃
CnH2n－2 2 炔烃、二烯烃和环烯烃
CnH2n＋2O 0 饱和一元醇和醚
CnH2nO 1 饱和一元醛和酮、烯醇等
CnH2nO2 1 饱和一元羧酸和酯、羟基醛等
3.简单有机物同分异构体的书写
(1)烷烃同分异构体的书写：减碳法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。
【微思考2】 写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
提示：、、、、、、、、
(2)烯烃、炔烃同分异构体的书写
顺序：碳架异构→位置异构→官能团异构。
技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。
【微思考3】 分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。
烯烃：
。
炔烃：
。
提示：CH2CH－CH2CH3、CH3CHCHCH3、CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3
(3)苯的同系物同分异构体的书写
支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
【微思考4】 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) _、__、____
(4)有含氧官能团的有机物同分异构体的书写
一般按类别异构(分好类别)→碳架异构→位置异构的顺序书写。
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【微思考5】 写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
。
提示：、、、、、、
4.判断同分异构体数目的常用方法
(1)烃基法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有4种，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH的同分异构体均为4种。
(2)代换法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如：乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种，二氯苯和四氯苯均有3种。
(3)等效氢法：分子中等效氢原子有如下情况：①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；②同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效；③分子中处于对称位置上的氢原子等效。
(4)定一移一法：分析二元取代产物的方法：如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子位置，然后移动另一个氯原子。
(5)组合法：饱和酯R1COOR2，－R1有m种，－R2有n种，则酯共有m×n种。
1.下列有关同分异构体(不考虑立体异构)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
答案：B
解析：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.分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)( )
A.7种 B.8种 C.9种 D.10种
答案：C
解析：分子式为C4H8Cl2的有机物同分异构体的确定可以采取“定一移一”法：、、，共有9种。
3.计算分子式为C5H10O2属于酯的同分异构体有几种(不考虑立体异构)？
答案：将分子按如下组合拆分：
①HCOO－与－C4H9形成的酯有1×4＝4种；
②CH3COO－与－C3H7形成的酯有1×2＝2种；
③C2H5COO－与－C2H5形成的酯有1×1＝1种；
④C3H7COO－与－CH3形成的酯有2×1＝2种。
则同分异构体有4＋2＋1＋2＝9种。
1.(2022·浙江6月选考改编)下列表示正确的是( )
A.乙醛的结构简式：CH3COH
B.2-丁烯的键线式：
C.乙醇和丙三醇互为同系物
D.丙酮()和环氧丙烷()互为同分异构体
答案：D
解析：乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；2-丁烯的结构简式为CH3CHCHCH3，键线式为，B错误；结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的有机化合物互为同系物，乙醇(CH3CH2OH)是饱和一元醇，丙三醇是饱和三元醇，两者所含官能团数目不同，不互为同系物，C错误；分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，两者互为同分异构体，D正确。
2.下列说法正确的是( )
A.藿香蓟()分子中所有碳原子处于同一平面(2023·全国甲卷)
B.分子()中所有碳原子共平面(2023·浙江1月选考)
C.分子X()中所有碳原子共平(2024·江苏卷)
D.化合物Ⅰ()与化合物Ⅱ()互为同系物(2024·甘肃卷)
答案：B
解析：藿香蓟的分子结构中的右侧有一个饱和碳原子连接着两个甲基，类比甲烷分子的空间结构可知，藿香蓟分子中所有碳原子不可能处于同一平面，A错误；分子中苯环确定一个平面，碳碳双键确定一个平面，且两个平面重合，故所有碳原子共平面，B正确；X中饱和的C原子sp3杂化形成4个单键，具有类似甲烷的四面体结构，所有碳原子不可能共平面，故C错误；化合物Ⅰ含有的官能团有羧基、酚羟基，化合物Ⅱ含有的官能团有羧基、醚键，官能团种类不同，化合物Ⅰ和化合物Ⅱ不互为同系物，D错误。
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3.(2023·辽宁卷)在光照下，螺吡喃发生开、闭环转换而变色，过程如下。下列关于开、闭环螺吡喃说法正确的是( )
A.均有手性
B.互为同分异构体
C.N原子杂化方式相同
D.闭环螺吡喃亲水性更好
答案：B
解析：开环螺吡喃不含手性碳原子，故A错误；分子式均为C19H19NO，它们结构不同，因此互为同分异构体，故B正确；闭环螺吡喃中N原子杂化方式为sp3，开环螺吡喃中N原子杂化方式为sp2，故C错误；开环螺吡喃中氧原子显负价，电子云密度大，容易与水分子形成分子间氢键，水溶性增大，故D错误。
4.(2022·河北卷改编)在EY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
下列说法正确的是( )
A.M和N互为同系物
B.M分子中最多有12个碳原子共平面
C.N的一溴代物有5种
D.萘的二溴代物有9种
答案：C
解析：由题中信息可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是结构不同，故两者互为同分异构体，A不正确；萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B不正确；N分子中有5种不同化学环境的H原子，因此其一溴代物有5种，C正确；萘分子中有8个H原子，但是只有两种不同化学环境的H原子(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据定一移一法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个；然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D不正确。
课时测评55 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体
(时间：45分钟 满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－11题，每小题4分，共44分。
1.下列共价键中，属于极性键且极性最强的是( )
A. B.
C. D.－C≡C－
答案：B
解析：A、D两项的共价键均是由碳原子形成的非极性键；B、C两项的共价键分别是由碳和氧、碳和氮元素的原子形成的极性共价键，且氧的非金属性强于氮的非金属性。
2.下列化学用语表示正确的是( )
A.葡萄糖分子的结构简式：C6H12O6
B.间甲苯酚的结构简式：
C.HOCH2COOH缩聚产物的结构简式：
D.乙酸甲酯的结构简式：HCOOC2H5
答案：C
解析：C6H12O6是葡萄糖的分子式，A错误；间甲苯酚的结构简式：，B错误；乙酸甲酯的结构简式：CH3COOCH3，D错误。
3.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
答案：D
解析：甲苯、乙烷、丙炔中均含有甲基，其分子中所有原子不可能共平面，A、B、C错误；1，3-丁二烯的结构简式为H2CCH－CHCH2，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。
4.下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是( )
A.杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
答案：A
解析：乙烯分子中C原子采取sp2杂化，杂化轨道形成3个σ键、未杂化的2p轨道形成π键，故A正确、B错误；C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，故C、D错误。
5.苯环上的一氯代物只有一种的的同分异构体(不考虑立体异构)有( )
A.6种 B.5种 C.4种 D.3种
答案：C
解析：苯环上的一氯代物只有一种就意味着苯环上只有一种类型的H原子。则整个结构需要高度对称，符合条件的同分异构体有
、、、，C项正确。
6.分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)( )
A.8种 B.10种
C.12种 D.14种
答案：C
解析：C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结构为，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。
7.螺环化合物()可用于制造生物检测机器人，下列有关该化合物的说法错误的是( )
A.分子式为C5H8O
B.是环氧乙烷()的同系物
C.一氯代物有2种(不考虑立体异构)
D.所有碳原子不处于同一平面
答案：B
解析：根据结构简式确定该化合物的分子式为C5H8O，故A正确；该化合物与环氧乙烷结构不相似，故B错误；该分子中含有两种氢原子，故C正确；该分子中所有碳原子都具有甲烷的结构特点，故D正确。
8.下列关于有机物的空间结构说法不正确的是( )
A.中一定共面的碳原子至少有8个
B.CH≡C－CH2－CH3中所有碳原子一定不在同一平面
C.中所有原子可能处于同一平面
D.分子中至少有11个碳原子处于同一平面上
答案：B
解析：苯环和双键是平面结构，三键是直线结构，单键可旋转，中一定共面的碳原子至少有8个，A正确；三键是直线结构，单键可旋转，分子中所有碳原子可能在同一平面，B错误；苯环和双键是平面结构，单键可旋转，中所有原子可能处于同一平面，C正确；苯环是平面结构，苯环处于对位上的碳原子及其直接相连的原子共线，单键可旋转，分子中至少有11个碳原子处于同一平面上，D正确。
9.(2024·湖南怀化三模)已知a、b、c三种有机化合物的结构简式如图所示：
下列说法不正确的是( )
A.a、b、c互为同分异构体
B.a、b、c分子中碳原子杂化方式均有2种
C.a、b、c的一氯代物均有3种
D.a、b、c中只有a分子的所有碳原子处于同一平面内
答案：C
解析：由结构简式可知，a、b、c的分子式均为C7H8，三者的分子结构不同，互为同分异构体，A正确；苯环上的碳原子及双键上的碳原子均采取sp2杂化，饱和碳原子采取sp3杂化，B正确；a分子苯环上有3种氢原子，甲基上有1种氢原子，故其一氯代物有4种，C错误；a分子含有苯环，苯是平面形结构，直接与苯环相连的碳原子在苯环所在平面内，故a中所有碳原子共平面，b、c分子中两个环状结构均通过饱和碳原子连接，所有碳原子一定不共平面，D正确。
10.某有机物的结构简式如图所示，下列关于该有机物的叙述错误的是( )
A.最多有10个碳原子共面
B.该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有3种结构
C.能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，且原理相同
D.1 mol该有机物最多消耗H2的物质的量为4 mol
答案：C
解析：与苯环直接相连的原子与之共平面，与碳碳双键直接相连的原子与之共平面，饱和碳原子类似于甲烷的结构，最多有1个碳原子和2个H原子共平面，因此苯环上6个C共面、对位四原子共直线，碳碳双键及相连的饱和C共面，余下的3个C中有1个C可以通过旋转后在苯环和双键平面上，所以最多有10个碳原子共面，故A正确；该有机物苯环上的一个H被Cl取代，有邻、间、对3种结构，故B正确；该有机物中含有碳碳双键，能发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色，能发生加成反应而使溴水褪色，原理不相同，故C错误；1 mol该有机物含有1 mol苯环可以与3 mol H2加成，1 mol碳碳双键可以与1 mol H2加成，因此最多消耗4 mol H2，故D正确。
11.有机化合物X与Y在一定条件下可反应生成Z，反应的化学方程式如下：
下列有关说法正确的是( )
A.有机物X与Y生成Z的反应属于取代反应
B.有机物Y 分子中最多有9个原子在同一平面上
C.1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应
D.Z在酸性条件下水解生成和 CH3OH
答案：C
解析：根据题意可知，有机物X 与Y生成Z的反应属于二烯烃的1，4-加成反应，选项A错误；根据乙烯6个原子共平面、甲醛分子4个原子共平面、单键可以旋转，Y分子()中最多有10个原子在同一平面上，选项B错误；Z的不饱和度为4，芳香族同分异构体化合物可以有2个羟基，则1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应，选项C正确；根据酯水解的反应原理，水解后18O应该在COH中，选项D错误。
12.(6分)某烷烃的分子式为C7H16，其同分异构体有 (不考虑立体异构)种，试写出分子结构中含有3个甲基(－CH3)的同分异构体的结构简式： 。
答案： 9 、、
13.(4分)有机物有多种同分异构体，其中含有1个醛基和2个羟基的芳香族化合物有 种。
答案：6
解析：将中的羧基－COOH拆成－CHO和－OH，可以使苯甲醛的2个苯环氢原子被2个羟基取代，方法是逐一取代，一羟基取代物有、、，二羟基取代物有、、、、、，共6种。
14.(6分)某有机物的化学式为C8H8O2，写出符合下列所有条件的有机物的结构简式。
①含有苯环；
②属于酯类。
。
答案：、、、、、。
