《创新方案》第二章 5 聚集突破2 烃分子的空间结构和重要性质 多元取代同分异构体的书写 讲义（教师版）化学选择性必修3人教版
文档属性
| 名称 | 《创新方案》第二章 5 聚集突破2 烃分子的空间结构和重要性质 多元取代同分异构体的书写 讲义（教师版）化学选择性必修3人教版 |
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| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 775.9KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-02-07 00:00:00 | ||
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文档简介
烃分子的空间结构和重要性质 多元取代同分异构体的书写
一、有机化合物分子中原子共线、共面的判断
1．典型分子的空间结构
代表物 空间结构 碳原子杂化类型 结构式 结构特点
CH4 正四面体形 sp3 任意3原子共面
C2H4 平面形 sp2 6原子共面，不能旋转
C2H2 直线形 sp 4原子共线(面)，—C≡C—不能旋转
C6H6 平面正六边形 sp2 12原子共面，对角线上4原子共线
2.有机化合物分子中原子共线、共面情况的判断
依据有机化合物分子中各组成基团的空间结构和键角展开结构简式。
(1)平面与直线
如乙烯基乙炔()，利用乙烯的平面结构模型和乙炔的直线结构模型分析，所有原子共平面，4个原子共直线。
(2)平面与平面
如果两个平面结构通过单键(σ键)相连，则由于单键的可旋转性，两个平面不一定重合。如苯乙烯()分子中共平面的原子至少有12个，最多有16个。
(3)平面与立体
如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的可旋转性，甲基的一个氢原子可能处于这个平面上。如丙烯()分子中共平面的原子至少有6个，最多有7个。
(4)多结构连接
如下图所示的分子中共平面的原子至少有12个，最多有19个。
苯环以单键连接在6号碳原子上，不论绕单键如何旋转，6号、8号、9号碳原子和连在9号碳原子上的氢原子均处于同一直线上。
【突破集训】
1．(2024·衡水高二质检)下列有机化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( )
A． B．CH3CH(CH3)2
C．HC≡CCH3 D．H2C===C(CH3)2
解析：选B。A.苯为平面结构，甲苯分子中甲基碳原子取代苯分子中H原子的位置，所有碳原子都处于同一平面上，故A不选；B.CH3CH(CH3)2 中，3个甲基处于2号碳原子四面体的顶点位置，2号碳原子处于该四面体内部，所有碳原子不可能处于同一平面，故B选；C.乙炔分子为直线形结构，HC≡CCH3中甲基碳原子取代乙炔分子中H原子的位置，所有碳原子处于同一直线上，故C不选；D.乙烯分子为平面形结构，H2C===C(CH3)2中2个甲基的碳原子取代乙烯分子中H原子的位置，所有碳原子都处于同一平面上，故D不选。
2．对于的分子结构，下列说法正确的是( )
A．除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B．除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上
C．12个碳原子不可能都在同一平面上
D．所有原子有可能都在同一平面上
解析：选B。按照苯环、碳碳双键、碳碳三键的结构特点，该有机化合物的空间结构可简单表示为，直线l一定在平面N中，甲基上3个氢原子只有一个可能在这个平面内；—CHF2基团中的两个氟原子和一个氢原子，最多只有一个在碳碳双键所在的平面M中；平面M和平面N共用两个碳原子，可以通过旋转碳碳单键，使两平面重合，此时仍有—CHF2中的两个原子、—CH3中的两个氢原子不在这个平面内。要使苯环外的碳原子共直线，必须使双键部分键角为180°，但烯烃分子中键角为120°，所以，除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上。
3．(2024·龙岩高二月考)某有机化合物的结构简式为，下列说法正确的是( )
A．最多有4个碳原子共线
B．所有碳原子在同一平面上
C．一氯代物最多有5种
D．最多有24个原子共平面
解析：选A。给有机化合物分子中的碳原子编号：。A项，该有机化合物分子中最多有4个碳原子共线(图中1、2、5、6号碳原子)，正确；B项，6号碳原子为饱和碳原子，和与之直接相连的4个碳原子构成四面体结构，所有碳原子不可能在同一平面上，错误；C项，该有机化合物分子中有6种不同化学环境的氢原子，一氯代物最多有6种，错误；D项，由于单键可以绕键轴旋转，所以可能有2个甲基苯环共面，因此该有机化合物中最多有25个原子共平面(结构中7个C原子、苯环上4个H原子、甲基中1个H原子，两个结构共24个原子，再加上6号碳原子，共25个原子)，错误。
二、烃类重要性质的比较
烃 液溴 溴水 溴的四氯化碳溶液 酸性高锰酸钾溶液
烷烃 与溴蒸气在光照条件下发生取代反应 不反应，液态烷烃可以萃取溴水中的溴单质，从而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 不反应
烯烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色
炔烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色
苯 催化条件(FeBr3)下发生取代反应 不反应，发生萃取而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 不反应
苯的同系物 光照条件下与溴蒸气发生侧链上的取代反应，催化条件(FeBr3)下发生苯环上的取代反应 不反应，发生萃取而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 氧化褪色(与苯环直接相连的碳原子上有氢原子)
【突破集训】
4．下列有关丙烷、丙烯、丙炔的说法正确的是( )
A．丙烷、丙烯、丙炔的球棍模型分别为
B．相同物质的量的3种物质完全燃烧，生成的气体在标准状况下的体积之比为3∶2∶1
C．相同质量的3种物质完全燃烧，丙烷消耗的氧气最多
D．丙烷的一氯代物只有1种
解析：选C。由乙炔的结构可知，丙炔分子中的3个碳原子应该在同一条直线上，A项错误；相同物质的量的3种物质完全燃烧，生成CO2的物质的量相等，标准状况下水为液体，故生成的气体在标准状况下的体积相等，B项错误；丙烷的含氢量最高，故等质量的3种物质完全燃烧，丙烷消耗的氧气最多，C项正确；丙烷分子中存在2种不同化学环境的氢原子，其一氯代物有2种，D项错误。
5．现有七种物质：①甲烷、②苯、③聚乙烯、④聚乙炔、⑤2-丁炔、⑥环己烷、⑦甲苯。其中既能使酸性高锰酸钾溶液褪色，又能与溴水反应而使其褪色的是( )
A．③④⑤ B．④⑤⑦
C．④⑤ D．①②⑤⑥
解析：选C。④聚乙炔分子中含碳碳双键、⑤2-丁炔分子中含碳碳三键，二者既能使酸性高锰酸钾溶液褪色，又能与溴水反应而使其褪色。
6．(2024·太原高二期末)某烃的结构简式为
，它可能具有的性质是( )
A．易溶于水，也易溶于有机溶剂
B．既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色
C.能发生加聚反应，加聚产物可表示为
D.能使溴水褪色，但不能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选B。该烃分子中含有碳碳双键，既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色，还能发生加聚反应生成，且难溶于水。
7．下列各组有机化合物中，只需加入溴水就能一一鉴别的是( )
A．己烯、苯、四氯化碳 B．苯、己炔、己烯
C．己烷、苯、环己烷 D．甲苯、己烷、己烯
解析：选A。己烯能使溴水褪色，苯、四氯化碳均能萃取溴水中的溴单质，苯的密度比水的密度小，上层液体呈橙色，四氯化碳的密度比水的密度大，下层液体呈橙色，A项能鉴别；己炔、己烯均能使溴水褪色，B项不能鉴别；己烷、苯、环己烷的密度均比水的密度小，上层液体均呈橙色，C项不能鉴别；甲苯和己烷的密度均比水的密度小，上层液体均呈橙色，D项不能鉴别。
三、多元取代同分异构体的书写
1．链状化合物
依次取代处于不同化学环境的氢原子，注意重复的结构，如C3H8的二氯取代物，其一氯取代物有两种：、，前者有3种不同化学环境的氢原子，后者有2种不同化学环境的氢原子，则丙烷的二氯取代物的结构简式为
，其中b和d重复，所以丙烷的二氯取代物共有4种。
2．芳香族化合物
“定一移一法”判断芳香族化合物同分异构体的数目。
(1)二取代苯：可固定1个取代基移动另1个取代基，从而写出邻、间、对3种异构体。如在苯环上接2个—X或1个—X、1个—Y，均有3种：
(2)三取代苯：先按邻、间、对的顺序固定2个取代基，再逐一插入剩余的1个取代基，注意对称位置的重复。如在苯环上接3个—X，共有3种：
；在苯环上接2个—X、1个—Y，共有6种(数字表示Y的位置)：
在苯环上接1个—X、1个—Y、1个—Z，共有10种(数字表示Z的位置)：、、。
[方法技巧] 换元法
若烃分子中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物数目相同。
如二氯苯(C6H4Cl2)有3种结构：，则四氯苯也有3种结构。
【突破集训】
8．(2024·沈阳高二质检)分子式为C5H9ClO2的有机化合物属于氯代羧酸的同分异构体共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种 C．12种 D．14种
解析：选C。分子式为C5H9ClO2且属于氯代羧酸的有机化合物含有—Cl、—COOH两个取代基，其同分异构体可认为是C4H10的二取代物，可利用“定一移一”的方法进行判断，即可能的同分异构体有
，共12种。
9．已知有10种二氯取代物，则其六氯取代物有( )
A．6种 B．8种 C．10种 D．12种
解析：选C。分子中共有8个氢原子，二氯取代物有10种，利用换元法可知其六氯取代物也有10种。
10．组成和结构可用表示的有机化合物共有(不考虑立体异构)( )
A．12种 B．28种 C．32种 D．36种
解析：选A。丁基C4H9—有4种；乙基的二氯代物共有3种：
，故满足条件的有机化合物共有4×3＝12种。
11．(2024·江西上饶中学高二月考)一种“本宝宝福禄双全”的有机化合物曾经刷爆朋友圈，其结构简式为，该有机化合物的同分异构体中两个醛基位于苯环间位的有( )
A．4种 B．5种
C．6种 D．7种
解析：选D。可先考虑F的位置有三种：
，再考虑Cl的位置(用数字表示)：，故有7种。
一、有机化合物分子中原子共线、共面的判断
1．典型分子的空间结构
代表物 空间结构 碳原子杂化类型 结构式 结构特点
CH4 正四面体形 sp3 任意3原子共面
C2H4 平面形 sp2 6原子共面，不能旋转
C2H2 直线形 sp 4原子共线(面)，—C≡C—不能旋转
C6H6 平面正六边形 sp2 12原子共面，对角线上4原子共线
2.有机化合物分子中原子共线、共面情况的判断
依据有机化合物分子中各组成基团的空间结构和键角展开结构简式。
(1)平面与直线
如乙烯基乙炔()，利用乙烯的平面结构模型和乙炔的直线结构模型分析，所有原子共平面，4个原子共直线。
(2)平面与平面
如果两个平面结构通过单键(σ键)相连，则由于单键的可旋转性，两个平面不一定重合。如苯乙烯()分子中共平面的原子至少有12个，最多有16个。
(3)平面与立体
如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的可旋转性，甲基的一个氢原子可能处于这个平面上。如丙烯()分子中共平面的原子至少有6个，最多有7个。
(4)多结构连接
如下图所示的分子中共平面的原子至少有12个，最多有19个。
苯环以单键连接在6号碳原子上，不论绕单键如何旋转，6号、8号、9号碳原子和连在9号碳原子上的氢原子均处于同一直线上。
【突破集训】
1．(2024·衡水高二质检)下列有机化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( )
A． B．CH3CH(CH3)2
C．HC≡CCH3 D．H2C===C(CH3)2
解析：选B。A.苯为平面结构，甲苯分子中甲基碳原子取代苯分子中H原子的位置，所有碳原子都处于同一平面上，故A不选；B.CH3CH(CH3)2 中，3个甲基处于2号碳原子四面体的顶点位置，2号碳原子处于该四面体内部，所有碳原子不可能处于同一平面，故B选；C.乙炔分子为直线形结构，HC≡CCH3中甲基碳原子取代乙炔分子中H原子的位置，所有碳原子处于同一直线上，故C不选；D.乙烯分子为平面形结构，H2C===C(CH3)2中2个甲基的碳原子取代乙烯分子中H原子的位置，所有碳原子都处于同一平面上，故D不选。
2．对于的分子结构，下列说法正确的是( )
A．除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B．除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上
C．12个碳原子不可能都在同一平面上
D．所有原子有可能都在同一平面上
解析：选B。按照苯环、碳碳双键、碳碳三键的结构特点，该有机化合物的空间结构可简单表示为，直线l一定在平面N中，甲基上3个氢原子只有一个可能在这个平面内；—CHF2基团中的两个氟原子和一个氢原子，最多只有一个在碳碳双键所在的平面M中；平面M和平面N共用两个碳原子，可以通过旋转碳碳单键，使两平面重合，此时仍有—CHF2中的两个原子、—CH3中的两个氢原子不在这个平面内。要使苯环外的碳原子共直线，必须使双键部分键角为180°，但烯烃分子中键角为120°，所以，除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上。
3．(2024·龙岩高二月考)某有机化合物的结构简式为，下列说法正确的是( )
A．最多有4个碳原子共线
B．所有碳原子在同一平面上
C．一氯代物最多有5种
D．最多有24个原子共平面
解析：选A。给有机化合物分子中的碳原子编号：。A项，该有机化合物分子中最多有4个碳原子共线(图中1、2、5、6号碳原子)，正确；B项，6号碳原子为饱和碳原子，和与之直接相连的4个碳原子构成四面体结构，所有碳原子不可能在同一平面上，错误；C项，该有机化合物分子中有6种不同化学环境的氢原子，一氯代物最多有6种，错误；D项，由于单键可以绕键轴旋转，所以可能有2个甲基苯环共面，因此该有机化合物中最多有25个原子共平面(结构中7个C原子、苯环上4个H原子、甲基中1个H原子，两个结构共24个原子，再加上6号碳原子，共25个原子)，错误。
二、烃类重要性质的比较
烃 液溴 溴水 溴的四氯化碳溶液 酸性高锰酸钾溶液
烷烃 与溴蒸气在光照条件下发生取代反应 不反应，液态烷烃可以萃取溴水中的溴单质，从而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 不反应
烯烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色
炔烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色
苯 催化条件(FeBr3)下发生取代反应 不反应，发生萃取而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 不反应
苯的同系物 光照条件下与溴蒸气发生侧链上的取代反应，催化条件(FeBr3)下发生苯环上的取代反应 不反应，发生萃取而使溴水褪色 不反应，互溶不褪色 氧化褪色(与苯环直接相连的碳原子上有氢原子)
【突破集训】
4．下列有关丙烷、丙烯、丙炔的说法正确的是( )
A．丙烷、丙烯、丙炔的球棍模型分别为
B．相同物质的量的3种物质完全燃烧，生成的气体在标准状况下的体积之比为3∶2∶1
C．相同质量的3种物质完全燃烧，丙烷消耗的氧气最多
D．丙烷的一氯代物只有1种
解析：选C。由乙炔的结构可知，丙炔分子中的3个碳原子应该在同一条直线上，A项错误；相同物质的量的3种物质完全燃烧，生成CO2的物质的量相等，标准状况下水为液体，故生成的气体在标准状况下的体积相等，B项错误；丙烷的含氢量最高，故等质量的3种物质完全燃烧，丙烷消耗的氧气最多，C项正确；丙烷分子中存在2种不同化学环境的氢原子，其一氯代物有2种，D项错误。
5．现有七种物质：①甲烷、②苯、③聚乙烯、④聚乙炔、⑤2-丁炔、⑥环己烷、⑦甲苯。其中既能使酸性高锰酸钾溶液褪色，又能与溴水反应而使其褪色的是( )
A．③④⑤ B．④⑤⑦
C．④⑤ D．①②⑤⑥
解析：选C。④聚乙炔分子中含碳碳双键、⑤2-丁炔分子中含碳碳三键，二者既能使酸性高锰酸钾溶液褪色，又能与溴水反应而使其褪色。
6．(2024·太原高二期末)某烃的结构简式为
，它可能具有的性质是( )
A．易溶于水，也易溶于有机溶剂
B．既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色
C.能发生加聚反应，加聚产物可表示为
D.能使溴水褪色，但不能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选B。该烃分子中含有碳碳双键，既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色，还能发生加聚反应生成，且难溶于水。
7．下列各组有机化合物中，只需加入溴水就能一一鉴别的是( )
A．己烯、苯、四氯化碳 B．苯、己炔、己烯
C．己烷、苯、环己烷 D．甲苯、己烷、己烯
解析：选A。己烯能使溴水褪色，苯、四氯化碳均能萃取溴水中的溴单质，苯的密度比水的密度小，上层液体呈橙色，四氯化碳的密度比水的密度大，下层液体呈橙色，A项能鉴别；己炔、己烯均能使溴水褪色，B项不能鉴别；己烷、苯、环己烷的密度均比水的密度小，上层液体均呈橙色，C项不能鉴别；甲苯和己烷的密度均比水的密度小，上层液体均呈橙色，D项不能鉴别。
三、多元取代同分异构体的书写
1．链状化合物
依次取代处于不同化学环境的氢原子，注意重复的结构，如C3H8的二氯取代物，其一氯取代物有两种：、，前者有3种不同化学环境的氢原子，后者有2种不同化学环境的氢原子，则丙烷的二氯取代物的结构简式为
，其中b和d重复，所以丙烷的二氯取代物共有4种。
2．芳香族化合物
“定一移一法”判断芳香族化合物同分异构体的数目。
(1)二取代苯：可固定1个取代基移动另1个取代基，从而写出邻、间、对3种异构体。如在苯环上接2个—X或1个—X、1个—Y，均有3种：
(2)三取代苯：先按邻、间、对的顺序固定2个取代基，再逐一插入剩余的1个取代基，注意对称位置的重复。如在苯环上接3个—X，共有3种：
；在苯环上接2个—X、1个—Y，共有6种(数字表示Y的位置)：
在苯环上接1个—X、1个—Y、1个—Z，共有10种(数字表示Z的位置)：、、。
[方法技巧] 换元法
若烃分子中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物数目相同。
如二氯苯(C6H4Cl2)有3种结构：，则四氯苯也有3种结构。
【突破集训】
8．(2024·沈阳高二质检)分子式为C5H9ClO2的有机化合物属于氯代羧酸的同分异构体共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种 C．12种 D．14种
解析：选C。分子式为C5H9ClO2且属于氯代羧酸的有机化合物含有—Cl、—COOH两个取代基，其同分异构体可认为是C4H10的二取代物，可利用“定一移一”的方法进行判断，即可能的同分异构体有
，共12种。
9．已知有10种二氯取代物，则其六氯取代物有( )
A．6种 B．8种 C．10种 D．12种
解析：选C。分子中共有8个氢原子，二氯取代物有10种，利用换元法可知其六氯取代物也有10种。
10．组成和结构可用表示的有机化合物共有(不考虑立体异构)( )
A．12种 B．28种 C．32种 D．36种
解析：选A。丁基C4H9—有4种；乙基的二氯代物共有3种：
，故满足条件的有机化合物共有4×3＝12种。
11．(2024·江西上饶中学高二月考)一种“本宝宝福禄双全”的有机化合物曾经刷爆朋友圈，其结构简式为，该有机化合物的同分异构体中两个醛基位于苯环间位的有( )
A．4种 B．5种
C．6种 D．7种
解析：选D。可先考虑F的位置有三种：
，再考虑Cl的位置(用数字表示)：，故有7种。