人教版高中化学选修5教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：02【基础】有机化合物的结构特点
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修5教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：02【基础】有机化合物的结构特点 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 884.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-16 20:24:37 | ||
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文档简介
有机化合物的结构特点
【学习目标】
1．通过有机物中碳原子的成键特点，了解有机物存在异构现象是有机物种类繁多的原因之一；
2．掌握同分异构现象的含义，能判断简单有机物的同分异构体，初步学会同分异构体的书写。
【要点梳理】
要点一、有机化合物中碳原子的成键特点
1．碳元素位于第二周期ⅣA族，碳原子的最外层有4个电子，很难得到或失去电子，通常以共用电子对的形式与其他原子形成共价键，达到最外层8个电子的稳定结构。
说明：根据成键两原子间共用电子的对数，可将共价键分为单键、双键和三键。即成键两原子间共用一对电子的共价键称为单键，共用两对电子的共价键称为双键，共用三对电子的共价键称为三键。
2．由于碳原子的成键特点，在有机物分子中，碳原子总是形成4个共价键，每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子（如氧、氯、氮、硫等）形成4个共价键，而且碳原子之间可以形成单键（C—C）、双键（C＝C）、三键（C≡C）。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带有支链，还可以结合成碳环，碳链与碳环也可以相互结合，因此，含有原子种类相同，每种原子数目也相同的分子，其原子可能具有多种不同的结合方式，形成具有不同结构的分子。
说明：（1）在有机物分子中，碳原子仅以单键与其他原子形成4个共价键，这样的碳原子称为饱和碳原子，当碳原子以双键或三键与其他原子成键时，这样的碳原子称为不饱和碳原子。
（2）同种元素的原子间形成的共价键称为非极性键，不同种元素的原子间形成的共价键称为极性键。共价键的极性强弱与两个成键原子所属元素的电负性差值大小有关，电负性差值越大，键的极性就越强。
3．表示有机物的组成与结构的几种图式。
种类
实例
含义
应用范围
化学式
CH4、C2H2
（甲烷）（乙炔）
用元素符号表示物质分子组成的式子。可反映出一个分子中原子的种类和数目
多用于研究分子晶体
最简式
（实验式）
乙烷最简式为CH3，C6H12O6的最简式为CH2O
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简式量
①有共同组成的物质②离子化合物、原子晶体常用它表示组成
电子式
/
用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
多用于表示离子型、共价型的物质
结构式
/
①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
①多用于研究有机物的性质②能反映有机物的结构，有机反应常用结构式表示
结构简式
（示性式）
CH3—CH3
（乙烷）
结构式的简便写法，着重突出结构特点（官能团）
同“结构式”①
球棍模型
/
小球表示原子，短棍表示价键
用于表示分子的空间结构（立体形状）
比例模型
/
用不同体积的小球表示不同原子的大小
用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
特别提示：（1）写结构简式时，同一碳原子上的相同原子或原子团可以合并，碳链上直接相邻且相同的原子团亦可以合并，如有机物/也可写成(CH3)3C(CH2)2CH3。
（2）有机物的结构简式只能表示有机物中各原子的连接方式．并不能反映有机物的真实结构。其实有机物的碳链是锯齿形而不是直线形的。
要点二、有机化合物的同分异构现象
1．化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．两化合物互为同分异构体的必备条件有二：
（1）两化合物的分子式应相同。
（2）两化合物的结构应不同（如碳链骨架不同、官能团的位置不同、官能团的种类不同等）。
3．中学阶段必须掌握的异构方式有三种，即碳链异构、位置异构和官能团异构。
常见同分异构现象及形成途径
异构方式
形成途径
示例
碳链异构
碳链骨架不同而产生的异构
CH3CH2CH2CH3与
位置异构
官能团位置不同而产生的异构
CH2＝CHCH2CH3与CH3—CH=CH—CH3
官能团异构
官能团种类不同而产生的异构
CH3CH2CHO与
4．此外有机物还具有立体异构现象。常见的立体异构有顺反异构和对映异构。
（1）顺反异构。
当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时，就存在顺反异构现象。如2-丁烯存在顺反异构体。
/
（2）对映异构。
当有机物分子中的饱和碳原子连接着4个不同的原子或原子团时。就可能存在对映异构现象。
如乳酸（ ）有如下两种对映异构体：
/
5．同分异构体的书写技巧。
（1）书写同分异构体时，必须遵循“价键数守恒”原则，即在有机物分子中，碳原子的价键数为4，氢原子的价键数为1，氧原子的价键数为2，等等。
（2）熟练掌握碳原子数小于7的烷烃和碳原子数小于5的烷基的异构体数目，这对同分异构体的辨认与书写十分重要。
即CH4、C2H6、C3H8、—CH3、—C2H5仅有1种结构；C4H10，—C3H7有2种结构；—C4H9有4种结构（这也是高考中的热门烃基）；C5H12、C6H14、C7H16则依次有3种、5种、9种结构。
（3）熟练掌握官能团异构的有机物的类别。
①烯烃和环烷烃：通式CnH2n（n≥3）
②二烯烃、炔烃、环烯烃：通式CnH2n－2（n≥4）
③苯及苯的同系物与多烯烃：通式CnH2n－6（n≥6）
④饱和一元醇与饱和一元醚：通式CnH2n+2O（n≥2）
⑤饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇：通式CnH2nO（n≥3）
⑥饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟基醛：通式CnH2nO2（n≥2）
⑦酚、芳香醇、芳香醚：通式CnH2n－6O（n＞6）
⑧葡萄糖与果糖；蔗糖与麦芽糖
⑨氨基酸R—CH—COOH与硝基化合物R—CH2CH2NO2
（4）烷烃的同分异构体的书写是其他有机物的同分异构体书写的基础。
烷烃的同分异构体的书写方法一般采用“减碳对称法”，可概括为“两注意、三原则、四顺序”。图示如下：
（5）苯的同系物或苯的衍生物的同分异构体的书写可综合考虑苯环上基团的类别和个数以及基团在苯环上的位置，有序分析即可迅速写出其含苯环的同分异构体来。
（6）书写有机物的同分异构体的步骤是：首先考虑官能团异构，其次考虑碳链异构，最后考虑位置异构，同时遵循对称性、互补性、有序性原则，即可以无重复、无遗漏地写出所有的同分异构体来。
（7）如无特别说明，中学阶段不要求书写有机物的立体异构体。
要点三、有机物的结构与性质的关系
“结构决定性质，性质反映结构”，这是学习有机化学时要特别关注的问题，根据有机物的结构推测它的性质，一般来说，首先要找出官能团，然后从键的极性、碳原子的饱和程度等进一步分析并推测有机物的性质。
1．官能团与有机物性质的关系。
有机物的性质由其分子结构来决定，而官能团是决定有机物性质的主要因素。一种官能团决定了一类有机物的化学特性。一般地，具有相同的官能团的有机物具有相似的化学性质，有机物含有多个官能团时，也应具有多个官能团的性质。
2．不同基团间的相互影响与有机物性质的关系。
有机化合物分子中的邻近基团间往往会相互影响，这种影响会使有机化合物表现出一些特性。例如，苯与硝酸发生取代反应的温度是50℃～60℃，而甲苯在约30℃的温度下就能与硝酸发生取代反应。也就是说，与苯相比，甲苯较易发生取代反应。这是由于甲基具有推电子作用，它对苯环的影响使得苯环上的某些氢原子更容易被取代。
再如，醇和酚的官能团都是羟基，但由于分子中与羟基相连的烃基不同，使得醇和酚的化学性质也不同；醛和酮的官能团均含羰基，醛羰基上连有氢原子、酮羰基上不连氢原子，使得醛、酮成为两类不同的有机化合物。
【典型例题】
类型一：有机物碳原子的成键特点
例1（2019 天津模拟）右图是某种有机物分子的球棍模型图。图中的“棍”代表单键或双键，不同大小的“球”代表三种不同的短周期元素的原子。对该有机物的叙述不正确的是（ ）。
A．该有机物可能的分子式为C2HCl3
B．该有机物的分子中一定有C＝C
C．该有机物分子中的所有原子在同一平面上
D．该有机物中形成的化学键都是极性键
【思路点拨】根据图中球的半径大小和键的个数猜测原子的种类。
【解析】该物质是有机物，则图中2个白球是碳原子。碳为四价，每个碳原子可以形成4个单键，现在每个碳原子结合两个其他原子，所以碳碳之间形成的是双键，氢原子半径最小，小黑球可能是氢原子，3个大黑球可能是氯原子。A、B、C三项叙述正确。该有机物中碳原子与碳原子间形成的是非极性键，碳原子与除碳之外的其他原子间形成的是极性键，D项说法错误。
【答案】D
【总结升华】在有机分子中，碳为四键饱和，氮为三键饱和，氧为二键饱和，氢（或卤素）为一键饱和。
举一反三：
【变式1】（2019 江苏调考）下列化学式或结构式中，从成键情况看不合理的是（ ）。
/
【答案】B
【解析】在有机物中，C、Si能形成4个共价键，N能形成3个共价键，而O、S能形成2个共价键，据此分析，B项中的C和Si都只形成了3个共价键，其成键情况不合理。
【变式2】某有机物的结构简式为
/
回答下列问题：
（1）写出其分子式：________。
（2）其中含有________个不饱和碳原子，分子中有________个双键。
（3）分子中的极性键有________（写出2种即可）。
（4）分子中的饱和碳原子有________个，一定与苯环处于同一平面的碳原子有________个。
（5）分子中C—C＝O键角约为________，H—C≡C键角约为________。
【答案】（1）C16H16O5 （2）12 3 （3）碳氧键、碳氢键、氢氧键（任写2种）
（4）4 4 （5）120° 180°
类型二：同分异构体的辨认与书写
例2 结构不同的二甲基氯苯的数目有（ ）。
A．4种 B．5种 C．6种 D．7种
【答案】C
【解析】本题可采用“有序分析法”解答。
先分析两个甲基在苯环上的异构情况，可得三种结构：
/
再分析上述3种结构中苯环上加上一个氯原子后的异构情况：
（1）可得/2种同分异构体；（2）可得/3种同分异构体；（3）可得/1种同分异构体。
因此结论是二甲基氯苯有6种不同的结构（即同分异构体）。
举一反三：
【变式1】（2019 沈阳二模）分子式为C9H10O2的有机物，其结构中含有苯环且可以与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的同分异构体有（不考虑立体异构）（ ）
A．12种 B．13种 C．14种 D．15种
【答案】C
【解析】该有机物能与NaHCO3溶液发生反应产生气体，说明含有羧基-COOH，取代基为正丙酸基时，1种；取代基为异丙酸基时，1种；取代基为-COOH、-CH2CH3时，有邻、间、对3种；取代基为乙酸基、-CH3时，有邻、间、对3种；取代基为-COOH、-CH3、-CH3时，2个甲基邻位2种，2个甲基间位3种，2个甲基对位1种，符合条件的总共有14种，故选C。
【变式2】无机物之间、无机物与有机物之间也存在着同分异构体，下列各组物质中。两者互为同分异构体的是（ ）。
①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O ②NH4CNO和CO(NH2)2
③CH3CH2NO2和 ④
A．①②③ B．②③ C．②③④ D．①②④
【答案】B
类型三：有机物的结构与性质的关系
例3 苯环上原有的取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定的影响。其规律是：
（1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质；
（2）可以把原有取代基分为两类：
①原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位，如—OH、—CH3（或烃基）、—Cl、—Br、/等；
②原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位，如—NO2、—SO3H、—CHO等。
现有如下变化，反应过程中每步只能引进一个新的取代基。
/
请写出其中一些物质的结构简式：
A________，B________，C________，D________，E________。
【答案】/（D、E可互换）
【解析】本题着重考查了考生对信息的处理能力，结合课本知识不难做出答案。分析图中变化可得：A为/；由信息知，/与Br2的反应。Br原子应引入硝基的间位。故B为/；而 与Br2在铁粉作用下生成/，/再与浓硫酸、浓硝酸发生硝化反应时，由信息知，—NO2应引入溴原子的邻、对位，C为邻位，/，而/再发生溴代反应时，受—Br、—NO2两种取代基的影响，故D、E应分别为/和/（即一个在原溴原子的邻位，一个在原溴原子的对位，且在—NO2的间位）。
举一反三：
【变式1】在甲苯中，加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后溶液褪色，甲苯被氧化为苯甲酸，正确的解释是（ ）。
A．甲苯分子中碳原子数比苯分子中碳原子数多
B．甲苯分子中苯环受侧链影响而易被氧化
C．甲苯分子中侧链受苯环影响而易被氧化
D．由于苯环和侧链的相互影响，使苯环和侧链同时被氧化
【答案】C
【巩固练习】
一、选择题
1．下列分子中，既具有极性键又具有非极性键的分子是（ ）。
A．CH2Cl2 B．HCHO C．H2O2 D．CH2=CH—CH3
2．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构，其理由是（ ）。
A．CHCl3只有一种结构 B．CH2Cl2只有一种结构
C．CH4是非极性分子 D．CH4的四个价键的键长和键能都相等
3．下列有机物分子中，所有的原子不可能在同一平面上的是（ ）。
A．CH2＝CH—C≡N B．CH2＝CH—CH=CH2
C． D．CH2＝C—CH＝CH2
4．下列叙述中正确的是（ ）。
A．相对分子质量相同，结构不同的化合物一定是互为同分异构体的关系
B．结构对称的烷烃，其一氯取代产物必定只有一种结构
C．互为同分异构体的化合物不可能具有相同的结构简式
D．含不同碳原子数的烷烃一定是互为同系物的关系
5．（2019 课标Ⅰ）下列化合物中同分异构体数目最少的是（ ）
A．戊烷 B．戊醇 C．戊烯 D．乙酸乙酯
6．（2019 佛山期末）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
7．分子式为C7H16的烷烃中，其结构中含有3个甲基的同分异构体数目是（ ）。
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
8．能说明苯分子的平面正六边形结构中，碳碳键不是单、双键交替相连的事实是（ ）。
A．苯的一氯取代产物无同分异构体 B．苯的邻位二氯取代产物只有1种
C．苯的间位二氯取代产物只有1种 D．苯的对位二氯取代产物只有1种
9．某烃的结构简式为：/
有关其分子结构的叙述中正确的是（ ）。
A．分子中一定在同一平面上的碳原子数为6
B．分子中一定在同一平面上的碳原子数为7
C．分子中在同一直线上的碳原子数为3
D．分子中在同一直线上的碳原子数为4
10．下列说法中不正确的是（ ）。
A．相对分子质量相同，组成元素的百分含量相同的不同有机物一定是同分异构体关系
B．碳原子数相同、结构不同的烷烃一定是互为同分异构体关系
C．两有机物互为同系物，则它们也是互为同分异构体关系
D．碳原子数≤10的烷烃，其一氯代物没有同分异构体的烷烃有4种
11．主链含有5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有（ ）。
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
二、非选择题
1．（2019 南昌模拟）液晶是一类新型材料，有机物A（/）是制作液晶MBBA的重要原料。
（1）A的分子式是________。
（2）A的异构体甚多，其中属于酯类化合物，而且结构式中有苯环结构的异构体有________种。其中含有5种不同环境的氢原子的异构体的结构简式为________。
2．有下列五组物质：①O2和O3；②和；③CH3CH2CH2CH3与/；④/；⑤C2H6与C7H16
（1）________组两种物质互为同位素；
（2）________组两种物质互为同素异形体；
（3）________组两种物质互为同系物；
（4）________组两种物质互为同分异构体；
（5）________组两种物质实质上是同一种物质。
3．有机化学中有多种同分异构现象，其中有顺反异构，例如2-丁烯有下列两种顺反异构体：
/
（A）中的两个—CH3在双键的同一侧，称为顺式；（B）中的两个—CH3在双键的不同侧，称为反式。若把其中一个—CH3换成—C2H5，只要在双键同侧，便称顺式，否则为反式。据此苯丙烯（C9H10）具有（C）和（D）两种位置异构体，其中（C）具有顺式（E）和反式（F）两种异构体，请写出它们的结构简式。
4．（2019 江苏盐城期中）苯的含氧衍生物A中C、H、O的个数比为9∶8∶2，其相对分子质量为148，它能使甲基橙溶液变红，也能使溴的CCl4溶液褪色，0.592 g这种物质能与40 mL 0.1 mol／L的氢氧化钠溶液恰好完全反应。试回答：
（1）A中各原子质量比为m（C）∶m（H）∶m（O）=________，A的摩尔质量为________。
（2）A的分子式为________，A中的含氧官能团的名称为________。
（3）若A的苯环上一取代产物只有2种，A的结构简式为________。
（4）A与氢氧化钠溶液反应的方程式为________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．C、D
【解析】H2O2中存在O—O非极性键和H—O极性键；CH2＝CH—CH3中存在C＝C、C—C非极性键和C—H极性键。
2．B
【解析】CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构时，都符合选项A、C、D的说法，故不能用选项A、C、D来确定CH4是何种结构；若CH4是平面正方形结构，则CH2Cl2有如下两种结构：/和/，而CH4为正四面体结构时，CH2Cl2就只有一种结构。因此可由CH2Cl2只有一种结构推知CH4为正四面体结构。
3．D
【解析】据甲烷、乙烯、乙炔、苯的结构进行分析，可知选项A、B、C中所有原子均有可能在同一平面上，只有选项D中的—CH3不可能所有原子共平面。
4．C、D
【解析】CH3—CH3与HCHO的相对分子质量相同。但分子式不同，不可能是同分异构体关系；结构对称的烷烃，其一氯取代产物可能不止一种，如(CH3)2CHCH(CH3)2的一氯取代产物就有2种。
5．A
【解析】戊烷的同分异构体只有3种（CH3CH2CH2CH2CH3、/）；戊醇的醇类同分异构体就有8种（CH3CH2CH2CH2CH3OH、/、/、//），还有醚类异构体；戊烯的烯烃类同分异构体就有5种（CH3CH2CH2CH＝CH2、CH3CH2CH＝CHCH3、/），还有5种环烷烃类同分异构体；乙酸乙酯的同分异构体超过3种[如CH3CH2CH2COOH、/等]，故题给四种物质中同分异构体数目最少的是戊烷，选A。
6．C
【解析】C4H8Cl2可以看作为C4H10中2个H原子被2个Cl原子取代，C4H10有CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2两种。CH3CH2CH2CH3中，当两个Cl原子取代同一个C原子上的H时，有2种，当两个Cl原子取代不同C原子上的H时，有1、2，1、3，1、4，2、3四种情况，故该情况有6种。CH3CH(CH3)2中，当两个Cl原子取代同一个C原子上的H时，有2种，当两个Cl原子取代不同C原子上的H时，有2种，故该情况有3种。故共有9种。
7．B
【解析】依题意，该烃分子中只有1个支链，支链可以是甲基，也可以是乙基。若支链是甲基，有
2种结构，若支链为乙基，则只有
1种结构。
8．B
【解析】单、双键交替的结构简式（凯库勒式）为 ，而实际的结构简式为 ，无论是凯库勒式。还是实际的式子，其一氟取代产物、间位二氯取代产物、对位二氯取代产物都只有1种，而邻位二氟取代产物对于实际的式子只有1种，对于凯库勒式则有两种，即/和/，而事实上苯的邻位二氯取代产物只有1种，这一点说明苯不是单、双键交替相连，而是6个键完全等同的结构。
9．A、C
【解析】注意题中“一定”二字，可能在同一平面上的不能计算在内。
/
10．C
【解析】相对分子质量相同且组成元素的百分含量相同，表明有机物的分子式相同，而分子式相同的不同有机物互为同分异构体；碳原子数相同、结构不同的烷烃互为同分异构体；碳原子数≤10的烷烃，其一氯取代物没有同分异构体的烷烃有CH4、CH3—CH3、(CH3)3C—CH3、(CH3)3C—C(CH3)3 4种；互为同系物的有机物其分子组成至少相差1个CH2基团，因而不可能互为同分异构体。
11．A
【解析】主链有5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃只能是/和/，共两种。
二、非选择题
1．（1）C8H8O2 （2）6 /
【解析】（1）由A的结构简式/容易写出A的分子式为C8H8O2。
（2）按题意，依次可写出/、/ /和/，共计6种异构体。
上述6种异构体中，含有5种不同化学环境的氢原子的异构体是/。
2．（1）② （2）① （3）⑤ （4）③ （5）④
【解析】可根据“五同”的联系与区别来回答。
3．
/
【解析】首先写出双键位置不同造成的同分异构体C、D，因C可能出现顺、反异构，则两个双键碳原子应连有不同的基团，当两个H处于双键同侧时为顺式（E），当两个H处于双键两侧时为反式（F）。
4．（1）27∶2∶8 148 g／mol （2）C9H8O2 羧基
（3）/
【解析】由相对分子质量及分子的原子个数比，可求出该有机物的分子式为C9H8O2。它能使甲基橙溶液变红，也能使溴的CCl4溶液褪色，0.592 g这种物质能与40 mL 0.1 mol／L的氢氧化钠溶液恰好完全反应，因此可推出其中除苯环外还有一个羧基和一个碳碳双键；若A的苯环上一取代产物只有2种，则A中两种官能团应处在对位，其结构简式为/。
【学习目标】
1．通过有机物中碳原子的成键特点，了解有机物存在异构现象是有机物种类繁多的原因之一；
2．掌握同分异构现象的含义，能判断简单有机物的同分异构体，初步学会同分异构体的书写。
【要点梳理】
要点一、有机化合物中碳原子的成键特点
1．碳元素位于第二周期ⅣA族，碳原子的最外层有4个电子，很难得到或失去电子，通常以共用电子对的形式与其他原子形成共价键，达到最外层8个电子的稳定结构。
说明：根据成键两原子间共用电子的对数，可将共价键分为单键、双键和三键。即成键两原子间共用一对电子的共价键称为单键，共用两对电子的共价键称为双键，共用三对电子的共价键称为三键。
2．由于碳原子的成键特点，在有机物分子中，碳原子总是形成4个共价键，每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子（如氧、氯、氮、硫等）形成4个共价键，而且碳原子之间可以形成单键（C—C）、双键（C＝C）、三键（C≡C）。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带有支链，还可以结合成碳环，碳链与碳环也可以相互结合，因此，含有原子种类相同，每种原子数目也相同的分子，其原子可能具有多种不同的结合方式，形成具有不同结构的分子。
说明：（1）在有机物分子中，碳原子仅以单键与其他原子形成4个共价键，这样的碳原子称为饱和碳原子，当碳原子以双键或三键与其他原子成键时，这样的碳原子称为不饱和碳原子。
（2）同种元素的原子间形成的共价键称为非极性键，不同种元素的原子间形成的共价键称为极性键。共价键的极性强弱与两个成键原子所属元素的电负性差值大小有关，电负性差值越大，键的极性就越强。
3．表示有机物的组成与结构的几种图式。
种类
实例
含义
应用范围
化学式
CH4、C2H2
（甲烷）（乙炔）
用元素符号表示物质分子组成的式子。可反映出一个分子中原子的种类和数目
多用于研究分子晶体
最简式
（实验式）
乙烷最简式为CH3，C6H12O6的最简式为CH2O
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简式量
①有共同组成的物质②离子化合物、原子晶体常用它表示组成
电子式
/
用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子
多用于表示离子型、共价型的物质
结构式
/
①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型
①多用于研究有机物的性质②能反映有机物的结构，有机反应常用结构式表示
结构简式
（示性式）
CH3—CH3
（乙烷）
结构式的简便写法，着重突出结构特点（官能团）
同“结构式”①
球棍模型
/
小球表示原子，短棍表示价键
用于表示分子的空间结构（立体形状）
比例模型
/
用不同体积的小球表示不同原子的大小
用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
特别提示：（1）写结构简式时，同一碳原子上的相同原子或原子团可以合并，碳链上直接相邻且相同的原子团亦可以合并，如有机物/也可写成(CH3)3C(CH2)2CH3。
（2）有机物的结构简式只能表示有机物中各原子的连接方式．并不能反映有机物的真实结构。其实有机物的碳链是锯齿形而不是直线形的。
要点二、有机化合物的同分异构现象
1．化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
2．两化合物互为同分异构体的必备条件有二：
（1）两化合物的分子式应相同。
（2）两化合物的结构应不同（如碳链骨架不同、官能团的位置不同、官能团的种类不同等）。
3．中学阶段必须掌握的异构方式有三种，即碳链异构、位置异构和官能团异构。
常见同分异构现象及形成途径
异构方式
形成途径
示例
碳链异构
碳链骨架不同而产生的异构
CH3CH2CH2CH3与
位置异构
官能团位置不同而产生的异构
CH2＝CHCH2CH3与CH3—CH=CH—CH3
官能团异构
官能团种类不同而产生的异构
CH3CH2CHO与
4．此外有机物还具有立体异构现象。常见的立体异构有顺反异构和对映异构。
（1）顺反异构。
当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时，就存在顺反异构现象。如2-丁烯存在顺反异构体。
/
（2）对映异构。
当有机物分子中的饱和碳原子连接着4个不同的原子或原子团时。就可能存在对映异构现象。
如乳酸（ ）有如下两种对映异构体：
/
5．同分异构体的书写技巧。
（1）书写同分异构体时，必须遵循“价键数守恒”原则，即在有机物分子中，碳原子的价键数为4，氢原子的价键数为1，氧原子的价键数为2，等等。
（2）熟练掌握碳原子数小于7的烷烃和碳原子数小于5的烷基的异构体数目，这对同分异构体的辨认与书写十分重要。
即CH4、C2H6、C3H8、—CH3、—C2H5仅有1种结构；C4H10，—C3H7有2种结构；—C4H9有4种结构（这也是高考中的热门烃基）；C5H12、C6H14、C7H16则依次有3种、5种、9种结构。
（3）熟练掌握官能团异构的有机物的类别。
①烯烃和环烷烃：通式CnH2n（n≥3）
②二烯烃、炔烃、环烯烃：通式CnH2n－2（n≥4）
③苯及苯的同系物与多烯烃：通式CnH2n－6（n≥6）
④饱和一元醇与饱和一元醚：通式CnH2n+2O（n≥2）
⑤饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇：通式CnH2nO（n≥3）
⑥饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟基醛：通式CnH2nO2（n≥2）
⑦酚、芳香醇、芳香醚：通式CnH2n－6O（n＞6）
⑧葡萄糖与果糖；蔗糖与麦芽糖
⑨氨基酸R—CH—COOH与硝基化合物R—CH2CH2NO2
（4）烷烃的同分异构体的书写是其他有机物的同分异构体书写的基础。
烷烃的同分异构体的书写方法一般采用“减碳对称法”，可概括为“两注意、三原则、四顺序”。图示如下：
（5）苯的同系物或苯的衍生物的同分异构体的书写可综合考虑苯环上基团的类别和个数以及基团在苯环上的位置，有序分析即可迅速写出其含苯环的同分异构体来。
（6）书写有机物的同分异构体的步骤是：首先考虑官能团异构，其次考虑碳链异构，最后考虑位置异构，同时遵循对称性、互补性、有序性原则，即可以无重复、无遗漏地写出所有的同分异构体来。
（7）如无特别说明，中学阶段不要求书写有机物的立体异构体。
要点三、有机物的结构与性质的关系
“结构决定性质，性质反映结构”，这是学习有机化学时要特别关注的问题，根据有机物的结构推测它的性质，一般来说，首先要找出官能团，然后从键的极性、碳原子的饱和程度等进一步分析并推测有机物的性质。
1．官能团与有机物性质的关系。
有机物的性质由其分子结构来决定，而官能团是决定有机物性质的主要因素。一种官能团决定了一类有机物的化学特性。一般地，具有相同的官能团的有机物具有相似的化学性质，有机物含有多个官能团时，也应具有多个官能团的性质。
2．不同基团间的相互影响与有机物性质的关系。
有机化合物分子中的邻近基团间往往会相互影响，这种影响会使有机化合物表现出一些特性。例如，苯与硝酸发生取代反应的温度是50℃～60℃，而甲苯在约30℃的温度下就能与硝酸发生取代反应。也就是说，与苯相比，甲苯较易发生取代反应。这是由于甲基具有推电子作用，它对苯环的影响使得苯环上的某些氢原子更容易被取代。
再如，醇和酚的官能团都是羟基，但由于分子中与羟基相连的烃基不同，使得醇和酚的化学性质也不同；醛和酮的官能团均含羰基，醛羰基上连有氢原子、酮羰基上不连氢原子，使得醛、酮成为两类不同的有机化合物。
【典型例题】
类型一：有机物碳原子的成键特点
例1（2019 天津模拟）右图是某种有机物分子的球棍模型图。图中的“棍”代表单键或双键，不同大小的“球”代表三种不同的短周期元素的原子。对该有机物的叙述不正确的是（ ）。
A．该有机物可能的分子式为C2HCl3
B．该有机物的分子中一定有C＝C
C．该有机物分子中的所有原子在同一平面上
D．该有机物中形成的化学键都是极性键
【思路点拨】根据图中球的半径大小和键的个数猜测原子的种类。
【解析】该物质是有机物，则图中2个白球是碳原子。碳为四价，每个碳原子可以形成4个单键，现在每个碳原子结合两个其他原子，所以碳碳之间形成的是双键，氢原子半径最小，小黑球可能是氢原子，3个大黑球可能是氯原子。A、B、C三项叙述正确。该有机物中碳原子与碳原子间形成的是非极性键，碳原子与除碳之外的其他原子间形成的是极性键，D项说法错误。
【答案】D
【总结升华】在有机分子中，碳为四键饱和，氮为三键饱和，氧为二键饱和，氢（或卤素）为一键饱和。
举一反三：
【变式1】（2019 江苏调考）下列化学式或结构式中，从成键情况看不合理的是（ ）。
/
【答案】B
【解析】在有机物中，C、Si能形成4个共价键，N能形成3个共价键，而O、S能形成2个共价键，据此分析，B项中的C和Si都只形成了3个共价键，其成键情况不合理。
【变式2】某有机物的结构简式为
/
回答下列问题：
（1）写出其分子式：________。
（2）其中含有________个不饱和碳原子，分子中有________个双键。
（3）分子中的极性键有________（写出2种即可）。
（4）分子中的饱和碳原子有________个，一定与苯环处于同一平面的碳原子有________个。
（5）分子中C—C＝O键角约为________，H—C≡C键角约为________。
【答案】（1）C16H16O5 （2）12 3 （3）碳氧键、碳氢键、氢氧键（任写2种）
（4）4 4 （5）120° 180°
类型二：同分异构体的辨认与书写
例2 结构不同的二甲基氯苯的数目有（ ）。
A．4种 B．5种 C．6种 D．7种
【答案】C
【解析】本题可采用“有序分析法”解答。
先分析两个甲基在苯环上的异构情况，可得三种结构：
/
再分析上述3种结构中苯环上加上一个氯原子后的异构情况：
（1）可得/2种同分异构体；（2）可得/3种同分异构体；（3）可得/1种同分异构体。
因此结论是二甲基氯苯有6种不同的结构（即同分异构体）。
举一反三：
【变式1】（2019 沈阳二模）分子式为C9H10O2的有机物，其结构中含有苯环且可以与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的同分异构体有（不考虑立体异构）（ ）
A．12种 B．13种 C．14种 D．15种
【答案】C
【解析】该有机物能与NaHCO3溶液发生反应产生气体，说明含有羧基-COOH，取代基为正丙酸基时，1种；取代基为异丙酸基时，1种；取代基为-COOH、-CH2CH3时，有邻、间、对3种；取代基为乙酸基、-CH3时，有邻、间、对3种；取代基为-COOH、-CH3、-CH3时，2个甲基邻位2种，2个甲基间位3种，2个甲基对位1种，符合条件的总共有14种，故选C。
【变式2】无机物之间、无机物与有机物之间也存在着同分异构体，下列各组物质中。两者互为同分异构体的是（ ）。
①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O ②NH4CNO和CO(NH2)2
③CH3CH2NO2和 ④
A．①②③ B．②③ C．②③④ D．①②④
【答案】B
类型三：有机物的结构与性质的关系
例3 苯环上原有的取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定的影响。其规律是：
（1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质；
（2）可以把原有取代基分为两类：
①原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位，如—OH、—CH3（或烃基）、—Cl、—Br、/等；
②原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位，如—NO2、—SO3H、—CHO等。
现有如下变化，反应过程中每步只能引进一个新的取代基。
/
请写出其中一些物质的结构简式：
A________，B________，C________，D________，E________。
【答案】/（D、E可互换）
【解析】本题着重考查了考生对信息的处理能力，结合课本知识不难做出答案。分析图中变化可得：A为/；由信息知，/与Br2的反应。Br原子应引入硝基的间位。故B为/；而 与Br2在铁粉作用下生成/，/再与浓硫酸、浓硝酸发生硝化反应时，由信息知，—NO2应引入溴原子的邻、对位，C为邻位，/，而/再发生溴代反应时，受—Br、—NO2两种取代基的影响，故D、E应分别为/和/（即一个在原溴原子的邻位，一个在原溴原子的对位，且在—NO2的间位）。
举一反三：
【变式1】在甲苯中，加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后溶液褪色，甲苯被氧化为苯甲酸，正确的解释是（ ）。
A．甲苯分子中碳原子数比苯分子中碳原子数多
B．甲苯分子中苯环受侧链影响而易被氧化
C．甲苯分子中侧链受苯环影响而易被氧化
D．由于苯环和侧链的相互影响，使苯环和侧链同时被氧化
【答案】C
【巩固练习】
一、选择题
1．下列分子中，既具有极性键又具有非极性键的分子是（ ）。
A．CH2Cl2 B．HCHO C．H2O2 D．CH2=CH—CH3
2．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构而不是正方形的平面结构，其理由是（ ）。
A．CHCl3只有一种结构 B．CH2Cl2只有一种结构
C．CH4是非极性分子 D．CH4的四个价键的键长和键能都相等
3．下列有机物分子中，所有的原子不可能在同一平面上的是（ ）。
A．CH2＝CH—C≡N B．CH2＝CH—CH=CH2
C． D．CH2＝C—CH＝CH2
4．下列叙述中正确的是（ ）。
A．相对分子质量相同，结构不同的化合物一定是互为同分异构体的关系
B．结构对称的烷烃，其一氯取代产物必定只有一种结构
C．互为同分异构体的化合物不可能具有相同的结构简式
D．含不同碳原子数的烷烃一定是互为同系物的关系
5．（2019 课标Ⅰ）下列化合物中同分异构体数目最少的是（ ）
A．戊烷 B．戊醇 C．戊烯 D．乙酸乙酯
6．（2019 佛山期末）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
7．分子式为C7H16的烷烃中，其结构中含有3个甲基的同分异构体数目是（ ）。
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
8．能说明苯分子的平面正六边形结构中，碳碳键不是单、双键交替相连的事实是（ ）。
A．苯的一氯取代产物无同分异构体 B．苯的邻位二氯取代产物只有1种
C．苯的间位二氯取代产物只有1种 D．苯的对位二氯取代产物只有1种
9．某烃的结构简式为：/
有关其分子结构的叙述中正确的是（ ）。
A．分子中一定在同一平面上的碳原子数为6
B．分子中一定在同一平面上的碳原子数为7
C．分子中在同一直线上的碳原子数为3
D．分子中在同一直线上的碳原子数为4
10．下列说法中不正确的是（ ）。
A．相对分子质量相同，组成元素的百分含量相同的不同有机物一定是同分异构体关系
B．碳原子数相同、结构不同的烷烃一定是互为同分异构体关系
C．两有机物互为同系物，则它们也是互为同分异构体关系
D．碳原子数≤10的烷烃，其一氯代物没有同分异构体的烷烃有4种
11．主链含有5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有（ ）。
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
二、非选择题
1．（2019 南昌模拟）液晶是一类新型材料，有机物A（/）是制作液晶MBBA的重要原料。
（1）A的分子式是________。
（2）A的异构体甚多，其中属于酯类化合物，而且结构式中有苯环结构的异构体有________种。其中含有5种不同环境的氢原子的异构体的结构简式为________。
2．有下列五组物质：①O2和O3；②和；③CH3CH2CH2CH3与/；④/；⑤C2H6与C7H16
（1）________组两种物质互为同位素；
（2）________组两种物质互为同素异形体；
（3）________组两种物质互为同系物；
（4）________组两种物质互为同分异构体；
（5）________组两种物质实质上是同一种物质。
3．有机化学中有多种同分异构现象，其中有顺反异构，例如2-丁烯有下列两种顺反异构体：
/
（A）中的两个—CH3在双键的同一侧，称为顺式；（B）中的两个—CH3在双键的不同侧，称为反式。若把其中一个—CH3换成—C2H5，只要在双键同侧，便称顺式，否则为反式。据此苯丙烯（C9H10）具有（C）和（D）两种位置异构体，其中（C）具有顺式（E）和反式（F）两种异构体，请写出它们的结构简式。
4．（2019 江苏盐城期中）苯的含氧衍生物A中C、H、O的个数比为9∶8∶2，其相对分子质量为148，它能使甲基橙溶液变红，也能使溴的CCl4溶液褪色，0.592 g这种物质能与40 mL 0.1 mol／L的氢氧化钠溶液恰好完全反应。试回答：
（1）A中各原子质量比为m（C）∶m（H）∶m（O）=________，A的摩尔质量为________。
（2）A的分子式为________，A中的含氧官能团的名称为________。
（3）若A的苯环上一取代产物只有2种，A的结构简式为________。
（4）A与氢氧化钠溶液反应的方程式为________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．C、D
【解析】H2O2中存在O—O非极性键和H—O极性键；CH2＝CH—CH3中存在C＝C、C—C非极性键和C—H极性键。
2．B
【解析】CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构时，都符合选项A、C、D的说法，故不能用选项A、C、D来确定CH4是何种结构；若CH4是平面正方形结构，则CH2Cl2有如下两种结构：/和/，而CH4为正四面体结构时，CH2Cl2就只有一种结构。因此可由CH2Cl2只有一种结构推知CH4为正四面体结构。
3．D
【解析】据甲烷、乙烯、乙炔、苯的结构进行分析，可知选项A、B、C中所有原子均有可能在同一平面上，只有选项D中的—CH3不可能所有原子共平面。
4．C、D
【解析】CH3—CH3与HCHO的相对分子质量相同。但分子式不同，不可能是同分异构体关系；结构对称的烷烃，其一氯取代产物可能不止一种，如(CH3)2CHCH(CH3)2的一氯取代产物就有2种。
5．A
【解析】戊烷的同分异构体只有3种（CH3CH2CH2CH2CH3、/）；戊醇的醇类同分异构体就有8种（CH3CH2CH2CH2CH3OH、/、/、//），还有醚类异构体；戊烯的烯烃类同分异构体就有5种（CH3CH2CH2CH＝CH2、CH3CH2CH＝CHCH3、/），还有5种环烷烃类同分异构体；乙酸乙酯的同分异构体超过3种[如CH3CH2CH2COOH、/等]，故题给四种物质中同分异构体数目最少的是戊烷，选A。
6．C
【解析】C4H8Cl2可以看作为C4H10中2个H原子被2个Cl原子取代，C4H10有CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2两种。CH3CH2CH2CH3中，当两个Cl原子取代同一个C原子上的H时，有2种，当两个Cl原子取代不同C原子上的H时，有1、2，1、3，1、4，2、3四种情况，故该情况有6种。CH3CH(CH3)2中，当两个Cl原子取代同一个C原子上的H时，有2种，当两个Cl原子取代不同C原子上的H时，有2种，故该情况有3种。故共有9种。
7．B
【解析】依题意，该烃分子中只有1个支链，支链可以是甲基，也可以是乙基。若支链是甲基，有
2种结构，若支链为乙基，则只有
1种结构。
8．B
【解析】单、双键交替的结构简式（凯库勒式）为 ，而实际的结构简式为 ，无论是凯库勒式。还是实际的式子，其一氟取代产物、间位二氯取代产物、对位二氯取代产物都只有1种，而邻位二氟取代产物对于实际的式子只有1种，对于凯库勒式则有两种，即/和/，而事实上苯的邻位二氯取代产物只有1种，这一点说明苯不是单、双键交替相连，而是6个键完全等同的结构。
9．A、C
【解析】注意题中“一定”二字，可能在同一平面上的不能计算在内。
/
10．C
【解析】相对分子质量相同且组成元素的百分含量相同，表明有机物的分子式相同，而分子式相同的不同有机物互为同分异构体；碳原子数相同、结构不同的烷烃互为同分异构体；碳原子数≤10的烷烃，其一氯取代物没有同分异构体的烷烃有CH4、CH3—CH3、(CH3)3C—CH3、(CH3)3C—C(CH3)3 4种；互为同系物的有机物其分子组成至少相差1个CH2基团，因而不可能互为同分异构体。
11．A
【解析】主链有5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃只能是/和/，共两种。
二、非选择题
1．（1）C8H8O2 （2）6 /
【解析】（1）由A的结构简式/容易写出A的分子式为C8H8O2。
（2）按题意，依次可写出/、/ /和/，共计6种异构体。
上述6种异构体中，含有5种不同化学环境的氢原子的异构体是/。
2．（1）② （2）① （3）⑤ （4）③ （5）④
【解析】可根据“五同”的联系与区别来回答。
3．
/
【解析】首先写出双键位置不同造成的同分异构体C、D，因C可能出现顺、反异构，则两个双键碳原子应连有不同的基团，当两个H处于双键同侧时为顺式（E），当两个H处于双键两侧时为反式（F）。
4．（1）27∶2∶8 148 g／mol （2）C9H8O2 羧基
（3）/
【解析】由相对分子质量及分子的原子个数比，可求出该有机物的分子式为C9H8O2。它能使甲基橙溶液变红，也能使溴的CCl4溶液褪色，0.592 g这种物质能与40 mL 0.1 mol／L的氢氧化钠溶液恰好完全反应，因此可推出其中除苯环外还有一个羧基和一个碳碳双键；若A的苯环上一取代产物只有2种，则A中两种官能团应处在对位，其结构简式为/。