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第 55 讲 有机物的结构特点 官能团与有机物性质
复习目标 1.掌握碳原子的成键特点，会判断常见有机分子中原子的空间位置。2.掌握简
单有机物同分异构体的书写及判断方法。3.掌握常见官能团的结构和典型性质，并能根据官
能团预测新物质的性质。
考点一 简单有机物的空间结构
1．熟记几种简单有机物的空间结构
甲烷是正四面体；乙烯是平面形，6个原子位于同一平面上；乙炔是直线形，4个原子位于
同一直线上；苯环是平面形，12个原子位于同一平面上。
2．碳原子的成键方式与分子的空间结构
(1)当1个碳原子与其他4个原子连接时，构成以这个碳原子为中心的四面体结构。
(2)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键或三键时，形成该双键的碳原子以及与
之直接相连的原子处于同一平面上；形成三键的碳原子以及与之直接相连的原子在同一直线
上。
(3)判断原子是否在同一平面的关键：判断分子中是否存在饱和碳原子，若分子中有饱和碳
原子，则分子中所有的原子一定不共面。
1．下列有机物分子中所有原子一定不在同一平面内的是( )
A．乙烯 B．苯乙烯
C．异戊烷 D．氯乙烯
答案 C
解析 根据乙烯和苯的分子结构可知乙烯、氯乙烯分子结构中所有原子一定共平面，苯乙烯
分子结构中的所有原子可能共平面；由甲烷的分子结构可知异戊烷( )分子
中所有原子一定不在同一平面上。
2．CHCH==CH—C≡CH分子中最多有________个原子在同一条直线上，最多有________
3
个原子共面。
答案 4 9
解析 可以将该分子展开，此分子包含一个乙烯型结构、一个乙炔型结构(如图)，其中
①C、②C、③C、④H 4个原子一定在一条直线上。该分子中至少8个原子在同一平面上。—CH 中有一个氢原子可以进入该平面，故该分子中最多有9个原子共平面。
3
考点二 同系物 同分异构体
1．同系物及判断
定义 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH 原子团的有机物
2
①一差：分子组成上至少相差一个CH 原子团
2
判断 ②二(相)似：结构相似，化学性质相似
③三相同：组成元素相同，官能团种类和个数相同，分子组成的通式相同
2.同分异构体及判断
(1)定义：具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物。
(2)常见烷烃的同分异构体
甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体；丁烷的同分异构体有2 种；戊烷的同分异构体有3 种。
(3)烷烃同分异构体的书写技巧(以C H 为例)
6 14
第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链
C—C—C—C—C—C
第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线及一侧的
各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：
不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效。
第三步：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邻、相同，此时碳骨架结构有两
种：
②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有 5个碳原子，使主链变长。所以C H 共有5
6 14
种同分异构体。1．CH、C H、C H 互为同系物，都能与氯气发生取代反应( )
4 2 6 3 8
2．分子式为C H 和C H 的两种有机物一定互为同系物( )
3 6 4 8
3．同系物的分子式相同，分子中碳原子的连接方式不同( )
4．凡分子组成上相差一个或若干个CH 原子团的有机物都属于同系物( )
2
5． 和 互为同系物( )
6．相对分子质量相同的不同物质互称为同分异构体( )
7．同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质( )
8． 和 互为同分异构体( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、烃及一元取代物数目的判断
1．判断下列有机物同分异构体的数目。
(1)—C H 有2 种，C HCl的同分异构体有2 种；C HO属于醇的同分异构体有2 种。
3 7 3 7 3 8
(2)—C H 有4 种，C HO属于醛的同分异构体有2 种；C HO 属于酸的同分异构体有2 种。
4 9 4 8 4 8 2
(3)—C H 有8 种，C H O属于醇的同分异构体有8 种，C H O属于醛的同分异构体有4 种。
5 11 5 12 5 10
(4)分子式为C H，分子中含有苯环的烃的一氯代物有4 种。
7 8
(1)有机物分子中有几种氢原子，其一元取代物就有几种。
等效氢的判断方法有：
①同一碳原子上的氢原子是等效的；
②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的；
③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。
(2)熟记常考烃基的种类数目
甲基、乙基只有1种，丙基有2种，丁基有4种，戊基有8种。
二、二元取代物的同分异构体书写：定一移一法
2．丙烷的二氯取代物有几种？写出推理过程。
答案 4种
第1步，固定1个Cl原子，有2种：① ，② ；第2步，移动第2个氯原子：①有3种，②有2种，其中①b和②d重复，故共4种。
3．分子式为C HCl 的有机物共有(不含立体异构)( )
4 8 2
A．7种 B．8种 C．9种 D．10种
答案 C
解析 C HCl 的同分异构体可以采取“定一移一”法， 、 、
4 8 2
，据此可知C HCl 共有9种同分异构体。
4 8 2
三、运用碎片组合法判断同分异构体的数目
4．C H O 属于酯的同分异构体有几种？写出推理过程。
5 10 2
答案 9种
甲酸丁酯(HCOOC H)同分异构体有1×4＝4种；
4 9
乙酸丙酯(CHCOOC H)同分异构体有1×2＝2种；
3 3 7
丙酸乙酯(C HCOOC H)同分异构体有1×1＝1种；
2 5 2 5
丁酸甲酯(C HCOOCH )同分异构体有2×1＝2种。
3 7 3
共有4＋2＋1＋2＝9种。
5．分子式为C H O 的酯在酸性条件下水解得到酸和醇的相对分子质量相同，符合此条件
9 18 2
的酯的同分异构体有( )
A．4种 B．8种 C．10种 D．16种
答案 D
解析 C H O 的相对分子质量为158，水解生成的醇和羧酸的相对分子质量均为88，因此
9 18 2
分别为戊醇和丁酸；由于戊基有8种，则戊醇有8种，丁酸只有2种同分异构体，故符合条
件的酯为8×2＝16种。
考点三 官能团决定物质性质
官能团 代表物 典型化学反应碳碳双键
(1)加成反应：使溴的CCl 溶液褪色
4
乙烯
(2)氧化反应：使酸性KMnO 溶液褪色
4
羟基 (1)与活泼金属(Na)反应
乙醇
—OH (2)催化氧化：在铜或银催化下被氧化成乙醛
羧基 (1)酸的通性
乙酸
—COOH (2)酯化反应：在浓硫酸催化下与醇反应生成酯和水
酯基
水解反应：酸性或碱性条件下水解生成醇和羧酸或
乙酸乙酯
羧酸盐
醛基
乙醛 与新制Cu(OH) 悬浊液加热产生红色沉淀
2
—CHO
陌生有机物性质的预测
1．(2022·泰安模拟)化合物 W( )、M( )、N( )的分子式均为
C H。下列说法正确的是( )
7 8
A．W、M、N均能与溴水发生加成反应
B．W、M、N的一氯代物数目相等
C．W、M、N分子中的碳原子均共面
D．W、M、N均能使酸性KMnO 溶液褪色
4
答案 D
解析 由W( )、M( )、N( )结构简式可知，W不能和溴水发生
加成反应，M、N均能与溴水发生加成反应，A项错误；W的一氯代物数目为4，M的一氯
代物数目为3，N的一氯代物数目为4，B项错误；W、N分子中的碳原子均共面，M中的
碳原子不可能共面，C项错误；W、M、N均能被酸性KMnO 溶液氧化，D项正确。
4
2．甲酸香叶酯(结构如图)为无色透明液体，具有新鲜蔷薇嫩叶的香味，可用于配制香精。
下列有关该有机物的叙述正确的是( )
A．分子式为C H O
11 19 2
B．含有羧基和碳碳双键两种官能团
C．能发生加成反应和水解反应
D．23 g Na与过量的该物质反应生成标准状况下11.2 L气体答案 C
解析 该有机物分子式为C H O，故A项错误；该有机物含有的官能团是碳碳双键和酯基，
11 18 2
故B项错误；含有碳碳双键，能发生加成反应，含有酯基，能发生水解反应，故 C项正确；
此物质不能与金属Na反应，故D项错误。
3．二羟基甲戊酸是合成青蒿素的原料之一，其结构如图a所示。下列有关二羟基甲戊酸的
说法错误的是( )
A．二羟基甲戊酸的分子式为C H O
6 12 4
B．与乙醇、乙酸均能发生酯化反应，能使酸性KMnO 溶液褪色
4
C．等量的二羟基甲戊酸消耗Na和NaHCO 的物质的量之比为3∶1
3
D．与乳酸(结构如图b)互为同系物
答案 D
解析 由图a可知，二羟基甲戊酸含有两个羟基和1个羧基，羟基能与乙酸发生酯化反应，
其中—CHOH中的羟基能使酸性高锰酸钾溶液褪色，羧基能与乙醇发生酯化反应，羟基、
2
羧基都能与钠反应，与碳酸氢钠反应的只能是羧基，A、B、C均正确；a、b两者结构不相
似，不互为同系物，D错误。
常见有机物中的定量关系
(1)烃(或官能团)与H、Br 反应的定量关系
2 2
；—C≡C—； ～3H。
2
(2)—OH与钠反应的定量关系
～2Na～H。
2
(3)羧基、酯基与NaOH、NaHCO 的定量关系
3
①—COOH～NaOH；
②—COOH～NaHCO ～CO；
3 2
③ ～NaOH。
1．(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HC==CH—CH==CH ，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子
2 2
可能在同一平面内，D正确。
2．(2021·全国乙卷，10)一种活性物质的结构简式为 ，下列有关该
物质的叙述正确的是( )
A．能发生取代反应，不能发生加成反应
B．既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物
C．与 互为同分异构体
D．1 mol该物质与碳酸钠反应得44 g CO
2
答案 C
解析 该物质含有羟基、羧基、碳碳双键，能发生取代反应和加成反应，故 A错误；该物
质的分子式为 C H O ，与乙醇、乙酸结构不相似，故 B 错误；二者的分子式均为
10 18 3
C H O ，分子式相同，结构不同，故C正确；该物质含有一个羧基，1 mol该物质与碳酸
10 18 3
钠反应，生成0.5 mol二氧化碳，质量为22 g，故D错误。
3.(2021·广东，5)昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕
害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示，关于该化合物说法不正确的是(
)
A．属于烷烃 B．可发生水解反应
C．可发生加聚反应 D．具有一定的挥发性
答案 A
解析 分子中含C、H、O三种元素，不属于烷烃，A错误；分子中含酯基，在酸性或碱性
条件下可发生水解反应，B正确；分子中含碳碳双键，可发生加聚反应，C正确；该信息素
可用于诱捕害虫、测报虫情，可推测该有机物具有一定的挥发性，D正确。
4．(2021·北京，1)我国科研人员发现中药成分黄芩素能明显抑制新冠病毒的活性。下列关于
黄芩素的说法不正确的是( )
A．分子中有3种官能团
B．能与NaCO 溶液反应
2 3C．在空气中可发生氧化反应
D．能和Br 发生取代反应和加成反应
2
答案 A
解析 该物质分子中含有酚羟基、醚键、酮羰基、碳碳双键4种官能团，A错误；黄芩素分
子中含有酚羟基，能与NaCO 溶液反应，B正确；酚羟基不稳定，容易被空气中的氧气氧化，
2 3
C正确；该物质分子中含有酚羟基，由于羟基所连的苯环的邻、对位有 H原子，因此可以与
浓溴水发生苯环上的取代反应；分子中含有碳碳双键，可以与Br 发生加成反应，D正确。
2
课时精练
1．下列化学式只能表示一种物质的是( )
A．C H B．C H
2 4 5 10
C．C HCl D．C HO
3 7 2 6
答案 A
解析 C H 只能是乙烯，A正确；C H 可以是戊烯，也可以是环烷烃，B错误；C HCl可
2 4 5 10 3 7
以是1-氯丙烷，也可以是2-氯丙烷，C错误；C HO可以是乙醇，也可以是二甲醚，D错误。
2 6
2．下列说法不正确的是( )
A．12C和14C互为同位素
B．甲烷和丁烷互为同系物
C．乙醇和二甲醚互为同分异构体
D．NaO 和NaO 互为同素异形体
2 2 2
答案 D
解析 12C和14C质子数相同，中子数不同，互为同位素，A正确；甲烷和丁烷都是烷烃，
结构相似，分子组成上相差3个CH 原子团，互为同系物，B正确；乙醇与二甲醚分子式均
2
为C HO，但结构不同，互为同分异构体，C正确；相同元素组成的不同形态的单质互为同
2 6
素异形体，D错误。
3．下列有关同分异构体数目的叙述中，正确的是( )
A．戊烷有2种同分异构体
B．C H 中只有3种属于芳香烃的同分异构体
8 10
C．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
D．CHCHCHCH 光照下与氯气反应，只生成1种一氯代烃
3 2 2 3
答案 C
解析 A 项，戊烷有 3 种同分异构体，错误；B 项，有 、 、、 4种同分异构体，错误；C项，丙基的同分异构体有 2种，所以取代
苯环上的氢原子分别得到邻、间、对各 3种同分异构体，共 6种，正确；D项，
CHCHCHCH 光照条件下的取代反应，得到2种一氯代物，错误。
3 2 2 3
4.物质A的分子式为C H ，结构简式如图，已知苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由
12 12
此推测A的苯环上的四溴代物的同分异构体有( )
A．9种 B．10种
C．11种 D．12种
答案 A
5．有机化合物环丙叉环丙烷( )，由于其特殊的电子结构一直受到理论化学家的注意。
下列关于环丙叉环丙烷的有关说法不正确的是( )
A．分子式为C H
6 8
B．不是环丙烷的同系物
C．一氯代物有2种
D．所有的碳原子均在同一平面内
答案 C
解析 A、B项，环丙叉环丙烷分子的分子式是C H ，与环丙烷C H 不互为同系物，正确；
6 8 3 6
C项，环丙叉环丙烷分子中的4个“CH”完全等同，它的一氯代物有1种，不正确；D项，
2
乙烯是平面形分子，碳碳双键所连的四个原子在同一平面上，所以分子中所有的碳原子均在
同一平面内，正确。
6．已知：① ② ③ 的分子式均为C H ，下列说法正确的是(
8 8
)
A．①的三氯代物与五氯代物的同分异构体数目相同
B．①②③均能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．②分子中所有原子一定在同一平面内
D．仅从碳的四价考虑，①的同分异构体只有②和③答案 A
解析 ①的分子式为C H ，用换元法知，它的三氯代物与五氯代物的同分异构体数目相同，
8 8
A项正确；①中只有饱和键，不能使酸性KMnO 溶液褪色，B项错误；②中苯基和乙烯基
4
通过碳碳单键相连，苯基中与苯环碳原子直接相连的原子共平面(联想苯的结构)，乙烯基中
与碳碳双键直接相连的原子共平面(联想乙烯的结构)，由于单键可以旋转，苯基的平面与乙
烯基的平面不一定共平面，C项错误；仅从碳的四价考虑，①的同分异构体不是只有②和③，
还有CH≡CCH==CHCH==CHCH==CH 等，D项错误。
2
7．关于有机化合物(a) 、(b) 、
(c) 和(d) 的说法错误的是( )
A．(a)和(b)均能发生取代反应
B．(c)和(d)中所有碳原子均可能共平面
C．(a)、(b)、(c)、(d)互为同系物
D．(a)的二氯取代物有12种(不包含立体异构)
答案 C
解析 苯环上的氢原子可发生取代反应，且(a)和(b)的苯环上均有H原子，A正确；(c)和(d)
中的碳碳单键可以旋转，故所有碳原子均可能在同一平面上，B正确；同系物是指结构相似，
在组成上相差一个或若干个CH 原子团的物质，(b)与(a)、(c)、(d)结构不相似，C错误；
2
(a)的一氯代物为 ，共3种，在此基础之上寻找二氯代物为： 中
7种， 中4种， 中1种，共12种，D正确。
8．(2022·江西名师联盟模拟)一氯甲烷等卤代烃跟苯的反应原理如图所示(无机小分子产物略
去)。下列说法正确的是( )
A．该反应属于化合反应
B．b的二氯代物有6种结构
C．1 mol b加氢生成饱和烃需要6 mol H
2
D．C H Cl的结构有8种
5 11
答案 D
解析 一氯甲烷跟苯反应生成甲苯和HCl，属于取代反应，故A错误；甲苯的二氯代物有
10种，故B错误；1 mol b加氢生成饱和烃需要3 mol H ，故C错误；戊烷的同分异构体有
2正、异、新三种，再分析氯的位置异构分别有3种、4种、1种，总共8种，故D正确。
9．某有机物分子式为C H O ，与饱和NaHCO 溶液反应放出气体体积与同等状况下与Na
5 10 3 3
反应放出气体体积相等，该有机物有(不含立体异构)( )
A．9种 B．10种 C．11种 D．12种
答案 D
解析 分子式为C H O 与饱和NaHCO 溶液反应能放出气体，说明含有羧基，且 1 mol
5 10 3 3
C H O 与足量钠反应放出1 mol气体，说明分子中含有羟基。由此可分析该有机物有12种。
5 10 3
10．化合物 (b)、 (d)、HC≡C—CH==CH(p)的分子式均为C H 。下列说法正
2 4 4
确的是( )
A．b的一氯代物只有两种
B．d的同分异构体只有b、p两种
C．b、d、p均可与溴水发生加成反应
D．p的所有原子不可能处于同一平面
答案 A
解析 b分子中有两种不同化学环境的氢原子，因而其一氯代物只有两种，A项正确；d的
同分异构体除b、p外还有 、 等，B项错误；d中不含不饱和键，不能发生加成反
应，C项错误；p的结构中碳碳双键为平面结构，碳碳三键为直线形结构，所有原子共平面，
D项错误。
11．(2022·湖北部分重点高中联考)科学家合成的一种纳米小人结构如图所示。下列关于该化
合物的说法正确的是( )
A．易溶于水
B．一氯代物有14种(不考虑立体异构)
C．所有原子处于同一平面
D．1 mol该物质最多可与16 mol H 发生加成反应
2
答案 D
解析 有环醚结构的环左右对称，中间苯环左右不对称，下面的苯环左右结构对称，，如图标注，有11种不同化学环境的氢原子，一氯代物有11种，故B错
误；含有饱和碳原子，具有甲烷的结构特征，则所有的原子不在同一平面上，故C错误；
能与氢气发生加成反应的为苯环和碳碳三键，含有 2个苯环、5个碳碳三键，则1 mol该物
质最多可与16 mol H 发生加成反应，故D正确。
2
12．北京冬奥会将于2022年举办，节俭办赛是主要理念。在场馆建设中用到一种耐腐、耐
高温的表面涂料是以某双环烯酯为原料制得，该双环烯酯的结构如图所示。下列说法正确的
是( )
A．该双环烯酯的水解产物都能使溴水褪色
B．1 mol该双环烯酯能与3 mol H 发生加成反应
2
C．该双环烯酯分子中至少有12个原子共平面
D．该双环烯酯完全加氢后的产物的一氯代物有7种
答案 A
解析 该双环烯酯水解产物中都含有碳碳双键，都能使溴水褪色，A正确；1 mol该双环烯
酯的两个碳碳双键能与2 mol H 发生加成反应，B不正确；分子中不存在苯环，共平面的原
2
子从碳碳双键出发，至少有6个原子共平面，分子中分别与两个碳碳双键共平面的原子不一
定共面，C 不正确；分子加氢后，两边环上分别有4种一氯代物，—CH—上有1种，共有
2
9种一氯代物，D不正确。
13．试剂生产中，常用双环戊二烯通入水蒸气解聚成环戊二烯，下列说法错误的是( )
A．双环戊二烯的分子式为C H
10 12
B．双环戊二烯和环戊二烯均能使酸性KMnO 溶液褪色
4
C．环戊二烯的一氯代物有3种
D．环戊二烯所有原子能共平面
答案 D
解析 根据双环戊二烯的键线式，双环戊二烯的分子式为 C H ，A正确；双环戊二烯和环
10 12
戊二烯中均含有碳碳双键，因此均能使酸性KMnO 溶液褪色，B正确；环戊二烯的等效氢
4有3种，其一氯代物有3种，C正确；环戊二烯中含有“—CH—”结构，所有原子不可能
2
共平面，D错误。
14．有机物的结构可用键线式简化表示，如CH—CH==CH—CH 可表示为 ，有机物
3 3
萜品醇可作为消毒剂、抗氧化剂和溶剂。已知α-萜品醇的键线式如图。下列说法不正确的
是( )
A．该有机物的分子式为C H O
10 18
B．分子中含有的官能团为羟基和碳碳双键
C．1 mol该物质和足量金属钾反应可产生标准状况下的氢气11.2 L
D．该物质能发生酯化反应、催化氧化反应和加成反应
答案 D
解析 该有机物中含有一个—OH,1 mol该物质能与金属钾反应产生0.5 mol H ，C正确；由
2
该有机物的结构可知，与羟基相连的碳原子上没有氢原子，因而不能发生催化氧化反应，D
错误。
15．对苯二甲酸( )是合成涤纶的原料，下列说法正确的是( )
A．1 mol对苯二甲酸与2 mol CH CHOH可完全酯化
3 2
B．分子中共面的原子最多有18个
C．与氢气发生加成反应所得产物的分子式是C H O
8 16 4
D．对苯二甲酸的同分异构体，其中苯环上的二元取代物有5种
答案 B
解析 酯化反应是可逆反应，故A错误；分子中的苯环和苯环相连的原子是共面的，和碳
氧双键相连的原子也是共面的，和羰基相连的羟基上的氢原子可能与羟基上的氧原子共面，
则对苯二甲酸共面的原子数最多为18个，故B正确；对苯二甲酸结构中能与氢气发生加成
反应的是苯环部分，则与氢气发生加成反应所得产物的分子式是 C H O ，故C错误；对苯
8 12 4
二甲酸的同分异构体，除了邻位还有间位，且二元取代物还有 、
等，每种都有邻、间、对三种，故D错误。
