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考点 32 共线共面 同分异构体
(核心考点精讲精练)
一、3年真题考点分布
考点内容 考题统计
2023全国甲卷8题，6分；2023浙江1月选考9题，3分；2022全国
甲卷8题，6分；2022福建卷2题，4分；2022重庆卷6题，3分；
共线、共面判断 2022河北卷10题，4分；2022辽宁卷4题，3分；2022山东卷7题，
2分；2021浙江1月选考15题，2分；2021河北卷8题，4分；2021
辽宁卷5题，3分；
2023•全国甲卷，36(7)题，15分；2023•全国乙卷，36(7)题，15分；
2023•全国新课标卷，30(7)题，15分；2023浙江1月选考，21(6)题，
12分；2023浙江6月选考，21(6)题，12分；2022•全国乙卷，36(7)
同分异构体确定 题，15分；2023辽宁卷，19(6)题，14分；2022海南卷，18(5)题，14
分；2022河北卷，18(3)题，15分；2021山东卷，19(4)题，12分；
2022湖南卷，19(5)题，15分；2022浙江1月选考，31(4)题，12分；
2022浙江6月选考，31(5)题，12分；
二、命题规律及备考策略
【命题规律】
有机化合物不仅有一定的分子组成，还有一定的空间结构。掌握一些典型有机化合物的空间结构，运
用数学上立体几何的有关知识，可以顺利解决有机化合物中原子共直线、共平面问题，一般在选择题中出
现。限定条件的同分异构体书写或数目的判断，是近年来试卷的“压轴”题。同分异构体的常见题型如下：
(1)限定范围书写和补写，解题时要看清所限范围，分析已知几个同分异构体的特点，对比联想找出规
律补写，同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。
(2)对“结构不同”要从两个方面考虑：一是原子或原子团的连接顺序；二是原子的空间位置。
(3)判断取代产物同分异构体种类的数目。其分析方法是分析有机物的结构特点，确定不同位置的氢原
子种类，再确定取代产物同分异构体的数目。
【备考策略】
1．能够灵活应用“母体法”“组合法”分析原子空间的相对位置，将甲烷、乙烯、乙炔、苯等有机
物的结构迁移到新的物质中。
2．能够根据题目要求，选择适当的方法书与或判断同分异构体。
【命题预测】
同分异构体数目的判断一直是新课标高考的必考题型，主要考查限定条件的同分异构体数目的判断，
近年来有将同分异构体数目的确定与物质的性质结合起来考查，难度有所增加。考法 1 共线、共面判断
1． 明确三种典型模型
甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3个原子处在一个平面上，若用其他
原子代替其中的任何氢原子，所有原子一定不能共平面，如 CHCl分子中所有原
3
子不在一个平面上
乙烯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有
机物中所有原子仍然共平面，如CH=CHCl分子中所有原子共平面
2
苯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机
物分子中的所有原子也仍然共平面，如溴苯( )分子中所有原子共平面、
2．把握三种组合
①直线结构与平面结构连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔： ，所有原子共平面。
②平面结构与平面结构连接，如果两个平面结构通过单键相连，由于单键的旋转性，两个平面可以重
合，但不一定重合。如苯乙烯： ，分子中共平面原子至少12个，最多16个。
③平面结构与立体结构连接，如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的旋转性，甲基上的 1
个氢原子可能暂时处于这个平面上。
(3)注意题目要求限制条件是“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等。如
分子中所有原子可能共平面， 分子中所有碳原子一定共平面，而所有
原子一定不能共平面。
共面、共线判断方法例1 (2019•新课标Ⅲ卷)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】A、甲苯中含有饱和碳原子，所有原子不可能共平面；B、乙烷是烷烃，所有原子不可能共平
面；C、丙炔中含有饱和碳原子，所有原子不可能共平面；D、碳碳双键是平面形结构，因此1，3－丁二
烯分子中所有原子共平面
例2 崖柏素( )分子中的碳原子不可能全部共平面( )
【答案】正确
【解析】γ-崖柏素分子中有一个异丙基，异丙基中间的碳原子与其相连的3个碳原子不共面，故其分
子中的碳原子不可能全部共平面。
对点1 描述CH－CH=CH－C≡C－CF 分子结构的叙述中，正确的是( )
3 3
A．6个碳原子有可能都在一条直线上 B．6个碳原子不可能都在一条直线上
C．6个碳原子有可能都在同一平面上 D．6个碳原子不可能都在同一平面上
【答案】BC
【解析】我们把该有机物看成乙烯分子中H原子被－CH 和－C≡C－CF 取代。接着由乙烯和乙炔分子
3 3结构知识迁移可知如下规律：①双键(苯环)碳原子及与之直接相连的原子在同一平面上；②三键碳原子及
与之直接相连的原子在同一直线上。根据数学知识，在同一直线上必在同一平面上。由此可知 6个碳原子
一定在同一平面上，但不可能在同一直线上。
对点2 下列分子中的14个C原子可能处于同一平面的是( )
【答案】B、C。
【解析】A中，如下图所示，带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角
锥形；B中苯环两两共边，所以所有原子共面；C中两个甲
基分别和两个苯环直接相连，苯环间以单键相连，所以所有碳原子有可能共面，有九个碳原子一定共
面，但一定还要注意并不是指所有原子，甲基上的氢原子最多只有一个和碳原子共面；D中的情况和A中
是极其相似的，也是带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角锥形；E中带星
号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3、4这四个碳原子构成了类似甲烷的四面体结构；综上所述，
B、C分子中的14个C原子有可能处于同一平面，A、D、E分子中的14个C原子不可能全部都处于同一
平面。
考法 2 同分异构体
1．根据分子式判断同分异构体数目的步骤
第一步：判断有无类别异构
根据分子式判断该有机物是否有类别异构，如含相同碳原子数的醇和醚、酸和酯是同分异构体。
第二步：同一类物质，写出官能团的位置异构体(1)碳链异构体按“主链由长到短，支链由简到繁，位置由心到边”的规律书写。
(2)分合思维法——书写醇或酸的同分异构体，如书写 C H OH的同分异构体，先写出C H 的同分异
5 11 5 12
构体；再写出上述同分异构体分子中的一个氢原子被—OH取代得出的C H OH的同分异构体。
5 11
(3)顺序思维法——书写多官能团的有机物的同分异构体，如丙烷上三个氢原子分别被一个—NH 、一
2
个—OH、一个苯基取代，先写出被—NH 取代的同分异构体，接着写出被—OH取代的同分异构体，最后
2
写出被苯基取代的同分异构体(顺序可以颠倒)。
2．限定条件下同分异构体书写步骤
3．限定条件下同分异构体书写方法
(1)“碎片”推测：依据分子式(不饱和度)信息、特殊结构信息、类别信息、化合物性质等推断官能团。
(2)碳架构建：除“碎片”以外的碳原子，按碳架异构搭建。
(3)“碎片”组装：先在苯环上进行基团定位→再考虑取代基的碳链异构→再考虑取代基在苯环上的位
置异构→最后考虑官能团类别异构。
(4)方法选择：“端基碎片”的位置异构一般选择“等效氢”，“定一移一”等方法；“非端基碎片”
的位置异构一般选择“插入法”。
①端基官能团(又称一价官能团)，指在有机物的结构简式中只能位于末端的官能团，主要包括卤素原子、
硝基、氨基、羟基、羧基、醛基等。书写含有这些官能团的同分异构体时，可将其分子式变形为烃基和官能团
两部分，如R-CHO、R-X等。它们的同分异构体则取决于烃基部分的异构体数目，如甲基1种，乙基1种，丙
基2种，丁基4种。
②非端基官能团，分为桥基官能团、三叉基官能团、十字基官能团。桥基官能团(也称二价官能团)通常有：
羰基、酯基、酰胺基等；三叉基包括苯环的三取代、 、 ；十字基官能团包括 等；桥基
官能团通常采用插入法，其余均可采用烃基分配法确定。例1 分子式为C HCl的含苯环的(不含立体异构)同分异构体有( )
8 9
A．9种 B．12种 C．14种 D．16种
【答案】C
【解析】分子式为 C HCl 的结构中含有苯环、饱和烃基、氯原子。取代基可以是 1 个：—
8 9
CHCHCl、—CHClCH ，有2种同分异构体。取代基可以是2个：—CHCl、—CH ，—CHCH 、—Cl，
2 2 3 2 3 2 3
根据邻、间、对位置异构可知，共有3＋3＝6种同分异构体。取代基可以是3个：—Cl、—CH 、—CH 2
3 3，
个甲基处于邻位时，—Cl有2种位置，有2种同分异构体；2个甲基处于间位时，—Cl有3种位置，有3
种同分异构体；2个甲基处于对位时，—Cl有1种位置，有1种同分异体。所以符合条件的同分异构体共
有2＋6＋2＋3＋1＝14种。
例2 (2021•山东卷)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2—甲基—2—丁醇)存在如图转
化关系，下列说法错误的是( )
A．N分子可能存在顺反异构
B．L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子C．M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种
D．L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种
【答案】AC
【解析】M( )在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生成
或 ，N与HCl发生加成反应生成L，L能发生水解反应
生成M，则L的结构简式为 。A项，顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转
的限制因素，使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象， 、
都不存在顺反异构，故A错误；B项，手性碳原子是指与四个各不相同原子
或基团相连的碳原子，L的同分异构体结构及手性碳原子(用*标记)为 、 、
、 、 、 、 、 ，任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子，故B正确；C项，当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时，醇发
生催化氧化反应生成酮，羟基取代戊烷同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上1个氢原子即满足条件，
满足条件的结构有： 、 、 ，共3种，故C错误；D项，连接在同
一碳原子上的氢原子等效，连接在同一碳原子上的甲基等效，由B项解析可知，L的同分异构体中，含有
2种化学环境的氢原子的结构为 ，故D正确；故选AC。
对点1 全氯乙烷(C Cl)可用作有机合成的原料。已知氯元素有两种稳定的同位素 35C和37Cl，则
2 6
C Cl 的分子结构可能有( )
2 6
A．8种 B．9种 C．10种 D．11种
【答案】C
【解析】分子中全是35Cl或37Cl，都只有1种，分子中含有1个35Cl或1个37Cl，都只有1种，分子中
含有2个35Cl或2个37Cl，各有2种，分子中含有3个35Cl和3个37Cl，共有2种结构，所以一共有1×2＋
1×2＋2×2＋2＝10种。
对点2 分子式为C H O 并能与饱和NaHCO 溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构)( )
5 10 2 3
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【答案】B
【解析】分子式为C H O 并能与饱和NaHCO 溶液反应放出气体的有机物属于羧酸，其官能团为—
5 10 2 3
COOH，将该有机物看作C H—COOH，而丁基(C H—)有4种不同的结构，分别为CHCHCHCH—、
4 9 4 9 3 2 2 2
(CH)CHCH —、(CH)C—、 ，从而推知该有机物有4种不同的分子结构。
3 2 2 3 3
1．(2023•全国甲卷，8) 所有碳原子处于同一平面( )
【答案】不正确【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构型可
知，藿香蓟分子中所有碳原子不可能处于同一平面，错误。
2．(2023•浙江省1月选考，9)分子( )中所有碳原子共平面
【答案】正确
【解析】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，
正确。
3．(2022•全国甲卷，8)辅酶Q ( )分子中的四个氧原子不在
10
同一平面( )
【答案】不正确
【解析】双键碳以及与其相连的四个原子共面，羰基碳采取sp2杂化，羰基碳原子和与其相连的氧原
子及另外两个原子共面，因此分子中的四个氧原子在同一平面上，错误。
4．(2022•福建卷，2)络塞维 所有原子都处于同一平面(
)
【答案】不正确
【解析】该化合物的结构中含有饱和碳原子，不可能所有原子处于同一平面上，错误。
5．(2022•重庆卷，6)关于M( )所有氧原子共平面( )【答案】不正确
【解析】由题干M的结构简式可知，形成醚键的O原子的碳原子均采用sp3杂化，故不可能所有氧原
子共平面，错误。
6．(2022•河北卷，10)M( )分子中最多有12个碳原子共平面( )
【答案】不正确
【解析】因为萘分子中的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，不正确。
7．(2022•辽宁卷，4)苯乙炔( )分子中最多有5个原子共直线( )
【答案】不正确
【解析】 ，苯乙炔分子中最多有6个原子共直线。
8．(2022•山东卷，7) 崖柏素( )分子中的碳原子不可能全部共平面( )
【答案】正确
【解析】γ-崖柏素分子中有一个异丙基，异丙基中间的碳原子与其相连的3个碳原子不共面，故其分
子中的碳原子不可能全部共平面。
9．(2021•浙江1月选考，15)分子( )中至少有12个原子共平面( )
【答案】正确
【解析】与苯环碳原子直接相连的6个原子和苯环上的6个碳原子一定共平面，故该分子中至少12个
原子共平面，A正确。
10．(2021•河北卷，8)分子( )中最多8个碳原子共平面( )
【答案】正确
【解析】由结构简式可知，苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平
面，共有8个碳原子。11．(2021•辽宁卷，6)分子( )中所有碳原子一定共平面( )
【答案】不正确
【解析】该分子中存在2个苯环、碳碳双键所在的三个平面，平面间单键连接可以旋转，故所有碳原
子可能共平面。
12．(2023•全国甲卷，36(7))具有相同官能团的B( )的芳香同分异构体还有_______种(不
考虑立体异构，填标号)。
a．10 b．12 c．14 d．16
其中，核磁共振氢谱显示4组峰，且峰面积比为2：2：1：1的同分异构体结构简式为_______。
【答案】d
【解析】与分子式为C HClNO 的芳香同分异构体且含有-Cl、-NO 两种官能团共有17种，分别为：
7 6 2 2
(有机物B)、 、 、 、、 、 、
、 、 、 、
、 、 、 、
、 ，除有机物B外，其同分异构体的个数为16个；在这些同
分异构体中核磁共振氢谱的峰面积比为2：2：1：1，说明其结构中有4种化学环境的H原子，该物质应为一种对称结结构，则该物质为 。
13．(2023•全国乙卷，36(7))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FeCl 溶液显紫色；③含有苯环。
3
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_______。
【答案】 13
【解析】能发生银镜反应说明该结构中含有醛基，能遇FeCl 溶液显紫色说明该结构中含有酚羟基，则满
3
足这三个条件的同分异构体有13种。此时可能是情况有，固定醛基、酚羟基的位置处在邻位上，变换甲基
的位置，这种情况下有4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在间位上，变换甲基的位置，这种情况下有
4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在对位上，变换甲基的位置，这种情况下有 2种可能；将醛基与亚
甲基相连，变换酚羟基的位置，这种情况下有 3种可能，因此满足以上条件的同分异构体有 4+4+2+3=13
种。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，说明这总同分异构体中不能含有
甲基且结构为一种对称结构，因此，这种同分异构体的结构简式为： 。14．(2023•全国新课标卷，30(7))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 的同分异构体的结构简式为_______。
【答案】 9
【解析】连有4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子。在B的同分异构体中，含有手性碳、
含有3个甲基、含有苯环的同分异构体有9种，分别为： 、 、 、
、 、 、 、 、 ；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 。
15．(2023•浙江省1月选考，21(6))写出3种同时符合下列条件的化合物C( )的同分异
构体的结构简式_______。
①分子中只含一个环，且为六元环；② 谱和 谱检测表明：分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基 。
【答案】
【解析】化合物C的同分异构体①分子中只含一个环，且为六元环；② 谱和 谱检测表明：
分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基 ，除乙酰基外只有一种氢，则六
元环上的原子均不与氢相连，该物质具有很高的对称性，符合的结构有 、
、 、 。
16．(2023•浙江省6月选考，21)(6))写出同时符合下列条件的化合物D( )的同分异构体
的结构简式___________。
①分子中含有苯环
② 谱和 谱检测表明：分子中共有4种不同化学环境的氢原子，有酰胺基( )。【答案】 、 、 、
【解析】D的同分异构体分子中含有苯环，1H-NMR谱和IR谱检测表明分子中共有4种不同化学环境
的氢原子，有酰胺基说明同分异构体分子含有醚键或酚羟基，结合对称性，同分异构体的结构简式为
、 、 、 。
17．(2022•全国乙卷，36(7))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_______。
【答案】10 、【解析】E的结构简式为 ，F的结构简式为 ，E生成F的化学方程
式为 +H O；(4)E的结构简式为 ，其
2
中含氧官能团的名称为(醇)羟基、羧基；(5)G的结构简式为 ，H的结构简式为
，G与SOCl 发生取代反应生成H；(6)根据分析，I的结构简式为 ；
2
(7)E的结构简式为 ，E的分子式为C H O，不饱和度为6；E的同分异构体与饱和
11 12 3
NaHCO 溶液反应产生CO，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
3 2
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 、 。
18．(2022•辽宁卷，19(6))化合物I(C H O)的同分异构体满足以下条件的有___________种(不考虑立
10 14
体异构)；
i．含苯环且苯环上只有一个取代基
ii．红外光谱无醚键吸收峰
其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的结构简式为___________(任
写一种)。
【答案】12 (或 )
【解析】化合物Ⅰ的分子式为C H O，计算可得不饱和度为4，根据题目所给信息，化合物Ⅰ的同分
10 14
异构体分子中含有苯环(已占据4个不饱和度)，则其余C原子均为饱和碳原子(单键连接其他原子)；又由红
外光谱无醚键吸收峰，可得苯环上的取代基中含1个羟基；再由分子中苯环上只含有1个取代基，可知该
有机物的碳链结构有如下四种： (1、
2、3、4均表示羟基的连接位置)，所以满足条件的化合物Ⅰ的同分异构体共有“12”种；其中，苯环侧链
上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基，则其结构简式为 或 。
19．(2022•海南卷，18(5))X是F( )的同分异构体，符合下列条件。X可能的结构简
式为_______(任写一种)。
①含有酯基 ②含有苯环 ③核磁共振氢谱有两组峰
【答案】 或
【解析】F的分子式为C H O，X是F的同分异构体，X含有苯环和酯基，其核磁共振氢谱有两组峰，
10 10 4
说明X只有2种不同环境的H原子，则满足条件的X的结构简式为： 或 。
20．(2022•河北卷，18(3))写出一种能同时满足下列条件的D( )的芳香族同分异构体
的结构简式_______。
(a)红外光谱显示有 键；(b)核磁共振氢谱有两组峰，峰面积比为1∶1。
【答案】
【解析】从D的结构简式可知，其分子式为C HClO，能满足核磁共振氢谱两组峰，且峰面积比为
13 8 2
1：1的结构应是高度对称结构，又含有C=O，则该芳香族同分异构体的结构简式为：。
21．(2022•山东卷，19(4))H( )的同分异构体中，仅含有-OCH CH、-NH 和
2 3 2
苯环结构的有_______种。
【答案】6
【解析】H的同分异构体仅含有—OCH CH 和—NH 可知，同分异构体的结构可以视作
2 3 2
、 、 分子中苯环上的氢原子被—NH 取代所得结构，
2
所得结构分别有1、3、2，共有6种。
22．(2022•湖南卷，19(5)) 是一种重要的化工原料，其同分异构体中能够发生银镜反应
的有_______种(考虑立体异构)，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为4：1：1的结构简式为
_______；
【答案】4
【解析】 的同分异构体能发生银镜反应，说明该物质含有醛基，根据分子式C HO可得
4 6
知，该物质还含有碳碳双键或者三元环，则符合条件的同分异构体有4种，它们分别是
CH=CHCHCHO、 、 和 ，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰
2 2
面积之比为4：1：1的结构简式是 。23．(2022·浙江省1月卷，31(4))写出同时符合下列条件的化合物B( )的同
分异构体的结构简式(不包括立体异构体)____ _____________。
①有两个六元环(不含其他环结构)，其中一个为苯环；
②除苯环外，结构中只含2种不同的氢；
③不含—O—O—键及—OH
(4) 、 、 、 、
【答案】
【解析】①有两个六元环(不含其他环结构)，其中一个为苯环；②除苯环外，结构中只含2种不同的
氢，说明结构对称；③不含—O—O—键及—OH，符合条件的 的同分异构体有
、 、 、 、 。
24．(2022·浙江省6月卷，31(5))写出同时符合下列条件的化合物F( )的同分异构体
的结构简式_______。
① 谱和IR谱检测表明：分子中共有3种不同化学环境的氢原子，有 键。
②分子中含一个环，其成环原子数 。
【答案】 ， ， ，
【解析】化合物F的同分异构体，则有1个不饱和度，其有3种等效氢，含有N—H键，且分子中含有含一个环，其成环原子数 ，则这样的结构有 ， ， ，
。
