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第61 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．有机化合物常用的表示方法
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
2.有机化合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
实例
4
3
2
—C≡
1
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注意 苯环中的碳原子为sp2杂化，含大π 键(Π)，为平面六边形结构。
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( )
一、有机物的表示方法与碳原子成键特点
1．碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多，下列碳原子的结合方式错误的是( )
2．下列化学用语正确的是( )
A．硝基苯的结构简式：
B．四氯化碳的空间填充模型：
C．聚丙烯的链节为—CH2CH2CH2—
D．葡萄糖的实验式：C6H12O6
3．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
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。
2
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二、有机化合物分子中原子的空间位置判断
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—CH==CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
5．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。
判断分子共线、共面原子数目的技巧
(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。
考点二 同系物 同分异构体
1．同系物
3
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2．有机物的同分异构现象和同分异构体
(1)概念
化合物分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同
分异构体。
(2)类型
(3)常考官能团异构
组成通式
不饱和度(Ω)
可能的类别异构
CnH2n
1
烯烃和环烷烃
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)。
[应用举例]
写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
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(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。
[应用举例]
分别写出碳原子数为4 的烯烃、炔烃的同分异构体。
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4
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(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。
[应用举例]
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)
____________、____________、____________
苯环上引入取代基的分析
(1)苯环上有两个(相同或不同的)取代基时，有邻、间、对三种位置。
(2)苯环上有三个取代基时，有下列几种情况：
①同种取代基，分析见下图，共3 种。
以“对二A 苯”为母体引入第三个A 时，均与前面重复，体会“定过不移”的运用。
②两种“2A，B(↘代替)”取代基，分析如下图
③三种“A，B，C(↘代替)”取代基，分析如下图
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(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。
[应用举例]
写出C4H10O 的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
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1．CH3OH 和HOCH2CH2OH 都属于醇类，互为同系物( )
2．分子式为C4H8和C3H6的有机物一定互为同系物( )
3．
和
所含官能团不同，互为官能团异构( )
4．若有机物互为同分异构体，其化学性质可能相似，也可能不同( )
5．相对分子质量相同的有机物一定是同分异构体( )
6．同分异构体和同系物一定属于同类有机物( )
7．CH2==CH2和
在分子组成上相差一个CH2原子团，两者互为同系物( )
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
2．分子式为C5H11Cl 的同分异构体有__________种(不考虑立体异构)。
3．分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)( )
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A．7 种
B．8 种
C．9 种
D．10 种
4．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)?
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同分异构体数目的判断
基团连接法
将有机化合物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机化合
物的异构体数目。如：丙基有2 种，丁基有4 种，戊基有8 种，则
C3H7Cl、C4H9OH、C5H11COOH 分别有2 种、4 种、8 种
等效氢法
分子中等效氢原子有如下情况：分子中同一个碳原子上连接的氢原子等
效；同一个碳原子上所连接的甲基氢原子等效；分子中处于对称位置上
的氢原子等效
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
换位思考(氢
原子取代)法
将有机化合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，有一个氢原子被Cl 取代所得一氯乙烷只有一种结构，把
五氯乙烷分子中的Cl 看作H，而H 看成Cl，其情况与一氯乙烷完全相
同，故五氯乙烷也只有一种结构。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
组合法
若A 的结构有m 种，B 的结构有n 种，则A、B 连接形成A—B 的结构
有m×n 种
1．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，8B)
B．分子(
)中所有碳原子共平面(2023·浙江1 月选考，9B)
C．辅酶Q10(
)分子中的四个氧原子不在同一平面(2022·全国甲卷，8C)
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D．M(
)分子中所有氧原子共平面(2022·重庆，6C)
2．(2023·辽宁，6)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
3．(2022·河北，11 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
4．(2021·山东，12 改编)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 分子不存在顺反异构
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
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