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1.有机物分子中原子能否共平面的判断方法
(1)有机物分子的三个基本结构
①甲烷。
②乙烯。
③苯。
第37 讲 有机化合物的空间结构 同分异构体
考点导航
考点一 有机化合物的空间结构
重难点辨析
三年真题·两年模拟
1
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(2)判断方法：
①复杂有机物分子的共面问题可视为以上三个基本结构的组合。如甲苯为①与③的组合。
②碳碳单键能_旋转__，而碳碳双键不能_旋转__。
③凡有机物分子结构中有碳的4 条单键结构(如—CH3、—CH2—等)，则所有原子一定不在_同一平面上__。
2.有机物分子中原子共面、共线的判断方法
(1)判断原子共面的基本模型
①正四面体结构：甲烷。
②平面结构：乙烯、苯、萘(
)、甲醛(
)。
③直线结构：乙炔。
④.碳碳单键可任意旋转，而双键或叁键均不能旋转。
(2)原子共面的判断技巧
①结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面。
②结构中每出现一个碳碳双键，至少有6 个原子共面。
③结构中每出现一个碳碳叁键，至少有4 个原子共线。
④结构中每出现一个苯环，至少有12 个原子共面。
⑤在解决有机化合物分子中共面、共线问题的时候，要特别注意题目中的隐含条件和特殊规定，如题目中
的“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共线”和“共面”等在判断中的应用。
有机物分子中原子共面问题的判断
1.看清题意要求
要注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限定条件
2.母体法判断有机物分子的空间结构
→→
甲烷型
乙烯型
苯型
空间
构型
正四面体结构
平面结构
平面正六边形结构
球棍
模型
规律·方法·技巧·点拔
2
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分析
4 个H 不在同一平面上，5 个
原子中最多有3 个原子共平面
6 个原子均在同一
平面上
6 个碳原子和6 个氢原
子共平面
迁移
凡是碳原子与4 个原子形成4
个共价键时，空间结构都是四
面体结构
位于乙烯结构上的
6 个原子共平面
位于苯环上的12 个原
子共平面
→
拆分：先拆分为甲烷型、乙烯型和苯型分子的结构
重组：将对应的空间构型进行重组
注意：重组时要考虑到键的旋转问题，单键能旋转，双键、三键不能旋转
3.分析分子中原子共线、共面的基本规律
(1)任何两个直接相连的碳原子在同一直线上。
(2)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键时,形成双键的原子以及与之直接相连的原子处于同一平
面上。CH2
CH2、H2C
O 所有原子处于同一平面上。
(3)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成叁键时,形成叁键的原子以及与之直接相连的原子均在同一直
线上。
(4)与苯环直接相连的碳原子或其他原子与苯环在同一平面上。
考向1 有机化合物的空间构型
【典例1】（2023 上·广东汕头·高三统考期中）维生素D 含量越高，老年大脑的认知功能越好。目前已知
的维生素D 至少有10 种分子，维生素D3 是其中重要的一种(结构如图)，下列有关说法正确的是
A．D3 不存在手性碳原子
B．D3 易溶于水，可溶解于水中服用
C．D3 可与溴水发生取代反应使其褪色
D．D3 分子中虚线框内所含碳原子可能共平面
【答案】D
典型例题剖析
3
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【解析】A．
中含有5 个手性碳原子(*号标出)，故A 错误；
B．D3 分子中只有1 个羟基，而烃基大，所以不易溶于水，故B 错误；
C．D3 分子中含有碳碳双键，可与溴水发生加成反应使其褪色，故C 错误；
D．D3 分子中虚线框内所含碳原子都是单双键交替连接，所以碳原子可能共平面，故D 正确；
选D。
【变式练1】（2023 下·）已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转。下列说法正确的是
A．丙烷是直链烃，所以分子中3 个碳原子也在一条直线上
B．丙烯所有原子均在同一平面上
C．
所有碳原子一定在同一平面上
D．
至少有16 个原子共平面
【答案】D
【解析】A．丙烷分子中3 个碳原子不在同一直线上，A 错误；
B．甲基中的C 原子与其所连的四个原子为四面体结构，CH3—CH=CH2中甲基上至少有两个氢不和它们共
平面，B 错误；
C．因为六元环结构中有4 个饱和的碳原子，故环状结构不是平面结构，所有碳原子不可能在同一平面上，
C 错误；
D．该分子中在同一条直线上的原子有8 个
，再加上其中一个苯环上的8
个原子，所以至少有16 个原子共平面，D 正确；
故选D。
【变式练2】（2023 上·广东东莞）下面有关有机化合物分子中原子的共线共面说法正确的是
A．正丁烷分子中4 个碳原子不可能处于同一平面上
B．甲苯分子最多有12 个原子处于同一平面上，最多4 个原子共线
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C．四苯乙烯(
)分子中所有碳原子不可能位于同一平面
D．
分子最多有7 个碳原子共面，最多3 个碳原子共线
【答案】D
【解析】A．正丁烷分子中碳碳之间均以单键连接，可以任意旋转，故正丁烷分子中4 个碳原子可能处于
同一平面上，但不可能在一条直线上，A 错误；
B．甲苯分子含有苯环所在的平面至少有12 个原子，甲基上3 个H 通过单键旋转最多有1 个H 与之共面，
即最多有13 个原子处于同一平面上，苯环对位上的4 个原子共线，即最多4 个原子共线，B 错误；
C．四苯乙烯(
)分子中含有4 个苯环平面和一个碳碳双键平面，四个苯环平面通过单键
选项可以共面，即分子中所有碳原子都可能位于同一平面，C 错误；
D．
分子中含有碳碳双键平面和碳碳三键直线，故最多有7 个碳原子共面，最多3 个碳原子共
线，D 正确；
故答案为：D。
1．（2023 上·宁夏银川·高三校联考阶段练习）有机物M 是合成抗过敏药物色甘酸钠的中间体，结构简式
如下图。下列关于该有机物的说法正确的是
三年真题·两年模拟
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A．属于芳香烃
B．该物质最多消耗1molNaOH
C．苯环上的一氯取代物有4 种
D．所有碳原子可能共平面
【答案】D
【解析】A．M 中除了碳氢元素外还含有氧元素，不是烃，故A 错误；
B．该物质属于酚酯类物质，最多消耗氢氧化钠大于1mol，故B 错误；
C．苯环上还有3 个不等效的H，苯环上的一氯取代物有3 种，故C 错误；
D．苯分子是平面分子，-OCH3的O 取代苯分子中H 原子的位置，在苯分子平面上，与O 原子连接的2 个
C 原子是V 形结构，可能处于同一平面上；乙烯分子是平面分子，-CH3及酯基的C 原子取代乙烯分子中H
原子的位置，在乙烯分子的平面上，乙烯平面与苯环平面共平面，由于碳碳单键可以旋转，则该分子中所
有碳原子可能共平面，故D 正确；
故选D。
2．（2023 上·云南保山·高二校考阶段练习）下列表示物质结构的化学用语或模型正确的是
A．乙烯的结构简式
B．
分子的球棍模型：
C．醛基的电子式：
· ·
· ·O
··
C
··
H
D．葡萄糖的最简式(实验式)：
【答案】D
【解析】A．乙烯分子中含有1 个碳碳双键，乙烯的结构简式中需要标出官能团结构，其正确的结构简式
为
，故A 错误；
B．甲烷的分子式为
，分子中含有4 个碳氢键，甲烷的球棍模型为
，故B 错误；
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C．醛基中碳原子含有一个孤电子，碳原子和氧原子形成两对共用电子对、和氢原子形成一对共用电子对，
所以其电子式为
，故C 错误；
D．葡萄糖的分子式为
，其实验式为
，故D 正确；
答案选D。
3．（2023 上·宁夏石嘴山·高二平罗中学校考阶段练习）布洛芬具有抗炎、镇痛、解热作用，但口服该药对
胃、肠道有刺激性，该分子结构修饰过程如图所示，下列说法错误的是
A．乙的分子式为
B．乙的苯环上的二氯代物有3 种(不考虑立体异构)
C．甲、乙均可使酸性
褪色，产物均有
D．甲分子中一定共面的碳原子有8 个
【答案】B
【解析】A．根据乙的结构简式得到乙的分子式为C19H23O2N，A 正确；
B．乙的苯环上左右连的基团不相同，可写为
，其二氯代物分别为
共有4 种(不考虑立体异构)，B 错误；
C．根据苯连的烃基上的第一个碳上有氢原子被酸性高锰酸钾氧化为羧基，因此甲、乙均可使酸性KMnO4
褪色，产物均有
，C 正确；
D．根据苯中12 个原子共平面，碳碳单键可以旋转，则甲分子中一定共面的碳原子有8 个，D 正确；
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故选B。
4．（2023 上·内蒙古鄂尔多斯·高三鄂尔多斯市第一中学校考阶段练习）某些萜类化合物具有较强的香气和
生理活性，且可以相互转化，其转化关系如图。下列说法错误的是
A．可用银氨溶液区别香叶醛与香叶醇
B．若Q 是一溴代物，则最多有2 种不同结构(不考虑立体异构)
C．香叶醛与香叶醇均至少有5 个碳原子共平面
D．等物质的量的香叶醇、香叶醛完全燃烧生成H2O 的质量，前者比后者多
【答案】B
【解析】A．香叶醛中含醛基，可与银氨溶液发生银镜反应；香叶醇中无醛基，不能与银氨溶液发生银镜
反应，A 正确；
B．碳碳双键与溴化氢可发生加成反应，加成后溴原子连接的C 原子位置不同，结构种类大于2 种，B 错
误；
C．碳碳双键为平面结构，根据香叶醛与香叶醇结构可知，均至少有5 个碳原子共平面，C 正确；
D．等物质的量的香叶醇、香叶醛中，香叶醇含更多的H，则完全燃烧生成H2O 的质量比香叶醛完全燃烧
生成H2O 的质量大，D 正确；
答案选B。
5．（2024）有关“苯宝宝”的表情包非常流行，如图：
下列有关苯的说法错误的是
A．苯分子结构中对位上的4 个原子在一条直线上
B．苯的结构简式可用
表示，说明含有3 个碳碳双键
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C．苯的一氯代物有1 种
D．苯是一种碳原子的价键远没有饱和的烃
【答案】B
【解析】A．苯分子具有平面正六边形结构，对位上的4 个原子在一条直线上，A 正确；
B．苯的结构简式可用
表示，但不含有碳碳双键，B 错误；
C．苯是平面正六边形，6 个氢原子相同，故苯的一氯代物只有1 种，C 正确；
D．从苯的分子式可以看出，苯是一种碳原子的价键远没有饱和的烃，D 正确；
故答案为：B。
6．“碳九”是在石油提炼时获得的一系列含碳数量在9 左右的碳氢化合物。“碳九”包括裂解碳九和重整
碳九，后者中的芳香烃含量较高。下列有关说法不正确的是
A．若将“碳九”添加到汽油中，汽油燃烧更充分，不会形成积炭
B．石油最主要的用途是提炼汽油和柴油，“碳九”的沸点低于汽油和柴油
C．分子式为C9H12，且含有一个苯环的物质共有8 种
D．均三甲苯(
)分子中所有碳原子都在同一平面
【答案】AB
【解析】A．“碳九”包括裂解碳九和重整碳九，而后者中的芳香烃含量较高，即“碳九”中碳的含量较
高，故若将“碳九”添加到汽油中，可能会使汽油燃烧不充分而形成积炭，A 错误；
B．“碳九”的相对分子质量比汽油组分的要大，其分子间作用力更强，“碳九”的沸点高于汽油的，B
错误；
C．分子式C9H12，且含有一个苯环的物质中，侧链上有3 个碳原子，而3 个碳原子可以形成一个侧链、2
个侧链和3 个侧链。当这3 个碳原子形成一个侧链时，可以形成正丙苯和异丙苯2 种；当3 个碳原子形成2
个侧链，即一个甲基和一个乙基，即能形成邻甲乙苯、间甲乙苯和对甲乙苯3 种；当这3 个碳原子形成3
个侧链时，即构成3 个甲基，则有3 种结构：1,2,3三甲基苯、1,2,4三甲基苯、1,3,5三甲基苯，故共有8 种，
C 正确；
D．苯中的12 个原子共平面，而均三甲苯(
)分子中是用3 个甲基中的碳原子取代了苯环上的
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3 个H 原子，故其结构中的碳原子均在同一平面上，D 正确；
故选AB。
7．（2023·吉林长春·统考一模）药物异搏定合成路线中的某一步反应如图所示(部分产物未给出)，下列说
法正确的是
A．X 分子中共面的碳原子最多有8 个
B．有机物X 不能与酸性高锰酸钾溶液反应
C．
与
溶液反应，最多消耗
D．有机物Z 与足量的氢气加成所得分子中含有2 个手性碳原子
【答案】A
【解析】A．苯环、羰基中7 个碳原子共平面，甲基中的1 个碳原子有可能与苯环共平面，则该分子中最
多有8 个碳原子共平面，A 项正确；
B．X 含酚羟基，易被氧化，能与酸性高锰酸钾溶液反应，B 项错误；
C．Y 中酯基、溴原子水解都能和NaOH 以1：1 反应，1 个Y 分子中有1 个酯基和1 个溴原子，1molY 最
多消耗2molNaOH，C 项错误；
D．Z 与足量氢气发生加成反应，产物如图所示
，共含有4 个手性碳原子，D
项错误；
故选A。
8．（2023 上·重庆·高三西南大学附中校考阶段练习）重庆火锅驰名中外，誉满全球。火锅底料中的桂皮可
以起到去腥解腻的功能，桂皮的主要成份是肉桂醛(
)，可发生如下反应：n
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，下列说法正确的是
A．a 物质所有原子在一个平面上
B．可以用溴的四氯化碳溶液检验肉桂醛中的碳碳双键
C．肉桂醛和氢气完全加成后有一个手性碳
D．a 物质不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
【答案】B
【解析】A．a 中与苯环直接相连的碳原子为饱和碳原子，所有原子不在同一平面，A 错误；
B．双键能使溴的四氯化碳溶液褪色，可以用溴的四氯化碳溶液检验肉桂醛中的碳碳双键，B 正确；
C．肉桂醛和氢气完全加成后产物为：
，没有手性碳，C 错误；
D．a 物质中含醛基，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，D 错误；
故选B。
9．（2023 上·浙江嘉兴·高三统考阶段练习）某药物具有清热解毒功效，其有效成分结构如下。下列有关该
物质的说法不正确的是
A．所有碳原子不可能处于同一平面上
B．存在顺反异构体
C．与足量
充分反应后的产物中共含6 个手性碳原子
D．1mol 该物质最多可与2molNaOH 反应
【答案】C
【解析】A．
标记的C 存在sp3杂化，与这个C 相连的原子肯定不共面，故所
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有碳原子不可能处于同一平面，故A 正确；
B． 最左侧有碳碳双键上存在顺反异构体，故B 正确；
C． 与足量
充分反应后的产物
中共含5 个手性碳原子，故C 错误；
D． 1mol 该物质中酯基是与酚形成的酯，最多可与2molNaOH 反应，故D 正确；
故选C。
1．同分异构现象、同分异构体
(1)定义：化合物具有相同的_分子式__，但具有不同结构的现象，叫同分异构现象。具有_同分异构现象__
的化合物互称同分异构体。
(2)同分异构体的特点——一同一不同
①一同：分子式相同，同分异构体的最简式相同，但最简式相同的化合物不一定是同分异构体，如C2H2和
C6H6。
②一不同：结构不同，即分子中原子的_连接方式__不同。
同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。
(3)同分异构体类型
①碳链异构(碳骨架不同)：
如CH3CH2CH2CH3和_
__。
②官能团位置异构(官能团位置不同)：
如CH3—CH2—CH2—OH 和_
__。
③官能团类别异构(官能团种类不同)：
如CH3—CH2—CH2—OH 和_CH3—CH2—O—CH3__。
2．同分异构体的书写
(1)烷烃同分异构体的书写
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。
烷烃只存在链架异构，书写时应注意要全面但是不重复，一般采用“减碳法”。
考点二 同分异构体的书写
重难点辨析
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如以C6H14为例：
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，只能用一个，否则重复。
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C6H14共有5 种同分异构体。
(2)含官能团的有机物同分异构体的书写
一般按碳链异构⇒位置异构⇒官能团异构的顺序书写。实例：(以C4H8O 为例且只写出骨架与官能团)
(1)碳链异构
(2)位置异构
(3)官能团异构
3．同分异构书写及数目的确定
（1）同分异构体的书写
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以C6H14为例，分析用“有序思维”法书写同分异构体
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一侧的各个碳原子上，
此时碳骨架结构有两种：
[注意] 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，只能用一个，否则重复。
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间、相邻，此时碳骨架结构有两种：
[注意] 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。
综上分析C6H14共有5 种同分异构体。
（2）同分异构体数目的确定技巧
①记忆法
记住常见有机物的同分异构体数。例如：甲烷、乙烷、丙烷均无同分异构体，丁烷有2 种，戊烷有3 种。
②替代法
例如：二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3 种，四氯苯的同分异构体也有3 种。
③等效氢法
寻找有机物发生取代反应后能形成几种同分异构体的规律，可通过分析有几种等效氢原子得出结论，又称
为对称法。
A.同一碳原子上的氢原子是等效的。
B.同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。
C.处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。(相当于平面镜成像时，物与像的关系)
4．限定条件下同分异构体的书写
解答这类题目时，要注意分析限定条件的含义，弄清楚在限定条件下可以确定什么，一般都是根据官能团
的特征反应限定官能团的种类、根据等效氢原子的种类限定对称性(如苯环上的一取代物的种数、核磁共振
氢谱中峰的个数等)，再针对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。
1.同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法
记住常见同分异构体的数目。
规律·方法·技巧·点拔
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①凡只含有一个碳原子的分子均无同分异构体。
②甲烷、乙烷、新戊烷、苯的一卤代物只有一种。
③丁烷、丙基(—C3H7)有2 种，如丙烷的一氯代物有2 种。
④戊烷有3 种。
⑤丁基(—C4H9)有4 种，如丁烷的一氯代物有4 种。
⑥戊基(—C5H11)有8 种，如戊烷的一氯代物有8 种。
(2)等效氢法
①同一碳原子上的氢为等效氢。
②同一碳原子上所连甲基(—CH3)为等效甲基，等效甲基上的所有氢为等效氢。
③处于对称位置的碳原子上的氢也为等效氢。
④有n 种不同的等效氢，其一元取代物就有n 种。
(3)先定后动法
分析二元取代物的方法，如分析C3H6Cl2的同分异构体，先固定其中一个Cl 的位置，移动另外一个Cl，从
而得到其同分异构体：
、
、
、
，共4 种。
(4)分子中含有苯环的有机物同分异构体种数的判断
此类题目应首先根据有机物的分子式和苯环的组成，找出“苯环”之外的部分，依据排列组合的方式确定
苯环上取代基的种类和种数，特别要用到苯环的“对称轴”和两个取代基在苯环上“邻、间、对”的位置
关系。
如分析甲苯苯环上的二氯代物种数时，需先确定一氯代物的种数有三种：
。
若先固定一个Cl 在甲基的邻位，移动另一个Cl 可得4 种结构：
。
再固定一个Cl 在甲基的间位，移动另一个Cl(注意另一个Cl 不能连接甲基的邻位，会出现重复)可得2 种
结构：
。
当最后再固定一个Cl 在甲基的对位时，无法形成二氯代物。因此，甲苯苯环上的二氯代物有6 种。
2．常见的官能团类别异构
组成通式
可能的类别及典型实例
CnH2n
烯烃(CH2CH—CH3)、
环烷烃(
)
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CnH2n－2
炔烃(CCHCH2—CH3)、
二烯烃(CH—CHCH2CH2)、环烯烃(
)
CnH2n＋2O
醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)
CnH2nO
醛(CH3CH2CHO)、酮(
)、
烯醇(CH2CH—CH2—OH)、
环醚(
)、
环醇(
)
CnH2nO2
羧酸(CH3COOH)、酯(HCOOCH3)、
羟基醛(HO—CH2—CHO)
CnH2n－6O
典型例题剖析
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