2018年高中化学选修5步步高学案第1章 第2节 第2课时

第2课时有机化合物的同分异构体
[学习目标定位]理解有机化合物同分异构现象的内涵，学会同分异构体的书写方法，能判断有机物的同分异构体。

一、有机化合物的同分异构现象
1．同分异构体、同分异构现象
(1)同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象。

(2)同分异构体
①概念：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。

②特点：分子式相同，结构不同，性质可能相似也可能不同。

③转化：同分异构体之间的转化是化学变化。

2．常见的同分异构现象
(1)C5H12的同分异构体有三种，它们的结构简式分别是CH3CH2CH2CH2CH3、
、；这三种同分异构体在结构上的主要不同点是碳链骨架不同。

(2)现有两种有机物CH3CH2CH2OH与它们共同的类别是醇，结构上的相同点是官能团同为—OH，结构上的不同点是官能团的位置不同，二者互为同分异构体。

(3)有下列两种有机物：
回答下列问题：
①有机物A的分子式是C3H6O2，类别是羧酸，官能团是
②有机物B的分子式是C3H6O2，类别是酯，官能团是
③A与B是(填“是”或“不是”)同分异构体。

同分异构体的类别
(1)碳链异构
由于碳链骨架不同，产生的异构现象。

如：CH3CH2CH2CH3与。

(2)位置异构
由于官能团在碳链中位置不同而产生的同分异构现象。

如：CH3CH2CH===CH2与CH3—CH===CH—CH3。

(3)官能团异构
分子式相同，但具有不同的官能团而产生的同分异构现象，如：CH3CH2OH与CH3—O—CH3。

例1下列属于官能团异构的是()
A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2
B．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3
C．CH3CH2OH和CH3OCH3
D．CH3CH2CH2COOH 和CH3COOCH2CH2CH3
答案 C
解析A中两种分子不含官能团，为碳链异构；B中两种分子都含有C==C键，双键位置不同、碳链不同；C中两种分子，前者的官能团为羟基，后者的官能团为醚基，二者为官能团异构；D中两种分子二者分子式不相同，不属于同分异构体。

【考点】同分异构现象
【题点】同分异构现象的概念及分类
例2下列各组物质中，互为同分异构体的是()
A．与
B．HC≡C—(CH2)3CH3与
C．CH3CH2OCH2CH3与
D．与
答案 B
解析从分子式上看，A项和C项中物质分子式不同，不是同分异构体；B项中两种物质分子式相同，但是结构不同，二者互为同分异构体；D项中两种物质结构相同，属于同种物质。

【考点】有机物结构的综合考查
【题点】有机物结构的综合考查
二、同分异构体的书写方法和数目判断
1．同分异构体的书写方法及步骤
烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，以C6H14为例说明：
(1)确定碳链
①先写直链：C—C—C—C—C—C。

②减少一个碳原子，将其作为支链并移动位置：。

③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置：。

从主链上取下来的碳原子数，不能多于主链所剩部分。

(2)补写氢原子：根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子数。

(3)C6H14共有5种同分异构体。

2．同分异构体数目的判断
(1)分子式为C5H10的烯烃同分异构体中：
①可能的碳链结构有2种。

②具有直链结构的同分异构体有2种。

③含有支链结构的同分异构体有3种。

(2)分子式为C5H12O的醇的同分异构体中：
①可能的碳链结构有3种。

②具有直链结构的同分异构体有3种。

③含有一个支链结构的同分异构体有4种。

④含有两个支链结构的同分异构体有1种。

同分异构体的书写方法
(1)烷烃(降碳对称法)⎩⎪⎨⎪⎧
主链由长到短
支链由整到散
位置由心到边
排布由邻、对到间
(2)烯烃(插入法)⎩⎪⎨⎪
⎧
先写出可能的碳链形式(碳骨架)再将官能团(双键)插入碳链中
(此法也可适用于炔烃、酯等)
(3)醇(取代法)⎩⎪⎨⎪
⎧
先碳链异构：写出可能的碳链后位置异构：移动官能团(—OH )
的位置
例3 (2017·河北辛集中学高二期中)已知一种有机物的分子式为C 4H 4，分子结构如图所示，若将该有机物与适量的氯气混合光照，则生成的卤代烃的种类共有(
)
A ．2种
B ．4种
C ．5种
D ．6种
答案 B
解析 由于C 4H 4与Cl 2在光照条件下发生取代反应，生成C 4H 3Cl 、C 4H 2Cl 2、C 4HCl 3、C 4Cl 4和HCl ，由C 4H 4中的4个C 原子构成正四面体知，C 4H 3Cl 、C 4H 2Cl 2、C 4HCl 3、C 4Cl 4的结构都只有一种，所以C 4H 4与Cl 2发生取代反应生成的卤代烃的种类共有4种，故B 正确。

【考点】同分异构体
【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断
例4 某化合物A 的化学式为C 5H 11Cl ，分析数据表明，分子中有两个—CH 2—，两个—CH 3，
一个
和一个—Cl ，它的可能结构只有四种，请写出这四种可能的结构简式：
__________________、____________________、______________、________________。

答案
解析方法一：等效氢法
首先写出C5H12的碳链异构
然后找出每种碳链异构的等效氢(用字母a、b……表示)。

最后选出符合条件的同分异构体，
有
方法二：插入法
根据题意，可构造出分子骨架该骨架左右对称。

把2个—CH2—合并为—CH2—CH2—分别插入①、③位得2种分子，把2个—CH2—分别插入①②位、①③位，得2种分子。

共4种结构。

方法三：组合法
根据各原子团的结构特点将原子团分类：—CH3、—Cl只能处在链端，而、—CH2—位于分子结构的中间。

可先将与两个—CH2—结合可形成
与两种结构，每两种结构剩余的三个键与2个—CH3和一个—Cl结合，分别有两种情况。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体的综合考查
1．下列各组物质不属于同分异构体的是()
A．CH3CH2OH和CH3CHO
B．和
C．和
D．和
答案 A
解析B、C、D中物质的分子式相同、结构不同，是同分异构体；而A中前者分子式为C2H6O，后者分子式为C2H4O，不属于同分异构体。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体的综合考查
2．下列烷烃在光照条件下与Cl2反应，只生成一种一氯代物的是()
A．CH3CH2CH2CH3B．
C．D．
答案 C
解析要判断一氯代物的种数，需对烃中不同化学环境氢原子的种数进行分析：A项，
其一氯代物有2种；B项，其一氯代物有2种；C项，
其一氯代物有1种；D项，其一氯代物有4种。

【考点】同分异构体
【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断
3．分子式为C10H14的单取代芳烃，其可能的结构有()
A．2种B．3种C．4种D．5种
答案 C
解析分子式为C10H14的单取代芳烃的结构应是苯环与—C4H9相连接，即，
—C4H9有4种同分异构体，则的同分异构体共有4种。

【考点】同分异构体
【题点】芳香烃同分异构体的判断
4．已知下列有机物：
①CH3—CH2—CH2—CH3和
②CH2===CH—CH2—CH3和CH3—CH===CH—CH3
③CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3
④和
⑤CH3—CH2—CH===CH—CH3和
⑥CH2===CH—CH===CH2和CH3—CH2—C≡CH
(1)其中属于同分异构体的是________________。

(2)其中属于碳链异构体的是________________。

(3)其中属于官能团位置异构的是________________。

(4)其中属于官能团类型异构的是________________。

(5)其中属于同一种物质的是________________。

答案(1)①②③⑤⑥(2)①(3)②(4)③⑤⑥
(5)④
解析解答此题的方法是先写出各物质的分子式，若分子式相同，再判断分子中含有的官能团是否相同，进一步再确定官能团的位置，最终对两种物质的关系做出判断。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体的综合考查
[对点训练]
题组一基本概念的理解及辨析
1．关于同分异构体的下列说法中不正确的是()
A．具有相同分子式，但结构不同的化合物互为同分异构体
B．相对分子质量相同的几种化合物，互为同分异构体
C．同分异构体之间的转化属于化学变化
D．组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，互为同分异构体
答案 B
解析有些物质具有相同的相对分子质量，但分子组成可能不同，不一定互为同分异构体；同分异构体之间的转化生成了新物质，属于化学变化；不同化合物组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同时，其分子式一定也相同，互为同分异构体。

【考点】同分异构现象
【题点】同分异构现象的概念及分类
2．下列分子式表示的物质一定是纯净物的是()
A．C3H7Cl B．C4H10
C．CH2Cl2D．C2H6O
答案 C
解析分子式如果只有一种结构，没有同分异构体，它表示的就是纯净物。

四个选项中只有CH2Cl2没有同分异构体。

【考点】同分异构现象
【题点】同分异构现象的概念及分类
题组二同分异构体的类型及判断
3．下列有机化合物中属于同分异构体的正确组合是()
①CH3CH2CH2CH2CH3②CH3CH2CH2CH2CH2CH3
A．①和③B．②③⑤
C．①和②D．③和④
答案 B
解析根据同分异构体的特点：分子式相同，结构不同，首先找出具有相同碳原子数的有机物；①④都有5个碳原子，②③⑤都有6个碳原子，然后再看其结构，都是烷烃，且结构不同，所以①④互为同分异构体，②③⑤互为同分异构体。

【考点】同分异构现象
【题点】同分异构体的判断
4．下列各组物质中，属于同分异构体且属于位置异构的是()
A．CH3CH2CH3和CH3 CH(CH3)2
B.和
C．CH3COOH和HCOOCH3
D．CH3CH2CHO和CH3COCH3
答案 B
解析A中CH3CH2CH3和CH3CH(CH3)2分子式不同，不属于同分异构体；B中两种物质官能团位置不同，属于位置异构；C中物质与D中物质分子式相同，官能团不同，属于官能团异构。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
5．下列关于同分异构体异构方式的说法中，不正确的是()
A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于碳链异构
B．H3CC≡CCH3和CH2===CHCH===CH2属于官能团异构
C．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3属于官能团异构
D．和属于位置异构
答案 C
解析A中CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2碳的骨架不同，前者没有支链，后者有支链，属于碳链异构；B中两物质官能团不同，属于官能团异构；C中CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3的官能团相同，属于碳链异构、位置异构；D中甲基与—OH在苯环上的位置不同，属于位置异构。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
6．对复杂的有机物的结构可以用“键线式”简化表示。

如有机物CH2===CH—CHO可以简写为则与键线式为的物质互为同分异构体的是()
答案 D
解析分子式为C7H8O，A中物质分子式为C8H10O，B中物质分子式为C7H6O，C 中物质分子式为C7H6O2，D中物质分子式为C7H8O。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
题组三同分异构体数目的判断
7．已知C4H9Cl有4种同分异构体，则分子式为C5H10O的醛的种类有()
A．3种B．4种C．5种D．6种
答案 B
解析分子式为C5H10O的醛可以看作C4H9—CHO，由于C4H9Cl有4种同分异构体，用—CHO取代—Cl，得4种C4H9—CHO的同分异构体，B正确。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体数目判断的综合考查
8．碳原子数不超过10的所有烷烃中，一氯代物只有一种的烷烃共有()
A．2种B．3种C．4种D．5种
答案 C
解析当一氯代物只有一种时，在烃中各碳原子的性质应相同，1个碳时CH4,2个碳时
CH3—CH3,5个碳时(新戊烷)，8个碳时(2,2,3,3-四甲基丁烷)。

当这些烷烃与1个Cl原子发生取代反应时，产物都是一种，即共有4种烃。

【考点】同分异构体
【题点】一氯代烃、二氯代烃种类的判断方法
9．已知二氯丁烷的同分异构体有9种，则八氯丁烷的同分异构体有()
A. 7种
B. 8种
C. 9种
D. 10种
答案 C
解析丁烷有10个H原子，其中2个H原子被氯原子取代形成丁烷的二氯代物；八氯代物可以看作C4Cl10中的2个氯原子被2个氢原子代替形成，两者是等效的；二氯代物有9种同分异构体，可得到八氯代物也有9种同分异构体，C正确。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体数目判断的综合考查
10．(2017·云南曲靖一中高三检测)下列化合物中同类别的同分异构体(不考虑立体异构)数目最多的是()
A．二甲苯B．丁醇
C．一氯丁烯D．二氯丙烷
答案 C
解析A项，二甲苯的同分异构体中，可以是2个甲基连在苯环上(邻、间、对3种)，还可以是乙基连在苯环上(1种)，共4种；B项，丁基有4种，据此确定丁醇有4种；C项，丁烯有3种同分异构体，分别是1-丁烯、2-丁烯、2-甲基-1-丙烯，一氯丁烯存在官能团的位置异构，氯原子取代其中的1个氢原子分别得到4、2、2种结构，共8种；D项，二氯丙烷存
在氯原子的位置异构，C ①—C ②—C ③
，2个氯原子的位置可以为①①、①②、①③、②②，共4种。

化合物中同类别同分异构体数目最多的是C 项。

【考点】同分异构体
【题点】同分异构体数目判断的综合考查
题组四 同分异构的综合考查
11．甲、乙两种有机物的球棍模型如下：
下列有关二者的描述中正确的是( )
A ．甲、乙为同一物质
B ．甲、乙互为同分异构体
C ．甲、乙一氯取代物的数目不同
D ．甲、乙分子中含有的共价键数目不同
答案 B
解析 由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，空间构型不同，互为同分异构体；甲和乙都有2种不同的氢原子，一氯取代物都有2种；两物质所含共价键的数目相同；综上B 正确。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
12．化学家们合成了如图所示的一系列星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。

下列说法正确的是( )
A ．它们的一氯代物均只有一种
B ．它们之间互为同系物
C ．三星烷与乙苯()互为同分异构体
D ．六星烷的化学式为C 18H 24
答案 D
解析 分子结构对称，含有两类氢原子，则一氯代物均只有2种；三星烷、四星烷、五星烷分子式分别为C 9H 12、C 12H 16、C 15H 20，星烷分子组成相差“C 3H 4”，不是同系物；三星烷
的分子式为C9H12，乙苯的分子式为C8H10，二者分子式不同，不是同分异构体；由三星烷、四星烷、五星烷分子式可得到星烷分子组成相差“C3H4”，则六星烷为C18H24。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
[综合强化]
13．同分异构现象在有机化学中普遍存在，中学阶段常见的同分异构体有三类：①官能团类别异构，②官能团位置异构，③碳骨架异构。

已知分子式为C5H12O的有机物有多种同分异构体，下面给出其中四种：
A．CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH
B．CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3
根据上述信息完成下列问题：
(1)根据所含官能团判断A属于________类有机化合物，B、C、D中，与A互为官能团异构的是________ (填字母，下同)，与A互为碳链异构的是__________；与A互为官能团位置异构的是____________。

(2)写出另一种与A互为官能团位置异构的有机物(不能写C)的结构简式：__________
______________________________________________________________。

(3)与A互为碳链异构的同分异构体共有5种，除B、C或D中的一种以外，其中两种结构
简式为写出另外两种同分异构体的结构简式：_______________________________________、____________________。

答案(1)醇B D C
解析(1)A中含有醇羟基，属于醇类；B与A互为官能团异构，D与A互为碳链异构，C 与A互为官能团位置异构。

(2)与A官能团位置不同，互为官能团位置异构。

(3)与A互为碳链异构的同分异构体，可以根据戊基的碳链异构来书写，戊基有CH3CH2CH2CH2CH2—，CH3CH2CH(CH3)CH2—，CH3CH2C(CH3)2—，(CH3)2CHCH2CH2—，(CH3)3CCH2—，(CH3)2CHCH(CH3)—，所以另外两种同分异构体的结构简式为
【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
14．戊烷共有3种同分异构体，戊烷分子中的一个氢原子分别被—Cl、—OH、—COOH取代后得到卤代烃、醇、羧酸。

(1)下列是某学生书写的C5H12的同分异构体的结构简式：
这些结构中出现重复的是________(用序号表示)。

(2)分子式为C5H12O且分子结构中含有—OH的有机物有(不考虑立体异构)________(填字母)。

A．5种B．6种
C．7种D．8种
(3)用—COOH取代C5H12分子中的1个H原子得到分子式为C6H12O2的羧酸，符合该分子式的羧酸有____种。

答案(1)②③④(2)D(3)8
解析(1)②③④的最长碳链均有4个碳原子，有一个—CH3均连在离端点第2个碳原子上，为同一物质。

(2)将C5H12O写成C5H11OH，先写出—C5H11的碳链异构，再写—OH的位置异构。

所以分子式为C5H12O的同分异构体共有8种。

(3)用—COOH替换C5H12中的—H，即C5H11—COOH，C5H11—COOH与C5H11—OH的同分异构体数目相等，因此C6H12O2的羧酸类同分异构体共有8种。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查
15．烷基取代苯可以被KMnO4的酸性溶液氧化成，但若烷基—R中直接与苯环连接的碳原子上没有C—H键，则不容易被氧化得到，现有分
子式为C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化的异构体有7种，其中的3种是
请写出其他四种的结构简式：______________________、________________________________________________________________________、
______________________、___________________________________________。

答案
解析从题意可知，该苯的同系物的各同分异构体的苯环上都只有一个侧链，在写其同分异构体时，可以把苯环看作是C5H12的一个取代基，这样只要写出—C5H11的8种同分异构体，
把其中的结构去掉，此题即可解决。

【考点】同分异构体的综合考查
【题点】同分异构体的综合考查。