高中化学有机物共面共线专题及练习(含答案)

高中有机物分子中原子的共面、共线专题
一、知识归纳
有机分子结构中由于碳原子形成不同价键，造成空间构型存在差异，成为高考命题的采分点之一，也是同学们的“难以捉摸”的点，掌握有机物分子的空间构型的基准点和判断技巧会使问题迎刃而解。

一.有机分子中原子的共面、共线基准点
1．甲烷的正四面体结构
如图1所示，在甲烷分子中，一个碳原子和任意两个氢原子可确定一个平面，其余两个氢原子分别位于平面的两侧，即甲烷分子中有且只有三个原子共面(称为三角形规则)。

当甲烷分子中某个氢原于被其他原子取代时，讨论取代该氢原子的其他原子的共面问题时，可将与甲基碳原子直接相连的原子看做代替了原来的氢原子。

CH3CH2CH3的结构如图2所示，左侧甲基和②C构成“甲烷”分子，此分子中⑤H、①C、②C构成三角形。

中间亚甲基和①C、③C构成“甲烷”分子，此分子中①C、②C、③C构成三角形。

同理②C、③C、④H构成三角形，即丙烷分子中最多有三个碳原子(①C、②C、③C)和两个氢原子(④H、⑤H)可能共面。

2．乙烯的平面结构
乙烯分子中的所有原子都在同一平面内，键角为120°(如图3所示)。

当乙烯分子中某个氢原子被其他原子取代时，则代替该氢原子的原子一定在乙烯的平面内。

如图4所示是CH3CH=CH2的分子结构。

由图可知，三个氢原子(①②③)和三个碳原子(④⑤⑥)一定共面。

根据三角形规则(⑤C、⑥C、⑦H构成三角形)，⑦H也可能在这个平面上。

同理(CH3)2C=C(CH3)2中至少有6个原子(6个碳原子)共平面，至多有10个原子共平面：6个碳原子和4个氢原子(每个甲基可提供一个氢原子)共平面。

提示：羰基碳原子也是平面形碳原子，如图5甲醛即为平面型结构：
图5 图6
3．苯的平面结构
苯分子的所有原子在同一平面内，键角为120°，结构式如图6，当苯分子中的一个氢原子被其他原子取代时，代替该氢原子的原子一定在苯环所在平面内。

如甲苯中的7个碳原子(苯环上的6个碳原子和甲基上的1个碳原子)和苯环上的5个氢原子一定共面，此外甲基上的1个氢原子也可以转到这个平面上，其余两个氢原子分布在平面两侧。

故甲苯分子中最多有13个原子共面。

同理可分析萘如图7中10个碳原子、8个氢原子均共面，蒽分子如图8中14个碳原子、10个氢原子共面。

图7 图8 图9
4．乙炔的直线结构
乙炔分子中的2个碳原子和2个氢原子一定在一条直线上。

键角为180°，结构式为：H—C≡C—H。

当乙炔分子中的一个氢原子被其他原子取代时，代替该氢原子的原子一定和乙炔分子中的其他原子共线。

如图9 中，①H、②C、③C、④C 4个原子共线，而甲基中的3个氢原子一定不在这条直线上。

二．判断有机分子中原子共面、共线原理
1.单键旋转思想：有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等可旋转。

但是形成双键和叁键的原子不能绕轴旋转，对原子的空间结构具有“定格”作用。

如：(CH3)2C=C(CH3)C(CH3)=C(CH3)2，其结构简式也可写成如图10，该分子中至少6个碳原子(因连接两个平面的碳碳单键旋转，两平面不重合)、最多有10个碳原子共面(因连接两个平面的碳碳单键旋转，两平面重合)。

图10 图11
2．定平面规律：共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时，两平面必然重叠，两平面内的所有原子必定共平面。

3.定直线规律：直线形分子中有2个原子处于某一平面内时，该分子中的所有原子也必落在此平面内。

4.展开空间构型法：如CH3CH=CH—C≡CH，可以将该分子展开为如图11，此分子包含一个乙烯型结构、一个乙炔型结构，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。

二、题型训练
1.某有机物分子结构如下：
关于该分子结构的说法正确的是：（）
A.除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B.除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上
C.12个碳原子不可能都在同一平面上
D.12个碳原子一定都在同一平面上
2.下列有机分子中，所有的原子不可能
．．．处于同一平面的是( )
3.已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，结构简式为如下图所示的烃，下列说法中正确的是（）
（A）分子中至少有9个碳原子处于同一平面上。

（B）分子中至少有10个碳原子处于同一平面上。

（C）分子中至少有11个碳原子处于同一平面上。

（D）该烃属于苯的同系物。

4.香兰素是重要的香料之一，它可由丁香酚经多步反应合成。

有关上述两种化合物的说法正确的是（）
A．常温下，1mol丁香酚只能与1molBr2反应。

B．丁香酚不能FeCl3溶液发生显色反应。

C．1mol香兰素最多能与3mol氢气发生加成反应。

D．香兰素分子中至少有12个原子共平面。

5.在分
子中处于同一平面上的原子数最多可能是（）。

A. 18
B. 20
C. 21
D.23
6.在①丙烯②氯乙烯③苯④甲苯四种有机化合物中，分子内所有原子均在同一平面的是
（ )。

A．①② B．②③ C．③④ D．②④
7.下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是（）。

A．甲苯 B．硝基苯 C．2-甲基丙烯 D．2-甲基丙烷
8．(1)下列有机分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是( )
A.CH2＝CHCN
B.CH2=CH—CH=CH2
C.苯乙烯
D. 异戊二烯
(2)上述分子中所有原子一定不处于同一平面的是( )
9.下列有机物分子中所有原子一定有6个原子在同一直线的是( )
10.如图所示分子中14个碳原子不可能处在同一平面上的是( )
11．对于CH3—CH=CH—C≡C—CF3分子结构的描述
(1)下列叙述中,正确的是( ).
(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
(2)一定在同一直线上的碳原子个数为______。

(3)位于同一平面内的原子数最多有______个。

12.化学式为C6H12的某烯烃的所有碳原子都在同一平面上，则该烯烃的结构简式为
___________________，其名称为___________________；若分子式为C10H18的链烃分子中所有的碳原子也有可能在同一平面上，它的结构简式为________________。

13. 在下列分子中，至少有多少原子一定共面？最多有多少个原子共面？
（1）
（2）
14.某有机分子结构如下：
该分子中最多有____________个C原子共处同一平面。

15.某分子具有如下结构：C6H5—CO—C≡C—CH3试回答下列问题：
(1)在同一直线上的原子最多有_______个；
(2)一定在同一平面上的原子最多有_______个；
(3)可能在同一平面上的原子最多有_______个。

参考答案：
1.B
2.D
3.C
4.D
5.C
6.B
7.D
8.（1）D (2) D
9.D 10.BD
11.⑴BC，⑵4，10
12.CH 3CH 3C C CH 3CH 3
，2,3－二甲基－2－丁烯，CH 3C CH 3CH 3CH 3C CH 3CH 3
13.⑴最少有6个原子共面，最多有10个原子共面⑵最少有6个原子共面，最多有16个原子共面 14.13 15.⑴4 ⑵12 ⑶17。