2018届二轮复习有机物同分异构体的书写与判断教案（全国通用）

2018届二轮复习有机物同分异构体的书写与判断教案（全国通用）

第18讲　有机物同分异构体的书写与判断 考纲定位 命题热点及考频考题 核心素养 ‎1.能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。‎ ‎2．了解常见有机化合物的结构。‎ ‎3．能正确书写有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。‎ ‎1.同分异构体数目的判断 ‎2017年Ⅰ卷T9；2017年Ⅱ卷T36(6)；2017年Ⅲ卷T36(5)；2016年Ⅰ卷T38(5)；2016年Ⅰ卷T‎9C；2016年Ⅱ卷T9；2015年Ⅱ卷T11；2015年Ⅱ卷T38(5)‎ ‎1.微观探析——通过有机物的结构特点和成键方式认识同分异构现象。‎ ‎2．模型认知——通过有机物结构模型判断有机物分子中共线、共面等问题。‎ ‎3．科学精神——通过有机物组成和结构研究，培养积极探索未知和崇尚真理的意识。‎ ‎2.限定条件下同分异构体书写与数目的判断 ‎2017年Ⅰ卷T36(5)；2017年Ⅱ卷T36(6)；2016年Ⅰ卷T38(5)；2016年Ⅱ卷T38(6)；2016年Ⅲ卷T38(5)；2015年Ⅰ卷T38(5)；2015年Ⅱ卷T38(5)‎ ‎———————核心知识·提炼———————‎ 提炼1　同分异构体的类型 ‎1．碳链异构 ‎2．官能团位置异构 ‎3．类别异构(官能团异构)‎ 提炼2　同分异构体数目的判断方法 ‎1．一取代产物数目的判断 ‎(1)基元法：例如丁基有四种异构体，则丁醇、戊醛、戊酸等都有四种同分异构体。‎ ‎(2)替代法：例如二氯苯(C6H4Cl2)有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl)；又如CH4的一氯代物只有一种，新戊烷[C(CH3)4]的一氯代物也只有一种。‎ ‎(3)等效氢法：等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，判断等效氢原子的三条原则是：同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等同；同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等同；处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等同，乙烯分子中的4个H等同， 苯分子中的6个氢等同，(CH3)3CC(CH3)3上的18个氢原子等同。‎ ‎2．二取代或多取代产物数目的判断 定一移一或定二移一法。对于二元取代物同分异构体的数目判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。‎ 提炼3　同分异构体的常见题型与同分异构体的书写步骤 ‎1．常见题型有 ‎(1)限定范围书写或补写同分异构体。‎ ‎(2)判断是否是同分异构体。‎ 方法：先看分子式是否相同，再看结构是否不同。对结构不同的要从两个方面来考虑：一是原子或原子团的连接顺序；二是原子或原子团的空间位置。‎ ‎(3)判断取代产物同分异构体的数目。‎ 方法：分析有机物的结构特点，确定不同位置的氢原子种数，再确定取代产物同分异构体数目；或者依据烃基的同分异构体数目进行判断。‎ ‎2．同分异构体的书写步骤 ‎(1)先判断该有机物是否有类别异构。‎ ‎(2)就每一类物质，先写出碳链异构体，再写出官能团的位置异构体。‎ ‎(3)碳链异构体按“主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边”的规律书写。‎ ‎(4)检查是否有书写重复或书写遗漏，根据“碳四价”原理检查是否有书写错误。‎ ‎3．同分异构体的书写规律 ‎(1)烷烃：烷烃只存在碳链异构，书写时应注意要全而不重复，具体规则如下：成直链，一条线；摘一碳，挂中间；往边移，不到端；摘二碳，成乙基；二甲基，同、邻、间。‎ ‎(2)具有官能团的有机物，一般书写的顺序：碳链异构→位置异构→‎ 官能团异构。‎ ‎(3)芳香族化合物：取代基在苯环上的相对位置有邻、间、对3种。‎ ‎4．常见的几种烃基的异构体数目 ‎(1)C3H7—：2种，结构简式分别为CH3CH2CH2—，。‎ ‎(2)C4H9—：4种，结构简式分别为CH3CH2CH2CH2—，‎ ‎(3)C5H11—：8种。‎ ‎———————命题热点·探究———————‎ 命题热点1　同分异构体数目的判断 ‎(对应学生用书第84页)‎ ‎■对点练——沿着高考方向训练·‎ ‎1．(2017·湖南长沙考前演练)有机物(CH3)2CHCH2CH3的二氯代物有(　　) ‎ A．9种 B．10种 C．11种 D．12种 B　[该有机物的碳架为，先在1号碳上取代一个H原子，那么取代第二个H的方法有5种(1、2、3、4、5)；先取代2号碳上的H原子，那么取代第二个H原子的方法有2种(3、4)；先取代3号碳上的H原子，那么取代第二个H原子的方法有2种(3、4)；还有最后一种情况，在4号碳上取代两个H原子。综上所述，该有机物共有10种二氯代物，B正确。]‎ ‎2．分子式为C5H8O3并能使新制Cu(OH)2悬浊液溶解，继续加热会出现砖红色沉淀的有机物有(不含立体异构)(　　) ‎ A．3种 B．4种 ‎ C．5种 D．6种 C　[分子式为C5H8O3(不饱和度为2)并能使新制Cu(OH)2悬浊液溶解，继续加热会出现砖红色沉淀，说明有机物分子中含有1个羧基、1个醛基，丁酸有2种结构：CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH，当丁酸为CH3CH2CH2COOH时，一元取代物有3种，当丁酸为(CH3)2CHCOOH时，一元取代物有2种，所得结构共有5种。]‎ ‎3．心环烯的结构简式如图所示，它的一氯代物有(　　)‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 A　[1个心环烯分子由1个环戊烷和5个苯环组成，是全对称结构，每个顶点的氢原子化学环境完全相同，故心环烯的一氯代物只有1种。]‎ ‎4．(2017·广西5月份考前模拟)氧杂环丙烷的键线式如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．该有机物的分子式为C5H9O2‎ B．该有机物能与金属钠反应 C．该有机物的同分异构体(不考虑立体异构)中，能水解生成羧酸与醇的物质 ‎ 共有9种 D．该有机物的同分异构体(不考虑立体异构)中，属于羧酸的物质共有5种 C　[由键线式可知分子式为C5H10O2，A错误；只含醚键，与Na不反应，B错误；能水解生成羧酸与醇的物质为酯，丁酸与甲醇形成酯(2种)、丙酸和乙醇形成酯(1种)、乙酸和丙醇形成酯(2种)、甲酸与丁醇形成酯(4种)，共9种，C正确；羧酸中含—COOH，丁基有4种，则属于羧酸的有4种，D错误。]‎ ‎5．(2017·东北育才模拟)下列选项中有机物的同分异构体数目最多的是(　　)‎ A．分子式为C5H10的烃 B．分子式为C5H10O2的酯 C．甲苯()与氢气加成产物的一氯代物 D．金刚烷()的二氯代物 A　[分子式为C5H10的烃有CH2===CHCH2CH2CH3、CH3CH===CHCH2CH3、CH2===C(CH3)CH2CH3、CH2===CHCH(CH3)2、(CH3)‎2C===CHCH3，另外还有环烷烃，即环戊烷、甲基环丁烷、乙基环丙烷或二甲基环丙烷(2种)，共10种；分子式为C5H10O2的酯有甲酸和丁醇形成的酯(4种)、乙酸和丙醇形成的酯(2种)、丙酸乙酯、丁酸和甲醇形成的酯(2种)，共9种；甲苯()与氢气加成产物是甲基环己烷，其一氯代物有5种；金刚烷的结构可看作是 由四个等同的六元环组成的空间构型，分子中含4个,6个—CH2—，如图：，其中1、3和5号碳为亚甲基，其余3种碳一样，共2种位置的H，所以该物质的二氯代物有：在1、2号碳，1、3号碳，1、4号碳上3种，均在2号碳上一种，在2、4号碳上有1种，还有2、与2不在同一个六边形的CH2上，所以总共6种。]‎ ‎■提能力——针对热点题型训练·‎ ‎(见专题限时集训T1、T4、T7、T8)‎ 命题热点2　限定条件下同分异构体书写与数目的判断 ‎■对点练——沿着高考方向训练·‎ ‎1．分子式为C10H14且苯环上的一氯代物有两种的有机物有(　　) ‎ A．3种 B．5种 ‎ C．6种 D．7种 B　‎ ‎[苯环上的一氯代物有两种，可能的情况有：苯环上有两个侧链，此时可将C10H14改写为R—C6H4—R′，若R为—CH3，则R′为—C3H7，则它们必处于对位，共有2种结构；若R为—C2H5，则R′为—C2H5，两者可处于邻位，有1种结构。苯环上有3个侧链，则有2个—CH3处于间位，另1个—C2H5位于两个—CH3的中间(相邻或相间)，共有2种结构。苯环上有4个侧链，则它们是4个甲基，此时一氯代物只能为1种，不符合。故符合条件的有机物的结构共有5种。]‎ ‎2．分子式为C10H12O2的芳香族化合物中，有两个侧链且能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(无其他环且不含立体异构)(　　)‎ A．5种 B．8种 C．12种 D．15种 D　[分子式为C10H12O2的芳香族化合物，由于含有两个侧链，故含有—C6H4—；能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体，则分子中含有羧基(—COOH)。故苯环的侧链可以为C3H7—(2种结构)和—COOH、C2H5—和—CH2COOH、CH3—和—CH2CH2COOH、—CH3和—CH(CH3)COOH，共5种情况，苯环上有邻、间、对三种位置关系，故符合条件的同分异构体共有5×3种＝15种。 ]‎ ‎3．(2017·东北育才模拟)已知下表中烷烃的某种同分异构体的一氯代物都只有一种结构，依据表中物质的分子式推测表中第六项应该为(　　)‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ CH4‎ C2H6‎ C5H12‎ C8H18‎ C17H36‎ ‎…‎ C53H108‎ C80H162‎ A.C22H46 B．C26H54‎ C．C30H62 D．C32H66‎ B　[要满足一氯代物都只有一种结构，说明分子中所有氢原子完全相同，即除了甲烷以外其余烷烃分子中均是甲基，且结构对称。新戊烷含有4个甲基，C8H18含有6个甲基，则后一项相当于是一个C原子上连接4个C(CH3)3。同样类推后一项应该是在前一项的基础上增加9个甲基，即分子式是C26H54。]‎ ‎4．写出符合下列条件且与互为同分异构体的有机物的结构简式________。‎ ‎①能发生银镜反应　②水解产物之一遇FeCl3溶液显色　③分子中含有4种不同化学环境的氢 ‎【解析】　的分子式为C9H11NO2。能发生银镜反应，说明分子中含有醛基(—CHO)；能水解，说明分子中含有酯基(—COO—)，而分子中只有2个氧原子，故只能形成HCOO—；水解产物之一遇FeCl3溶液显色，即水解产物的分子中有酚羟基，说明HCOO—直接与苯环相连()，此结构中共有4种不同化学环境的氢；而分子中含有4种不同化学环境的氢，故后连接的基团不能影响氢的种类，因此，可以在对位接1个只含有1种氢 的基团()，也可以在对位连接1个只含有1种氢的基团，同时在对称位置上连接两个只含有1种氢的相同基团(或)。‎ ‎【答案】　‎ ‎5．写出与互为同分异构体且苯环上的一氯代物只有一种的有机物的结构简式__________________(要求写出三种即可)。‎ ‎【解析】　的分子式为C8H10O2，不饱和度为4，故除苯环外，侧链均为饱和结构。苯环上的一氯代物只有1种，则苯环上可能有5个侧链，但根据分子式可知，不可能有5个侧链；可能有4个侧链，4个侧链中有两组相同的基团，且相同的两个基团处于对称位置；可能有两个相同的侧链，分 别处于对位；形成的有机物可以是醇、酚或醚。据此可写出以下结构：，共7种。‎ ‎【答案】　见解析，写出任意三种即可。‎ ‎[方法技巧]‎ 限定条件下同分异构体书写方法 限定条件的同分异构体的结构简式书写，可以遵循以下步骤：‎ ‎(1)判类别：据有机物的分子组成判定其可能的类别异构(一般用通式判断)。‎ ‎(2)写碳链：据有机物的类别异构写出各类异构可能的碳链异构。一般采用“减链法”，可概括为写直链，一线串；取代基，挂中间；一边排，不到端；多碳时，整到散。即①写出最长碳链，②‎ 依次写出少一个碳原子的碳链，余下的碳原子作为取代基，找出中心对称线，先把取代基挂主链的中心碳，依次外推，但到末端距离应比支链长，③多个碳作取代基时，依然本着由整到散的准则。‎ ‎(3)移官位：一般是先写出不带官能团的烃的同分异构体，然后在各个碳链上依次移动官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先上一个官能团，依次上第二个官能团，依次类推。‎ ‎(4)氢饱和：按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和，就可得所有同分异构体的结构简式。 ‎ ‎■提能力——针对热点题型训练·‎ ‎(见专题限时集训T2、T3、T5、T6、T9、T10)‎ 复习效果验收| 真题试做　预测尝鲜 ‎■体验高考真题·‎ ‎1．(1)(2016·全国Ⅱ卷节选)具有一种官能团的二取代芳香化合物W是E()的同分异构体，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成‎44 g CO2，W共有________种(不含立体异构)，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为________。‎ ‎(2)(2016·全国乙卷节选)G()的同分异构体中，与G具有相同官能团且能发生银镜反应的共有________种。(不含立体异构)‎ ‎(3)(2015·全国Ⅱ卷节选)D[HOOC(CH2)3COOH]的同分异构体中能同时满足下列条件的共有______________种(不含立体异构)；‎ ‎①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体 ‎②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应 其中核磁共振氢谱显示为3组峰，且峰面积比为6∶1∶1的是________________(写结构简式)。‎ ‎【解析】　(1)W为二取代芳香化合物，因此苯环上有两个取代基，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，说明W分子结构中含有两个羧基，还有两个碳原子，先将两个羧基和苯环相连，如果碳原子分别插入苯环与羧基间，有一种情况，如果两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；如果2个碳原子只插入其中一个苯环与羧基之间，有—CH2CH2‎ ‎—和—CH(CH3)—两种情况，两个取代基分别在苯环上邻、间、对位，有6种 同分异构体；再将苯环上连接一个甲基，另一个取代基为一个碳原子和两个羧基，即—CH(COOH)2有一种情况，两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；因此共有12种同分异构体，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为 ‎。‎ ‎(2)能发生银镜反应，则分子中含有醛基，且与G含有相同的官能团，符合条件的G的同分异构体应为甲酸酯类，分别为 ‎(3)D的结构简式为HOOC(CH2)3COOH，其同分异构体满足条件：①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体，说明含有—COOH；②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应，说明含有—CHO和—COO—(酯基)，结合D的分子式分析可知，其同分异构体为甲酸酯，含有(HCOO—)结构，则符合条件的同分异构体有5种结构，分别为 核磁共振氢谱显示为3组峰，说明该有机物分子中有3种不同化学环境的氢原子；又知峰面积比为6∶1∶1，说明3种氢原子的个数比为6∶1∶1，该有机物的结构简式为。‎ ‎【答案】　‎ ‎(2)8‎ ‎(3)5　‎ ‎2．(2016·全国Ⅱ卷)分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)(　　)‎ A．7种 B．8种 C．9种 D．10种 C　[有机物C4H8Cl2的碳骨架有两种结构：‎ C—C—C—C，。‎ ‎(1)碳骨架为C—C—C—C的同分异构体有 ‎(2)碳骨架为的同分异构体有 则C4H8Cl2的同分异构体共有9种。]‎ ‎3．(2015·全国Ⅱ卷)分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构)(　　)‎ A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 B　[分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物属于羧酸，其官能团为—COOH，将该有机物看作C4H9—COOH，而丁基(C4H9—)有4种不同的结构，分别为CH3CH2CH2CH2—、(CH3)2CHCH2—、(CH3)‎3C—、，从而推知该有机物有4种不同的分子结构。]‎ ‎■预测2018年高考·‎ ‎[考情预测]　有机物同分异构体的书写与判断是高考最稳定的考点，能很好考查考生有序思维能力和空间想象能力，既有选择题也有非选择题。预测2018年会延续一贯的考查风格，在限制条件设置上会有适当的创新。‎ ‎1．已知苯()分子有一类氢原子，其中二氯代物有3种，萘()分子有两类氢原子，其中二氯代物有10种，蒽()分子有三类氢原子 ，其中二氯代物有(　　)‎ A．13种 B．15种 C．18种 D．20种 B　[蒽()分子有三类氢原子， 即，其一氯代物有三种，当一个氯在①位时，苯环上氢原子有9类；当氯在②位时，苯环上去除①位氢原子外，氢原子仍有5类；当氯在③位时，苯环上去除①、②位氢原子外，氢原子仍有1类，则二氯代物共有15种。]‎ ‎2．三位分别来自法国、美国、荷兰的科学家因研究“分子机器的设计与合成”‎ 而获得2016年诺贝尔化学奖，纳米分子机器日益受到关注，机器的“车轮”常用组件如下，下列说法正确的是 (　　) ‎ A．①③均能发生加成反应 B．①④互为同分异构体 C．①②③④均属于烃 D．①②③④的一氯代物均只有1种 A　[①中含有苯环，能够与氢气加成，③中含有碳碳双键，能够发生加成反应，A正确；①④分子中含有的碳原子数不同，化学式不同，不是同分异构体，B错误；③中只含有碳原子，不属于烃，C错误；③中没有氢原子，没有一氯代物，④中明显含有2种氢原子，一氯代物有2种，D错误。]‎