高中 化学 必修 第二册 第七章 有机化合物《第一节 第2课时 同系物 同分异构体》教学设计

第2课时同系物同分异构体[学习目标]1.了解同系物、同分异构体的概念，学会判断简单烷烃的同分异构体。2.掌握简单烷烃同分异构体的书写方法。任务一同系物同分异构体1．同系物(1)概念：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。(2)实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。(3)判断有机物之间是否互为同系物的方法：①同系物间的分子结构相似，属于同一类物质；②同系物间的组成上相差一个或若干个CH2原子团。[交流研讨1]CH2=CHCH3和的组成相同，二者中哪一个与CH2=CH2互为同系物？由此判断，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物一定是同系物吗？提示：CH2=CH2与互为同系物的是CH2=CHCH3，因为CH2=CH2和CH2=CHCH3分子中都含有，结构相似，且分子组成上相差1个CH2原子团。分子中含碳碳单键而不含双键，化学键类型不同，结构不相似。由此可知分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物结构不一定相似，故不一定是同系物。2．同分异构体(1)同分异构体的概念①同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。②同分异构体：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。(2)同分异构体的种类数①随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体的数目也就越多。②甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种，戊烷有3种，己烷有5种，而癸烷有75种。(3)同分异构体的性质①物理性质不同。如正丁烷和异丁烷的熔点、沸点不同。②化学性质可能相似也可能不同。[交流研讨2]结合下列球棍模型，回答问题：(1)写出分子式：①________，②________。提示：C4H10C4H10(2)分别写出结构式、结构简式和键线式(用键线来表示碳架，省略碳氢原子)。结构式：①______________、②______________；结构简式：①____________、②____________；键线式：①____________、②____________。提示：①CH3CH2CH2CH3②①②1．正误判断，错误的说明原因。(1)同系物的化学性质一定相似，一定具有相同的通式：________________________。(2)互为同分异构体的有机物一定不互为同系物：______________________________________________________________________________________________________。(3)互为同分异构体：_____________________________________________________________________________________________________。答案：(1)正确(2)正确(3)错误。二者分子式相同，结构相同，应属于同一种物质2．概念是化学学习的基础，下列说法错误的是()A．eq\o\al(129,54)Xe与eq\o\al(131,54)Xe互为同位素B．二聚硫(S2)与环八硫(S8)互为同素异形体答案：D解析：根据甲烷是正四面体结构可知与是同种物质，两者不互为同分异构体，D错误。3．请根据图中所示的结构，思考下列问题(填序号)。与①互为同分异构体的是________。与③互为同分异构体的是________。与⑥互为同分异构体的是________。答案：②④⑤⑧⑨⑦同位素、同素异形体、同系物、同分异构体概念的比较同位素同素异形体同系物同分异构体概念质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素由同种元素形成的不同单质结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物分子式相同，但结构不同的化合物续表同位素同素异形体同系物同分异构体对象原子单质有机化合物有机化合物性质化学性质几乎完全相同，物理性质略有差异化学性质相似，物理性质差异较大化学性质相似，熔沸点、密度呈规律性变化化学性质相似或不同，物理性质有差异任务二烷烃同分异构体的书写1．烃基烃分子失去1个氢原子后所剩余的部分叫做烃基，如甲基：—CH3，乙基：—CH2—CH3。2．同分异构体[交流研讨1]写出己烷(C6H14)的同分异构体。提示：第一步，将分子中全部碳原子连成直链作为主链：C—C—C—C—C—C。第二步，从主链的一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链对称轴(虚线)一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：第三步，从主链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)，依次连在主链对称轴一侧的各个碳原子上；或将这两个碳原子作为两个支链(即两个甲基)，先固定一个支链的位置，然后确定另一个支链的位置，此时碳骨架结构有两种：第四步，根据“碳四价”原则，补上氢原子，得到如下5种同分异构体：CH3CH2CH2CH2CH2CH3、书写同分异构体的方法1．找出主链(最长的碳链)的对称轴，避免重复书写。主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边；排布同、邻、间。2．主链上的链端碳原子不能连接取代基，主链上的第二个碳原子不能连接乙基，以保证不改变主链，避免写出重复的结构。3．书写时不能只写碳骨架，应满足碳原子4个价键的要求，添上相应数目的其他原子。[交流研讨2]在己烷的所有同分异构体中，有2个甲基(—CH3)的结构有________种，有3个甲基的结构有______种，有4个甲基的结构有______种。提示：1223.等效氢原子[交流研讨3]写出戊烷(C5H12)所有的结构简式并标明不同化学环境氢原子的种类。提示：CH3CH2CH2CH2CH3(3种)、(4种)、(1种)。判断不同化学环境中氢原子的种类数(等效氢原子)1．连接同一碳原子的氢原子是等效的。2．连接同一碳原子的相同基团上的氢原子是等效的。3．处于对称位置上相同基团上的氢原子是等效的。例：共有2种不同化学环境的氢原子；共有2种不同化学环境的氢原子。1．(2023·成都树德中学高一月考)下列关于同系物及同分异构体(不含立体异构)的说法正确的是()A．通式相同的一系列物质一定互为同系物B．相对分子质量相同的不同化合物互称为同分异构体C．分子式为C4H9Cl的同分异构体有4种D．分子式为C6H14的烃，主链含4个碳原子的同分异构体有3种答案：C解析：结构相似，分子组成相差1个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物，A错误；分子式相同而结构不同的有机物一定互为同分异构体，相对分子质量相同的化合物，分子式不一定相同，B错误；分子式为C6H14的烃，主链含4个碳原子，则支链只能是两个甲基，这两个甲基可以连在同一个碳上也可以连在不同碳上，所以同分异构体有2种，D错误。2．下列物质的氢原子种类有4种的是()A．CH3CH2CH3B．CH3CH2CH(CH3)CH2CH3C．(CH3)3CC(CH3)3D．CH3CH2CH(CH2CH3)2答案：B解析：氢原子种类分别为：CH3CH2CH3有2种，CH3CH2CH(CH3)CH2CH3有4种，(CH3)3CC(CH3)3有1种，CH3CH2CH(CH2CH3)2有3种。1．下列相关说法正确的是()A．16O2和18O3互为同位素B．互为同分异构体C．CH3CH2CH2CH3和互为同系物D．为同一种物质答案：D解析：16O2和18O3都是氧元素的单质，两者互为同素异形体，A错误；由于乙烷分子中碳原子和周围4个原子所成价键为单键，空间结构为四面体，且单键可以旋转，所给物质为同一物质，B错误；CH3CH2CH2CH3和分子式都为C4H10，结构不同，互为同分异构体，C错误。2．下列各组物质中互为同系物的是()A．CH3CH=CH2和CH3CH2CH2CH=CH2B．CH3CH3和CH3CH=CH2C．CH3CH2CH3和CH3CH=CH2D．CH3CH2CH=CH2和CH3CH2CH2CH3答案：A解析：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物，B、C、D三个选项中分别给出的两种物质结构不相似，分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团，所以B、C、D三项均不符合题意。3．下列化合物的氢原子种类数大小排列顺序正确的是()①CH3CH2CH2CH2CH2CH3②(CH3)2CHCH(CH3)2③(CH3)3CCH2CH3④(CH3)3CC(CH3)3A．①＞②＞③＞④ B．③＝①＞②＞④C．③＞②＞④＞① D．②＞③＝①＞④答案：B4.下列各组微粒或物质：A．O2和O3B.eq\o\al(12,6)C和eq\o\al(13,6)C(1)________组两种微粒互为同位素(填字母，下同)。(2)________组两种物质互为同素异形体。(3)________组两种物质属于同系物。(4)________组两种物质互为同分异构体。(5)________组两种物质是同一物质。答案：(1)B(2)A(3)C(4)E(5)D课时测评15同系物同分异构体(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一同系物、同分异构体的概念及判断1．下列有机物中，存在同分异构体的是()A．CH4 B．CH3CH3C．CH3CH2CH3 D．CH3CH2CH2CH3答案：D解析：CH4、CH3CH3和CH3CH2CH3均只有一种结构，不存在同分异构体，A、B、C错误；CH3CH2CH2CH3(正丁烷)与(异丁烷)互为同分异构体，D正确。2．(2024·浙江宁波高一期末)下列说法正确的是()A．35Cl2和37Cl2互为同素异形体B．D和T互为同位素C．是同分异构体D．甲烷和环己烷互为同系物答案：B解析：A.同素异形体是同种元素形成的不同单质，35Cl2和37Cl2是氯的同种单质，故A错误；B．D和T是氢元素的两种不同原子，互为同位素，故B正确；C.的结构完全相同，是同一种物质，故C错误；D.甲烷是链状饱和烃，而环己烷是环状饱和烃，结构不同，不互为同系物，故D错误。3．下列关于正丁烷(CH3—CH2—CH2—CH3)、异丁烷的说法错误的是()A．它们互称同分异构体B．它们的一氯代物都各有2种C．它们互称同系物D．正丁烷和异丁烷化学性质相似答案：C解析：A.正丁烷、异丁烷的分子式均为C4H10，且结构不同，互为同分异构体，故A正确；B.正丁烷(C1H3—C2H2—C3H2—C4H3)是对称的，1号与4号碳等效，2号与3号碳等效，所以有2种等效氢，异丁烷中3个甲基是等效的，所以有2种等效氢，所以它们的一氯代物都各有2种，故B正确；C.它们互称同分异构体，不是同系物，故C错误；D.正丁烷和异丁烷中碳原子之间均为C—C单键，化学性质相似，故D正确；故选C。4．(2024·上海奉贤区期末)下列说法正确的是()A．凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，彼此一定是同系物B．两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则两者一定是同分异构体C．相对分子质量相同而结构不同的有机物一定是同分异构体D．同系物一定具有相同的通式答案：D解析：A.同系物的结构应相似，如CH2=CH2、相差一个CH2原子团，但不是同系物，故A错误；B.组成元素相同，各元素质量分数也相同，即最简式相同，最简式相同，不一定分子式相同，故B错误；C.分子式相同而结构不同的有机物是同分异构体，相对分子质量相同不等于分子式相同，如CO和C2H4，故C错误；D.同系物的结构应相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团，所以同系物一定具有相同的通式，故D正确。5．下列说法中不正确的是()A．C4H10有2种同分异构体B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物不一定互为同分异构体C．同分异构体之间的转化是化学变化D．互为同分异构体答案：D解析：C4H10有两种同分异构体，即CH3CH2CH2CH3和，A正确；相对分子质量相同，但分子式不一定相同，故相对分子质量相同，结构不同的两种化合物不一定是同分异构体，B正确；同分异构体为不同的物质，故它们之间的转化是化学变化，C正确；为同一种物质，不是同分异构体，D错误。题点二同分异构体数目的判断6．根据下表中烃的分子式排列规律，判断空格中烃的同分异构体数目是()12345678CH4C2H4C3H8C4H8C6H12C7H16C8H16A.3种 B．4种C．5种 D．6种答案：A7．主链上有5个碳原子，含甲基、乙基两个支链的烷烃有()A．5种 B．4种C．3种 D．2种答案：D8．下列分子式只表示一种物质的是()A．C3H7Cl B．C5H12C．CH2Cl2 D．C4H10答案：C解析：C3H7Cl可以是CH2ClCH2CH3或CH3CHClCH3，A项错误；C5H12是戊烷，具有三种结构，B项错误；CH2Cl2只有一种结构，C项正确；C4H10可以是正丁烷或异丁烷，D项错误。9．相对分子质量为100的某链状烷烃M，其分子中含有4个甲基，则M的结构有()A．3种 B．4种C．5种 D．6种答案：B解析：链状烷烃的通式为CnH2n＋2，相对分子质量为100，则有12n＋2n＋2＝100，解得n＝7，所以该烷烃的分子式为C7H16，分子中含有4个甲基的结构有10．符合C4H9Cl分子式的同分异构体有几种()A．7 B．2C．4 D．3答案：C解析：C4H10的同分异构体有：CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH3，CH3CH2CH2CH3分子中有2种化学环境不同的H原子，其一氯代物有2种；CH3CH(CH3)CH3分子中有2种化学环境不同的H原子，其一氯代物有2种；故C4H9Cl的同分异构体共有4种；答案选C。11．(2024·安徽马鞍山高一期中)据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60；4H是主要来源于宇宙射线的初级粒子，人类在月球上发现了储量丰富的3H。下列说法正确的是()A．N60与C60互为同素异形体B．3H2与4H2互为同位素C．C2H4和C3H6可能互为同系物D．3H2O与4H2O互为同分异构体答案：C12．下列说法不正确的是()A．烷烃的通式为CnH2n＋2，随着n的增大，碳元素的质量分数逐渐增大B．互为同系物C．烷烃分子中一定含有碳碳单键D．分子式为C5H12的烷烃的一氯代物可能有一种答案：C解析：A.烷烃的通式为CnH2n＋2，随着分子中n的增大，碳元素的质量分数将逐渐增大，A正确；B.两者中C原子之间以单键结合，剩余价电子全部与H原子结合，二者结构相似，在分子组成上相差1个CH2原子团，因此二者互为同系物，B正确；C．烷烃分子中若只有1个C原子，该烷烃是甲烷，分子中就不存在碳碳单键，C错误；D.分子式为C5H12表示的烷烃有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种，若为新戊烷，其分子中只有一种H原子，其一氯代物只有一种，