专题13-同分异构体的判断与书写(人教版2019必修第二册)(解析版)

2021-2022学年高一化学期末复习重点专题突破专题13同分异构体的判断与书写方法探究1．同分异构体的种类、书写思路2．常用的同分异构体的推断方法(1)由烃基的异构体数推断判断只有一种官能团的有机物的同分异构体种数时，根据烃基的异构体数判断较为快捷。如判断丁醇的同分异构体时，根据组成丁醇可写成C4H9—OH，由于丁基有4种结构，故丁醇有4种同分异构体。(2)由等效氢原子推断碳链上有几种不同的氢原子，其一元取代物就有几种同分异构体。一般判断原则：①同一种碳原子上的氢原子是等效的；②同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的；③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。(3)用替换法推断如一个碳碳双键可以用环替换；碳氧双键可以用碳碳双键替换并将氧原子移到他处；又如碳碳三键相当于两个碳碳双键，也相当于两个环。不同原子间也可以替换，如二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体，四氯苯C6H2Cl4也有3种同分异构体。(4)用定一移一法推断对于二元取代物同分异构体的判断，可固定一个取代基的位置，再改变另一个取代基的位置以确定同分异构体的数目。3．同分异构体的书写口诀主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边(一边走，不到端，支链碳数小于挂靠碳离端点位数)；排布由对到邻再到间；最后用氢原子补足碳原子的四个价键。典例剖析例1某单烯烃与加成后的产物为，则该烯烃可能的结构简式有A．1种 B．2种 C．3种 D．4种【答案】C【详解】将相邻的两个含有氢原子的碳原子之间的单键变双键即可，如在①②③④处均可使碳碳单键变为碳碳双键，但①②处位置是等效的，所以该烯烃可能的结构简式有3种。答案选C。例2(1)有四种烷烃①甲烷②乙烷③丙烷④丁烷，请回答下列问题(填序号)：①相同状况下，等体积的上述气态烃充分燃烧，消耗氧气的量最多的是___________。②等质量的上述气态烃，在充分燃烧时，消耗氧气的量最多的是___________。(2)某有机物的结构简式如下：①该物质苯环上的一氯代物有___________种。②1mol该物质和溴水混合，消耗Br2的物质的量为___________mol。③1mol该物质和H2加成最多需H2___________mol。④下列说法不正确的是___________(填字母)。A．此物质可发生加成、取代、氧化等反应B．该物质易溶于水C．该物质能使溴水褪色D．该物质能使酸性高锰酸钾溶液褪色E．该物质的分子式是C15H18【答案】④①425B【详解】（1）①甲烷的分子式为CH4，乙烷的分子式为C2H6，丙烷的分子式为C3H8，丁烷的分子式为C4H10，相同状况下，等体积时，气体的物质的量相同，设烷烃通式为CnH2n+2，消耗氧气取决于，可知丁烷中n最大，即丁烷消耗O2的量最多，故答案为：④；②最简式分别为CH4、CH3、CH2.6、CH2.5，显然甲烷中H的质量分数w(H)最大，则等质量时甲烷消耗O2的量最多，故答案为：①；（2）①根据有机物的结构简式可知苯环上的4个氢原子均不同，则该物质苯环上的一氯代物有4种；②碳碳双键能与溴水反应，则1mol该物质和溴水混合，消耗Br2的物质的量为2mol；③苯环和碳碳双键均能与氢气发生加成反应，则1mol该物质和H2加成最多需5molH2；④分子中含有碳碳双键和苯环，此物质可发生加成、取代、氧化等反应，A正确；烃类物质难溶于水，B错误；碳碳双键能与溴水发生加成反应，故该物质能使溴水褪色，C正确；分子中含有碳碳双键，该物质能使酸性KMnO4溶液褪色，D正确；根据有机物的结构简式可知其分子式是C15H18，E正确。精选习题1．下列关于有机化合物的说法不正确的是A．CH2BrI无同分异构体，可证明甲烷是正四面体结构，不是平面正方形结构B．间二溴苯只有一种结构，可以证明苯分子中无单键和双键交替出现的环状结构C．分子式为C6H12的烃，所有碳原子一定在同一平面的有机物只有一种结构D．C4H8BrI有12种同分异构体【答案】B【详解】A．若甲烷是平面正方形结构，则和互为同分异构体，但CH2BrI无同分异构体，可证明甲烷是正四面体结构，不是平面正方形结构，故A正确；B．不论苯分子中有没有单键和双键交替出现的结构，间二溴苯都只有一种结构，所以不能用间二溴苯只有一种结构来证明苯分子中无单键和双键交替出现的环状结构，可以用邻二溴苯只有一种结构，证明苯分子中无单键和双键交替出现的环状结构，故B错误；C．分子式为C6H12的烃，所有碳原子一定在同一平面的有机物只有一种结构，即，其他结构所有碳原子不可能在同一平面，故C正确；D．C4H8BrI可以看做是丁烷分子中的两个氢原子被Br和I代替。丁烷有两种同分异构体：正丁烷和异丁烷。正丁烷中的2个H被Br和I代替有8种不同的结构：溴原子连在第一个碳原子上，则碘原子有4种不同的位置：；溴原子连在第二个碳原子上，碘原子同样有4种不同的位置：。异丁烷中的2个H被Br和I代替有4种不同的结构：溴原子连在第一个碳原子上，则碘原子有3种不同的位置：；溴原子连在第二个碳原子上，碘原子连在其余3个碳原子的任何一个碳原子都相同，只有1种位置：，所以共有12种同分异构体，故D正确；故选B。2．下列有机物中，一氯取代物有2种的是①②③CH3CH2CH3④A．全部 B．①③ C．②④ D．②③【答案】D【解析】【分析】根据等效氢判断，分子中有几种氢原子，其一氯代物则有几种同分异构体，分子中等效氢原子一般有如下情况：分子中同一甲基上连接的氢原子等效；同一碳原子所连的氢原子等效，同一碳原子所连甲基上的氢原子等效；处于镜面对称位置上的氢原子等效。【详解】①分子中有3种氢原子，其一氯代物有3种同分异构体；②为对称结构，分子中有2种氢原子，其一氯代物有2种同分异构体；③CH3CH2CH3为对称结构，分子中有2种氢原子，其一氯代物有2种同分异构体；④为对称结构，分子中有1种氢原子，其一氯代物有1种，一氯取代物有2种的是②③，故选D。【点睛】考查同分异构体的书写，“等效氢法”是判断烃的一元取代物的同分异构体最常用的方法，注意等效氢原子判断是解答关键。3．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代烃的是A．CH3CH2CH2CH3 B．CH3CH(CH3)CH3C．C(CH3)4 D．CH3CH(CH3)CH2CH3【答案】C【解析】只生成一种一氯代烃，则烃分子中只有一种环境的H原子。A．CH3CH2CH2CH3有两种H原子，可以生成两种一氯代烃，A不选；B．CH3CH(CH3)CH3有两种H原子，可以生成两种一氯代烃，B不选；C．C(CH3)4有一种H原子，可以生成一种一氯代烃，C选；D．CH3CH(CH3)CH2CH3有四种H原子，可以生成四种一氯代烃，D不选；答案是C。4．分子式为C3H4Cl2且含有结构的同分异构体有(不考虑立体异构)()A．3种B．4种C．5种D．6种【答案】C【解析】先写出含有结构的碳骨架：eq\o(C,\s\up6(①))=eq\o(C,\s\up6(②))—eq\o(C,\s\up6(③))，然后连接2个氯原子，其位置关系可能是：①①(即2个氯原子都位于①号碳原子上)、①②、①③、②③、③③，共5种，故选项C正确。5．因方法不当或思维不到位，导致漏写同分异构体或漏判同分异构体数目。则C5H11OH属于醇类的同分异构体共有A．5种 B．6种 C．7种 D．8种【答案】D【详解】C5H11OH属于醇类的同分异构体可以看作是戊烷中的1个氢原子被羟基取代生成的有机物，戊烷有正戊烷、异戊烷和新戊烷共3种同分异构体，其中含有的氢原子种类分别是3种、4种、1种，则戊醇就有8种，故选D。6．分子式为C4H8Cl2的同分异构体共有种A．7 B．8 C．9 D．10【答案】C【详解】先定碳骨架：C4有两种碳骨架、；再定一个氯原子：氯原子的位置有、，后动另一个氯原子：（因两个取代基相同，需要防止重复）、、、，因此C4H8Cl2的同分异构体共有4+2+3+0=9种；故选：C。7．分子式为C4H10O且可与金属钠反应放出氢气的有机物有(不考虑立体异构)（）A．3种 B．4种C．5种 D．6种【答案】B【解析】分子式为C4H10O且可与钠反应放出氢气的有机物可表示为C4H9—OH，由于C4H9—有4种结构，符合题意的同分异构体有4种。8．化合物的结构简式如图所示，下列说法正确的是A．三种物质中只有b、c互为同分异构体B．a、b、c均有5种不同化学环境的氢原子C．a、b、c均能发生催化氧化反应、取代反应、加成反应D．与c互为同分异构体的同类物质还有5种(不考虑立体异构)【答案】D【详解】A．三种物质中a、b、c分子式都是C8H8O2，分子式相同，结构不同，因此三种物质都互为同分异构体，A错误；B．a分子中含有5种不同化学环境的氢原子；b分子中有5种不同化学环境的氢原子；而c分子中含有4种不同化学环境的氢原子，B错误；C．a分子中含有醇羟基，能够取代反应；由于羟基连接的C原子上含有H原子，因此能够发生催化氧化反应；分子中含有不饱和的碳碳双键，能够发生加成反应；物质b分子中含有羧基，能够取代反应；含有苯环，能够发生加成反应；但无醇羟基，因此不能发生催化氧化反应；物质c分子中含有酯基，能够发生水解反应(水解反应属于取代反应)；分子中含有苯环，能够发生加成反应，但无醇羟基，因此不能发生催化氧化反应，C错误；D．c属于酯，与c互为同分异构体的同类物质，可以是、、、、，共有5种不同结构，D正确；故合理选项是D。9．某烯烃与H2加成后的产物是，则该产物与溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有()A．2种 B．4种 C．5种 D．8种【答案】C【解析】分子中，氢原子共有5种，所以产物与溴蒸汽光照所得到的一溴代物可能有5种，故选C。10．烷烃是单烯烃R和H2发生加成反应后的产物，则R可能的结构有A．4种 B．5种 C．6种 D．7种【答案】B【解析】根据烯烃与H2加成反应的原理，推知该烷烃分子中相邻碳原子上均带氢原子的碳原子间是对应烯烃存在碳碳双键的位置，故符合条件的烯烃分子有5种，即选项B正确。故选B。11．下列烷烃的所有的同分异构体中，存在某种同分异构体的一氯代物只有1种，则该烷烃的分子式可能是A．C3H8 B．C4H10 C．C5H12 D．C6H14【答案】C【分析】一氯代物只有1种说明分子中只有一种类型的氢原子，据此分析解答。【详解】A．C3H8为丙烷，结构简式为CH3CH2CH3，有两种类型的氢原子，不符合题意，故A不选；B．C4H10有正丁烷(CH3CH2CH2CH3)和异丁烷[(CH3)2CHCH3]两种，都有两种类型的氢原子，不符合题意，故B不选；C．C5H12有正戊烷(CH3CH2CH2CH2CH3)、异戊烷[(CH3)2CHCH2CH3]和新戊烷[(CH3)4C]三种，只有新戊烷有一种类型的氢原子，符合题意，故选C；D．C6H14共有5种同分异构体，每种同分异构体至少有两种类型的氢原子，不符合题意，故D不选；答案选C。12．某烷烃可生成三种沸点不同的一氯代物A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3【答案】D【分析】某烷烃发生氯代反应后，只能生成三种沸点不同的一氯代产物，根据等效氢原子来判断各烷烃中氢原子的种类，有几种类型的氢原子就有几种一氯代物。【详解】A．(CH3)2CHCH2CH2CH3分子中含有5种化学环境不同的H原子，其一氯代物有5种，故A不符合；B．(CH3CH2)2CHCH3分子中含有4种化学环境不同的H原子，其一氯代物有4种，故B不符合；C．(CH3)2CHCH(CH3)2分子中含有2种化学环境不同的H原子，其一氯代物有2种，故C不符合；D．(CH3)3CCH2CH3分子中含有3种化学环境不同的H原子，其一氯代物有3种，故D符合；故选D。13．有机物A的分子式为C6H12O3，一定条件下，A与碳酸氢钠、钠均能产生气体，且生成的气体体积比（同温同压）为1:1，则A的结构最多有A．33种 B．31种 C．28种 D．19种【答案】B【解析】有机物A的分子式为C6H12O3，等量的有机物与足量的NaHCO3溶液、Na反应时产生的气体在相同条件下的体积比为1：1，说明有机物分子中含有1个-COOH、1个-OH，该有机物可以看作，C5H12中2个H原子，分别被-COOH、-OH代替，若C5H12为正戊烷：CH3CH2CH2CH2CH3，2个H原子分别被-COOH、-OH代替，羧基在1号碳上，此时剩余等效H为5种；羧基连在2号碳上，剩余等效为5种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有3种；若C5H12为异戊烷，羧基位于1号碳上，剩余等效H有5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H有3种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有4种；羧基连在4号碳上，剩余等效H有4种；若C5H12为新戊烷，羧基连在1号碳上，剩余等效H有2种，总共有31种，答案选B。14．分子式为C5H10O2并能与碳酸氢钠反应放出二氧化碳的有机物有(不含立体异构)A．2种 B．3种 C．4种 D．6种【答案】C【详解】与饱和NaHCO3溶液反应放出二氧化碳的有机物为羧酸，含有-COOH，另一个基团为-C4H9，共4种同分异构体，分别为；故选C。【点睛】熟练掌握碳原子数小于5的烃基的个数是解决本题的关键，甲基与乙基均1种，丙基2种、丁基4种等。15．分子中含有3个—CH3、2个—CH2—和1个，相对分子质量为86的烃的一氯代物（不考虑立体异构）有（）A．9种 B．6种 C．5种 D．4种【答案】A【解析】某烷烃相对分子质量为86，则该烷烃中含有碳原子数目为：N==6，为己烷；分子中含有3个-CH3、2个-CH2－和1个，则该己烷分子中只能含有1个支链甲基，不会含有乙基，其主链含有5个C，满足条件的己烷的结构简式为：①CH3CH（CH3）CH2CH2CH3，②CH3CH2CH（CH3）CH2CH3，其中①分子中含有5种位置不同的H，即含有一氯代物的数目为5；②分子中含有4种位置不同的H，则其一氯代物有4种，所以该结构的烃的一氯取代物最多可能有：5+4=9种。故选A。16．C8H8分子呈正六面体结构（如图所示），因而称为“立方烷”，它的二氯代物共有（）A．3种 B．6种 C．12种 D．24种【答案】A【解析】两个氯原子可以分别取代立方体同一棱上、面对角线上和体对角线上碳原子上的氢原子，因此C8H8的二氯代物有3种，故A正确。综上所述，答案为A。17．按要求完成下列各题：(1)同温同压下蒸气的密度是H2的43倍的烷烃的分子式为___________，其中一氯代物只有2种的结构简式为___________。(2)碳原子数是5的烷烃的同分异构体有___________种，其中含有甲基个数最多的结构简式为___________，该物质的习惯命名为___________。(3)分子中含有26个电子的烷烃的二氯代物有___________种，其不含甲基的结构简式为___________。(4)碳原子数小于10的烷烃中一氯代物只有一种结构的物质有___________种，其中含有碳原子个数最少的物质的电子式为___________。(5)请总结书写烷烃同分异构体的方法(至少两点)：___________。【答案】3新戊烷44①先写出碳原子数最多的直链烷烃，再将直链碳原子逐渐减少，减少的碳原子作为支链；②烷烃只存在碳链异构，可结合等效氢，借助取代产物的数目写出结构简式【详解】(1)同温同压下蒸气的密度是的43倍的烷烃的相对分子质量为，由烷烃的通式可知，此烷烃为，共有5种同分异构体，其中一氯代物只有2种的结构简式为。(2)碳原子数是5的烷烃的分子式为，其同分异构体分别是正戊烷、异戊烷和新戊烷，共3种，其中甲基最多的是，其烷烃的习惯命名是新戊烷。(3)碳原子核外电子数是6，H原子核外电子数是1，结合烷烃的通式可知，分子中含有26个电子的烷烃的分子式为，没有同分异构体，其二氯代物共有4种，其中不含甲基的结构简式为。(4)在碳原子数的所有烷烃的同分异构体中，一氯取代物只有一种的烷烃是甲烷、乙烷、2，2-二甲基丙烷和2，2，3，3-四甲基丁烷，共4种，其中含有碳原子数最少的是甲烷，其电子式为。(5)书写烷烃同分异构体的方法：①先写出碳原子数最多的直链烷烃，再将直链碳原子逐渐减少，减少的碳原子作为支链；②烷烃只存在碳链异构，可结合等效氢，借助取代产物的数目写出结构简式。18．有新合成的一种烃，其碳骨架呈三棱柱体（如图所示，碳碳键的键长相等）。（1）写出该烃的分子式：________________。（2）该烃的一氯代物有________种。（3）该烃的四氯代物有________种。（4）该烃的同分异构体有多种，其中一种不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，这种同分异构体的结构简式为________________。请写出该同分异构体与氢气反应的化学方程式并注明反应类型：________________________________。【答案】（1）（2）1（3）3（4）加成反应【解析】由结构可知，分子中含6个C原子、6个H原子；根据对称可知只有一种等效氢H原子；该烃的四氯代物与二氯代物相同，2个Cl在三角形面上相邻，在四边形面上相邻或相对；该烃的同分异构体中不能使酸性高锰酸钾溶液或溴水褪色，为苯，苯可与氢气发生加成反应，与液溴发生取代反应，据此分析。(1)根据有机物中每个碳原子都形成4个共价键及该有机物的结构简式，可知其分子式为C6H6；答案为：C6H6；(2)该烃分子中6个氢原子是等效氢原子，所以它的一氯代物只有1种；答案为：1；(3)该烃的四氯代物数目与该烃的二氯代物数目相同，有3种：固定一个氯原子在顶点碳原子上，如图中标1的位置：，另一个氯原子可以位于图中2、3、4三个位置；答案为：3；(4)该烃的同分异构体有多种，其中一种不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，说明这种同分异构体是苯，苯的结构简式是；苯与氢气发生加成反应（或还原反应）生成环己烷，即；答案为：；，加成反应。【点睛】分子中共有6个氢原子，四氯代物的书写方法可以转换成找二氯代物的书写，即4个氯原子取代氢的位置可以看成2个氢原子取代C6Cl6中氯原子的位置，用“定一议二”的方法书写即可。19．回答下列问题Ⅰ．下面列出了几组物质，请将物质的合适组号填写在空格上。A．金刚石和石墨B．.氧气(O2)与臭氧(O3)C．16O、17O和18OD．CH4和CH3CH2CH3E．乙烯和乙烷F．和G．和其中互为同位素的是___________，互为同系物的是___________，互为同分异构体的是___________。Ⅱ．在①CaCl2②C2H6③CO2④H2SO4⑤Na2O2⑥Ba(OH)2⑦NH4NO3⑧H2O2中，其中同时含有离子键、共价键的有___________(填序号，下同)，既含有极性键、又有非极性键的是___________。Ⅲ．(1)0.1mol某烃在足量的O2中燃烧，生成13.2gCO2和5.4gH2O，分子式为___________，某烷烃C的结构简式为CH3CH2CH(CH3)2，则该烃的一氯代物有___________种。(2)同温同压下某种烷烃A对H2的相对密度为43，则该烃的分子式为___________。【答案】CDFG⑤⑥⑦②⑧C3H64C6H14【详解】Ⅰ．16O、17O和18O质子数相同，中子数不同，三种微粒互为同位素，则互为同位素的选项是C；CH4和CH3CH2CH3分子结构相似，在分子组成上相差2个CH2原子团，因此二者互为同系物；和分子结构相似，在分子组成上相差1个CH2原子团，因此二者也互为同系物，故互为同系物的选项是DF；和分子式都是C5H12，结构不同，二者互为同分异构体，故互为同分异构体的选项是G；Ⅱ．Na2O2、Ba(OH)2、NH4NO3都是离子化合物，含有离子键。在Na2O2和Ba(OH)2的阴离子中都含有共价键，在NH4NO3的阴离子、阳离子中也都含有共价键，故既含有离子键，又含有共价键的化合物的序号是⑤⑥⑦；在C2H6中含有非极性键C-C和极性键C-H；在H2O2中含有非极性键O-O和极性键O-H，故既含有极性键、又有非极