第一節(jié)第2課時有機(jī)化合物中的共價鍵同分異構(gòu)現(xiàn)象

第一節(jié)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點第2課時有機(jī)化合物中的共價鍵同分異構(gòu)現(xiàn)象第一章有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點與研究方法[素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]

1．認(rèn)識有機(jī)化合物分子中共價鍵的類型、極性及其與有機(jī)反應(yīng)的關(guān)系，形成宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。2．能辨識同分異構(gòu)現(xiàn)象，建立有序思維模型，并運(yùn)用模型書寫和判斷有機(jī)化合物的同分異構(gòu)體。01知識點一知識點一有機(jī)化合物中的共價鍵

1．共價鍵的類型

(1)σ鍵和π鍵

實例形成方式特點σ鍵

氫原子的1s軌道與碳原子的一個sp3雜化軌道沿著兩個原子核間的鍵軸，以“________”的形式相互重疊通過σ鍵連接的原子或原子團(tuán)可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而不會導(dǎo)致化學(xué)鍵的破壞頭碰頭

實例形成方式特點π鍵

兩個碳原子未參與雜化的p軌道以“________”的形式從側(cè)面重疊通過π鍵連接的原子或原子團(tuán)______繞鍵軸旋轉(zhuǎn)肩并肩不能(2)一般規(guī)律①有機(jī)化合物中的單鍵是σ鍵，雙鍵中含有____個σ鍵和____個π鍵，三鍵中含有____個σ鍵和____個π鍵。②共價鍵的類型與有機(jī)反應(yīng)的類型密切相關(guān)：σ鍵能發(fā)生______反應(yīng)，π鍵能發(fā)生______反應(yīng)。例如：在乙烯分子中，碳原子的雜化方式為_________，C—H為

___________，

為_____________和_____，σ鍵鍵能______π鍵鍵能。π鍵不如σ鍵牢固，易斷裂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一一一兩取代加成sp2雜化sp2-sσ鍵sp2-sp2σ鍵π鍵大于2．共價鍵的極性與有機(jī)反應(yīng)(1)共價鍵的極性由于不同的成鍵原子間________的差異，共用電子對會發(fā)生偏移。偏移的程度越大，共價鍵極性越____，在反應(yīng)中越______發(fā)生斷裂。因此有機(jī)化合物的________及其鄰近的________往往是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性部位。電負(fù)性強(qiáng)容易官能團(tuán)化學(xué)鍵(2)乙醇與鈉、氫溴酸的反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)斷鍵分析

反應(yīng)放出氫氣，乙醇分子中極性較強(qiáng)的________斷裂

加熱條件下，乙醇分子中極性較強(qiáng)的________斷裂，發(fā)生______反應(yīng)氫氧鍵碳氧鍵取代(3)有機(jī)反應(yīng)的特點共價鍵的斷裂需要吸收能量，而且有機(jī)化合物分子中共價鍵斷裂的位置存在多種可能。相對無機(jī)反應(yīng)，有機(jī)反應(yīng)一般反應(yīng)速率較小，副反應(yīng)較多，產(chǎn)物比較復(fù)雜。乙烷、丙烯和乙炔分子中的化學(xué)鍵如圖所示：(1)根據(jù)上述結(jié)構(gòu)推測，乙烯和乙炔性質(zhì)是否有相似之處？為什么？提示：乙烯和乙炔分子的雙鍵和三鍵中均含有π鍵，都可以發(fā)生加成反應(yīng)。(2)從結(jié)構(gòu)上分析，丙烯的化學(xué)性質(zhì)為什么比乙烷活潑？提示：丙烯分子中含有π鍵，比乙烷分子中的C—Hσ鍵更易斷裂，更容易發(fā)生反應(yīng)。(3)乙炔分子與溴發(fā)生加成反應(yīng)時，消耗溴的量與丙烯分子有何不同？提示：乙炔分子中有2個π鍵，均能斷裂發(fā)生加成反應(yīng)，丙烯分子中只有1個π鍵，因此乙炔分子與溴發(fā)生加成反應(yīng)時消耗溴的量是丙烯分子的2倍。1．共價鍵的分類(1)根據(jù)原子軌道重疊方式分為σ鍵和π鍵。(2)根據(jù)共價鍵的極性分為極性鍵和非極性鍵。(3)根據(jù)共價鍵的共用電子對數(shù)分為單鍵、雙鍵和三鍵。2．σ、π鍵個數(shù)的計算一般情況下，有機(jī)化合物中的單鍵是σ鍵，雙鍵中含有一個π鍵和一個σ鍵，三鍵中含有一個σ鍵和兩個π鍵。3．共價鍵的類型與有機(jī)反應(yīng)類型的關(guān)系(1)烷烴分子中含有C—Hσ鍵，能發(fā)生取代反應(yīng)。(2)烯烴和炔烴分子的雙鍵和三鍵中均含有π鍵，能發(fā)生加成反應(yīng)。1．下列有機(jī)化合物中σ鍵與π鍵個數(shù)比為3∶2的是(

)A．CH3CH3

B．CH2==CH2C．CH≡CH D．CH4解析：A．CH3CH3中有7個σ鍵，沒有π鍵，故A不符合題意；B．CH2==CH2中有5個σ鍵，1個π鍵，故B不符合題意；C．CH≡CH中有3個σ鍵，2個π鍵，故C符合題意；D．CH4中有4個σ鍵，沒有π鍵，故D不符合題意?！獭?．相同條件下金屬鈉和水反應(yīng)與金屬鈉和無水乙醇反應(yīng)相比，前者較為劇烈的原因是(

)A．水是無機(jī)化合物，乙醇是有機(jī)化合物B．水的相對分子質(zhì)量小，乙醇的相對分子質(zhì)量大C．乙醇分子中羥基與乙基相連，受乙基影響，乙醇分子中的羥基不如水分子中的羥基活潑D．水是電解質(zhì)，乙醇是非電解質(zhì)√解析：水分子及乙醇分子中均含有羥基，水分子中羥基與H相連，乙醇分子中羥基與乙基相連，受乙基影響，乙醇分子中O—H的極性比水分子中O—H的極性弱，導(dǎo)致乙醇分子中的羥基不如水分子中的羥基活潑。02知識點二知識點二有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象

1．實例分析(以戊烷為例)物質(zhì)名稱正戊烷異戊烷新戊烷分子式C5H12結(jié)構(gòu)簡式_________________________

__________________________相同點分子式相同，都屬于烷烴不同點碳原子間的連接順序不同CH3CH2CH2CH2CH3C(CH3)42.同分異構(gòu)體(1)概念同分異構(gòu)結(jié)構(gòu)(2)特點互為同分異構(gòu)體的化合物之間分子組成______、相對分子質(zhì)量______、分子式______，但結(jié)構(gòu)______、性質(zhì)____________。相同相同不同不一定相同相同3．同分異構(gòu)現(xiàn)象的類型(1)構(gòu)造異構(gòu)碳骨架官能團(tuán)位置官能團(tuán)種類(2)立體異構(gòu)立體異構(gòu)有__________和__________等。順反異構(gòu)對映異構(gòu)(2)你能寫出乙酸、異丁烷、丁酮、乙酸乙酯的鍵線式嗎？(3)你能寫出異戊烷的一氯代物的結(jié)構(gòu)簡式嗎？1．等效氫法判斷有機(jī)化合物的一鹵代物判斷方法：有幾種等效氫原子，就有幾種一鹵代物。(1)同一碳原子上的氫原子是等效的，如CH4中的4個氫原子等效；(2)同一碳原子上所連的甲基上的氫原子是等效的，如C(CH3)4中的4個甲基上的12個氫原子等效；(3)處于對稱位置上的氫原子是等效的，如CH3CH3中的6個氫原子等效，乙烯分子中的4個氫原子等效，苯分子中的6個氫原子等效。2．有機(jī)化合物的組成和結(jié)構(gòu)的表示方法種類實例含義分子式CH4用元素符號和數(shù)字表示物質(zhì)分子組成的式子，可反映出一個分子中原子的種類和數(shù)目最簡式(實驗式)乙烷(C2H6)的最簡式為CH3①表示物質(zhì)組成的各元素原子最簡整數(shù)比的式子；②由最簡式可求最簡式量種類實例含義電子式

表示分子中各原子最外層電子成鍵情況的式子結(jié)構(gòu)式

表示分子中原子的結(jié)合或排列順序的式子，但不表示空間結(jié)構(gòu)種類實例含義球棍模型

小球表示原子，短棍表示價鍵，用于表示分子的空間結(jié)構(gòu)(立體形狀)空間填充模型

①用不同體積的小球表示不同大小的原子；②用于表示分子中各原子的相對大小和結(jié)合順序種類實例含義相互關(guān)系

√D．乙酸的分子式為C2H4O2，實驗式為CH2O，D不正確。2．下列各組物質(zhì)屬于官能團(tuán)異構(gòu)的是(

)A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2==CHCH2CH3和CH3CH==CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3

D．CH3CH2CH2OH和√解析：官能團(tuán)異構(gòu)是指有機(jī)化合物的分子式相同，但所含官能團(tuán)種類不同。A．兩種物質(zhì)屬于碳架異構(gòu)，A錯誤；B．官能團(tuán)都是碳碳雙鍵，兩種物質(zhì)屬于位置異構(gòu)，B錯誤；C．兩種物質(zhì)的官能團(tuán)分別為羥基和醚鍵，官能團(tuán)種類不同，屬于官能團(tuán)異構(gòu)，C正確；D．官能團(tuán)都是羥基，兩種物質(zhì)屬于位置異構(gòu)，D錯誤。√解析：A．(CH3)2CHCH2CH3分子中有4種等效氫原子，其一氯代物有四種，即能生成四種沸點不同的一氯代物；B．(CH3)3CCH2CH3分子中有三種等效氫原子，其一氯代物有三種，即能生成三種沸點不同的一氯代物；C．(CH3)2CH—CH(CH3)2分子中有兩種等效氫原子，其一氯代物有兩種，即能生成兩種沸點不同的一氯代物；D．(CH3)2CHCH2CH2CH3分子中有五種等效氫原子，其一氯代物有五種，即能生成五種沸點不同的一氯代物。03隨堂練學(xué)以致用解析：A項，乙炔的分子式為C2H2，實驗式為CH，錯誤?！?．(2022·云南高二學(xué)業(yè)考試)下列物質(zhì)中，互為同分異構(gòu)體的一組是(

)A．甲烷和乙烷 B．乙烯和丙烯C．正丁烷和異丁烷 D．一氯甲烷和二氯甲烷解析：A．甲烷和乙烷分子式不同，A錯誤；B．乙烯和丙烯分子式不同，B錯誤；C．正丁烷和異丁烷是分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的化合物，互為同分異構(gòu)體，C正確；D．一氯甲烷和二氯甲烷分子式不同，D錯誤?！?．下列關(guān)于丙烯(CH3—CH==CH2)的說法錯誤的是(

)A．丙烯分子中有8個σ鍵、1個π鍵B．丙烯分子中3個碳原子都采取sp3雜化C．丙烯分子中存在非極性鍵D．丙烯分子中最多有7個原子在同一平面√甲基碳原子采取sp3雜化，雙鍵碳原子采取sp2雜化，B錯誤；同種非金屬元素原子之間形成非極性鍵，則丙烯分子中碳原子間存在非極性鍵，C正確；碳碳雙鍵為平面結(jié)構(gòu)，甲基為四面體結(jié)構(gòu)，通過單鍵旋轉(zhuǎn)，丙烯分子中最多有7個原子在同一平面，D正確。√解析：A．該物質(zhì)有3種等效氫原子，一氯代物有3種；B．該物質(zhì)有4種等效氫原子，一氯代物有4種；C．該物質(zhì)有5種等效氫原子，一氯代物有5種；D．該物質(zhì)有2種等效氫原子，一氯代物有2種。5．如圖表示4個碳原子相互結(jié)合的方式。小球表示碳原子，小棍表示化學(xué)鍵，假如碳原子上其余的化學(xué)鍵都與氫原子結(jié)合。(1)圖示中屬于烯烴的是________(填字母，下同)。(2)在圖示的有機(jī)化合物中，存在π鍵的是________。(3)圖示中互為碳架異構(gòu)的是________________________；互為位置異構(gòu)的是__________________。(1)圖示中屬于烯烴的是________(填字母，下同)。答案：BEF

(2)在圖示的有機(jī)化合物中，存在π鍵的是______。答案：BDEFG

(3)圖示中互為碳架異構(gòu)的是________________________；互為位置異構(gòu)的是__________________。答案：A與C、B與F、E與F

B與E、D與G04課后測素養(yǎng)評價√√解析：A．NH4OCN和CO(NH2)2的分子式都為CH4N2O，二者結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體；B．CH3CH2OH和CH3OCH3的分子式都為C2H6O，二者結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體；C．CH3CH2COOH的分子式為C3H6O2，CH2==CHCOOH的分子式為C3H4O2，不互為同分異構(gòu)體；3．(2022·晉中高二檢測)下列有關(guān)有機(jī)化合物分子的敘述不正確的是(

)A．乙烯分子中有一個sp2-sp2σ鍵和一個p-pπ鍵B．乙炔分子中每個碳原子都有兩個未雜化的2p軌道，它們之間可形成兩個π鍵C．乙烷分子中兩個C原子均是sp3雜化，一共有6個σ鍵D．苯分子中每個碳原子均是sp2雜化√解析：A．乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH2==CH2，C原子為sp2雜化，碳碳雙鍵中含有一個sp2-sp2σ鍵和一個p-pπ鍵，正確；B．乙炔的結(jié)構(gòu)簡式為CH≡CH，C原子為sp雜化，每個碳原子都有兩個未雜化的2p軌道，形成兩個π鍵，正確；C．乙烷分子中存在6個C—H、1個C—C，一共有7個σ鍵，錯誤；D．苯分子中C原子形成3個σ鍵，為sp2雜化，分子中存在大π鍵，正確。解析：CH2==C(CH3)2和CH3CH==CHCH3的官能團(tuán)相同，屬于碳架異構(gòu)，C項錯誤?！?．乙酸、水和乙醇的分子結(jié)構(gòu)如表所示，三者結(jié)構(gòu)中的相同點是都含有羥基，下列說法錯誤的是(

)乙酸

水

乙醇CH3—CH2—OHA．羥基的極性：乙酸＞水＞乙醇B．與金屬鈉反應(yīng)的劇烈程度：水＞乙醇C．羥基連接不同的基團(tuán)可影響羥基的活性D．羥基極性不同的原因是羥基中的共價鍵類型不同√解析：與Na反應(yīng)越劇烈，羥基氫原子的活潑性越強(qiáng)，對應(yīng)羥基的極性越強(qiáng)，與Na反應(yīng)的劇烈程度：乙酸＞水＞乙醇，則羥基的極性：乙酸＞水＞乙醇，A、B項正確；題給3種化合物中均含有羥基，但羥基連接的基團(tuán)不同，導(dǎo)致羥基的活性不同，C項正確；羥基中的O—H都是σ鍵，D項錯誤。6．有機(jī)化合物的苯環(huán)上只有1個取代基，其結(jié)構(gòu)有(不考慮立體異構(gòu))(

)A．4種 B．5種C．6種 D．7種√7．吸煙有害健康，煙草中的劇毒物尼古丁會使人上癮或產(chǎn)生依賴性，重復(fù)使用尼古丁會增加心跳速率和升高血壓并降低食欲。尼古丁的結(jié)構(gòu)簡式如圖所示。請回答下列問題：(1)該有機(jī)化合物是否屬于芳香族化合物？________(填“是”或“否”)。

解析：尼古丁分子結(jié)構(gòu)中沒有苯環(huán)，故不屬于芳香族化合物。答案：否(2)尼古丁的一氯代物有________種。

解析：尼古丁結(jié)構(gòu)不對稱，含有9種等效氫原子，則一氯代物有9種。答案：9

(3)尼古丁的分子式為__________________。

解析：尼古丁分子中含有10個碳原子、2個氮原子和14個氫原子，故分子式為C10H14N2。答案：C10H14N2

(4)尼古丁與

屬于什么關(guān)系？______________________。

解析：尼古丁與

的分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體。

答案：互為同分異構(gòu)體(1)互為同分異構(gòu)體的有____________。(填序號)解析：根據(jù)分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的特點判斷，互為同分異構(gòu)體的是③⑤。答案：③⑤

(2)互為同素異形體的有____________。解析：根據(jù)同一種元素組成的不同單質(zhì)判斷，互為同素異形體的是②。答案：②

(3)互為同位素的有____________。解析：根據(jù)質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一種元素判斷，互為同位素的是④。答案：④

(4)屬于同一種物質(zhì)的有____________。解析：液氯和氯氣是同一種物質(zhì)的不同狀態(tài)。答案：①

9．“立方烷”是新合成的一種烴，其分子呈正方體結(jié)構(gòu)。該分子的碳架結(jié)構(gòu)如圖所示，其中每個頂點表示一個碳原子，棱表示碳碳單鍵，氫原子未畫出。(1)“立方烷”的分子式為__________。解析：根據(jù)頂點表示的碳原子接三個碳原子，故每個碳原子還接1個氫原子判斷，“立方烷”的分子式為C8H8。答案：C8H8

(2)其一氯代物共有__________種。解析：根據(jù)等效氫法中的對稱性判斷，“立方烷”中有1種等效氫原子，故一氯代物只有1種。答案：1

(3)其二氯代物共有__________種。解析：根據(jù)“立方烷”的特點，其二氯代物分別是相鄰位置的棱上、面對角線上和體對角線上的二氯取代，共有3種。答案：3[素養(yǎng)提升]10．下列說法不正確的是(

)A．分子式為C3H8與C6H14的兩種有機(jī)化合物一定互為同系物B．具有相同的分子式，但結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)化合物一定互為同分異構(gòu)體C．兩個相鄰?fù)滴镌诜肿咏M成上一定相差1個CH2原子團(tuán)D．具有相同的相對分子質(zhì)量，但結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)化合物一定互為同分異構(gòu)體√解析：A．分子式為C3H8與C6H14的兩種有機(jī)化合物滿足通式CnH2n＋2，符合烷烴的分子通式，因此C3H8與C6H14都為烷烴，二者互為同系物，A正確；B．同分異構(gòu)體的分子式一定相同，但它們的結(jié)構(gòu)不同，B正確；C．同系物是結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)的有機(jī)化合物，因此任何兩個同系物在分子組成上一定相差n(n≥1)個CH2原子團(tuán)，相鄰的兩個同系物在分子組成上相差1個CH2原子團(tuán)，C正確；D．相對分子質(zhì)量相同的化合物，其分子式不一定相同，因此相對分子質(zhì)量相同的化合物不一定互為同分異構(gòu)體，如HCOOH和CH3CH2OH的相對分子質(zhì)量相同，但二者的分子式不同，因此二者不互為同分異構(gòu)體，D錯誤。11．對于分子式為C5H8的有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的說法不正確的是(

)A．分子中只有一個雙鍵的鏈烴B．分子中可能有兩個雙鍵C．分子中可能只含有一個三鍵D．分子中含有一個雙鍵的環(huán)烴√解析：含5個碳原子的飽和烴應(yīng)含有12個氫原子，C5H8較飽和烴少了12－8＝4個氫原子，每減少2個氫原子就增加一個不飽和度，所以該分子結(jié)構(gòu)有四種可能：①兩個雙鍵，②一個三鍵，③一個雙鍵和一個環(huán)，④兩個環(huán)。故A項不合理。12．(2022·湘潭高二檢測)甲、乙兩種有機(jī)化合物的球棍模型如下：

下列有關(guān)二者的描述正確的是(

)A．甲、乙為同一物質(zhì)B．甲、乙互為同分異構(gòu)體C．甲、乙一氯代物的數(shù)目不同D．甲、乙分子中含有的共價鍵數(shù)目不同√解析：由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，均為C4H10，結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體。甲和乙中都有2種等效氫原子，一氯代物都有2種。兩物質(zhì)含共價鍵的數(shù)目相同。13．(2022·石家莊高二期末)納米分子機(jī)器日益受到關(guān)注，機(jī)器的“車輪”常用組件如圖。

下列說法不正確的是(

)A．①②③④均屬于烴B．②與苯互為同分異構(gòu)體C．③和金剛石互為同素異形體D．①②④的一氯代物分別有3種、