2024年高中化學新教材同步必修第二冊 第7章 第1節(jié) 第2課時　同系物　同分異構體

第2課時同系物同分異構體[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.了解同系物、同分異構體的概念,學會判斷簡單烷烴的同分異構體,建立同系物、同分異構體判斷的思維模型。2.掌握簡單烷烴同分異構體的書寫方法,建立同分異構體書寫的思維模型。一、同系物同分異構體1．同系物(1)概念：結構相似,在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的化合物互稱為同系物。(2)判斷同系物的三個關鍵點①“同”：兩種物質(zhì)屬于同一類物質(zhì)；②“似”：兩種物質(zhì)結構相似；③“差”：兩種物質(zhì)在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團。(3)實例：CH4、C2H6、C3H8互為同系物。思考1判斷下列各組內(nèi)的物質(zhì)是否互為同系物(填“是”或“否”)。①CH3CH3和CH3CH2CH3________。②CH2=CH2和CH2=CH—CH2—CH3__________________。③和________。④和________。⑤和CH2=CH2________。提示①是②是③是④否⑤否2．同分異構體思考2結合烷烴的組成和結構特點,搭建C4H10的球棍模型,書寫丁烷(C4H10)的結構式、結構簡式和鍵線式(用鍵線來表示碳架,省略碳氫原子)。提示結構式：、；結構簡式：CH3CH2CH2CH3、；鍵線式：、。(1)同分異構體化合物具有相同的分子式,但具有不同結構的現(xiàn)象稱為同分異構現(xiàn)象,具有同分異構現(xiàn)象的化合物互稱為同分異構體。(2)同分異構體的性質(zhì)同分異構體的分子結構不同,導致化學性質(zhì)和物理性質(zhì)均有一定差異,如正丁烷和異丁烷的熔、沸點不同。(3)實例戊烷(C5H12)有3種同分異構體,它們的結構簡式為H3C—CH2—CH2—CH2—CH3(正戊烷)、(異戊烷)、(新戊烷)。思考3請根據(jù)圖中所示的結構,思考下列問題(填序號)。與①互為同分異構體的是______________。與③互為同分異構體的是______________。與⑥互為同分異構體的是______________。提示②④⑤⑧⑨⑦1．判斷正誤(1)只要是分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的化合物就一定互為同系物()(2)同系物的化學性質(zhì)一定相似,一定具有相同的通式()(3)同分異構體的相對分子質(zhì)量相同,相對分子質(zhì)量相同的化合物一定互為同分異構體()(4)互為同分異構體的有機物一定不互為同系物,互為同系物的化合物一定互為同分異構體()(5)互為同分異構體的化合物,性質(zhì)一定相同()(6)與互為同分異構體()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×2．(2023·山東淄博高一月考)概念是化學學習的基礎,下列說法錯誤的是()A.eq\o\ar(129,54)Xe與eq\o\ar(131,54)Xe互為同位素B．二聚硫(S2)與環(huán)八硫(S8)互為同素異形體C．CH3CH3與互為同系物D．與互為同分異構體答案D解析根據(jù)甲烷是正四面體結構可知,與是同種物質(zhì),兩者不互為同分異構體,D錯誤。3．下列有機物中和甲烷互為同系物的是__________(填序號,下同),和CH2=CH2互為同系物的是____________,和互為同分異構體的是____________。①CH3CH2CH3②③CH2=CH—CH3④⑤⑥答案①②④③⑥③解析同系物是結構相似,分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的有機物,分子通式相同,CH4和CH3CH2CH3、、同屬于烷烴,互為同系物；CH2=CH2和CH2=CH—CH3及分子中都含,結構相似,且分子組成上相差1個或2個CH2原子團,故互為同系物；和CH2=CH—CH3分子式相同(C3H6),結構不同,故互為同分異構體。同系物、同分異構體、同素異形體、同位素概念的比較概念研究對象比較實例相同不同同系物有機化合物結構相似分子組成上相差一個或若干個CH2原子團CH3CH3與同分異構體化合物分子式相同結構不同CH3CH2CH2CH3與同素異形體單質(zhì)元素種類相同性質(zhì)不同O2與O3、白磷與紅磷同位素原子質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同eq\o\ar(12,6)C、eq\o\ar(13,6)C與eq\o\ar(14,6)C二、烷烴同分異構體的書寫1．烴基烴分子失去1個氫原子后所剩余的部分叫做烴基,如—CH3叫甲基,—CH2—CH3叫乙基。2．書寫示例以己烷(C6H14)的同分異構體的書寫為例第一步,將分子中全部碳原子連成直鏈作為主鏈：C—C—C—C—C—C。第二步,從主鏈的一端取下一個碳原子作為支鏈(即甲基),依次連在主鏈對稱軸(虛線)一側的各個碳原子上,此時碳骨架結構有兩種：第三步,從主鏈上取下兩個碳原子作為一個支鏈(即乙基),依次連在主鏈對稱軸一側的各個碳原子上；或?qū)⑦@兩個碳原子作為兩個支鏈(即兩個甲基),先固定一個支鏈的位置,然后確定另一個支鏈的位置,此時碳骨架結構有兩種：第四步,根據(jù)“碳四價”原則,補上氫原子,得到如下5種同分異構體：CH3CH2CH2CH2CH2CH3、、、、。3．書寫方法總結(1)找出主鏈(最長的碳鏈)的對稱軸,避免重復書寫。主鏈由長到短；支鏈由整到散；位置由心到邊；排布同、鄰、間。(2)主鏈上的鏈端碳原子不能連接取代基,主鏈上的第二個碳原子不能連接乙基,以保證不改變主鏈,避免寫出重復的結構。(3)書寫時不能只寫碳骨架,應滿足碳原子4個價鍵的要求,添上相應數(shù)目的其他原子。思考1在己烷的所有同分異構體中,有2個甲基(—CH3)的結構有________種,有3個甲基的結構有__________種,有4個甲基的結構有________種。提示122思考2寫出戊烷(C5H12)所有的結構簡式并標明不同化學環(huán)境氫原子的種類：________________________________________________________________________。提示CH3CH2CH2CH2CH3(3種)、(4種)、(1種)判斷不同化學環(huán)境中氫原子的種類數(shù)(等效氫原子)(1)連接同一碳原子的氫原子是等效的。(2)連接同一碳原子的相同基團上的氫原子是等效的。(3)處于對稱位置上相同基團上的氫原子是等效的。例：共有2種不同化學環(huán)境的氫原子；共有2種不同化學環(huán)境的氫原子。1．(2023·成都樹德中學高一月考)下列關于同系物及同分異構體(不含立體異構)的說法正確的是()A．通式相同的一系列物質(zhì)一定互為同系物B．相對分子質(zhì)量相同的不同化合物互稱為同分異構體C．分子式為C4H9Cl的同分異構體有4種D．分子式為C6H14的烴,主鏈含4個碳原子的同分異構體有3種答案C解析結構相似,分子組成相差1個或若干個CH2原子團的化合物互稱為同系物,A錯誤；分子式相同而結構不同的有機物一定互為同分異構體,B錯誤；分子式為C6H14的烴,主鏈含4個碳原子,則支鏈只能是兩個甲基,這兩個甲基可以連在同一個碳上也可以連在不同碳上,所以同分異構體有2種,D錯誤。2．下列物質(zhì)的氫原子種類有4種的是()A．CH3CH2CH3B．CH3CH2CH(CH3)CH2CH3C．(CH3)3CC(CH3)3D．CH3CH2CH(CH2CH3)2答案B1．下列相關說法正確的是()A．16O2和18O3互為同位素B．和互為同分異構體C．CH3CH2CH2CH3和互為同系物D．和為同一種物質(zhì)答案D解析16O2和18O3都是氧元素的單質(zhì),兩者互為同素異形體,A錯誤；由于乙烷分子中碳原子和周圍4個原子所成價鍵為單鍵,空間結構為四面體,且單鍵可以旋轉(zhuǎn),所給物質(zhì)為同一物質(zhì),B錯誤；CH3CH2CH2CH3和分子式都為C4H10,結構不同,互為同分異構體,C錯誤。2．下列各組物質(zhì)中互為同系物的是()A．CH3CH=CH2和CH3CH2CH2CH=CH2B．CH3CH3和CH3CH=CH2C．CH3CH2CH3和CH3CH=CH2D．CH3CH2CH=CH2和CH3CH2CH2CH3答案A解析結構相似,在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質(zhì)互為同系物,B、C、D三個選項中分別給出的兩種物質(zhì)結構不相似,分子組成上也不相差一個或若干個CH2原子團,所以B、C、D三項均不符合題意。3．下列化合物的氫原子種類數(shù)大小排列順序正確的是()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．按要求回答下列問題。(1)乙烷的結構式為___________________________________。(2)丙烷的結構簡式為___________________________________。(3)分子中含30個氫原子的鏈狀烷烴的分子式為____________________。(4)相對分子質(zhì)量為58的烷烴的同分異構體有______種,分別寫出它們的結構簡式：________________________________________________________________________。(5)分子式為C5H12的直鏈烷烴的習慣命名為_____________________________________。答案(1)(2)CH3CH2CH3(3)C14H30(4)2CH3CH2CH2CH3、(5)正戊烷解析(1)乙烷的分子式為C2H6,其結構式為。(2)丙烷的分子式為C3H8,其結構簡式為CH3CH2CH3。(3)由鏈狀烷烴的分子通式CnH2n＋2(n為正整數(shù))可知,2n＋2＝30,n＝14,其分子式為C14H30。(4)由鏈狀烷烴的分子通式可知,14n＋2＝58,n＝4,C4H10的同分異構體有2種,分別為CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2。題組一同系物、同分異構體的概念及判斷1．下列關于同系物的說法正確的是()A．同系物可以是不同類別的物質(zhì)B．通式相同,分子間相差n(n≥1)個CH2原子團的物質(zhì)互為同系物C．同系物的最簡式相同,分子式不同D．同系物的化學性質(zhì)相似答案D解析同系物一定屬于同類別物質(zhì),結構相似,化學性質(zhì)相似,A錯、D對；通式相同,分子間相差n(n≥1)個CH2原子團的物質(zhì)結構不一定相似,B錯；同系物的最簡式不一定相同,如烷烴,C錯。2．(2022·浙江舟山中學高一檢測)下列敘述正確的是()A．的名稱為異丁烷B．和為同一物質(zhì)C．CH3CH2CH2CH2CH3和互為同系物D．12C和C60互為同素異形體答案B解析物質(zhì)名稱為正丁烷,A錯誤；甲烷為正四面體結構,兩者為同一物質(zhì),B正確；兩種分子的分子式相同,結構不同,互為同分異構體,C錯誤；同素異形體是同種元素形成的不同單質(zhì),而12C為原子,D錯誤。3．(2023·蘇州高一檢測)在下列結構的有機物中,屬于同分異構體的正確組合是()①CH3—CH2—CH2—CH2—CH3②CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3③④⑤A．①和③ B．②和③C．④和⑤ D．③和④答案B4．同分異構體是物質(zhì)具有多樣性的重要原因之一。下列說法正確的是()A．C4H10有2種同分異構體B．CH3CH(CH3)CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3互為同系物C．同分異構體之間的轉(zhuǎn)化是物理變化D．和互為同分異構體答案A5．如圖為含4個碳原子的6種有機物分子模型(氫原子沒有畫出),下列敘述中正確的是()A．與d互為同分異構體的是cB．b、c、f的分子式均為C4H8C．a(chǎn)和f均為鏈狀烷烴D．一種物質(zhì)中不能同時含碳鏈和碳環(huán)答案B解析d和c的分子式不同,不互為同分異構體,A錯誤；f為環(huán)烷烴,C錯誤；一種物質(zhì)中可能同時含有碳鏈和碳環(huán),D錯誤。題組二同分異構體數(shù)目的判斷6．根據(jù)下表中烴的分子式排列規(guī)律,判斷空格中烴的同分異構體數(shù)目是()12345678CH4C2H4C3H8C4H8C6H12C7H16C8H16A.3種 B．4種C．5種 D．6種答案A解析根據(jù)表中烴的排列規(guī)律可知空格中烴的分子式為C5H12,它有3種同分異構體,分別是正戊烷、異戊烷和新戊烷。7．主鏈上有5個碳原子,含甲基、乙基兩個支鏈的烷烴有()A．5種B．4種C．3種D．2種答案D解析主鏈5個C,則乙基只能在3號C上,甲基可以在2號C或者3號C上,所以有如下2種：,D正確。8．下列分子式只表示一種物質(zhì)的是()A．C3H7Cl B．C5H12C．CH2Cl2 D．C4H10答案C解析C3H7Cl可以是CH2ClCH2CH3或CH3CHClCH3,A項錯誤；C5H12是戊烷,具有三種結構,B項錯誤；CH2Cl2只有一種結構,C項正確；C4H10可以是正丁烷或異丁烷,D項錯誤。9．相對分子質(zhì)量為100的某鏈狀烷烴M,其分子中含有4個甲基,則M的結構有()A．3種B．4種C．5種D．6種答案B解析鏈狀烷烴的通式為CnH2n＋2,相對分子質(zhì)量為100,則有12n＋2n＋2＝100,解得n＝7,所以該烷烴的分子式為C7H16,分子中含有4個甲基的結構有、、、,共4種。10．(2023·安徽馬鞍山高一期中)據(jù)報道科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質(zhì)N60；4H是主要來源于宇宙射線的初級粒子,人類在月球上發(fā)現(xiàn)了儲量豐富的3H。下列說法正確的是()A．N60與C60互為同素異形體B．3H2與4H2互為同位素C．C2H4和C3H6可能互為同系物D．3H2O與4H2O互為同分異構體答案C解析N60與C60是由不同元素組成的單質(zhì),不互為同素異形體,A錯誤；3H與4H是質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子,互為同位素,但是3H2與4H2為單質(zhì),B錯誤；C2H4與C3H6分子組成相差一個CH2原子團,二者可能互為同系物,C正確；3H2O與4H2O是氫元素的不同核素和氧原子構成的水分子,不互為同分異構體,故D錯誤。11．下列關于同分異構體的敘述正確的是()A．新戊烷()的一氯代物有3種B．丙烷中7個氫原子被溴原子取代的產(chǎn)物有2種C．丁烷的二氯代物有7種D．C5H11Cl有7種結構答案B解析新戊烷()的等效氫原子有1種,一氯代物有1種,A錯誤；CH3CH2CH3的7個氫原子被取代與1個氫原子被取代的產(chǎn)物種類相等,為2種,B正確；丁烷有C—C—C—C和兩種碳鏈結構,C—C—C—C的二氯代物有6種,的二氯代物有3種,共9種,C錯誤。12．烷烴分子可看成由—CH3、—CH2—、和等結合而成的。如果某鏈狀烷烴分子中同時存在這4種基團,它所含碳原子數(shù)最少為()A．4B．7C．8D．9答案C解析如果某鏈狀烷烴分子中存在—CH3、—CH2—、和基團各最少有一個,則分子中最少含有8個碳原子,C正確。13．(2023·山西懷仁一中高一期中)從下列各組物質(zhì)中,找出合適的序號填在對應的空格內(nèi)：①甲烷和丙烷②12C和14C③金剛石和石墨④H和D⑤異戊烷()和新戊烷()⑥和⑦正丁烷和異丁烷⑧和⑨和。(1)互為同位素的是____________(填序號,下同)。(2)互為同分異構體的是____________。(3)互為同系物的是____________。(4)為同一種物質(zhì)的是____________。(5)互為同素異形體的是____________。答案(1)②④(2)⑤⑦(3)①(4)⑥⑧⑨(5)③解析(1)同位素是質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同的原子,因此互為同位素的是②④。(2)同分異構體是分子式相同,結構不同的化合物,因此互為同分異構體的是⑤⑦。(3)同系物是指結構相似,分子組成相差一個或若干個CH2原子團的化合物,互為同系物的是①。(5)同素異形體是同種元素形成的不同單質(zhì),互為同素異形體的是③。14．(2023·湖北仙桃中學高一段考)(1)有機化合物中,碳原子之間可以形成__________或碳環(huán)。某有機物的結構簡式如圖,則該有機物__________(填“屬于”或“不屬于”)烷烴。(2)觀察下面幾種烷烴的球棍模型：①A的結構簡式為______________,