08 有机物的结构与性质 【难点突破】 一、共线共面问题 1．明确四类结构模型 物质 甲烷 甲烷分子为正四面 模型 体结构，最多有 3 个原子共平面，键 角为 109°28′ 乙烯和甲醛 乙烯分子中所有原子(6 个)共平面，键角为 120°；甲醛分子是三角形 结构，4 个原子共平面， 键角约为 120° 乙炔 乙炔分子中 所有原子(4 个)共直线， 键角为 180° 苯 苯分子中所有原 子(12 个)共平面， 键角为 120° 2．对照模型定共线、共面原子数目 需要结合相关的几何知识进行分析：如不共线的任意三点可确定一个平面；若一条直线与某平面有两 个交点时，则这条直线上的所有点都在该平面内；同时要注意问题中的限定性词语(如最多、至少)。 3．根据规律直接判断 如果题中给出有机物的结构是键线式结构，一定注意饱和碳原子和没有写出的氢原子，然后根据规律 进行判断： ① 结构中出现 1 个饱和碳原子，则分子中所有原子不可能共面； ② 结构中出现 1 个碳碳双键，则分子中至少有 6 个原子共面； ③ 结构中出现 1 个碳碳三键，则分子中至少有 4 个原子共线； ④ 结构中出现 1 个苯环，则分子中至少有 12 个原子共面。 【典例 1】 有机物 的分子中，处于同一平面的碳原子最多有 个。 【解析】 解本题时若缺乏空间想象能力，不会灵活转动 C—C 键，则易判断错误。该有机物分子中苯 环、碳碳双键分别能确定一个平面，即 ，转动①处的碳碳单键，使苯环所在的平面与 碳碳双键所在的平面重合时，该有机物分子中处于同一平面的碳原子最多有 10 个。 【答案】 10 【典例 2】 某有机物结构为 （1）最多有 ，问题： 个碳原子在同一条直线上； ② 最多有 个原子在同一平面上； ③ 最多有 个碳原子在同一平面上。 【解析】 以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构： 可以得出结论： ① 最多有 4 个碳原子在同一条直线上； ② 最多有 21 个原子在同一平面上； ③ 最多有 13 个碳原子在同一平面上。 【典例 3】(2019·全国卷Ⅲ)下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是(　　) A．甲苯 B．乙烷 C．丙炔 D．1,3丁二烯 【解析】 甲苯中含有甲基，根据甲烷的结构可知，甲苯分子中所有原子不可能在同一平面内，A 错误； 乙烷相当于 2 个甲基连接而成，根据甲烷的结构可知，乙烷分子中所有原子不可能在同一平面内，B 错误； 丙炔的结构简式为 H3C—C≡CH，其中含有甲基，该分子中所有原子不可能在同一平面内，C 错误；1,3丁 二烯的结构简式为 H2C===CH—CH===CH2，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子可能在同一平面内， D 正确。 【答案】 D 二、同分异构体数目的确定 1．同分异构体的类型 （1）构造异构 ① 碳链异构； ②官能团位置异构； ③官能团种类异构。 （2）立体异构 ① 顺反异构；（碳碳双键不能旋转造成的） 2．用等效氢法判断一元取代物的种类 ②对映异构。（手性碳） 有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。 等效氢的判断方法： (1)同一个碳上的氢原子等效。 如 分子中—CH3 上的 3 个氢原子。 (2)同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子等效。 如 分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故该分子有两类等 效氢。 (3)同一个碳上的甲基上的氢原子等效。 3．注意有机物的多元取代物 （1） 的二氯代物有 、 、 、 三种； （2） 的三氯代物有 、 （4） 有三个取代基，其中两个相同，同分异构 6 种； （5） 有三个不同的取代基，同分异构 10 种。 3 种； 4.不饱和度的概念 （1）定义：不饱和度即为缺氢指数。 （2）计算公式 假设烃的分子式为（CxHy）及烃的含氧衍生物的分子式为（CxHyOz），则不饱和度： 若： Ω=0 说明分子是饱和链状结构(即烷烃) ； Ω=1 分子中有一个双键（碳碳双键或碳氧双键）或一个环 （非苯环）； Ω=2 有两个双键或一个三键；或一个双键和一个环；或两个环（非苯环）； Ω=4 分子中一般有苯环。 （3）含氧、氮、卤原子的有机物的（Ω）的计算 ① 氧原子用 CH2 代替，或不算； ② 氮原子用 CH 代替； ③ 卤原子用 CH3 代替，或用 H 代替。 （4）立体封闭有机物分子（多面体或笼状结构）不饱和度的计算：其成环的不饱和度比面数少数 1 降冰片烷面数为 3，Ω=2 立方烷面数为 6，Ω=5 棱晶烷面数为 5，Ω=4 5．注意相同通式不同类别的同分异构体 组成通式 可能的类别 CnH2n 烯烃、环烷烃 CnH2n－2 炔烃 、二 烯烃 、环 烯 烃 饱和一元醇、醚 CnH2n＋2O CnH2nO 典型实例 CH2===CHCH3、 CH≡C— CH2CH3、CH2===CHCH===CH2、 C2H5OH、CH3OCH3 CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2===CHC 醛、酮、烯醇、环醚 、 环醇 H2OH、 、 CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3、HOCH2 CnH2nO2 羧酸 、酯 、羟 基醛 、 羟基酮 CH2CHO、 CnH2n－6O 酚、芳香醇、芳香醚 6.同分异构体书写的思维模型 (1)思维要有序，避免重复或漏写：首先确定同分异构体的官能团种类（利用不饱和度），然后判断碳 链(要注意除去官能团中含有的碳原子)的结构，最后确定官能团的位置。确定官能团位置时，要注意结构 的对称性，尤其是中心对称的情况，避免重复。 (2)掌握“定一议一”方法，避免重复。若有两个官能团，先根据对称性确定一个官能团的位置，然后确 定另一个官能团的位置。 (3)在判断芳香烃的一氯代物时，要注意限制条件，是苯环上的一氯代物，还是支链上的一氯代物。 【典例 4】关于有机物 、 、 的说法错误的是（ ） A. a、b、c 互为同分异构体 B. a、b、c 均能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C. a、c 与足量氢气充分反应消耗氢气的物质的量之比是 D. a、b、c 的一氯代物分别有 5 种、1 种、2 种（不考虑立体异构） 【答案】 B 【解析】 A.a、b、c 的分子式均为 C8H8，分子式相同，但结构不同，互为同分异构体，故 A 正确； B.立方烷不能使高锰酸钾褪色，与酸性高锰酸钾不反应，故 B 错误；C.a 含有 1 个碳碳双键、苯环，c 含有 3 个碳碳双键，则 a、c 与足量氢气充分反应消耗氢气的物质的量之比是 4：3，故 C 正确；D.a 含 5 种 H，b 含 1 种 H，c 含 2 种 H，则 a、b、c 的一氯代物分别有 5 种、1 种、2 种，故 D 正确。故选 B。 本题考查有机物的结构与性质，为高频考点，把握有机物的结构、官能团与性质、有机反应为解答的关 键，侧重分析与应用能力的考查，注意选项 D 为解答的易错点，题目难度适中。 【典例 5】 鼻息、目赤浮翳 A. 医林纂要 载：“冰片主散郁火，能透骨热，治惊痫、痰迷、喉痹，舌胀、牙痛、耳聋、 ”龙脑的化学成份为，下列说法正确的是（ ） 与环庚醇互为同分异构体 B. 1mol 该有机物完全燃烧需要消耗 14molO2 C. 六元环上的 6 个碳原子可处在同一平面 D. 冰片可以使重铬酸钾酸性溶液褪色 【答案】B 【解析】A. 的分子式为 C10H18O，环庚醇的分子式为 C7H14O，分子式不同，不互为同分 异构体，故 A 错误；B.1mol 该有机物完全燃烧需要消耗O2的物质的量为 14mol，故 B 正确；C.六元环上的 6 个碳原子为饱和碳原子，不处于同一平面，故 C 错误；D.该有机物属于醇类，醇能使重铬酸钾酸性溶液 由橙色变为绿色，故 D 错误。故选 B。 本题考查有机物的结构与性质，为高频考点，把握有机物的空间结构及官能团、性质的关系为解答的 关键，侧重烯烃、炔烃性质的考查，题目难度不大。 三、有机物反应类型和官能团性质总结 1.反应类型判断 （1）取代反应：烷烃、苯及同系物、卤代烃、醇、酚、醛、羧酸； （2）加成反应：碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基、羰基； （3）消去反应：醇、卤代烃； （4）氧化反应：各类烃、醇、酚、醛、酯； （5）还原反应：碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基、羰基、 ； （6）加聚反应：碳碳双键、碳碳三键； （7）缩聚反应：羟基和羧基、氨基和羧基。 2.官能团性质 （1）与 H2 反应：碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基、羰基； （2）与 X2 反应：烷烃、苯及同系物； （3）与 Na 反应：醇羟基、酚羟基、羧基； （4）与 NaOH 反应：卤代烃、酚羟基、羧基、酯基； （5）与 Na2CO3 反应：羧基、酚羟基； （6）与 NaHCO3 反应：羧基； （7）与酸性 KMnO4 反应：碳碳双键、碳碳三键、苯及同系物（苯环相连碳上有氢）、醇羟基（羟基 相连碳上有氢）、酚羟基、醛基； （8）与氢氧化铜悬浊液和银氨溶液反应：醛类、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖。 ◆特别注意： (1)1mol 酚酯基消耗 2molNaOH； (2)1mol 醇酯基消耗 1molNaOH； (3)1mol 酚羟基消耗 1molNaOH； (4)一般条件下羧基、酯基、肽键不与 H2 反应； (5)1mol 羰基、醛基、碳碳双键消耗 1molH2； (6)1mol 碳碳三键消耗 2molH2； (7)1mol 苯环消耗 3molH2； (8)醋酸酐中的碳氧双键一般也不与 H2 反应。 例： 1mol 消耗 6molNaOH； 1mol 消耗 8molH2。 (2)醇或酚与金属钠反应生成氢气时，2 mol —OH～1 mol H2。 【典例 6】（2019·北京）交联聚合物 P 的结构片段如右图所示。下列说法不正确的是（图中 表示 链延长）（ ） A．聚合物 P 中有酯基，能水解 B. 聚合物 P 的合成反应为缩聚反应 C．聚合物 P 的原料之一丙三醇可由油脂水解获得 D.邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程中也可形成类似 聚合物 P 的交联结构 【答案】 D 【解析】 A.将片段 X 和 Y 连接起来，不难发现聚合物 P 中含有酯基，所以 A 项正确；B.形成酯基的过 程中有小分子水生成，所以合成聚合物 P 属于缩聚反应，B 项正确；C. 根据油脂的基本概念“油脂是高级脂 肪酸和甘油形成的酯”可知 C 项正确；D．乙二醇和丙三醇的结构不同，所以 D 项错误。