2019-2020 学年高一化学重难点探究（人教版 2019 必修第二 册） 重难点 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 （2020·资中县第三中学高一月考）下列烷烃在光照下与氯气反应，能生成三种一氯代烃的是( A．CH3CH2CH2CH3 B． C． D． ) 答案 C 解析 A.分子结构中有两种化学环境不同的氢原子，则有两种一氯代物，故 A 错误； B.分子结构中有一种化学环境不同的氢原子，则有一种一氯代物，故 B 错误； C.分子结构中有三种化学环境不同的氢原子，则有三种一氯代物，故 C 正确； D.分子结构中有四种化学环境不同的氢原子，则有四种一氯代物，故 D 错误； 综上所述，答案为 C。 【点睛】 同一个碳原子上的氢原子，为化学环境相同的氢原子，同一个碳上连接的甲基上的氢原子，也为化学环境 相同的氢原子。 例 2 新合成的一种烃，其碳架呈三棱柱体（如图所示），称为棱晶烷。 （1）写出该烃的分子式为_____________。 （2）该烃的一氯取代物有_________种，二氯取代物有______种。 （3）该烃的同分异构体有多种，其中 1 种不能使酸性高锰酸钾溶液或 Br2-CCl4 溶液褪色，但在一定条件下 能跟溴（或 H2）发生取代（或加成）反应，写出在浓硫酸作用下，这种同分异构体与浓硝酸反应的化学方 程式______________________________________________。 （4）有同学认为棱晶烷与立方烷（ ）互为同系物，判断这种观点是否正确并说明理由______ _________________________。 答案 （1）C6H6 （2）1 3 （3） +HNO3 +H2O （4）不是，立方烷的分子式为 C8H8，和棱晶烷在组成相差 C2H2，不符合同系物的定义 解析 （1）根据有机物键线式的特点，可知该有机物分子式为 C6H6，故答案为：C6H6； （2）该有机物中的 6 个氢原子完全等效，所以其一氯代物只有一种；将三棱柱体的一个顶点固定，该碳上 的氢原子被氯原子取代，则与该碳共面的另一个点、竖棱上的共线点以及以及对角线上的点上的氢原子被 氯原子代替时均不同，所以该烃的二氯取代物有 3 种，故答案为：1；3； （3）不能使酸性高锰酸钾溶液或溴水溶液褪色，但在一定条件下能跟溴发生取代反应、与 H2 发生加成反 应，符合分子式 C6H6 的烃是苯，苯和浓硝酸在浓硫酸作用下反应生成硝基苯和水，反应方程式为： +HNO3 +H2O，故答案为： +HNO3 +H2O； （4）根据棱晶烷与立方烷结构分析，它们不是同系物，原因是，立方烷的分子式为 C8H8，和棱晶烷在组 成相差 C2H2，不符合同系物的定义，故答案为：不是，立方烷的分子式为 C8H8，和棱晶烷在组成相差 C2H2，不符合同系物的定义。 精选习题 1．（2020·滨海县獐沟中学高一期中）下列有机物中，一氯取代物有 2 种的是 ① ② ③CH3CH2CH3 ④ A．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；③ CH3CH2CH3 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。 2．（2020·四川省成都外国语学校高一开学考试）分子式 C7H16 的烷烃，分子结构中含有三个-CH3 的同分 异构体共有（ A．2 种 ） B．3 种 C．4 种 D．5 种 【答案】B 【解析】C7H16 的烷烃，分子结构中含有三个-CH3，除去链端的两个-CH3，还有一个-CH3 只能位于支链， 即该同分异构体只含有一条支链，则该同分异构体有 3 种，它们的碳骨架为： 、 故选 B。 ； 、 3．（2020·湖北省高一期中）某烯烃与 H2 加成后的产物是 光照所得到的一溴代物可能有( A．2 种 ，则该产物与溴蒸汽 ) 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。 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 4．烷烃 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。 5．（2020·西宁市海湖中学高二月考）已知丙烷的二氯代物有四种异构体，则其六氯代物的异构体数目为 () A．2 种 B．3 种 C．4 种 D．5 种 【答案】C 【解析】【分析】采用换元法，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，从二氯代物有四种同分异构体， 就可得到六氯代物也有四种同分异构体。 【详解】丙烷有 8 个 H 原子，其中 2 个 H 原子被氯原子取代形成丙烷的二氯代物．六氯代物可以看作 C3Cl8 中的 8 个氯原子，其中 2 个氯原子被 2 个氢原子代替形成，两者是等效的；二氯代物有四种同分异构体， 可得到六氯代物也有四种同分异构体，答案选 C。 【点睛】 当取代基团超过物质本身氢数目的一半，则可用换元法解答。 6．（2020·辽宁省高一月考）分子式为 C5H10O2 并能与碳酸氢钠固体反应放出气体的有机物（不含立体异 构）有 （ ） A．4 种 B．5 种 C．6 种 D．7 种 【答案】A 【解析】分子式为 C5H10O2 且与 NaHCO3 能产生气体，则该有机物中含有-COOH，所以为饱和一元羧酸， 烷基为-C4H9，-C4H9 异构体有 4 种：-CH2CH2CH2CH3，-CH(CH3)CH2CH3，-CH2CH(CH3)CH3，-C(CH3)3，故 符合条件的有机物的异构体数目为 4； 故选 A。 【点睛】 本题主要考查同分异构体书写、官能团的性质与确定等。解答本题需要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。 7．（2020·合肥市第六中学高一开学考试）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。 8．分子中含有 3 个—CH3、2 个—CH2—和 1 个 体异构）有（ A．9 种 ，相对分子质量为 86 的烃的一氯代物（不考虑立 ） B．6 种 C．5 种 D．4 种 【答案】A 86  2 【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= 14 =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：① CH3CH（CH3）CH2CH2CH3， ② CH3CH2CH（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。 9．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