题型04 有机物的结构
一、解题策略
1．共面共线问题
（1）明确三类结构模板
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结构 |
正四面体形 |
平面形 |
直线形 |
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模板 |
甲烷分子为正四面体结构，最多有3个原子共平面，键角为109°28′ |
乙烯分子中所有原子(6个)共平面，键角为120°；苯分子中所有原子(12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° |
乙炔分子中所有原子(4个)共直线，键角为180° |
（2）对照模板定共线、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)。
2．同分异构体数目的判断方法
（1）基元法
如丁基有四种结构，则丁醇有四种同分异构体。
（2）换元法
如二氯苯C6H4Cl2有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl、Cl替代H)。
（3）对称法(又称等效氢法)——等效氢法的判断可按下列三点进行：
①同一甲基上的氢原子是等效的；
②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的；
③处于对称位置上的氢原子是等效的。
（4）定一移二法
对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基，以确定同分异构体数目。
二、题型分类
【典例1】【2019·课标全国Ⅱ，13】分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种
C．12种 D．14种
【答案】C
【解析】C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为
，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结构为
分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，C1分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。
【典例2】【2019·课标全国Ⅲ，8】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
【答案】D
【解析】甲苯中有甲基，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CH3—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CH2===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。
1．一种形状像蝴蝶结的有机分子Bowtiediene，其形状和结构如图所示，下列有关该分子的说法中错误的是( )
A．生成1 mol C5 H12至少需要4 mol H2
B．该分子中所有碳原子在同一平面内
C．三氯代物只有一种
D．与其互为同分异构体，且只含碳碳三键的链烃有两种
【答案】B
【解析】由结构式可知分子中含有5个C、4个H原子，则分子式为C5H4，根据不饱和度的规律可知，该分子内含4个不饱和度，因此要生成1 mol C5 H12至少需要4 mol H2，A项正确；分子中含有
饱和碳原子，中心碳原子与顶点上的4个碳原子形成4个共价单键，应是四面体构型，则分子中四个碳原子不可能在同一平面内，B项错误；依据等效氢思想与物质的对称性可以看出，该分子的三氯代物与一氯代物等效，只有一种，C项正确；分子式为C5H4，只含碳碳三键的链烃有CH≡C－CH2－C≡CH或CH≡C－C≡C－CH3 2种同分异构体，D项正确。
2．Bhatti合成了调节中枢神经系统的药物，其中间体为
。下列有关说法正确的是( )
A．可发生氧化、中和反应
B．与
互为同分异构体
C．碳原子上的一氯代物共有7种(不含立体异构)
D．所有碳原子均处于同一平面
【答案】A
【解析】该有机物可以与氧气发生氧化反应，其中的亚氨基可以显示碱性，所以可以发生中和反应，故A正确；
比少2个氢原子，其分子式不同，不是同分异构体，故B错误；因为存在对称结构，该有机物共有5种不同化学环境的H，则碳原子上的一氯代物共有5种，故C错误；该有机物结构中碳碳键都是单键，所以该有机物分子中所有碳原子不可能都在同一个平面上，故D错误。
3．有机化合物环丙叉环丙烷结构示意图为
，下列关于该化合物的说法正确的是( )
A．与环己烯互为同分异构体
B．其二氯代物只有三种
C．所有的碳原子均在一个平面内
D．生成1 mol C6H14至少需要2 mol H2
【答案】C
【解析】环丙叉环丙烷分子的分子式为C6H8，环己烯分子式为C6H10，二者不互为同分异构体，故A错误；环丙叉环丙烷分子中的4个“CH2”完全等同，其二氯代物有四种，故B错误；乙烯是平面形结构，碳碳双键所连的四个原子在同一个平面上，所以分子中所有的碳原子均在一个平面内，故C正确；环丙叉环丙烷分子的分子式为C6H8，每个C6H14比C6H8多6个氢原子，相当于3个H2，所以生成1 mol C6H14至少需要3 mol H2，故D错误。
4．分子式为C6H12的烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代物只有一种，则其结构( )
A．1种 B．2种
C．3种 D．4种
【答案】B
【解析】分子式为C6H12的烯烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代物只有一种，说明结构高度对称，所有的氢原子为等效H原子，该烯烃的结构简式只能为(CH3)2C===C(CH3)2，分子式为C6H12的环烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代物只有一种，说明结构高度对称，所有的氢原子为等效H原子，该环烷烃只能为环己烷，则生成的一氯代物只有一种的烃有2种，故选B。
5．化合物W(
)、M(
)、N(
)的分子式均为C7H8。下列说法正确的是( )
A．W、M、N均能与溴水发生加成反应
B．W、M、N的一氯代物数目相等
C．W、M、N分子中的碳原子均共面
D．W、M、N均能使酸性KMnO4溶液褪色
【答案】D
【解析】W()为苯的同系物，不含碳碳双键，不能与溴水发生加成反应，A项错误；W有4种类型的氢原子，如图：
，一氯代物的数目为4，M有3种类型的氢原子，如图：
，一氯代物的数目为3，N有4种类型的氢原子，如图：
，一氯代物的数目为4，B项错误；M中有2个碳原子连有3个C和1个H，如图：
，这种碳原子最多与所连3个碳原子中的2个碳原子共平面，故M中所有碳原子不可能共平面，C项错误；W的苯环上连有甲基，M、N中均含有碳碳双键，W、M、N都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，而使溶液褪色，D项正确。
6．下列关于有机物的说法正确的是( )
A．含5个碳原子的有机物分子中最多可形成4个碳碳单键
B．蛋白质的水解和油脂的皂化都是由高分子生成小分子的过程
C．四苯基乙烯(
)所有碳原子一定处于同一平面
D．化学式为C9H18O2且有芳香气味的有机物，在酸性条件下加热水解产生相对分子质量相同的两种有机物，则符合此条件的C9H18O2的结构有16种
【答案】D
【解析】环戊烷中含有5个碳碳单键，A项错误；油脂不属于高分子化合物，B项错误；碳碳单键可以绕键轴旋转，故所有碳原子不一定处于同一平面，C项错误；该有机物有芳香气味，在酸性条件下还能发生水解反应，则该有机物属于酯类，其在酸性条件下水解产物的相对分子质量相等，则水解得到的醇比羧酸多1个碳原子，即水解得到含4个碳原子的羧酸和含5个碳原子的醇，含4个碳原子的羧酸有2种，含5个碳原子的醇有8种，得到的酯有16种，D项正确。
7．牛至是一种质地坚硬、树枝茂密的多年生药草，下列三种结构简式表示的物质是从牛至中提取出来的活性成分。下列有关说法正确的是( )
A．c分子中最多有7个碳原子共平面
B．可用溴的CCl4溶液将a、b两种物质区别开
C．完全燃烧1 mol三种物质时消耗氧气的量：a＞c＞b
D．a分子与HCl发生加成反应时可得到四种以上产物
【答案】D
【解析】c分子中
，1类碳原子一定共平面，2类碳原子中的1个可能与1类碳原子共面，即c分子中至少有8个碳原子共面，最多有9个碳原子共面，A项错误；a和b中均含有碳碳双键，均能与溴的CCl4溶液发生加成反应而使之褪色，即用溴的CCl4溶液不能区分a和b，B项错误；根据a、b、c的结构简式可确定其分子式分别为C15H24、C11H20O、C10H14O，完全燃烧1 mol三种物质时消耗O2的物质的量分别为21 mol、15.5 mol、13 mol，即消耗O2的量：a＞b＞c，C项错误；结合a的结构简式可知，a与HCl按物质的量之比1∶1发生加成反应可得到四种产物，还可以按物质的量之比1∶2发生加成反应，故a与HCl发生加成反应可得到四种以上产物，D项正确。
8．双环戊二烯(
)主要用于制作医药、农药、树脂产品，常存在于煤焦油中。下列叙述不正确的是( )
A．从煤的干馏产物中可分离出苯、甲苯等基本化工原料
B．双环戊二烯与篮烷(
)互为同分异构体
C．双环戊二烯能与溴的四氯化碳溶液发生取代反应
D．双环戊二烯所有碳原子不可能共平面
【答案】C
【解析】从煤的干馏产物中可分离出苯、甲苯、二甲苯等多种基本化工原料，A项正确；双环戊二烯()的分子式为C10H12，篮烷()的分子式为C10H12，二者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，B项正确；双环戊二烯与溴的四氯化碳溶液发生的是加成反应，不是取代反应，C项错误；双环戊二烯的结构中含有
，故双环戊二烯所有碳原子不可能共平面，D项正确。
9．下列有关
(a)、
(b)、
(c)的说法正确的是( )
A．a、b、c都属于芳香族化合物
B．a、b、c都能使溴水因化学反应褪色
C．由a生成c的反应是氧化反应
D．b、c互为同分异构体
【答案】D
【解析】芳香族化合物应含苯环，而这三种化合物均不含苯环，因此它们都不属于芳香族化合物，A项错误；a、c含有碳碳双键，能使溴水褪色，b不含碳碳双键，不能使溴水因化学反应褪色，B项错误；对比a和c的结构简式可知，a与H2O发生加成反应生成c，发生的不是氧化反应，C项错误；结合b和c的结构简式可知b、c分子式均为C10H18O，但二者结构不同，因此互为同分异构体，D项正确。
10．2017年12月6日国家食品药品监督管理总局要求对莎普爱思尽快启动临床有效性试验。莎普爱思的有效成分是由苄达酸与赖氨酸生成的有机物，苄达酸的结构如图所示。下列关于苄达酸的叙述正确的是( )
A．分子式为C16H16N2O3
B．属于芳香族化合物，且有弱酸性
C．苯环上的一氯代物有5种
D．所有原子可能共平面
【答案】B
【解析】根据苄达酸的结构可知其分子式为C16H14N2O3，A项错误；含有苯环属于芳香族化合物，含有羧基，具有弱酸性，B项正确；一个分子中有两个苯环，且不等效，苯环上的一氯代物有7种，C项错误；根据甲烷为正四面体结构，苄达酸分子中含有亚甲基，所有原子不可能共平面，D项错误。
11．已知一组有机物的分子式通式，按某种规律排列成下表。
|
项序 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
…… |
|
通式 |
C2H4 |
C2H4O |
C2H4O2 |
C3H6 |
C3H6O |
C3H6O2 |
C4H8 |
…… |
各项物质均存在数量不等的同分异构体。其中第12项的同分异构体中，属于酯类的有(不考虑立体异构)( )
A．10种 B．9种
C．8种 D．7种
【答案】B
【解析】根据有机物分子式排列规律，第12项有机物的分子式为C5H10O2，其中属于酯类的同分异构体有：①甲酸与丁醇形成的酯，甲酸只有1种，而丁醇C4H9OH有4种，共1×4＝4种；②乙酸与丙醇形成的酯，乙酸只有1种，丙醇C3H7OH有2种，共1×2＝2种；③丙酸与乙醇形成的酯，丙酸只有1种，乙醇只有1种，共1×1＝1种；④丁酸与甲醇形成的酯，丁酸C3H7COOH有2种，甲醇只有1种，共2×1＝2种。故第12项的同分异构体中属于酯类的共有4＋2＋1＋2＝9种。
12．已知有机物A、B之间存在转化关系：A(C6H12O2)＋H2O
B＋HCOOH(已配平)。则符合该反应的有机物B有(不含立体异构)( )
A．6种 B．7种
C．8种 D．9种
【答案】C
【解析】根据给出的反应方程式可知该反应为酯的水解反应，B的分子式为C5H12O，为醇类。碳链为C—C—C—C—C时，羟基有3种连接方式，碳链为
时，羟基有4种连接方式，碳链为
时，羟基有1种连接方式，故有机物B共有8种同分异构体，C项正确。
13．化合物
(甲)、
(乙)、
(丙)的分子式均为C8H8，下列说法不正确的是( )
A．甲、乙、丙在空气中燃烧时均产生明亮并带有浓烟的火焰
B．甲、乙、丙中只有甲的所有原子可能处于同一平面
C．等量的甲和乙分别与足量的溴水反应，消耗Br2的量：甲>乙
D．甲、乙、丙的二氯代物数目最少的是丙
【答案】C
【解析】甲、乙、丙分子式均为C8H8，含碳量高，燃烧时均产生明亮并带有浓烟的火焰，故A正确；甲烷是正四面体结构，乙、丙中含有类似于甲烷的饱和碳原子，所有原子不可能处于同一平面，甲中含有苯环和碳碳双键，由于连接的碳碳单键可以旋转，两个平面可以重合，所以只有甲的所有原子可能处于同一平面，B正确；苯环不和溴水反应，甲和乙与溴水反应是碳碳双键上的加成反应，由于乙中含有3个碳碳双键，所以消耗Br2的量：甲<乙，C错误；由于丙的对称性最好，故二氯代物数目最少的是丙，只有三种，故D正确。
14．同分异构现象在有机物中广泛存在，如图为苯及其几种同分异构体的键线式，下列有关说法中正确的是( )
A．b、c均与乙烯互为同系物
B．a和d的二氯代物均有3种
C．4种有机物均能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D．a和b中所有原子可能共平面
【答案】B
【解析】同系物是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，b、c两种物质分子式均为C6H6，c含两个碳碳双键且为环状，b虽只含一个碳碳双键但也为环状，故b、c与乙烯不是同系物，故A错误；苯的二氯代物有邻、间、对3种，棱柱烷的二氯代物的数目可采用“定一议一”法进行判断，有
、
、
，共3种，故B正确；苯和棱柱烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故C错误；苯分子中所有原子一定共平面，盆烯中含有次甲基(
)，所有原子不可能共平面，故D错误。
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