高三化学同分异构体专题训练.pdf

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1、同分异构体专题训练 【考点视窗】 同分异构体知识的考查是高考的热点，几乎每年高考都要涉及，主要考点是设计条件书 写同分异构体和判断同分异构体的数目，题型由前几年高考中常见的选择题发展至近两年的 有机板块中的两题均有，难度也由理解转移到综合运用，梯度拉大，灵活性增强，这类试题 着重考查学生的同分异构体概念以及相应有机化学的相关知识，同时又考查学生的综合应用 知识能力、 思维能力和思维品质，尤其是有序、严谨的思维品质，因此受到命题者的高度重 视。 【知识准备】 一、基本概念和知识要点 1同分异构现象：化合物具有相同分子式，但具有不同结构式的现象。具有同分异构现象 的化合物互称为同分异构体。 2中学

2、有机化学中主要涉及的同分异构现象有(1)碳架异构(2)位置（官能团位置） 异构(3) 类别异构（又称官能团异构）。 【例 1】有下列各组物质：NH 4CNO 与 CO(NH2)2CuSO43H2O 与 CuSO45H2O H4SiO4与 Si(OH)4Cr(H2O)4Cl2Cl2H2O 与Cr(H2O)5ClCl2H2O H2O 与 D2O 淀粉 与 纤 维 素 18O 2 与 16O 3 ，其中两者互为同分异构体的组是 简析 同分异构现象不只是存在于有机物中，它广泛存在于化合物中。同时，学习中还要从 概念上辨析同素异形体(单质间 )、同位素 (原子间 )、同系物 (有机物间 )，甚至同一物质

3、(的不 同表达形式 )。 答案 【讲练互动】 二、判断书写和综合考查 ( 一) 官能团由少到多，突出有序书写和方法迁移 【例 2】液晶是一种新型材料。MBBA 是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛 A 和胺 B 去水缩合的产物。 (1)对位上有 C4H9的苯胺可能有 4 种异构体，它们是： (2)醛 A 的异构体甚多，其中属于酯类化合物且结构式中有苯环的异构体就有6 种，它们 是：、。 简析 (1) 烷烃同分异构体(碳架异构 )的有序书写方法为：主链由长到短，支链由整到散，位 置由边到心，排列由对到邻到间，它是同分异构体书写的基础。此外，记忆常见烷基的同分 异构体数目：甲基1 种、乙

4、基 1 种、丙基 (C3H7)2 种、丁基 (C4H9)4 种，对同分异构体数 目的判断有很大便利。(2)对于烃的衍生物的同分异构体的书写也要特别强调借用碳架异构 方法、结合官能团特点有序书写，借助“碳四价原则”补足氢原子完成结构简式。此外，审 题时还要注意条件的限制。 答案 (1) (2) 【例 3】某有机物的结构简式为，它的同分异构体中属于芳香醇的共有 （） A3 种B4种C5种D6种 简析 本题可先借助不饱和度()来快速判断苯基外的基团是饱和，再按照书写方法有序书 写即可。 ， 选择题也可用（为羟基的位置，为CH3的位置）来 判断。 答案 C 【例 4】红色基B（2-氨基 -5-硝基苯甲

5、醚）的结构简式如图，它主要用于棉纤维 织物的染色， 也用于制一些有机颜料，若分子式与红色基B 相同，且氨基（ NH2） 与硝基（ NO2）直接连在苯环上并呈对位时的同分异构体数目（包括红色基B） 为（） A2 种B4 种C6 种D10 种 简析 芳香醇、 芳香醚、 酚可形成类别异构，常按类别异构碳架异构位置异构顺序书写， 也可按照碳架异构位置异构类别异构的顺序书写，不管按哪种方法书写都必须防止漏写 和重写。本题的10 种结构为芳香醚2 种、芳香醇2 种、酚 6 种（见下面的示意图）。 答案 D 附录：常见的有机物类别异构有： 组成通式可能的类别组成通式可能的类别 CnH2n，n3 烯烃环烷烃C

6、nH2nO，n 3 饱和一元醛、酮、烯醇等 CnH2n-2， n4 炔烃二烯烃环 烯烃 CnH2nO2，n 2 饱和一元羧酸、酯、羟基 醛等 CnH2n+2O，n 2 饱和一元醇与醚CnH2n+1NO2， n 2 硝基化合物氨基酸 CnH2n-6O， n 7 芳香醇、芳香醚、 酚 Cn(H2O)m单糖间或二糖间等 【例 5】对于化学式为C5H12O2的二元醇，其主链为4 个碳原子的同分异构体有( ) A4种B5种C6种D 7种 简析 对于多官能团的同分异构体的书写常采用“定一动一”的方法保证不漏不重。当然本 题还要注意官能团对碳链的特殊要求（注：当前试题隐形条件日趋增多），用碳架分析如下 （其

7、中数字表示在此条件下另一羟基位置）。 答案 D 【例 6】据报道， 2002 年 10 月 26 日俄罗斯特种部队在解救人质时，除使用了非致命武器芬 太奴外，还作用了一种麻醉作用比吗啡强100 倍的氟烷，已知氟烷的化学式为C2HClBrF 3， 则沸点不同的上述氟烷有 A3 种B4 种C5 种D 6 种 简析 本题除了“定一动一”的方法外，若采用“换元法”可简化思维过程，即C2HClBrF3 可看作 C2F6被一 H、一 Cl、一 Br 取代的产物，请你参照例5 继续往下分析。 答案 B 【练习 1】烷基取代苯可以被酸性KMnO 4溶液氧化生成 ，但若烷基 R 中 直接与苯环连接的碳原子上没有

8、CH 键，则不容易被氧化得到。现有分子式是 C11H16的一烷基取代苯， 已知它可以被氧化成为 的异构体共7 种， 其中的 3 种是： ，。请写出其他4 种的 结构简 式： 。 【练习 2】在 C3H9N中N原子以三个单键与其它原子相连接，它具有的同分异构体数目为 （） A2 种B 3 种C4 种D5 种 【练习 3】主链上有4 个碳原子的某种烷烃，有两种同分异构体，含有相同碳原子数且主链 也有4个碳原子的单烯烃的同分异构体有 （） A5 种B 4 种C3 种D2 种 【练习 4】 已知 C5H11OH 有 8 种同分异构体， 则分子式为 C5H10O 的醛有种,分子式为 C6H12O2的羧酸

9、有 种，分子式为C6H12O2的酯有种。 【练习 5】某羧酸的衍生物A。化学式为C6H12O2。已知，又知 D不 与Na2CO3 反 应 ， C和E都 不 能 发 生 银 镜 反 应 。 A的 结 构 可 能 有 （） A2 种B3 种C4 种D6 种 【练习6】某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可 能有（） A两个羟基B一个醛基C两个醛基D一个羧基 【练习 7】(1)乙酸苯甲酯对花香和果香的香韵具有提升作用，故常用于化妆品工业和食品工 业。乙酸苯甲酯有很多同分异构体，含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有五个，其中两 个的结构简式分别是下图的A、B： (乙

10、酸苯甲酯 ) （A）（B） 请写出另外三个同分异构体的结构简式： (2)香豆素是广泛存在于植物中的一类芳香族化合物，大多具有光敏性，有的还具有抗菌和 消 炎 作 用 。 在 合 成 其 的 核 心 结 构 芳 香 内 酯过 程 中 有 一 中 间 产 物 详见 2006江苏卷 ，中间产物（ B）有多种同分异构体，其中一类同分异构体是苯的二取代 物，且水解后生成的产物之一能发生银镜反应。这类同分异构体共有_种。 【练习 8】2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙 醇胺的药品制剂。苯丙醇胺（英文缩写为PPA）结构简式如右图： 其中 代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是。

11、(1)PPA的分子式是： _ (2)它的取代基中有两个官能团，名称是_基和 _基（请填写汉字）。 (3)将、 H2N、HO在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的 结构简式是： 请写出另外 4种同分异构体的结构简式（不要写出 OH和NH 2连在同一个碳原子上的异构 体；写出多于 4种的要扣分）： _、_、_、_ ( 二) 空间结构由线到面到体，突出空间想象和融会贯通 【例7】某化合物的分子式为C5H11Cl，分析数据表明：分子中有两个 CH3、两个 CH2 、一个和一个 Cl，它的可能的结构有（）种（本题不考虑对映异构体） A2 B3 C4 D5 简析 对于指定取代基的同分异构

12、体的书写，常用“先难后易”（即先定四价、三价基团， 再上二价基团，最后补一价基团）来突破。本题先写出如下碳架，后补上一价基团，在此过 程中要充分注意结构的等效/对称性，示意图中为Cl位置，另外 2个价键连接 CH3。 答案 C 【例 8】已知甲苯的一氯代物有4种，则甲苯与氢气完全加成后的产物的一氯化物应该具有的 种类数是 ( ) A2 种B4 种C5 种D7 种 简析 本题除了要充分利用的对称/等效性，还要注意甲苯加氢后与甲基相连的碳上也有氢原 子，也能被Cl 取代。 答案 C 【例 9】(1)已知化合物 B3N3H6（硼氮苯）与 C6H6（苯）的分子结构相似(如左下图 )，则硼氮 苯的二氯取

13、代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为 （） (2)已知化合物A(C4Si4H8)与立方烷 (C8H8)的分子结构相似(如右下图 )，则 C4SiH8的二氯代物 的同分异构体数目为 （） A3 B4 C5 D6 H H H H H H HN BH N B H N B H H H 简析 将平面结构的“定一动一”同分异构体书写方法迁移到立体结构。 答案 (1) B (2) B 【例 10】金刚烷（ C10H16）是一种重要的脂环烷烃，它可以看作是4 个等 同的六元环组成的空间结构，若已知一氯金刚烷有2 种结构，则二氯金刚烷 的种类有 （） A4 种B6 种C8 种D10 种 简析 根据“一氯金

14、刚烷有2种结构” ， 利用对称 /等效性理解 “可 看作是 4个等同的六元环组成的空间结构”（空间结构要求比较 高），通过“定一动一”的基本方法解决非常规试题。分析示 意图如下（为另一Cl位置）： 答案 B 【练习9】有两种不同的原子团X、 Y，若同时分别取代甲苯苯环上的两个氢原子，生 成的同分异体的数目是 （） A 10 种B9 种C6 种D4 种 【练习 10】已知 A为 CH3 CH3 ，其苯环上的二溴代物有种，苯环上的四溴代物有 种。 【练习 11】已知 1,2,3三苯基环丙烷的3个苯基可分布在环丙烷环平面的上下，因此有如下 2 个异构体。 据此，可判断 1,2,3,4,5五氯环戊烷

15、（假定五个碳原子在同一平面上）的异构体数是（） A4 B 5 C6 D7 【练习 12】下面是苯和一组稠环芳香烃的结构式 苯萘蒽并四苯并五苯 (1)写出化合物 的分子式： C6H6 (2)这组化合物的分子式通式是C H （请以含m 的表示式填在横线上，m=1,2,3,- ） (3)由于取代基的位置不同，产生的异构现象，称为官能团位置异构。一氯并五苯有（填 数字）个异构体，二氯蒽有（填数字）个异构体,八氯蒽有（填数字）个异构体。 【练习13】在烷烃分子中的基团：CH3、 CH2、中的碳原子数目分别 用 n1、n2、n3、n4表示。例如：在分子中，n16，n21，n3 2，n41。试根据不同烷烃的

16、组成结构，分析烷烃（除甲烷外）各原子的关系。 (1)烷烃分子中氢原子数n0与 n1、n2、n3、n4之间的关系是 (2)四种碳原子数的关系为n1 (3)若分子中n2 n3n41，则该分子的结构简式可能为 【练习 14】已知 Co(NH 3)6 3+呈正八面体结构，若其中有两个 NH3分子分别 被 H2O 取代，所形成的 Co(NH3)4(H2O)2 3+的几何异构体种数有（ ）种 （不考虑光学异构） A2 种B 3 种C4 种D6 种 【练习15】近年来，化学家们合成了如下图所示的一系列的星烷，如三星烷、四星烷、五 星烷等。 三星烷 四星烷五星烷 (1)六星烷的化学式为，这一系列的星烷（选填：

17、是或不是）互为同系 物。 (2)与三星烷互为同分异构体的芳香烃有种。 (3)一氯四星烷的结构简式有，二溴三星烷有 种。 ( 三) 定量与定性相结合，体现计算和推理并举的思想 【例 11】有机物 A的相对分子质量为156，完全燃烧后只生成CO2和H2O。 (1)写出 A的4种可能的分子式：、。 (2)若A为链烃，它在CCl4溶液中跟 Br2不起反应，但是在光照下可以与 Br2发生取代反应，取 代反应的产物中相对分子质量为235的只有两种（产量较多的为B，产量较少的为C），相对 分子质量为 314的产物有多种。 请写出它们的结构简式：A B C 相对分子质量为314的产物有种 简析 (1) 利用“

18、商余法”（156121212）和“等量代换法”可很快得出结论。 (2)由链烃、 “光照” 条件和相对分子质量可知B、C分别为 A（C11H24）的一溴、 二溴取代物， 因其同分异构体数目比较少，故A的对称性就比较高。 答案 (1) C12H12、C11H24、C10H20O、C9H16O2、C8H12O3 等 (2)A：CH3C(CH3)2C(CH3)2 C(CH3)2CH3 B：CH3C(CH3)2C(CH3)2 C(CH3)2CH2BrC：CH3C(CH3)2C(CH3) (CH2Br) C(CH3)2CH3 6 【例 12】某有机物A 由 C、H、O、N 四种元素组成， 质量分数分别为C

19、：54.8，H：5.58， N：7.11，其余为O，A 的相对分子质量不超过300。A 是氨基酸，并且分子中NH2和 COOH 连在同一个碳原子上，分子中不存在甲基(CH3)，能与 FeCl3溶液发生显色反应， 1mol A 的溶液能与3mol NaOH 完全反应。请回答： (1)有机物 A 的相对分子质量为， 其分子式为。 (2)符合上述条件 的有机物 A 的结构有种，写出其中的三种结构简式： _ 、_、_。 简析 (1) 先讨论求解：若每个A中含有 1个N原子，则 Mr(A) 14/7.11 197200（符合题 意），后用常规方法计算得出A的分子式。 (2)由题可知每个A分子中还有 2个

20、酚羟基，用“残基法”可得A的剩余结构。在书写同分异 构体可借助二甲苯的苯环上的一氯取代方法快速确定数目。 答案 (1)197 C9H11NO4(2)6 【练习 16】A、B 都是芳香族化合物，lmolA 水解得到lmolB 和 lmol 醋酸， A、B 的相对分 子质量都不超过200，完全燃都只生成CO2和 H2O，且 B 分子中碳、氢元素总的质量数为 65.2%。A 溶液具有酸性，不能使FeCl3溶液显色。 (1)A 、B 相对分子质量之差为_。 (2)1 个 B 分子中应该有 _个氧原子。 (3)A 的分子式是 _。 (4)B 可能的三种结构简式是_，_，_。 【练习 17】某天然高聚物A

21、 的水溶液加热会凝结，一定条件下发生水解，产物之一B 是生 命所需的重要组成物质。经测定：B 的相对分子质量不超过120，其中氧元素所占质量分数 约为 40.3%；等物质的量的B 分别与 NaOH、Na 充分反应， 消耗两者的物质的量之比为1 2；B 分子中不含 “ CH2”基团，在一定条件下发生消去反应可得两种不同产物。 (1)B 的摩尔质量为。 (2)B 中能发生酯化反应的官能团是（填“官能团的名称”）；一定条件 下 n 个 B 分子发生聚合，脱去（n-1）个水分子，生成与A 不属于同一类别另一种高聚物， 该高聚物的结构简式为。 (3)与 B 含有相同官能团的同分异构体有多种，写出其中氧化

22、产物能发生银镜反应，且分子 结构中不含甲基的所有异构体的结构简式： 。 ( 四) 新信息逐渐渗透引入，培养自学和综合应用的能力 【例11】烯烃、一氧化碳和氢气在催化剂作用下生成醛的反应，称为羰基合成，也叫烯烃 的醛化反应。由乙烯制丙醛的反应为：CH2=CH2+CO+H 2 CH3CH2CHO 。由化学式 为C4H8的烯 烃 进 行 醛 化 反 应 ， 得 到 的 醛 的 同 分 异 构 体 可能 有 （） A2 种B3 种C 4 种D5 种 简析 本题可不必试写，抓住由题给信息可知C4H8的醛化反应后可得 C4H9CHO ，丁基有 4 种。 答案 C 【例 12】2002年诺贝尔化学奖表彰的是

23、在“看清” 生物大分子真面目方面的科技成果，一项 是美国科学家约翰芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另 一项是瑞士科学家库尔特维特里希 “发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维 结构的方法”。原子核磁共振（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在所有研究的 化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR 中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的 强度与结构中的等性H原子个成正比。例如二乙醚的结构简式为：CH 3- CH2- O- CH2- CH3， 其核磁共振谱 ( PMR谱) 中给出的峰值（信号）有两个，其强度之比为3:2，如下图所示： (1) 结 构 式 为的

24、 有 机 物 ， 在PMR谱 上 观 察 峰 给 出 的 强 度 之 比 为； (2)某含氧有机物， 它的相对分子质量为46.0， 碳的质量分数为52.2%， 氢的质量分数为13.0%， PMR 中只有一个信号，请写出其结构简式。 (3)实践中可根据PMR 谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。如分子式为 C3H6O2的链状有机物， 有 PMR 谱上峰给出的稳定强度仅有四种，其对应的全部结构，它 们分别为：33 321 3111 221 1，请分别推断出可能的结 构简式： (4) 在测得 CH3CH2CH2CH3化合物在 PMR 谱上可观察到二种峰， 而测得 CH3CH=CH CH

25、3 时，却得到氢原子给出的信号峰有4 个，请结合空间结构解释产生4 个信号峰的原因： (5)现有四种最简式均为“ CH ”的有机物（碳原子数不超过10 且彼此不同），在PMR 谱上仅 观察到一种信号峰，试写出这四种有机物的结构简式： 。 简析 虽冠以新信息核磁共振谱( 新课程已涉及 ) ，但“拨开云雾见日月”，抓住题给的“等 性 H 原子”可知本题 (1)(2)(3) 考查常见的同分异构体数目判断和书写。(4) 需从“空间结构” 暗示信息入手，较高要求地考查了烯烃的“ 几何异构 ” 。(5)“另辟蹊径”，深刻领悟后总结 才能顺利解答全部。 答案 (1)2 ：2：2：2：2 或者 1：1：1：1

26、：1 (2)CH3OCH3 (3)CH3COOCH3CH3CH2COOH HCOOCH2CH3CH3OCH2CHO CH3CH(OH)CHO HOCH2CH2CHO (4)因为 CH2CH=CH CH2有两种空间结构： 和，每种在 PMR谱上给出信号峰有2个，所以共给出信号峰4个。 （合理的结构简式均给分）(5)CH CH 注意：空间结构对称，每个碳原子上只连一个氢原子，碳原子数不超过10 且彼此不同 【练习 18】2005 年诺贝尔化学奖被授予“在烯烃复分解反应研究方面作出贡献”的三位科 学家。 “烯烃复分解反应”是指在金属钼、钌等催化剂的作用下，碳碳双键断裂并重新组合 的过程。如 2 分子

27、烯烃 RCH=CHR 用上述催化剂作用会生成两种新的烯烃RCH=CHR 和 R CH=CHR 。则分子式为C4H8的烯烃中，任取两种发生“复分解反应”，生成新烯烃种类 最多的一种组合中，其新烯烃的种类为 （） A5 种B4 种C3 种D2 种 【练习 19】已知二氟二氮N2F2分子中两个氮原子之间以双键相结合，每个氮原子各连一个 氟原子，分子中的四个原子都在一个平面上。由于几何形状的不同，它有两种同分异构体， 这种原子排布顺序相同，几何形状不同的异构体被称作“ 几何异构 ” 。在下列化合物中存在几 何异构现象的有（） 【练习 20】在有机物分子中，若某个碳原子连接4 个不同的原子或基 团，可能

28、由于连接的次序不同而存在异构现象。如右图这两种分子不 能重叠在一起（像人体的左右手一样），它们是同分异构体，称为对 映异构，具有上述结构特征的碳原子称为“手性碳原子”，如中的 C 碳原子为手性碳原子；又知一个碳原子上连着2 个碳碳双键（如 ）时，极不稳定。 某链烃 C7H10的众多同分异构体中， (1)处于同一平面上的碳原子数最多有_ (2)含有“手性碳原子”且与足量H2发生加成反应后仍具有“手性碳原子”的有五种，它们 的结构简式分别是： (3)含有“手性碳原子”，但与足量H2发生加成反应后不具有“手性碳原子”的结构简式是 _。 【练习 21】石油分馏物中含有一种烷A。下图为 3 种已经合成的

29、由2 个、3 个、4 个 A 为基 本结构单元“模块”象搭积木一样“搭”成的较复杂笼状烷B、C、D。 根据上述条件推断并填空： (1)A的 分 子 式 为 _ ， 它 是 由 _个六元环构成的立体笼状结构， 其中有 _个碳原子为3 个环共有。 (2)A 的一溴取代物有_种同分异构体。 (3)药剂“乌洛托品”（六次甲基四胺） 是有机生物碱，为共价化合物，化学式 为 C6H12N4，基本分子空间结构与A 相同，其分子中每个氮原子与个碳原子结合， 这些氮原子间排列的空间构型与无机物中（填化学式）分子空间结构相同。 (4)链状烷烃同系物的分子通式为CnH2n+2(n=1、2、3)。若 A、B、C也是同

30、系物关系， 请写出这一系列化合物的分子通式_。 (5)若在 D 上再增加一个A“模块”得到E，E 的分子式为 _，A“模块”的堆积方式 是否会造成E 有同分异构体 (填有或无 )_。 【智能整合】 1.用等效 (氢)/对称法确定有机物的一元取代物异构体的数目可以缩短思维进程；用“定一 动一法”确定二元取代物异构体的数目是常用技巧，有时也用“分类法”或“组合法”；而 多元取代物异构体的数目，一般用“换元法”原子（包括位置）的代换。 2.根据一定限制条件（如给出结构基团、限制化合物的类别或限制必须含有/不含有某种基 团等） 写出可能的结构的这此类试题的一般解答思路是：首先明确限定范围，确定物质的类

31、 别（即官能团异构），然后确定有几种碳架（即碳架异构），最后确定官能团的位置（即位 置异构），有时用“拼接法”(即把符合条件的“链”或“块”等局部先确定，然后进行拼 接)也挺快。 3.近年高考中将一些药物作为考查学生有机化学知识的情境命题，同时考查学生有关氨基 酸、蛋白质等知识， 既考查学生对两种官能团位置异构知识又考查学生官能团异构知识，还 让学生了解了一些科学分析方法和知识。 【参考答案】 【练习 1】， 【练习 2】C 【练习 3】B 【练习 4】4 8 20 【练习 5】A 【练习 6】D 【练习 7】(1)(2) 9 【练习 8】(1)C9H13NO (2)羟氨 【练习 9】A 【练

32、习 10】9 9 【练习 11】A 【练习 12】 (1) C10H8 C14H10 C18H12 C22H14 (2)C4m+2H2m+2 (3)4 ， 15, 15 【练习 13】(1) 3n12n2n3或 2(n1n2n3n4) 2 (2) n32n42 (3)、 【练习 14】A 【练习 15】(1) C18H24 不是(2) 8 (3)7 【练习16】(1)42 (2)3 (3) C9H8O4 (4) 【练习 17】(1)119g/mol (2)羟基、羧基 (3) 【练习 18】B 【练习 19】AD 【练习 20】(1)7 【练习 21】(1)C10H16 4 4 (2)2 (3)3 P4(4)C4n+6H4n+12 ( n=1， 2， 3 ) (5)C26H32 有。