2023届高考化学二轮复习专题四物质转化与应用—有机选择题突破六有机化合物结构、性质与应用学案

专题四　物质转化与应用——有机

选择题突破六　有机化合物结构、性质与应用

有机物组成、性质与反应类型

1.(2022·湖南卷,3)聚乳酸是一种新型的生物可降解高分子材料,其合成路线如下:

下列说法错误的是(　B　)

A.m=n-1

B.聚乳酸分子中含有两种官能团

C.1 mol乳酸与足量的Na反应生成1 mol H2

D.两分子乳酸反应能够生成含六元环的分子

解析:根据氧原子数目守恒可得3n=2n+1+m,则m=n-1,A正确;聚乳酸分子中含有三种官能团,分别是羟基、羧基、酯基,B错误;1个乳酸分子中含有1个羟基和1个羧基,则1 mol乳酸和足量的Na反应生成1 mol H2,C正确;两分子乳酸可以缩合生成含六元环的分子,D正确。

2.(2022·广东卷,9)我国科学家进行了如图所示的碳循环研究。下列说法正确的是(　A　)

A.淀粉是多糖,在一定条件下能水解成葡萄糖

B.葡萄糖与果糖互为同分异构体,都属于烃类

C.1 mol CO中含有6.02×1024个电子

D.22.4 L CO2被还原生成1 mol CO

解析:淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖,在一定条件下水解可得到葡萄糖,故A正确;葡萄糖与果糖的分子式均为C6H12O6,结构不同,两者互为同分异构体,但含有O元素,不是烃类,属于烃的衍生物,故B错误;一个CO分子含有14个电子,则1 mol CO中含有14×6.02×1023个电子,故C错误;未指明气体处于标准状况下,不能用标准状况下的气体摩尔体积计算其物质的量,故D错误。

3.(2022·山东卷,7)γ-崖柏素具天然活性,有酚的通性,结构如图。关于γ-崖柏素的说法错误的是(　B　)

A.可与溴水发生取代反应

B.可与NaHCO3溶液反应

C.分子中的碳原子不可能全部共平面

D.与足量H2加成后,产物分子中含手性碳原子

解析:酚可与溴水发生取代反应,γ-崖柏素有酚的通性,且γ-崖柏素的环上有可以被取代的H,故γ-崖柏素可与溴水发生取代反应,A正确;酚类物质不与NaHCO3溶液反应,γ-崖柏素分子中没有可与NaHCO3溶液反应的官能团,故其不可与NaHCO3溶液反应,B错误;γ-崖柏素分子中有一个异丙基,异丙基中间的碳原子与其相连的3个碳原子不共面,故其分子中的碳原子不可能全部共平面,C正确;γ-崖柏素与足量H2加成后转化为,产物分子中含手性碳原子(与羟基相连的碳原子是手性碳原子),D正确。

同分异构体与原子共面判断

1.(2022·全国甲卷,8)辅酶Q10具有预防动脉硬化的功效,其结构简式如下。下列有关辅酶Q10的说法正确的是(　B　)

A.分子式为C60H90O4

B.分子中含有14个甲基

C.分子中的四个氧原子不在同一平面

D.可发生加成反应,不能发生取代反应

解析:由该物质的结构简式可知,其分子式为O4,A错误;由该物质的结构简式可知,键线式端点代表甲基,10个重复基团的最后一个连接H原子构成甲基,故分子中含有1+1+1+10+1=14(个)甲基,B正确;双键碳原子以及与其相连的四个原子共面,羰基碳原子采取sp2杂化,羰基碳原子和与其相连的氧原子及另外两个原子共面,因此分子中的四个氧原子在同一平面上,C错误;分子中含有碳碳双键,能发生加成反应,含有甲基,能发生取代反应,D错误。

2.(2022·全国乙卷,8)一种实现二氧化碳固定及再利用的反应如下:

下列叙述正确的是(　D　)

A.化合物1分子中的所有原子共平面

B.化合物1与乙醇互为同系物

C.化合物2分子中含有羟基和酯基

D.化合物2可发生开环聚合反应

解析:化合物1分子中含有亚甲基结构,其中心碳原子采用sp3杂化,所有原子不可能共平面,A错误;化合物1为环氧乙烷,属于醚类,乙醇属于醇类,两者结构不相似,不互为同系物,B错误;根据化合物2的分子结构可知,分子中含酯基,不含羟基,C错误;化合物2可发生开环聚合反应形成高分子化合物,D正确。

3.(双选)(2021·山东卷,12)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2-甲基-2-丁醇)存在如图转化关系,下列说法错误的是(　AC　)

A.N分子可能存在顺反异构

B.L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子

C.M的同分异构体中,能被氧化为酮的醇有4种

D.L的同分异构体中,含两种化学环境氢的只有1种

解析:M()在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生成或,N与HCl发生加成反应生成L,L能发生水解反应生成M,则L的结构简式为。顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转的限制因素,使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象,和都不存在顺反异构,故A错误;手性碳原子是指与四个各不相同的原子或基团相连的碳原子,L的同分异构体结构及手性碳原子(用*标记)为、、、、、、,任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子,故B正确;当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时,醇发生催化氧化反应生成酮,羟基取代戊烷同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上1个氢原子即满足条件,满足条件的结构有、、,共3种,故C错误;连接在同一碳原子上的氢原子等效,连接在同一碳原子上的甲基等效,由B项分析可知,L的同分异构体中,含有2种化学环境的氢原子的结构为,故D正确。

“有机化合物结构、性质与应用”的考查形式比较固定,命题以基础知识为主线,考点源于教材,又略高于教材。注重引导学生建立“结构决定性质”的思想,侧重考查有机基础的核心知识点,主要包括官能团性质、原子共面、手性碳原子、反应类型、同分异构体数目分析,结合某种新物质综合考查是高考命题热点。通过考查学生解决问题过程中提取信息和原有知识整合的能力、综合应用解决实际问题的能力,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。

常见有机物的组成、性质和用途

1.熟记典型有机物的结构、性质和用途

2.熟悉基本营养物质的常考点及注意事项

官能团与有机物性质的关系

1.常见官能团(或其他基团)与有机物性质的关系

2.重要的有机化学反应

常见有机物的结构特点与同分异构体

1.有机物分子中原子共面问题

(1)当分子中无饱和碳原子时,所有原子可能共面。

(2)当分子中与同一饱和碳原子连接的碳原子有 1个 或2个时,最多共面的原子数=原子总数-2×饱和碳原子数。

(3)当分子中与同一饱和碳原子连接的碳原子有3个时,分子中所有碳原子不可能共面。

特别提醒:①分析对象是指碳原子还是所有原子。

②分析对象是可能共面还是一定共面。

③对复杂结构,以上规则可能有例外。

2.同分异构体数目的五种判断方法

(1)烃基连接法:甲基、乙基均有1种,丙基有2种,丁基有4种。如丁醇有4种,C4H9Cl有4种。

(2)换元法:如C2H5Cl与C2HCl5均有1种。

(3)等效氢法:有机物分子中有多少种等效氢原子,其一元取代物就有多少种,从而确定同分异构体的数目。

有机物分子中等效氢原子有如下情况:

①分子中同一碳原子上的氢原子等效。

②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。

③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的氢原子等效。

(4)定一移一法:分析二元取代物的方法,先固定一个取代基,再移动另一个取代基的位置,从而可确定同分异构体的数目。如分析C3H6Cl2的同分异构体数目,先固定其中一个Cl的位置,再移动另一个Cl。

(5)组合法:将酯分成RCOO—和—R′两部分,再按上述方法确定R—和R′—的同分异构体数目,两者数目相乘即得该酯的同分异构体数目,最后求总数。如C4H8O2属于酯的同分异构体数目的思考过程为

HCOOC3H7(丙基2种) 1×2=2(种)

CH3COOC2H5(甲基1种,乙基1种) 1×1=1(种)

C2H5COOCH3(乙基1种,甲基1种) 1×1=1(种)

故C4H8O2属于酯的同分异构体共有4种。

有机物组成、性质与反应类型

(每小题有一个或两个选项符合题意)

1.(2022·湖南娄底二模)最近,国外报道了首例猪肾脏成功移植入人体的新闻,吗替麦考酚酯主要用于预防器官排斥反应,其结构简式如图所示。下列说法错误的是(　B　)

A.该分子中含有三种含氧官能团

B.分子式为C22H31NO7

C.可以发生取代反应、加聚反应、氧化反应

D.1 mol该分子与足量的H2发生加成反应,最多消耗4 mol H2

解析:由结构简式可知,吗替麦考酚酯含有醚键、酯基、酚羟基,A正确;吗替麦考酚酯的分子式为NO7,B错误;吗替麦考酚酯分子中含有酯基,能发生水解反应,水解反应属于取代反应,含有碳碳双键,能发生加聚反应,含有碳碳双键、酚羟基,可以发生氧化反应,C正确;碳碳双键和苯环可以与氢气发生加成反应,而酯基不能与氢气发生加成反应,故1 mol吗替麦考酚酯最多消耗4 mol H2,D正确。

2.(2022·广东茂名二模)一种用于季节性过敏性鼻炎的抗组胺药,合成原料之一的分子结构简式如图所示,关于该化合物说法不正确的是(　B　)

A.属于芳香族化合物

B.该化合物有三种官能团

C.该化合物苯环上的一氯代物有两种

D.1 mol该化合物最多能与4 mol H2发生加成反应

解析:该分子中有苯环,属于芳香族化合物,A正确;该化合物含有氯原子(碳氯键)和羰基两种官能团,B错误;该化合物为苯环的对位取代,苯环上有2种H,所以苯环上的一氯代物有两种,C正确;该化合物分子中含有1个苯环和1个羰基,故1 mol该化合物最多能与4 mol H2发生加成反应,D正确。

确定多官能团有机物性质的步骤

同分异构体与原子共面判断

1.(2022·福建福州二模)1,4-环己二酮是一种重要的医药、液晶中间体,其结构如图所示,下列关于1,4-环己二酮的说法正确的是(　C　)

A.分子式为C6H4O2

B.所有原子可能在同一平面上

C.不存在含有苯环的同分异构体

D.能发生氧化、还原、加成、消去反应

解析:根据结构简式可判断分子式为C6H8O2,A错误;分子中含有4个饱和碳原子,因此所有原子不可能在同一平面上,B错误;不饱和度是3,因此不存在含有苯环的同分异构体,C正确;含有羰基,能发生氧化、还原、加成反应,不能发生消去反应,D错误。

2.(2022·山东济南一模)巴豆醛是橡胶硫化促进剂、酒精变性剂和革柔剂的合成中间体,存在如下转化过程:

W巴豆醛XYZ

已知:①X为CH3CHCHCH(OH)CN;②Z为六元环状化合物;③羟基直接与碳碳双键上碳原子相连不稳定。下列说法错误的是(　A　)

A.与X具有相同官能团的X的同分异构体有15种(不考虑立体异构)

B.Y分子中可能共平面的碳原子最多为5个

C.W的同分异构体中,含6个相同化学环境氢原子的有3种

D.可用饱和Na2CO3溶液分离提纯Z

解析:根据已知X为CH3CHCHCH(OH)CN,酸性条件下转化为Y,则Y为

CH3CHCHCH(OH)COOH;Y在浓硫酸、加热条件下转化为Z,Z为六元环状化合物,则两者发生酯化反应,Z为;由题意分析可知,巴豆醛为CH3CHCHCHO,巴豆醛与足量氢气加成生成W,为CH3CH2CH2CH2OH。已知羟基直接与碳碳双键上碳原子相连不稳定,与X具有相同官能团的X的同分异构体共14种,可用定一移一的方法判断,固定—OH,移动—CN,共4种,共3种,共4种,共3种,总共14种,A错误;Y为CH3CHCHCH(OH)COOH,根据乙烯6个原子共平面、—COOH 4个原子共平面可以推出分子中可能共平面的碳原子最多为5个,B正确。W的同分异构体中含6个相同化学环境氢原子的有 3种,为(CH3)2CHCH2OH、CH3CH2OCH2CH3、(CH3)2CHOCH3,C正确,酯类物质在饱和碳酸钠溶液中溶解度较小,D正确。

3.(2022·广东潮州二模)a、b表示两种有机化合物,其结构简式分别如图所示。下列有关说法正确的是(　C　)

A.a、b与苯互为同分异构体

B.a、b中6个碳原子均处于同一平面

C.a的二氯代物有五种

D.b能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色,且褪色原理相同

解析:苯的分子式是C6H6,a、b的分子式均是C6H8,a、b与苯不互为同分异构体,故A错误;分子中标有*的碳原子与周围3个碳原子通过单键相连,根据甲烷的结构可知,6个碳原子不可能处于同一平面,故B错误;a的二氯代物有、、、、,共5种,故C正确;b含有碳碳双键,能与溴发生加成反应,使溴的四氯化碳溶液褪色,b能被酸性KMnO4溶液氧化,使酸性KMnO4溶液褪色,褪色原理不相同,故D错误。

(1)同分异构体的分类及关系。

(2)原子共面判断。

掌握甲烷、乙烯、苯、乙炔四种典型物质的结构模型,并注意题目中的隐含条件和特殊规定(如题目中的“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共线”和“共面”等)在判断中的应用。

专项训练1　有机物组成、性质与反应类型

1.(2022·湖南长沙一模)下述转化关系可用于合成解痉药奥昔布宁的前体(化合物丙),下列说法错误的是(　A　)

A.化合物甲含有5个双键

B.化合物乙的分子式为C16H22O3

C.化合物丙能发生加成反应、消去反应和缩聚反应

D.等物质的量的甲、乙、丙消耗的NaOH的物质的量均相同

解析:苯环不是单双键交替结构,由结构简式可知,化合物甲含有2个双键,故A错误;由结构简式可知,化合物乙的分子式为C16H22O3,故B正确;由结构简式可知,化合物丙分子中含有的苯环能发生加成反应,含有的羟基能发生消去反应,含有的羟基和羧基在一定条件下能发生缩聚反应,故C正确;由结构简式可知,化合物甲、乙分子中含有的酯基和化合物丙分子中含有的羧基能与氢氧化钠溶液反应,所以等物质的量的甲、乙、丙消耗的氢氧化钠的物质的量均相同,故D正确。

2.(2022·广东梅州二模)槟榔含有槟榔碱,其结构简式如图所示,下列有关槟榔碱的说法正确的是(　B　)

A.槟榔碱的化学式为C8H12NO2

B.槟榔碱能使酸性高锰酸钾溶液褪色

C.1 mol槟榔碱最多能与2 mol H2发生加成反应

D.槟榔碱与槟榔次碱()互为同系物

解析:由槟榔碱的结构简式确定其化学式为C8H13NO2,A错误;槟榔碱中含有碳碳双键,能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使其褪色,B正确;碳碳双键能与H2加成,酯基不能,故1 mol槟榔碱最多能与1 mol H2发生加成反应,C错误;槟榔碱含有酯基,槟榔次碱含有羧基,两者属于不同类物质,结构不相似,不互为同系物,D错误。

3.(2022·山东济宁二模)腺嘌呤核苷是生产核酸类药物的中间体,结构如图所示,下列说法正确的是(　D　)

A.腺嘌呤核苷单体发生缩聚反应可以生成核酸

B.该化合物不能发生水解反应

C.核磁共振氢谱有9组峰

D.该化合物中含有4个手性碳原子

解析:腺嘌呤核苷没有磷酸基,不能缩聚生成核酸,故A错误;该有机物中含有醚键,在一定条件下能发生水解反应,故B错误;根据等效氢判断方法,该有机物含有11种氢原子,有11组峰,故C错误;根据连接4个不同的原子或原子团的碳原子是手性碳原子进行判断,含氧环中的4个碳原子均是手性碳原子,故D正确。

4.(2022·福建漳州二模)我国科技工作者发现某“小分子胶水”(结构如图)能助力自噬细胞“吞没”致病蛋白。下列关于该分子说法正确的是(　B　)

A.分子式为C15H11O4

B.能发生取代反应和加成反应

C.1 mol该物质最多能与3 mol NaOH反应

D.该分子中所有碳原子一定共平面

解析:根据图示可知,该有机物分子式为C15H10O4,A错误;该分子中含有苯环、酚羟基、碳碳双键和酯基,酚羟基和酯基能发生取代反应,苯环和碳碳双键能发生加成反应,B正确;该分子中有2个酚羟基、1个酯基(水解生成1个酚羟基和1个羧基),所以1 mol该物质最多能与

4 mol NaOH反应,C错误;苯分子、乙烯分子、—COO—中所有原子共平面,单键可以旋转,则该分子中所有碳原子可能共平面,D错误。

5.(2022·山东威海二模)我国科学家合成某新型药物的中间体结构如图所示。已知连在同一碳上的两个羟基易脱水。下列关于该化合物的说法错误的是(　D　)

A.化学式为C12H10O2NF3

B.只含有1个手性碳原子

C.含有9种化学环境的氢

D.1 mol该化合物最多与4 mol NaOH反应

解析:该有机物分子含有12个碳原子、10个氢原子、2个氧原子、1个氮原子、3个氟原子,故化学式为C12H10O2NF3,故A正确;连接4个不同原子或原子团的碳原子是手性碳原子,分子中连接 —CF3、

—CH2COOH的碳原子为手性碳原子,故B正确;由结构可知,该有机物分子含有9种化学环境的氢,故C正确;羧基能与NaOH发生中和反应,—CF3水解生成1个羧基、3个HF,均能与氢氧化钠发生中和反应,1 mol该化合物最多与 5 mol NaOH反应,故D错误。

6.(2022·湖南衡阳三模)丁烯基苯酞存在于当归等中药里,该物质具有抗凝血、抗氧化等功能,其结构简式如图所示。下列有关丁烯基苯酞的说法错误的是(　C　)

A.分子式为C12H12O2

B.含有两种官能团

C.不能与NaOH溶液反应

D.能使酸性高锰酸钾溶液褪色

解析:该有机物含有12个C原子、12个H原子、2个 O原子,分子式为C12H12O2,故A正确;该有机物含有的两种官能团为碳碳双键和酯基,故B正确;该有机物含有酯基,可在碱性条件下水解,即能与氢氧化钠溶液反应,故C错误;该有机物含有碳碳双键,可被酸性高锰酸钾溶液氧化,则能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故D正确。

专项训练2　同分异构体与原子共面判断

1.(2022·湖南怀化一模)化合物乙是一种治疗神经类疾病的药物,可由化合物甲经多步反应得到。下列有关说法错误的是(　C　)

A.乙分子中所有碳原子不可能处于同一平面

B.甲、乙在一定条件下都能发生加成反应

C.甲分子式为C14H15O7N

D.能用NaHCO3溶液鉴别化合物甲和乙

解析:乙分子中与甲基和酯基相连的碳原子为饱和碳原子,空间结构为四面体形,所有碳原子不可能处于同一平面,A正确;甲、乙分子中都含苯环,甲中含有碳碳双键,一定条件下都能发生加成反应,B正确;由甲的结构简式可知,甲的分子式为C14H13O7N,C错误;甲含羧基,能与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳,而乙不能,因此能用碳酸氢钠溶液鉴别化合物甲和乙,D正确。

2.(2022·广东深圳二模)环己基乙酸(Ⅳ)是一种香料成分,可通过如图方法合成。下列有关说法正确的是(　D　)

A.Ⅰ中所有原子均可共平面

B.Ⅰ与Ⅲ均属于烃类物质

C.Ⅱ中六元环上的一氯代物共有3种

D.Ⅱ与Ⅳ可发生酯化反应

解析:由题干信息可知,Ⅰ中存在多个sp3杂化的碳原子,则所有原子不可能共平面,A错误;烃是指仅含C、H两种元素的化合物,则Ⅰ属于烃类物质,但Ⅲ中含有C、H、Br三种元素,则不属于烃,而是卤代烃,B错误;根据等效氢原理可知,Ⅱ中六元环上的一氯代物共有4种,如图,,C错误;由题干信息可知,Ⅱ中含有羟基,Ⅳ中含有羧基,故两者可以发生酯化反应,D正确。

3.(2022·湖南衡阳一模)环庚三烯广泛用作有机金属化学中的配体以及有机合成中间体,一种合成路线如下:

下列说法正确的是(　B　)

A.环庚三烯与乙烯互为同系物

B.苯与亚甲基卡宾发生加成反应得环庚三烯

C.环庚三烯的一氯代物为2种

D.环庚三烯分子中所有原子都共平面

解析:环庚三烯与乙烯含有碳碳双键的个数不同,不互为同系物,故A错误;根据流程图,苯与亚甲基卡宾发生加成反应得环庚三烯,故B正确;环庚三烯有4种等效氢,一氯代物有、、、共4种,故C错误;分子中含有1个饱和碳原子(*号标出),所有原子不可能共平面,故D错误。

4.有机物E具有抗肿瘤、镇痉等生物活性,它的一种合成方法的最后一步如图。下列说法正确的是(　C　)

A.G→E发生了水解反应

B.E分子中所有碳原子一定在同一平面内

C.化合物G的一卤代物有6种(不考虑立体异构)

D.G、E均能与H2、Na、NaOH、酸性KMnO4溶液反应

解析:G→E转化过程中G中的羰基转化为羟基,发生了加成反应,A错误;E分子中含有多个饱和碳原子,具有甲烷的结构特征,所有碳原子不可能在同一平面内,B错误;化合物G分子中含有6种氢原子,其一卤代物有 6种,C正确;G分子中不含有羟基或羧基,不能与Na反应,D错误。

5.(2022·福建龙岩模拟)已知有机物的结构简式如图所示,下列说法错误的是(　C　)

A.存在官能团酰胺键

B.分子中所有碳原子不可能共平面

C.一氯代物有10种

D.酸性条件下完全水解能得到3种有机物

解析:为酰胺键,属于官能团,故A正确;分子中存在多个饱和碳原子,所有碳原子不可能共平面,故B正确;该有机物的一氯代物有12种,如图(氯原子的位置用*标出),,故C错误;该有机物发生酸性水解得到、、,共3种有机物,故D正确。

6.(2022·山东青岛模拟)有机物M、N常用作合成香料的原料,结构如图。下列关于M、N的说法错误的是(　B　)

A.两者互为同系物

B.M能发生消去反应,且所得产物均存在顺反异构

C.N的同分异构体中,遇FeCl3溶液显紫色且能与NaHCO3反应的有

13种

D.M、N均可以通过聚合反应生成可降解的高分子化合物

解析:同系物是指结构相似、分子组成相差若干个CH2原子团的有机化合物,由结构简式可知M、N都含有羧基、羟基、苯环,结构相似且相差2个CH2原子团,互为同系物,A正确。如果M中羟基和相邻甲基上氢原子发生消去反应,则碳碳双键一端的碳原子上有2个氢原子,不存在顺反异构,B错误。N的同分异构体中,遇FeCl3溶液显紫色,则含有酚羟基,且能与NaHCO3反应,说明分子中含有—COOH,若分子中有2个取代基,即—OH、—CH2COOH,两者在苯环上的位置有邻、间、对 3种;若分子中有3个取代基,即—OH、—CH3、—COOH,3个取代基都处于邻位有3种不同的结构,都处于间位有1种结构,只有2个处于邻位,则有6种不同的结构,因此符合要求的同分异构体有13种,C正确。M、N分子中均含有羧基和羟基,均可以通过聚合反应生成可降解的高分子化合物,D正确。