人教版 (2019)选择性必修3第一节 有机化合物的结构特点第2课时导学案

第2课时　有机化合物中的共价键和同分异构现象

一、有机化合物中的共价键

1．共价键的类型

(1)σ键(以甲烷分子中C—H为例)

①形成：氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠。

②特点：通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。

(2)π键(以乙烯分子中为例)

①形成：在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—H σ键与一个C—C σ键；两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键。

②特点：π键的轨道重叠程度比σ键的小，所以不如σ键牢固，比较容易断裂而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。

(3)σ、π键个数的计算

一般情况下，有机化合物中的单键是σ键，双键中含有一个σ键和一个π键，三键中含有一个σ键和两个π键。

(4)共价键的类型与有机反应类型的关系

①含有C—H σ键，能发生取代反应；

②含有π键，能发生加成反应。

　HC≡CH分子中有什么共价键？可以使溴水褪色吗？

[提示]　σ键和π键。可以。

2．共价键的极性与有机反应

共价键极性越强，有机反应越容易发生。

(1)乙醇、H2O与Na反应

在反应时，乙醇分子和水分子中的O—H键断裂。同样条件，水与钠反应较剧烈，其原因是乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱。

(2)乙醇与HBr反应

反应原理为CH3—CH2—OH＋H—BrCH3CH2—Br＋H2O，反应中乙醇分子中断裂的键是C—O，原因是C—O键极性较强。

(3)有机反应相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。

二、有机化合物的同分异构现象

1．概念：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。

2．分类

同分异构现象

(1)写出C5H12的三种碳架异构体的结构简式：

。

(2)写出C4H8属于烯烃的构造异构体的结构简式：

。

(3)写出C2H6O的两种官能团异构体的结构简式：

CH3CH2OH、CH3OCH3。

3．键线式：将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和官能团，每个拐点或终点均表示有一个碳原子。如丙烯可表示为，可表示为。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)CH4与CH3Cl均为正四面体结构分子。  (　　)

(2)有机物分子中均有σ键和π键。  (　　)

(3)含有π键的有机物一般容易发生加成反应。  (　　)

(4)相对分子质量相同而结构不同的化合物互称同分异构体。  (　　)

(5)符合分子式为C4H8的有机物一共有3种。  (　　)

[答案]  (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

2．下列说法正确的是(　　)

A．碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2C===CH2

B．有机物分子里一定既有非极性键也有极性键

C．乙烯分子中有4个σ键1个π键

D．乙醇的键线式为

[答案]　A

3．下列各组物质中互为同分异构体的有________(填字母)。

A．NH4OCN和CO(NH2)2

B．CH3CH2OH和CH3OCH3

C．CH3CH2COOH和CH2===CHCOOH

D．

E．石墨与金刚石

F．16O与18O

[答案]　A、B、D

有下列物质：①CH3CH3　②CH3—CH===CH—CH3

③CH3—C≡CH　④CH3CH2OH

请思考回答：

(1)上述4种有机物分子中只含有σ键的有________(填序号)。

(2)②分子中σ键与π键的个数比为________。

(3)②③分子中碳原子的杂化类型有______________。

(4)④发生酯化反应时，一般断裂的共价键为________键。

(5)④与HBr反应时④中断裂的共价键为________键。

[提示](1)①④　(2)11∶1　(3)sp3、sp2、sp

(4)O—H　(5)C—O

1．共价键的分类

(1)从原子轨道重叠方式分为σ键和π键。

(2)从共价键的极性分为极性键和非极性键。

(3)从共价键的个数分为单键、双键和三键。

2．有机物分子中σ键与π键的判断

(1)σ、π键的计算：单键为σ键；双键是1个σ键1个π键；三键是1个σ键2个π键。

(2)σ、π键的稳定性：一般σ键比π键稳定，含π键的有机物易发生加成反应。

1．下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是(　　)

A．CH3CH3　　　　　 B．CH2===CH2

C．CH≡CH   D．CH4

[答案]　C

2．计算1 mol下列有机物中σ键和π键的数目(用NA表示，NA为阿伏加德罗常数的值)。

[答案]  (1)13NA　1NA　(2)14NA　3NA

3．乙酸分别与Na、乙醇发生反应时，乙酸分子中断裂的共价键分别是O—H键、C—O键。

1．用键线式表示分子式为C6H14的所有有机化合物。

[提示]　 、

2．用键线式表示分子式为C4H10O的醇的有机化合物。

[提示]　

3．用键线式表示分子式为C3H8O的所有有机化合物。

[提示]　

1．同分异构体的书写方法

(1)减碳法(碳链异构)

可总结为四句话：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布对邻间。

下面以C7H16为例，写出它的同分异构体：

①将分子写成直链形式：

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。

②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在2,3号碳原子上：，根据碳链中心对称，将—CH3连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。

③再从主链上去掉一个碳原子，可形成一个—CH2CH3或两个—CH3，即主链变为。当取代基为—CH2CH3时，由对称关系只能接在3号碳原子上。当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个甲基，注意不要重复。即两个甲基可分别连接的碳原子号码是：2和2、2和3、2和4、3和3。

(2)取代法(适用于醇、卤代烃异构)

先碳链异构，后位置异构。如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体。如下(数字即为—OH接入后的位置，即这样的醇合计为8种)：

(3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等)

先根据给定的碳原子数写出烷烃的同分异构体的碳链骨架，再将官能团插入碳链中。

如书写分子式为C4H8的烯烃的同分异构体(插入双键)，双键可分别在①、②、③号位置：

2．同分异构体数目的确定

(1)烃基数确定一取代产物数目

—CH3、—C2H5各1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。

(2)替代法

如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H替代Cl)。

(3)等效氢法

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。如新戊烷()的四个甲基是等效的，所有的氢原子都是等效的，故新戊烷的一氯代物只有一种。

③处于对称位置上的氢原子是等效的。如的六个甲基是等效的，18个氢原子都是等效的，因此该物质的一氯代物也只有一种。

(4)组合法：的苯环的一氯代物有3×4＝12种。

1．下列物质的一氯代物的同分异构体数目相同的是(　　)

A．①②　　　　　　　　B．③④

C．②③   D．②④

C　[根据等效氢法可知，①②③④四种物质的等效氢如下图所示：

物质②③一氯代物均为4种，物质①④一氯代物均为7种。]

2．C5H10O的醛有________种，写出其键线式__________

_____________________________________________________。

3．C4H8O2的酸有________种，酯有________种，写出酯的所有键线式

____________________________________________________________。

4．四联苯的一氯代物有(　　)

A．3种　　　B．4种　　　C．5种　　　D．6种

C　[可以在中间画两条对称轴，如图，则其一氯代物有5种。]

5．从煤焦油中分离出的芳香烃——萘()是一种重要的化工原料，萘环上一个氢原子被丁基(—C4H9)所取代的同分异构体(不考虑立体异构)有(　　)

A．2种   B．4种  C．8种   D．16种

C　[丁基有四种：—CH2CH2CH2CH3、—CH(CH3)CH2CH3、—CH2CH(CH3)CH3、—C(CH3)3，萘环上的位置有2种：，故萘环上一个氢原子被丁基(—C4H9)所取代的同分异构体(不考虑立体异构)有2×4＝8种，故选C。]

1．由1个氧原子、1个氮原子、7个氢原子和若干个碳原子组成的有机物，其碳原子的个数至少为(　　)

A．1　　　　B．2　　　　C．3　　　　D．4

B　[该有机物分子是由题给4种原子构成的，为了保证每个原子达到稳定结构，氧原子不能同时与2个氢原子结合，氮原子不能同时与3个氢原子结合，否则就变成了水分子和氨分子，故1个氧原子最多结合1个氢原子，1个氮原子最多结合2个氢原子，共结合3个氢原子，剩余4个氢原子，这4个氢原子也不可能只与1个碳原子结合，否则就成了甲烷分子，因此至少应与2个碳原子结合。  ]

2．如图是立方烷的键线式结构，下列有关说法不正确的是(　　)

A．它和苯的最简式相同

B．它的二氯代物有2种(不考虑立体异构)

C．它的一个分子中只有20个σ键

D．它与苯乙烯()具有相同的分子式

B　[它的二氯代物有3种：，B项错误。]

3．某烯烃与氢气发生加成反应后得到的饱和烃的结构简式是，该烯烃可能的结构有(　　)

A．1种   B．2种  C．3种   D．4种

B　[采用逆推法，以该饱和烃的碳链为基础，在不同的相邻碳原子之间去掉2个氢原子得烯烃，只能得到两种：

4．下列选项中的物质属于官能团异构的是(　　)

A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2

B．CH2===C(CH3)2和CH3CH===CHCH3

C．CH3CH2OH和CH3OCH3

D．CH3CH2CH2COOH和(CH3)2CHCOOH

C　[有机化合物分子式相同，但具有不同官能团的同分异构体属于官能团异构。A项中的两种物质属于碳链异构；B项中两种物质的官能团均为；D项中两种物质的官能团均为—COOH，均属于位置异构；C项中两种物质的官能团分别是—OH(羟基)和 (醚键)，官能团不同，属于官能团异构。]

5．(素养题)已知E的结构简式为，芳香族化合物G是E的同分异构体，G分子中含有醛基、酯基和醚键三种含氧官能团，写出G所有可能的结构简式_________________________。

[解析]　结合给出的三种官能团(醚键、酯基和醛基)及E分子中含有3个氧原子可知，若苯环上只有一个支链，则G为，若苯环上有两个支链(这两个支链分别含有醚键和酯基，其中包括醛基)，两个支链可分别在苯环的邻、间、对位上，G可能是