浅析有暗隐条件限定的含氧有机物同分异构体的寻找

陈宪福

[摘要]有机物中同分异构体的考查是高考必考的考点，也是难点之一。该题型也是考生最常见的易错点和失分点之一。只有加强实例的分析，让学生对这类题型的解题思路清晰起来，掌握解题方法，才能将难题简易化。

[关键词]有机物同分异构体寻找案例解题思路

[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]16746058（2015）110093

有机物中同分异构体的考查是高考必考的考点，也是难点之一。认真研究近几年课改区的高考试题，无一例外都是考查有条件限制的同分异构体的寻找，有机物同分异构体的书写已经从官能团的类别异构、位置异构和碳链异构的考查变为对满足限制条件的同分异构体的寻找，估计这也将成为今后高考的热点之一。但是从教学实践及高考试卷评析来看，该题型也是考生最常见的易错点和失分点之一，得分率非常低。由于限制的条件多且隐秘，对考生的能力要求高，思维容量大，考生往往会顾此失彼，甚至无从下手。那么如何让学生突破该类题型呢？下面以实例对含氧有机物同分异构体的寻找进行分析，从而让学生对此类题型的解题思路明朗起来。

【例1】（2012年高考全国卷）分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有（）。

A.5种 B.6种 C.7种 D.8种

符合该分子式的物质可以是醇类和醚类，但能与金属钠反应，说明有羟基，则只能为醇类。只要有羟基就能与金属钠反应，所以该分子式可表示为C5H11-OH，只要找出-C5H11有多少种同分异构体就可以了，答案为8种。我们再看以下相关联的变式。

变式1：某一元醇在红热的铜丝催化下，最多可被O2氧化生成两种不同的醛，该一元醇的分子式可能是（）。

A.C2H6OB.C3H8OC.C4H10OD.C5H12O

其实还是考醇类的同分异构体的寻找，但它有一定条件限制，醇在红热的铜丝催化下发生的是氧化反应，但氧化的产物可能是醛类或酮类，题目说生成的是醛类，说明醇中的羟基必须在边位的碳上，也就是该醇必须存在-CH2OH才能氧化生成醛，所以该醇的分子式可以书写为CmHn-CH2OH；要氧化生成2种醛，说明烃基-CmHn有2种同分异构体，因此-CmHn应为-C3H7，答案为C。有关的内容还可以从下面的例题进行考查。

例题：某分子式为C10H2OO2的有机物，在一定条件下可发生如图的转化过程：

则符合上述条件的酯的结构有（）。

A.2种B.4种C.6种D.8种

有机物C10H2OO2符合饱和一元酯的通式，酯在酸性或碱性条件下均能水解，那么条件A到底是酸性条件还是碱性条件呢？通过看转化图即可知：在碱性条件下水解得醇C和羧酸盐B，B在硫酸的酸化中转化为羧酸E。而C可以氧化成D，D能再氧化为E，这样醇类C就暗含着，它只能是伯醇，也就是羟基在边位碳上，能被氧化为醛，醛再被氧化成羧酸。对于要找酯的同分异构体也暗含着条件限制，酯水解得到醇C和羧酸E，醇C可氧化得到羧酸E，说明C、E的碳架结构必须一样，酯C10H2OO2中把10个碳原子分半，得到5个碳原子的羧酸和5个碳原子的醇，该醇的分子式可以书写为C4H9-CH2OH。-C4H9有4种同分异构体，羧酸的碳架结构必须和醇的一模一样，所以符合条件的该酯只有4种，答案选B。原本酯C10H2OO2的同分异构体会有很多种，但有了上述所说的这些条件的限制以后，它的同分异构体就少了。

变式2：某酯A其分子式为C6H12O2。实验表明A和氢氧化钠溶液共热生成B和C，B和盐酸反应生成有机物D，C在铜的催化和加热条件下氧化为E，其中D、E均不能发生银镜反应，由此判断A的可能结构有（）。

A.2种B.3种C.4种D.6种

该题和例题所要考查的内容基本一样，是有关酯类的水解知识，但所限制的条件不一样。酯A（C6H12O2）水解生成羧酸D和醇C，对D和C都有条件限制，D不可能发生银镜反应说明D不可能是甲酸，而醇C能被氧化，但其氧化产物不能发生银镜反应说明醇不可能是伯醇，只能是仲醇（不能是叔醇，因为叔醇不能被氧化）。所以酯A（C6H12O2）可能是CH3COOC4H9、C2H5COOC3H7，不可能是C3H7COOC2H5、C4H9COOCH3。而可能的CH3COOC4H9、C2H5COOC3H7中，CH3COOC4H9水解生成乙酸没有同分异构体，生成的C4H9OH有4种同分异构体，但只有一种是仲醇。同样C2H5COOC3H7符合题意的也只有一种同分异构体，因此该题答案为A。

【例2】（2013年高考全国新课标一卷）分子式C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有（）。

A.15种B.28种C.32种D.40种

分子式为C5H10O2且能水解的有机物是酯类，有甲酸丁酯（4种）、乙酸丙酯（2种）、丙酸乙酯（1种）、丁酸甲

满了对这个问题的兴趣，达到了教师的预期效果：通过设定情境，激发了学生的认知冲突，接下来就应该引导学生解决认知冲突。

【教师引导】确实每一种仪器都有对应的用途，一般不可以串用。量筒是用来量取液体体积的，不能用来溶解固体，并且量筒本身也是一个粗的量器，并不十分准确，所以我们有必要进行改进，大家沿着横截面缩小可以提高量器的精确度的思考方向，想一想我们应该设计怎样的仪器来更加准确地量取100mL液体。

【学生回答】进一步缩小量器横截面面积。

【教师小结】科学家们通过梨形细颈的容量瓶实现了准确配制一定体积的溶液。然后教师介绍并演示容量瓶的检漏、洗涤、引流、定容等操作。

【设计意图】通过上图的PPT投影显示，进一步说明了容量瓶细颈设计的科学性，解决了学生的第一个认知冲突，让学生在感悟中加深了对溶液配制中最重要仪器容量瓶的理解。然后教师介绍并演示容量瓶的检漏、洗涤、引流、定容等操作，为第二个认知冲突做铺垫。

二、冲突升华，感受操作

【教师引导】活动与探究二：用容量瓶配制100mL0.100mol·L-1NaCl溶液。请大家先想好步骤，再进行操作。

【活动说明】容量瓶的检漏、洗涤、引流、定容等基本操作在前面已经做了介绍，但是实际操作中仍存在很多错误，如学生缺乏实验设计能力，不知道先做什么、后做什么；称取时药品撒在托盘上；溶解时加入的水过多导致后面无法定容；转移时两人协同操作；定容时使用胶头滴管斜着伸入容量瓶；定容时将容量瓶放于桌面上，人居高临下俯视读数；等等。学生做完后，教师再集体纠正错误操作，同时将固体溶解配制溶液的操作步骤概括为“计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀”，为第三个认知冲突埋下伏笔。

【设计意图】以往溶液的配制一般都是教师讲完操作步骤后学生再操作，学生在被动中接受，缺乏主动探究意识，对知识的理解不够深刻。而让学生自我设计，既能培养学生分析问题和解决问题的能力，又能使其对知识的理解更加深刻。这个环节没有给出实验步骤，就是为了让学生的操作错误充分暴露出来。实际操作中某些学生的操作构成了第二个认知冲突，由此可得出：实验操作比理论理解更需要关注细节，动手能力的提升需要少讲空话多实践。学生在体验中感悟，从而有效地激发了学生的学习动机，大大提高了学生的学习兴趣，同时最大限度地降低了实验课的枯燥感，提高了学生的学习效率。

三、冲突蜕变，构建操作

【教师引导】活动与探究三：用刚刚配好的0.100mol·L-1NaCl溶液准确配制100mL0.010mol·L-1NaCl溶液。请大家先想好步骤，再进行操作。

【师生交流讨论】与固体溶解相比较，这里是溶液稀释，所以称量需要改为量取，溶解改为稀释。

【教师小结】操作步骤概括为“计算、量取、稀释、转移、洗涤、定容、摇匀”。

【设计意图】从学生刚刚熟悉的固体溶解配制一定物质的量浓度的溶液入手，建立新旧知识的联系，为学习溶液稀释配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液搭建学习平台，在类比迁移中构建第三个认知冲突，由此可得出：知识需要活学活用，不能教条处理，往往相类似的知识之间又存在某些内在联系，只要稍加改变就可以达到目的。师生在一起讨论固体溶解配制和溶液稀释配制实验步骤的差异，就是一次思维碰撞、知识升华的过程。

【学生实验】学生操作完成溶液稀释配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液。

【设计意图】在上述解决三个认知冲突的过程中已经充分点燃了课堂教学的兴奋点，激发了学生动手操作的激情，学生需要在实践中纠正自己曾经犯下的错误，同时在纠错中又强化了自己的动手操作能力。在以往的溶液配制实验中往往学生只能操作一次，学生缺乏纠错的体验，通过固体溶解和溶液稀释实验可以让学生有机会在纠错中感悟，在感悟中构建基本实验操作。

总之，在新课程理念下，化学实验的功能应由激发学生积极地接受学习转变为促进学生主动地探究学习，由学会知识到求异存新。同时，新课程标准对学生设计实验能力的要求大大提高。“教教材”是照本宣科，其结果是教师“死”教，学生“死”学；“用教材”则需要教师结合学生实际和学科体系，充分挖掘教材，灵活处理教材，形成自然、生动、富有灵性的教学素材，并能有效地实施于课堂教学之中。教师在平时的课堂教学中，应该要以教材为本，深入挖掘，创造条件让学生进行实验设计，充分体现学生的主体地位和真正落实新课程的三维目标。

[参考文献]

陈卫，宋曙波.设计探究实验激活课本实验[J].中学化学教学参考，2012（10）：46-47.

（责任编辑罗艳）