7.1.1 碳原子的成键特点 烷烃的结构（解析版）.docx

1、第七章 有机化合物第一节 认识有机化合物第1课时 碳原子的成键特点 烷烃的结构1认识有机物中碳原子的成键特点。2认识烷烃的组成及结构，了解有机物的多种表示方法。3了解同系物、同分异构体的概念，学会判断简单烷烃的同分异构体。一、有机化合物中碳原子的成键特点1甲烷中碳原子的成键特点碳原子的结构示意图为，碳原子的电子式为，其最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成了4个CH共价键。甲烷的分子式：CH4，电子式：，结构式：。2有机化合物中碳原子的成键特点(1)碳原子间的成键方式多样有机化合物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成4个共价键，而且碳原子与碳原子之间也能形成共价键。可以形成单键()、双键()

2、或三键(CC)。(2)碳骨架类型多样多个碳原子之间可以结合成碳链，也可以结合成碳环，构成有机物链状或环状的碳骨架。直链支链链状结构环状结构(3)有机化合物的多样性有机物分子可能只含有一个或几个碳原子，也可能含有成千上万个碳原子。含有相同碳原子数的有机物分子，因为碳原子间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。二、烷烃的结构1甲烷的结构(1)甲烷的结构甲烷的空间结构为正四面体形，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于4个顶点。分子中的4个CH的长度和强度相同，相互之间的夹角相等。(2)甲烷的分子结构示意图和分子结构模型球棍模型反映各原子的相对大小和空间位置，小棍代表化学键；空间填充模型可以反

3、映分子的实际状态。2烷烃的结构(1)烷烃的定义只含有碳和氢两种元素，分子中的碳原子之间都以单键结合，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使碳原子的化合价都达到“饱和”。这样的一类有机化合物称为饱和烃，也称为烷烃。(2)烷烃的结构特点烷烃乙烷丙烷正丁烷分子式C2H6C3H8C4H10结构式结构简式CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3分子结构模型分析烷烃的结构式和分子式可得出链状烷烃的通式：CnH2n2。由分子结构模型可得出烷烃的结构特点：碳原子间以单键相连，每个碳原子都与其他原子形成四面体结构，碳原子呈锯齿状排列。 (3)烷烃的习惯命名(n：碳原子个数)n1012345678910

4、甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷n10用汉字数字代表，如C11H24：十一烷三、同系物和同分异构体1同系物结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。2同分异构体(1)概念同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。同分异构体：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。(2)实例：和的分子式均为C4H10，互为同分异构体，用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3、。(3)同分异构体种数随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体的数目也就越多。甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种，戊烷有3种，己烷有5种，而癸烷有75种。(4)同分异构体的性质

5、同分异构体的分子结构不同，导致化学性质和物理性质均有一定差异，如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。问题一 碳原子的成键特点【典例1】教材中描述“使用模型研究物质结构”，有机化合物中碳原子的连接方式如图(图中小球代表碳原子)，试写出下列有机化合物的分子式。答案：按顺序分子式分别为C4H10、C4H8、 C4H10、C4H6、 C4H8、C4H8、 C4H6、C4H8。【归纳小结】有机物的表示方法种类实例含义分子式CH4用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目最简式乙烷(C2H6)的最简式为CH3表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子；由最简式可求最简式量电子式用小黑点等记

6、号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子结构式能反映物质的结构；表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构结构简式CH3CH3将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)球棍模型小球表示原子，小棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)空间填充模型用不同体积的小球表示不同大小的原子用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序【变式练1-1】下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是()ACH3N BCH4Si CCH2OS DCH4S 答案：B解析：C、Si能形成4个共价键，N能形成

7、3个共价键，而O、S能形成2个共价键，由此可以看出B中物质C、Si成键不合理。【变式练1-2】碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多，下列碳原子的结合方式错误的是()答案：C解析：碳原子之间可以相互结合形成碳链(可带支链)，也可形成碳环，但每个碳原子都形成4个价键，故C项错误。【变式练1-3】两种有机物的碳骨架如图所示。已知它们结构中的碳原子余下的价键均与氢原子结合，请写出分子式：棱晶烷_；立方烷_。答案：C6H6C8H8解析：从棱晶烷和立方烷的碳骨架结构可看出，每个碳原子均与另外3个碳原子形成3个碳碳单键，故每个碳原子还剩余1个价键，即需要结合1个氢原子，则棱晶烷和立方烷的分子式分别是C6H

8、6和C8H8。问题二 烷烃的结构【典例2】下列关于烷烃的叙述不正确的是()A甲烷是最简单的烷烃，是沼气、天然气的主要成分B在烷烃分子中，所有的化学键都是单键C分子通式为CnH2n2的烃不一定是烷烃D丙烷分子中碳原子不在一条直线上答案：C解析：分子通式为CnH2n2的烃一定为烷烃。【变式练2-1】下列物质中，一定属于烷烃的是()AC3H8BC4H8CC5H8DC7H8答案：A解析：烷烃的通式为CnH2n+2，所以分子式为C3H8的物质属于烷烃。【变式练2-2】写出满足下列条件的烷烃的分子式。(1)分子中含18个氢原子的链状烷烃为_。相对分子质量为58的链状烷烃为_。(2)含碳质量分数最低的烷烃是

9、_；和CO2密度相同的烷烃是_；碳、氢质量比为51的烷烃是_。答案：(1)C8H18C4H10(2)CH4C3H8C5H12问题三 同系物和同分异构体【典例3】下列相关说法正确的是()A16O2和18O3互为同位素B和互为同分异构体CCH3CH2CH2CH3和互为同系物D和为同一种物质答案：D解析：16O2和18O3都是氧元素的单质，两者互为同素异形体，A错误；由于乙烷分子中碳原子和周围4个原子所成价键为单键，空间结构为四面体，且单键可以旋转，所给物质为同一物质，B错误；CH3CH2CH2CH3和分子式都为C4H10，结构不同，互为同分异构体，C错误。【归纳小结】1判断同系物的三个关键点(1)

10、“同”：两种物质属于同一类物质；(2)“似”：两种物质结构相似；(3)“差”：两种物质在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。2同系物、同分异构体的比较概念研究对象比较实例相同不同同系物有机化合物结构相似分子组成上相差一个或若干个CH2原子团CH3CH3与同分异构体化合物分子式相同结构不同CH3CH2CH2CH3与【变式练3-1】下列有机物中和甲烷互为同系物的为_(填序号，下同)，和CH2=CH2互为同系物的为_，和互为同分异构体的为_。CH3CH2CH3 CH2=CHCH3 答案：解析：同系物是结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物，分子通式相同，CH4和CH3CH2CH

11、3、同属于烷烃，互为同系物；CH2=CH2和CH2=CHCH3及分子中都含，结构相似，且分子组成上相差1个或2个CH2原子团，故互为同系物；和CH2=CHCH3分子式相同(C3H6)，结构不同，故互为同分异构体。【变式练3-2】某些有机化合物的分子模型如图所示。回答下列问题：(1)属于空间填充模型的是_(填图中序号，下同)。 (2)表示同一种有机化合物的是_ 。(3)存在同分异构体的是_，写出其同分异构体的结构简式：_。答案：(1)乙、丙(2)甲、丙(3)戊CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4解析：(1)乙、丙能表示原子的相对大小及连接形式，属于空间填充模型。(2)甲、丙分别是甲烷

12、的球棍模型与空间填充模型，属于同一种有机化合物。(3)存在同分异构体的是戊，其同分异构体的结构简式为CH3CH(CH3)CH2CH3和C(CH3)4。【基础强化】1目前已知化合物中数量、种类最多的是第A族碳的化合物(有机化合物)，下列有关其原因的叙述不正确的是()A碳原子既可以跟自身，又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键B碳原子性质活泼，可以跟多种元素原子形成共价键C碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成双键和三键D多个碳原子可以形成长度不同的链(可以带有支链)及环，且链、环之间又可以相互结合答案：B解析：碳原子性质稳定，不易得电子也不易失电子，要形成8电子的稳定结构，一般跟其他原子

13、形成共价键，故B项错误。2有关有机化合物中碳原子的成键特点，下列说法错误的是()A碳原子最外层有4个电子，每个碳原子形成4个价键B碳原子间只能形成碳链，不能形成碳环C在CH4分子中，四个碳氢共价键的长度和强度均相同D在正丁烷分子中，4个碳原子形成的碳链为锯齿形，不为直线形答案：B解析：碳原子间可以形成碳链，也可以形成碳环，故B项错误。3以下结构表示的有机物是烷烃的是()ACH3OHBCH2=CH2CDCHCCH2CH3答案：C解析：烷烃不含O元素，故CH3OH不能表示烷烃，A错误；烷烃不含碳碳双键，故CH2=CH2不能表示烷烃，B错误；符合烷烃的结构特征，故可以表示烷烃，C正确；烷烃不含碳碳三

14、键，故CHCCH2CH3不能表示烷烃，D项错误。4下列说法不正确的是()A烷烃中每个碳原子都形成四个共价单键B正戊烷的五个碳原子可以在同一条直线上C甲烷、乙烷、丙烷的结构都只有一种D任何烷烃分子不可能为平面结构答案：B解析：正戊烷分子中5个碳原子为锯齿形，不为直线形，故不在同一直线上，B错误。5正丁烷和异丁烷互为同分异构体的依据是()A相对分子质量相同，但分子的空间结构不同B两种化合物的组成元素相同，各元素的质量分数也相同C具有相似的化学性质和物理性质D分子式相同，但分子内碳原子的连接方式不同答案：D解析：正丁烷、异丁烷的分子式都为C4H10，但正丁烷没有支链，而异丁烷带有支链，二者分子内碳原

15、子的连接方式不同，所以二者互为同分异构体。6下列各组物质中互为同系物的是()ACH3CH=CH2和CH3CH2CH2CH=CH2BCH3CH3和CH3CH=CH2CCH3CH2CH3和CH3CH=CH2DCH3CH2CH=CH2和CH3CH2CH2CH3答案：A解析：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物，B、C、D三个选项中分别给出的两种物质结构不相似，分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团，所以B、C、D三项均不符合题意。7下列叙述正确的是()A的名称为异丁烷B和为同一物质CCH3CH2CH2CH2CH3和互为同系物D12C和C60互为同素异形体答案：B解析

16、：A中物质名称为正丁烷，A错误；甲烷为正四面体构型，两者为同一物质，B正确；C中两种分子的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，C错误；同素异形体是同种元素形成的不同单质，而12C为原子，D错误。8火炬中燃料的主要成分为丙烷。下列有关丙烷的叙述不正确的是()A丙烷属于烷烃B丙烷的球棍模型为C丙烷的结构简式为D丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能答案：C解析：丙烷分子中，碳碳之间均为单键，符合通式CnH2n2(n为正整数)，属于烷烃，A项正确；丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，C项错误；丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能，D项正确。9(1)如图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题： 上述甲

17、烷的表示方法中，最能反映其真实结构的是_(填字母，下同)。a b c d下列事实能证明甲烷分子是正四面体结构的是_。aCH3Cl只代表一种物质bCH2Cl2只代表一种物质cCHCl3只代表一种物质dCCl4只代表一种物质(2)烷烃分子中的1个碳原子与1个氢原子结合的方式是_。a形成4个共用电子对b通过1个共价键c通过2个共价键d通过离子键和共价键答案：(1)db(2)b解析：(1)空间填充模型能表示出原子的相对大小及原子间的位置关系，所以甲烷的空间填充模型最接近其分子的真实结构。如果甲烷为平面正方形结构，则CH3Cl、CHCl3、CCl4都只有一种结构，但CH2Cl2却有两种结构，如果甲烷是正

18、四面体结构，则CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都只有一种结构，故CH2Cl2只代表一种物质可证明甲烷分子是正四面体结构。(2)烷烃分子中1个碳原子与1个氢原子间只能形成一个共用电子对，即1个共价键。10按要求回答下列问题。(1)甲烷的电子式为_。(2)相对分子质量为72的链状烷烃的分子式为_。(3)下列物质中互为同分异构体的有_(填序号，下同)，互为同素异形体的有_，互为同位素的有_，互为同系物的有_。CH3CH2OH37Cl石墨35ClCH3COOH金刚石丁烷答案：(1)(2)C5H12(3)或解析：(1)甲烷的电子式为。(2)链状烷烃相对分子质量的通式为14n2，相对分子质量

19、为72的烷烃，14n272，解得n5，则该烷烃的分子式为C5H12，其只有一种氢，说明是四个甲基都连接在同一个碳原子上，其结构简式为C(CH3)4。(3)同分异构体是指分子式相同，结构式不同的物质，因此互为同分异构体的有；同素异形体是指同种元素形成的不同单质，互为同素异形体的有，同位素是指同种元素的不同核素，互为同位素的有；同系物是指结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机物，互为同系物的有或。【能力提升】1据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60；4H是主要来源于宇宙射线的初级粒子，人类在月球上发现了储量丰富的3H。下列说法正确的是()AN60与C60互为同素异形

20、体B3H2与4H2互为同位素CC2H4和C3H6可能互为同系物D3H2O与4H2O互为同分异构体答案：C解析：N60与C60是由不同元素组成的单质，不互为同素异形体，A错误；3H与4H是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，但是3H2与4H2为单质，B错误；C2H4与C3H6分子组成相差一个CH2原子团，二者可能互为同系物，C正确；3H2O与4H2O是氢元素的不同核素和氧原子构成的水分子，不互为同分异构体，故D错误。2世界上第一个完全由碳原子构成的环状分子C18如图所示。下列关于C18的说法错误的是()A属于环状有机物B与石墨、金刚石互为同素异形体C属于无机物D碳原子间的结合方式有2种答案

21、：A解析：从题给信息知，C18中的18个碳原子通过交替的碳碳单键和碳碳三键相连接，是仅由碳原子构成的分子，因而C18属于单质，不属于有机物。3烷烃分子可看成由CH3、CH2、和等结合而成的。如果某链状烷烃分子中同时存在这4种基团，它所含碳原子数最少为()A4 B7 C8 D9答案：C解析：如果某链状烷烃分子中存在CH3、CH2、和基团各最少有一个，则分子中最少含有8个碳原子，C正确。4写出下列各烷烃的分子式。(1)链状烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍：_。(2)链状烷烃B的分子中含有200个氢原子：_。(3)分子中含有26个电子的链状烷烃C：_。答案：(1)C6H14(2)C99H2

22、00(3)C3H8解析：(1)链状烷烃的通式为CnH2n2，烷烃的相对分子质量为14n2，同温同压下密度之比等于摩尔质量之比，也就等于相对分子质量之比，则A的相对分子质量为14n286，解得n6，即该链状烷烃的分子式为C6H14。(2)链状烷烃B的分子中含有200个氢原子，即2n2200，解得n99，所以B的分子式为C99H200。(3)链状烷烃C分子中含有26个电子，则有6n2n226，解得n3，所以C的分子式为C3H8。5(1)降冰片烷的结构如图所示：，其分子式为_，该有机物_(填“属于”或“不属于”)烷烃。(2)已知链状烷烃的通式为CnH2n2，在链状烷烃分子中的基团：CH3、CH2、中

23、的碳原子，分别称为伯、仲、叔、季碳原子，数目分别用n1、n2、n3、n4表示。例如：分子中，n16，n20，n32，n41，在链状烷烃(除甲烷外)分子中，各种类型的碳原子个数之间存在着一定的关系。四种碳原子个数之间的关系为n1_。若某链状烷烃分子中n2n3n41，写出该链状烷烃的分子式：_。答案：(1)C7H12属于(2)n32n42C8H18解析：(1)由降冰片烷的结构可知，该物质的分子中含7个碳原子和12个氢原子，分子式为C7H12。(2)由于链状烷烃的通式为CnH2n2，设分子中H原子个数为n，C原子与H原子之间的数量关系为n2(n1n2n3n4)2，伯、仲、叔、季碳原子上含有的H原子数目分别为3、2、1、0，所以C原子与H原子之间的数量关系为n3n12n2n3，则2(n1n2n3n4)23n12n2n3，故n32n42n1。由n32n42n1，当n2n3n41时，n15，碳原子总数为8，则该烷烃的分子式为C8H18。