第7章 第1节 第1课时 有机化合物中碳原子的成键特点 烷烃的结构(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学必修第二册同步学习指导(人教版2019)

第七章!有机化合物 第一节!认识有机化合物 第!课时"有机化合物中碳原子的成键特点"烷烃的结构 课程标准要求知道有机化合物分子空间结构"以甲烷为例认识烷烃中碳原子的成键特点+认识烷烃的结构! 学科核心素养 "#宏观辨识与微观探析$通过宏观模型搭建"从微观原子结构角度出发"认识甲烷的正四面体 结构特点和烷烃的组成和结构的关系"知道有机化合物种类繁多的原因! $#证据推理与模型认知$通过分析碳原子的成键特点"根据甲烷的分子结构"推测烷烃的空间 构型的思维模型! 学习目标 通过阅读思考#模型制作#动画演示等"认识甲烷的分子结构特点"掌握甲烷的结构式#电子式"建立甲烷的立体结构模型"知道甲烷的正四面体结构! 学习任务一!有机化合物中碳原子的成键特点 !"#$%&'() ! éêr¨Ãl5)ÁëK !碳原子的结构示意图为 $碳原子的电子式为/&/ / / $其最外层的!!!!个电子分别与!!!!个氢原 子的电子形成了!!!!个&0,共价键' 甲烷的分子式+!!!!$电子式+,S / & / S , S/ , / S ,$结构式+ , &, - - , , , , ' # ì™23-r¨Ãl5)ÁëK "#有机物中$碳原子可以形成!!!!个共价键' $#碳原子间成键方式多样 )"*碳碳之间的结合方式有单键)!!!!!!!*"双键)!!!!!!!*"三键)!!!!!!!*' )$*多个碳原子之间可以结合成碳链$也可以结合成碳环)且可带支 链*$如图所示' %#有机物结构特点 )"*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$可能因为碳原子间!!!! 或!!!!的不同而具有多种结构' "!$ "#是否含有碳元素的化合物都属于有机物( $#五个碳原子最多只能形成2个碳碳单键吗( !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "#正误判断 )"*在有机化合物中$碳原子间只能形成单键' )!!* )$*在有机化合物中$碳原子间所成的骨架只能为直链状' )!!* )%*有机化合物种类繁多的原因之一与碳原子间的成键方式及碳骨架不同有关' )!!* )2*碳原子能与其他原子形成2个共价键$且碳原子之间也能相互成键' )!!* $#请根据图中所示的结构$写出对应有机物的分子式' 图中物质哪些是链状结构( 哪些是环状结构( %#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!!!!' <=>?%@ABC ! DEFG !!在自然界里发现的和由人工合成的有机化合物已经有几 千万种"而且新的有机化合物仍在不断地被发现或合成出来! 其中"有些物质有特殊的性质和功能"有些物质与人类的生命 活动息息相关! 为了人类的生存和发展"化学家们不断地对有 机化合物进行研究"逐渐揭开了包括生命之谜在内的许多科学 奥秘"也使我们的物质世界更加丰富多彩! ! HI>? "#为什么有机化合物中的每个碳原子能与其他原子形成2个共价键( $#有机化合物中$,"+")"&(原子形成共价键的数目分别为多少个( "!% ! JKLM "#有机化合物中碳原子的结构及成键特点 $#有机物种类繁多的原因 )"*碳原子间成键方式多样' )$*碳原子可以和多种非金属原子形成共价键' )%*组成有机物的碳原子数目灵活' )2*含有相同碳原子数的有机物分子$可能具有多种结构 ! IKNO 题点" 认识有机化合物 有机物构成了生机勃勃的生命世界$也是燃料"材料和食品等的重要来源' 有机物 )!!* -#均易挥发"易燃烧 .#参与的化学反应常伴有副反应 &#仅含&",两种元素 /#均易溶于酒精"苯等有机溶剂 !#大多数有机化合物不具有的性质是 )!!* -#易燃烧 .#熔"沸点较低 &#热稳定性差 /#很难发生任何反应 题点$ 有机物中碳原子的成键特点 有人认为目前已知化合物中数量最多的是有机化合物$下列关于其原因的叙述中不正确的是 )!!* -#碳原子既可以跟自身$又可以跟其他原子)如氢原子*形成2个共价键 .#碳原子性质活泼$可以跟多数元素原子形成共价键 &#碳原子之间既可以形成稳定的单键$又可以形成稳定的双键和三键 /#多个碳原子可以形成长度不同的链"支链及环$且链"环之间又可以相互结合 "#下列关于有机化合物中碳原子的成键特点及成键方式的理解正确的是 )!!* -#碳原子与碳原子之间只能形成单键 .#碳原子与碳原子之间只能形成碳链$而不能形成碳环 &#碳原子最外层有2个电子$通常与其他原子之间以共价键的形式形成化合物 /#有机物中不一定含有碳元素 学习任务二!烷烃的结构 !"#$%&'() ! éê5„… "#甲烷的结构 甲烷的空间结构为!!!!!!形$碳原子位于!!!!!!!!$2个氢原子分别位于!!!!!!' 分子 中的2个&0,的长度和强度!!!!$相互之间的夹角!!!!' "!& $#甲烷的分子结构示意图和分子结构模型 !!'特别提醒(!!""球棍模型反映各原子的相对大小和空间位置#小棍代表化学键'!$"空间填充模型可以反 映分子的实际状态& # êí5„… ! 烷烃 乙烷 丙烷 丁烷 分子式 !!!! !!!! & 2 , "1 结构式 , &, - - , , , & - - , , , , , &, - - , , , & - - , , , & - - , , , , , &, - - , , , & - - , , , & - - , , , & - - , , , , 结构简式 !!!! !!!! !!!! "#烷烃的定义 只含有!!!!和!!!!两种元素$分子中的碳原子之间都以!!!!结合$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!!!!' $#烷烃的习惯命名"!!碳原子个数$ ! 0 "1 " $ % 2 : G M A @ "1 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷 ! O"1 用汉字数字代表$如& "" , $2 +十一烷 "#结合乙烷"丙烷"丁烷的分子式和结构式$归纳这类有机物分子式的通式' $#结合分子结构模型$总结这类有机物的组成和分子结构特点' !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "#正误判断 )"*甲烷的分子式为&, 2 $碳原子和氢原子在同一平面内' )!!* )$*正丁烷分子式为& 2 , "1 $2个碳原子在同一直线上' )!!* )%*烷烃分子中碳和碳之间以单键相结合$剩余的价键都和氢原子相结合' )!!* )2*相同碳原子数的有机物中$烷烃的含氢量最大' )!!* ):*烷烃分子中所有的原子有可能共面' )!!* "!' $#下列关于烷烃的叙述不正确的是 )!!* -#甲烷是最简单的烷烃$是沼气"天然气的主要成分 .#烷烃一定是饱和烃$饱和烃不一定是烷烃 &#分子通式为& ! , $! <$ 的烃不一定是烷烃 /#丙烷分子中碳原子不在一条直线上 <=>?%@ABC ! DEFG !!与无机化合物相比"有机化合物的组成元素并不复杂"但化合物数量众多"性质各异! 对有机化合物的研究" 需要在了解碳原子成键规律的基础上"认识有机化合物的分子结构"以及决定其分类与性质的特征基团"进而认 识有机化学反应"实现有机化合物之间的转化"合成新的物质! ! HI>? "#烷烃中碳原子共线吗( $#有机物的表示方法有哪些( ! JKLM "#烷烃的组成与结构特点 $#有机化合物结构的表示方法 种类 实例 含义 分子式 &, 2 用元素符号表示物质分子组成的式子$可反映一个分子中原子的种类和数目 最简式乙烷)&$,G*的最简式为&, % ! 表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子, " 由最简式可求最简式量 电子式 , " & . , . , " , 用小黑点等记号代替电子$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$但不表示空间结构 结构简式 &, % &, % 将结构式中碳碳单键"碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式$它比结构 式书写简单$比较常用$是结构式的简便写法$着重突出结构特点)官能团* "!( 键线式 )正丁烷* 省略碳"氢元素符号$用线段或折线表示分子中键的连接情况的式子 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 ! IKNO 题点" 甲烷的组成与结构 甲烷分子的空间构型是 )!!* -#四面体 .#斜四面体 &#正四面体 /#平面形 !#下列各图均能表示甲烷的分子结构$最能反映其真实存在情况的是 )!!* -# .#, S / & / S , S/ , / S , &# /# 题点$ 烷烃的组成与结构 已知甲烷和丙烷分子中碳原子成键相似$下列有关丙烷的描述正确的是 )!!* -#碳原子间以双键相结合$为链状结构 .#每个碳原子都形成四个价键$碳链为锯齿状 &#丙烷分子中所有原子共平面 /#丙烷分子中三个碳原子为环状结构 "#下列关于&, 2 "&, % &, % 和&, % , &, &, - % &, , % 的叙述正确的是 )!!* -#均能用通式& ! , $! <$ 来表示 .#与所有烷烃互为同素异形体 &#它们都是烷烃$结构中都既有极性共价键又有非极性共价键 /#都是平面形分子$所有原子都处于同一平面内 '8PQRS "!) TU,VW4 !#我国在物质制备领域成绩斐然' 下列哪种物质属于有机物 )!!* "#下列关于有机物和无机物的说法错误的是 )!!* -#有机物一定含有碳元素 .#无机物可能含有碳元素 &#无机物的熔点一般较高 /#常温下有机物都是液体 ##下列关于碳原子的成键特点及成键方式的理解中正确的是 )!!* -#饱和碳原子不能发生化学反应 .#碳原子只能与碳原子形成不饱和键 &#具有六个碳原子的苯与环己烷的结构不同 /#五个碳原子最多只能形成四个碳碳单键 $#下列叙述中正确的是 )!!* -#含:个碳原子的有机物$每个分子中最多可形成2个&0&键 .#正丁烷分子中所有碳原子在一条直线上 &#碳碳间以单键结合$碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定符合通式& ! , $! <$ /#分子式为& % , A 与& G , "2 的两种有机物一定互为同系物 %#写出满足下列条件的烷烃的分子式' )"*分子中含"A个氢原子的链状烷烃为!!!!' 相对分子质量为:A的链状烷烃为!!!!' )$*含碳质量分数最低的烷烃是!!!!,和&+ $ 密度相同的烷烃是!!!!,碳"氢质量比为: " "的烷烃是 !!!!' 请同学们认真完成练案!"$" 第#课时"同系物"同分异构体 课程标准要求知道有机化合物分子有空间结构#存在同分异构体现象"理解同系物的概念"能从元素和原子的角度认识烷烃的同分异构体! 学科核心素养 "#宏观辨识与微观探析$通过宏观模型观察"从微观化学键的角度"认识烷烃的组成与结构"理 解同分异构体的概念"知道烷烃的同分异构现象及原因! $#证据推理与模型认知$通过甲烷#乙烷#丙烷#丁烷等简单烷烃结构的学习"能从元素和原子 的角度认识烷烃的同分异构体"建立烷烃同分异构体的认知模型"并能用模型进行证据推 理"判断及书写简单烷烃的同分异构体! 学习目标 "#通过甲烷的结构建立模型"掌握烷烃的结构式#结构简式#电子式的书写"认识烷烃的球棍模 型#空间填充模型"进一步从微观化学键的视角探析有机化合物的分子结构! $#通过引导交流#思考讨论"认识烷烃同系物在组成#结构上的共同点"形成同系物的概念"并 能对同系物进行判断! 掌握烃基#同分异构体的概念和烷烃的同分异构体的理解和判断方 法"进一步理解有机物的性质与结构的关系"从有机物结构多样性角度探析性质的多样性! "!* 外层有四个电子，碳原子之间可以形成稳定的单键，又可以 第七章有机化合物 形成稳定的双键和三键，多个碳原子可以形成长度不同的 链、支链及环，且链、环之间义可以相互结合，D正确 第一节认识有机化合物 对点精练 2,C碳原子与碳原子之间既能形成单键，也能形成双键、三键， 第1课时有机化合物中碳原子 A项错误：碳原子之间可以形成碳链，也能形成碳环，B项错 的成键特点 烷烃的结构 误；碳原子最外层有4个电子，通常与其他原子之间以共价键 的形式形成化合物，C项正确：有机物中必定含有碳元素，而 学习任务一 不一定含有氢元素，如CQ,,D项错误 自主学习认知形成 学习任务二 一444CH 自主学习认知形成 二，1.42.(1) 一、1.正四面体正四面体的中心4个顶点相同相等 2.球棍空间填充 3.(2)成键方式碳骨架 二、CLC3 H,CH,CH3 CHCH,CH3CHCH2CHCH 微思考 1.碳 氢单键烷经 1.含碳元素的化合物不一定都是有机物。如C0、C0,、碳酸盐、 微思考 氰化物等为无机物。 1,C.H.2(n≥1)。 2.五个碳原子之间若形成环状结构，如环戊烷 ,则 2,碳原子之间都以单键相连，碳原子的其余价键均与氢原子相 连，且碳原子呈锯齿状排列。 能形成5个碳碳单键。 微诊断 微诊断 1,(1)×(2)×(3)V(4)V(5)× 1.(1)×(2)×(3)V(4)V 2.C分子通式为C,H,2的烃一定为烷烃。 2.①和②的分子式为C,H。,③④⑤⑧⑨的分子式为CH,⑥和互动探究能力提升 ⑦的分子式为C,H。链状结构有①②③④⑤⑥⑦.环状结构问题探究 有8利和⑨ 1.不共线，面是呈锯齿状，同一个碳上连接的4个价键的位置是 3.CH。CH 可以互相调换的.因为在空间内4个价键是可以旋转的 【解析】从棱品烷和立方烷的碳骨架结构可看出，每个碳原2有分子式、最简式、电子式，结构式，结构简式，键线式、球棍模 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 型、空间填充模型等。 剩余1个价健，即需要结合1个氢原子，则棱品烷和立方烷的题点例练 分子式分别是CH和C,H 题点1 互动探究 能力提升 例：C甲烷分子的空间构型是正四面体形，4个氢原子位于4 问题探究 个顶点，C位于正四面体的中心，C符合题意。故选C。 1.碳原子最外层有4个电子，不易失电子，也不易得电子，一般对点精练 通过共价键与氢、氧、卤素等元素的原子相结合，形成4个共1，D分子结构示意图只能体现分子的空间结构，不能体现原子 价键。 的相对大小，A不符合题意：电子式只能体现原子间的相互作 2.H、0,N,口原子形成共价键的数目分别为1个、2个，3个和 用，不能体现分子的空间结构.B不符合题意：球棍模型只能 1个 体现分子的空间结构，不能体现分子的形状，C不符合题意： 题点例练 空间填充模型不仅能体现分子的空间结构，还能体现分子的 题点1 形状，D符合题意。故选D 例：B不是所有的有机物均易挥发，易燃烧，如沸点很高的糖题点2 类油脂蛋白质等不易挥发，C℃L等不易燃烧，A错误：有机例：B分析可知，丙烷分子中碳原子形成4个价键，碳和碳之间 物参与的化学反应往往比较复杂，常伴有副反应，故有机反 为单键，形成碳链，剩余价键都和氢原子结合，故A、C、D错 应方程式中用“一→”表示主要反应，B正确：有机物包含烧 误，B正确 和烃的衍生物，仅含C,H两种元素的化合物为烃，面烃的衍对点精练 生物包含C、日之外的元素.C错误：有些有机物难溶于乙醇， 2.AB项，同素异形体的研究对象为单质：C项，CH。分子中只 如酚醛树脂，D错误。故选B。 有极性键，设有非极性键 对点精练 课堂素养评价 1,D大多数有机化合物难溶于水，易溶于有机溶剂，熔、沸点1，A全氮阴离子盐、聚合氮，脚化银纳米带中均不含碳元素，属 低，易燃烧，热稳定性差，受热易分解，化学反应复杂且速度 于无机物。 慢，常有刚反应发生，故选D 2.D绝大多数含有碳元索的化合物叫有机化合物简称有机物， 题点2 有机物都含碳，A正确：无机物也可能是含有碳元素的化合 例：B碳原子最外层有4个电子，碳原子与碳原子、其他原子 物，如一氧化碳、二氧化碳等含碳化合物属于无机物，B正确： (如氢原子)形成4个共价键达到稳定结构，A正确：碳原子 有机物一般都属于分子品体，大多数熔点较低，一般在400℃ 性质不活泼，B错误：碳原子之间成键方式具有多样性，碳原 以下，无机物熔点一般比较高，C正确：常温下有的有机物为 子与碳原子之间不仅可以形成共价单键，还可以形成双键 液体，如乙醇、乙酸，有的有机物为气体，如甲烷、乙烯，还有 三键，不仅可以形成碳链还可以形成碳环，C正确：碳原子最 些有机物为固体，如葡萄糖，淀粉等，D错误 -292 3,C饱和碳原子可以发生取代反应或裂化反应等，A错误：碳题点例练 原子也可以与氧原子或氮原子等形成不饱和键，B错误：五个题点1 碳原子若构成环戊烷，可以形成5个碳碳单键，D错误。 例：D组成和结构相似，相差若干个CH,原子团的化合物互为 4.D如果5个碳原子成环，则碳碳键数量为5。碳的4个键是 同系物，故A错误：通式相同，分子间相差n(n≥1)个CH2原 有角度的，故正丁烷的4个碳不在一条直线上。若是环状，则 子团的物质，也可能不互为同系物，如：饱和一元羧酸与饱和 不满足通式CH2,2。故选D。 一元酯通式相同，但不互为同系物，故B错误：CH为 5.(1)C,His C.Ho (2)CHa C,H,C,Hz 【解析】(1)链状烷烃通式一定满足CH.2,某直链统烃分 CH,一CH2,CH的结构可能为 △，此时CH与C,H 子中有18个氢原子，则2m+2=18,解得n=8,所以该有机物 分子式为：CH:设烷烃的分子式为C,H2,则14n+2=58 不互为同系物，故G错误；互为同分异构休的物质的化学性 解得n=4,所以该烷经的分子式为C,Ho。(2)因为院烃的通 质不一定相似，如：甲酸甲酯和乙酸化学性质不相似，故D正 12n 7*当n1 确。故选D。 武是CH2,含碳量可以表示2m22三6 对点精练 1.DC,H,与GH:都是烷烃，结构相似、分子组成上相差3个 时，分母最大，分式的值最小为75%，放含碳质量分数最低的 CH,原子团，互为同系物，故A正确：同系物的结构相似，具有 烷烃是H。与C0,密度（同温同压）相同的烷烃，其相对分 相同的通式，化学性质也相似，故B正确：同分异构体是指分 子质量应该和二氧化碳的相等，即为44，设烷烃的分子式为 子式相同，结构不同的有机物，一定不是同系物，故C正确：同 C.H2.2,则14n+2=44,解得n=3,则分子式为CH,:因为链 系物的最简式不一定相同，分子式一定不同，故D错误。故 状烷烃的通式是C,H2,碳，氢质量比为5：1，故物质的量比 选D。 为22音解得n=5,则分子式为C, 5 题点2 例：D正丁烷的结构简式为CH,CH,CH,CH,,异丁烷的结构简 第2课时 同系物同分异构体 式为(CH),CHCH,二者的分子式都为CHo,但正丁烷为 直链结构，而异丁烷带有支链，即二者的分子式相同，结构不 学习任务一 同（分子内碳原子的连接方式不同），所以二者互为同分异 自主学习认知形成 构体，故选D 一、1.结构CH 对点钻练 2.(1)一类(2)结构 2.B分子式相同而结构不同的化合物互称同分异构体，则具有 二、1.分子式结构同分异构现象同分异构现象 相同的相对分子质量，A不符合题意：由于同分异构体是不同 3.HC一CH2一CH2一CH2一CH(正戊烷) 的物质，所以它们不可能具有完全相同的熔点、沸点、密度等 微思考 物理性质，B符合题意：同分异构体是指具有相同的分子式且 1.(1)是(2)是、(3)是、(4)否、(5)否。(1)、(2)、(3)组中物 结构不同的物质，C不符合题意：因为具有相同的分子式，所 质结构相似，且分子组成上相差一个或若干个CH,原子团.故 以具有相同的组成元素，D不符合题意。放选B。 互为同系物：(4)中物质分子式相同，不属于同系物：(5)中物 质分子组成上相差一个CH:原子团，但其结构不相似，不属于 学习任务二 同系物， 自主学习认知形成 2.②④58⑨7 微思考 微诊断 1.122 1.(1)×(2)V(3)×(4)×(5)×(6)× 2.A互为同系物的物质必须结构相似，且分子组成上相差一个 2.CH,CH,CH,CH,CH(3种)、CH,CHCH,CH(4种)、 或若干个CH2原子团。①③结构相似且相差一个CH原子 CH 团，所以①③互为同系物：②中含有C=（,④中含有两个 CH, 氯原子，所以①④与①②均不可能互为同系物：⑤⑥分子式相 CH,一C一CH(1种) 同，结构不同，互为同分异构体 CH. 3.(1)2(2)④(3)⑥(4)⑤ 微诊断 【解析】(1)互为同位素的是质子数相同、中子数不同的原1，C结构相似，分子组成相差1个或若干个CH,原子团的化 子，②符合。(2)互为同分异构体的是分子式相同、结构不同 合物互称为同系物，A错误：分子式相同而结构不同的有机物 的化合物，①符合。(3)互为同系物的是结构相似、组成上相 一定互为同分异构体，B错误：分子式为CH,的烃，主链含4 差一个或若干个CH2原子团的化合物，⑥符合。(4)⑤中两 个碳原子，则支链只能是两个甲基，这两个甲基可以连在同一 个分子是同一种物质 互动探究能力提升 个碳上也可以连在不同碳上，所以同分异构体有2种，D 错误 问题探究 1.不是，二者原子的连接次序相同，二者为同一种物质。 2.D 该有机物结构为，A正确，C正确：据题给信息，推 2.不互为同分异构体，由于二者均为四面体结构，为同一种 物质 知该有机物分子式为CH,分子完全对称，只有一种位置的 3.相对分子质量相同，但分子式不相同.不属于同分异构体 H原子，因此一氯代物仅有1种，B正确，D错误。 -293