7.1 第1课时 有机化合物中碳原子的成键特点 烷烃的结构（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2019 不定项版）

第一节　认识有机化合物 第1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 核心素养目标 　　1.能辨识常见有机化合物分子中的碳骨架，能概括常见有机化合物中碳原子的成键类型。 2．能描述甲烷的分子结构特征，并能搭建甲烷和乙烷的立体模型。 3．能写出丁烷和戊烷的同分异构体。 　　1.宏观辨识与微观探析：通过认识有机化合物中碳原子的成键特点，从微观的化学键视角探析有机化合物的分子结构。 2．证据推理与模型认知：通过认识烷烃的命名法和同系物的概念，从物质分类的角度辨识各类有机化合物的结构和性质特点。 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1．甲烷的结构 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 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(CC)、双键(CC)或三键(—C≡C—)。 (2)有机化合物碳骨架的基本类型 二、烷烃 1．烷烃的组成与结构 (1)甲烷的空间结构 ①甲烷的分子结构示意图与分子结构模型 ②甲烷分子的结构特点 (2)烷烃的组成和结构 2．烷烃的命名 (1)烷烃分子中碳原子数不多于10时，以甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸依次代表碳原子数。 (2)碳原子数在10以上时，以汉字数字代表，如“十一烷”。 (3)当碳原子数(n)相同，结构不相同时，用正、异、新等表示。例如，丁烷(C4H10)的有两种分子：CH3CH2CH2CH3(无支链)正丁烷； (有支链)异丁烷。 3．同系物 4．同分异构体 (1)概念 概念 概念的要点 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称为同分异构现象 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 ◆名师点拨 有机物中碳成键类型 ◆名师点拨 有机物中碳骨架结构 (1)若有机物中碳原子仅形成单键，则含3个及以上碳原子的有机物中碳原子呈锯齿状排列。 (2)链状碳骨架至少含1个碳原子，环状碳骨架中至少含3个碳原子(形成碳环)。 (3)碳骨架结构中，碳原子剩余价键可与H、O、X(卤素)原子等结合，从而使碳原子最外层达到8电子稳定结构。 ◆特别提醒 (1)天然气、沼气和煤层气的主要成分是甲烷。 (2)护肤品、医用软膏中的“凡士林”和蜡烛、蜡笔中的石蜡，其主要成分是含碳原子数较多的烷烃。 ◆拓展延伸 甲烷组成元素的实验确定 (1)点燃纯净的甲烷，在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，烧杯内壁有水珠出现，说明甲烷含有氢元素。 (2)迅速将小烧杯倒转过来，向烧杯中注入少量澄清石灰水，振荡，澄清石灰水变浑浊，说明有CO2生成，证明甲烷中含有碳元素。 ◆名师点拨 烷烃的组成与结构 (1)烷烃只含C、H两种元素，且氢原子数一定是偶数，相对分子质量也一定是偶数。 (2)链状烷烃的分子通式为CnH2n＋2(n为正整数)，符合此通式的有机物一定是烷烃。 (3)烷烃的结构特点：“饱和”、单键(C—C、C—H)。 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆名师点拨 同系物和同分异构体 (1)互为同系物的有机物均属于同一类物质，即分子结构相似。 (2)互为同系物的有机物中碳原子数不同，即分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。 (3)互为同分异构体的有机物结构不同，不一定是同类物质。 (4)同分异构体的物理性质和化学性质均可能不同。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)所有烷烃分子中都存在C—H和C—C(　　×　　) (2)烷烃分子中含有碳原子数大于3时，可能形成不同结构的碳骨架(　　√　　) (3)含有不同数目碳原子的烷烃互为同系物，其物理性质不同(　　√　　) 探究一__有机化合物的结构及表示方法　 [实验目的]通过搭建有机化合物分子的球棍模型，认识有机化合物的结构特点。 [实验用品]有机化合物分子球棍模型搭建配套学具，或简单易得的替代用品，如橡皮泥、牙签、火柴等。 [实验步骤]某研究小组同学用两种不同颜色的小球分别代表碳原子、氢原子，动手搭建球棍模型，要求尽可能多地搭建分子中含两个或三个碳原子的烃分子的球棍模型，部分球棍模型作品如图所示。 [问题设计] (1)分析图中五种烃分子的球棍模型，判断哪些烃分子只含有C—C和C—H？哪些烃分子中含有碳环结构？ 提示：只含有C—C和C—H的有④⑤；含有碳环结构的有④。 (2)上述烃分子中，哪些属于链状烷烃？分别写出其结构简式，并描述其关系。 提示：①⑤；CH4；CH3CH3；互为同系物。 (3)在有机化合物分子中，碳原子可能以哪些成键方式满足“碳四价”原则？ 提示：①碳原子可与氢原子或其他碳原子形成4个单键；②碳原子之间形成双键或三键，剩余价键与氢原子结合；③碳原子形成碳环结构，剩余价键与氢原子结合。 (1)有机化合物中碳原子的成键特点 (2)有机化合物的组成与结构的表示方法 种类 表示方法 实例 分子式 用元素符号表示物质的分子组成 CH4、C4H10 电子式 在元素符号周围用“·”或“×”表示原子最外层电子的成键情况 结构式 用短线“－”来表示1个共价键，用“—”(单键)、“===”(双键)或“≡”(三键)将所有原子连接起来(后面学) 结构简式 表示单键的“—”可以省略，将与碳原子相连的其他原子写在其旁边，在右下角注明其个数 CH3CH2CH3 球棍模型 小球表示原子，短棍表示化学键 空间填充模型 用不同体积的小球表示不同原子的大小 【例1】 (2023·茂名高一期末)有4种碳骨架结构如下的烃，下列说法错误的是(　　　　　) A．a和d的分子式均为C4H8 B．b的碳原子可能共平面 C．a和c互为同系物 D．a物质不属于烷烃 C　解析：根据有机化合物中碳原子的成键特点，a和d的分子式均为C4H8，A正确；b分子中两个相连的碳原子处于同一平面：，中间通过单键相连，而单键可以绕轴旋转，故b中4个碳原子可能共平面，B正确；a分子中含有C===C，c中不含C—C，二者的分子结构不相似，不互为同系物，C错误；a分子中含有C===C，不是烷烃，D正确。 1．(2023·邯郸高一期末)下图为烃分子的球棍模型，“大球”表示碳原子，“小球”表示氢原子。下列说法正确的是(　　　　　) A．图1表示的烃叫丙烷 B．图2烃分子的结构简式为CH3CH2CH2CH3 C．图1与图2表示的是同一种物质 D．图1与图2表示的物质互为同分异构体 D　解析：图1表示烃的结构简式为CH3CH2CH2CH3，其名称为正丁烷，A错误；图2烃分子的结构简式为CH3CH(CH3)2，B错误；图1和图2烃分子的结构不同，是不同的物质，C错误；CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2的分子式均为C4H10，二者的分子结构不同，互为同分异构体，D正确。 探究二__烷烃的结构与同分异构体 2022年3月4日，我国开发的全球首套1 000吨/年二氧化碳加氢制汽油中试装置在山东开车成功，生产出符合标准的清洁汽油产品。汽油中含有丁烷(C4H10)、戊烷(C5H12)等多种烃类。 [问题设计] (1)结合有机物中碳原子成键特点，推测丁烷(C4H10)的结构简式，并判断它们之间的关系。 提示：CH3CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH3；互为同分异构体。 (2)推测戊烷(C5H12)可能的结构简式，并判断丁烷和戊烷之间的关系。 提示：CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4；互为同系物。 (1)认识烷烃分子的结构特点 (2)同系物和同分异构体的判断方法 【例2】 我国首次火星探测任务“天问一号”探测器在火星着陆，在火星上首次留下中国印记，迈出了我国星际探测征程的重要一步。“天问一号”利用正十一烷(分子式为C11H24)储存能量。下列关于正十一烷的说法不正确的是(　　　　　) A．正十一烷属于有机化合物 B．正十一烷属于烃的衍生物 C．正十一烷与甲烷属于同系物 D．正十一烷中的碳原子均形成4个共价单键 B　解析：正十一烷属于烷烃，属于有机化合物，A正确；正十一烷属于烷烃，不属于烃的衍生物，B错误；正十一烷与甲烷都属于烷烃，两者结构相似，在分子组成上相差10个CH2原子团，二者互为同系物，C正确；正十一烷属于烷烃，故正十一烷的碳原子均形成4个共价单键，D正确。 2．下列关于CH4和的叙述不正确的是(　　　　　) A．均能用组成通式CnH2n＋2来表示 B．二者互为同系物 C.都属于烷烃，分子中既有极性共价键又有非极性共价键 D．两种烷烃分子中所含原子都不可能处于同一平面内 C　解析：两种烷烃结构相似，在分子组成上相差4个CH2原子团，互为同系物，B正确；CH4中有极性共价键，但没有非极性共价键，C错误；烷烃分子中碳原子均形成4个共价键，都是立体结构，分子中所有原子不可能处于同一平面内，D正确。 1．天然气的主要成分是甲烷(CH4)。甲烷分子的空间结构是(　　) A．正四面体形 B．五边形 C．三角形 D．直线形 A　解析：甲烷是以碳原子为中心，四个氢原子处于顶点的正四面体结构，A符合题意。 2．(2024·浙江9＋1高中联盟期中)下列说法正确的是(　　　　　) A．O2和O3互为同位素 B．CH3CH3和CH2===CH2互为同系物 C．Br和Br互为同素异形体 D．CH3CH(CH3)2和CH3(CH2)2CH3互为同分异构体 D　解析：O2和O3是氧元素形成的两种单质，互为同素异形体，A错误；CH3CH3和CH2===CH2结构上不相似，分子组成上也不相差若干个CH2原子团，不互为同系物，B错误；Br和Br质子数相同，质量数不同，互为同位素，C错误；CH3CH(CH3)2和CH3(CH2)2CH3分子式相同，结构不同，互为同分异构体，D正确。 3．下列说法正确的一组是(　　　　　) 4．(教材改编题)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(　　　　　) A．碳原子与碳原子之间只能形成单键 B．碳原子只能与碳原子形成碳链，而不能形成碳环 C．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 D．有机物中必定含有碳、氢两种元素 C　解析：碳原子最外层有4个电子，碳原子与碳原子之间既能形成单键，也能形成双键或三键，A错误；碳原子之间可以形成碳链，也能形成碳环，B错误；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正确；有机物中必定含有碳元素，而不一定含有氢元素，如CCl4等，D错误。 5．在下列各组物质中，找出合适的标号填在对应的空格内： ①NO2和N2O4　②12C和14C　③K和Ca ④异戊烷()和新戊烷() (1)互为同位素的是________。 (2)互为同分异构体的是________。 (3)互为同系物的是________。 (4)为同一种物质的是________。 答案：(1)②　(2)④　(3)⑥　(4)⑤ 解析：(1)互为同位素的是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，②符合。(2)互为同分异构体的是分子式相同、结构不同的化合物，④符合。(3)互为同系物的是结构相似、在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物，⑥符合。(4)为同一种物质的是⑤。 [课时梯级训练(12)见P201] 学科网（北京）股份有限公司 $$