7.1.1 有机化合物中碳原子的成键特点　烷烃的结构-【固本强基】2024-2025学年高一化学同步精品讲与练（人教版2019必修第二册）

第七章 有机化合物 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 模块导航：[学习目标]→[思维导图]→[核心知识梳理]→[典例分析]→[基础达标训练] →[能力提升训练] [学习目标]　 1.以甲烷为例，认识有机物中碳原子的成键特点，掌握甲烷的分子结构，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。 2.了解烷烃的概念、通式及结构特点。 3.理解同系物、同分异构体的概念并会判断和书写简单烷烃的同分异构体。 [思维导图] [核心知识梳理]　 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1．甲烷的分子结构 甲烷是最简单的有机化合物，甲烷(CH4)分子中的碳原子以最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C—H共价键，其电子式为，结构式为。 2．有机物中碳原子的结构及成键特点 （1）有机物中，碳原子可以形成 4个共价键。 （2）碳原子间成键方式多样 ① 碳碳之间的结合方式有单键()、双键()或三键(—C≡C—) ② 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)。 （3）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。 注意：有机物中碳原子成键特点和碳原子间的连接特点决定了有机物种类繁多。 二、烷烃的组成与结构 1．甲烷的结构模型 （1）甲烷的结构特点 甲烷的空间结构是正四面体结构， 碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于4个顶点上。分子中的4个C—H的长度和强度相同，相互之间的夹角相同，为109°28′。 （2）甲烷的空间结构示意图是，甲烷的球棍模型为，空间填充模型为。 2．烷烃——只含有碳和氢两种元素 （1）结构特点 ①分子中碳原子之间都以单键结合；②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”，称为饱和烃，又称烷烃。示例：乙烷的结构式为，分子式为 C2H6 ，丙烷的结构式为，分子式为 C3H8 。 ③碳原子之间结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。 （2）烷烃的通式：链状烷烃中的碳原子数为n，氢原子数就是2n＋2，分子通式可表示为CnH2n＋2 。 （3）烷烃的习惯命名 ①方法 碳原子数(n)及表示 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸 n＞10 相应汉字数字 ②示例：C4H10称丁烷 ，C8H18称辛烷 ，C12H26称十二烷。 【归纳总结】有机化合物组成和结构的表示方法 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，可反映出一个分子中原子的种类和数目 最简式(实验式) 乙烷C2H6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 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 ①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构； ②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 球棍模型 小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构 空间填充模型 ①用不同体积的小球表示不同大小的原子； ②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序 3．同系物 （1）概念：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。 （2）实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。 4．同分异构体 （1）概念 ①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。同分异构现象是有机物种类繁多的重要原因之一。 ②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）写出C4H10的同分异构体：CH3CH2CH2CH3 和，其名称分别为 正丁烷 和 异丁烷 。 （3）戊烷的同分异构体有 3 种（正戊烷、异戊烷和新丁烷），己烷的同分异构体有5 种。 三、同分异构体的书写与数目判断 1．烷烃同分异构体的书写——减碳链法 （1）遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由邻到间。 （2）书写的步骤 ①先写出碳原子数最多的主链。 ②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。 ③写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上，以此类推。 （3）实例(以C6H14为例) a．将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C b．从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种： 甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。 c．从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种： ②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。 2．烷烃一元取代物同分异构体数目的确定 烷烃分子中的一个氢原子被其他原子或原子团所代替的产物，称为烷烃的一元取代物，其同分异构体数目的判断是常见的重要题型，其确定方法常用等效氢法和基元法(即烃基数目法)。 (1)等效氢法 用等效氢法判断某烷烃的一元取代物的同分异构体的数目，首先要观察烷烃的结构是否具有对称性。 ①连在同一碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。 ②同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷()中的四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。 ③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。 烷烃分子中等效氢原子有几种，则该分子一元取代物就有几种同分异构体。 (2)基元法(即烃基数目法) 根据等效氢法的判断，丙基、丁基、戊基分别有2、4、8种结构。 例如，判断分子式为C4H9Cl的有机化合物的种类，C4H9Cl可以看作—C4H9(丁基)与—Cl相连，丁基有4种结构，则该有机物有4种同分异构体。 【归纳总结】“四同”的比较 定义 化学符号 结构 性质 同位素 质子数相同，中子数不同的原子 H、H、H 电子层结构相同，原子结构不同 物理性质不同，化学性质相同 同素 异形体 同一种元素组成的不同单质 O2、O3 单质的组成或结构不同 物理性质不同，化学性质不一定相同 同系物 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 一般用结构简式表示 碳原子连接方式相同，若有官能团，官能团个数相同 物理性质不同，化学性质相似 同分 异构体 分子式相同，结构不同的化合物 一般用结构式或结构简式表示 碳链异构、位置异构、官能团异构 物理性质不同，化学性质不一定相同 [典例分析] [典例1]某烃R的分子式为，可能有如下几种球棍模型(或碳骨架模型)，则R不可能是    A．① B．② C．③ D．④ 【答案】B 【详解】戊烷的分子式为C5H12，分子式为相比饱和烷烃少了4个H原子，则不饱和度为2，可能为两个碳碳双键、两个环状或1个碳碳双键和1个环状，而②的分子式为C5H10，则不能为R物质，故选B。 [典例2]从碳原子成键情况分析，下列物质的结构式不合理的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】碳原子最外层有4个电子，因此要与周围原子形成4对共用电子对，C选项对应的物质，其中间的碳形成了5对共用电子对，不符合碳原子的成键理论； 故选C。 [典例3]下列结构简式代表几种不同的烷烃 (1) (2) (3) (4) (5) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【答案】B 【详解】表示2-甲基丁烷， 表示戊烷，表示2-甲基丁烷，表示戊烷，表示2，3-二甲基丁烷，因此表示3种不同的烷烃，故B符合题意。 综上所述，答案为B。 [典例4]下列关于同系物及同分异构体(不含立体异构)的说法正确的是 A．分子式的通式相同的一系列物质一定互为同系物 B．相对分子质量相同的不同化合物互称为同分异构体 C．分子式为C4H9Cl的同分异构体有4种 D．分子式为C6H14的烃，主链含4个碳原子的同分异构体有3种 【答案】C 【详解】A．结构相似，类别相同，分子组成相差 1 个或 n 个CH2原子团的物质互称为同系物，A错误； B．分子式相同而结构不同的有机物一定互为同分异构体，B错误； C．丁烷含2种同分异构体，去掉1个H为丁基，丁基有4种同分异构体，则分子式为C4H9Cl的同分异构体共有4种，C正确； D．分子式为C6H14的烃，主链含4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碳上也可以连在不同碳上，所以同分异构体有2种，D错误； 故选C。 [典例5]甲、乙两种有机物的球棍模型如下，下列有关二者的描述不正确的是 A．甲、乙互为同系物 B．甲、乙互为同分异构体 C．甲、乙一氯取代物的数目相同 D．甲、乙分子中含有的共价键数目相同 【答案】A 【详解】A．由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，空间结构不同，所以二者互为同分异构体，不互为同系物，A错误； B．由甲、乙的球棍模型知，甲、乙的分子式相同，空间结构不同，所以二者互为同分异构体，B正确； C．甲和乙中都有2种不同化学环境的氢原子，其一氯取代物都有2种，C正确； D．由甲、乙的球棍模型知，甲分子中含有13个共价键，乙分子中含有13个共价键，甲、乙分子中含有的共价键数目相同，D正确； 故选A。 [典例6]下列化合物中，与互为同分异构体的是 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】的分子式为C5H12，分子式相同、结构不同的有机物互为同分异构体。 【详解】A．的分子式为C2H6，二者分子式不同，不是同分异构体，故不选A； B．的分子式为C3H8，二者分子式不同，不是同分异构体，故不选B； C．的分子式为C5H12，但是二者结构相同，是同一物质，不是同分异构体，故不选C； D．的分子式为C5H12，二者分子式相同、结构不同，互为同分异构体，故选D； 故选D。 [典例7]用氯气取代相对分子质量为44的烃分子上的一个氢原子，所得的化合物可能有 A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 【答案】A 【详解】该烃的分子式:余8，故该烃的分子式为C3H8，该烃与氯气发生一氯取代的产物有1-氯丙烷、2-氯丙烷、氯化氢3种； 答案选A。 [典例8]有机物及其一氯代物的同分异构体数目分别为（不考虑立体异构） A．1种和3种 B．2种和7种 C．3种和8种 D．3种和14种 【答案】C 【详解】是戊烷，有三种同分异构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷。其中正戊烷有3类氢原子，异戊烷有4类氢原子，新戊烷有1类氢原子，因此其一氯代物的同分异构体数目为8种。 答案选C。 [基础达标训练] 1．有机化学中，碳原子之间可以结合成碳链，也可以结合成 A．直链 B．碳环 C．支链 D．主链 【答案】B 【详解】有机化学中，碳原子之间可以结合成碳链，也可以结合成碳环，碳碳之间既能形成单键、双键和三键，决定有机物的种类繁多，故答案为：B。 2．下列说法中正确的是 A．某烃的分子式为C3H6，故该分子中一定含有碳碳双键 B．碳原子间以单键相连的烃一定是链状烷烃 C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上 D．戊烷有3种同分异构体 【答案】D 【详解】A．某烃的分子式为，其分子中可能含有碳碳双键，也可能含有碳环，A错误； B．碳原子间以单链相连的烃，可以呈链状，也可以呈环状，B错误； C．正戊烷分子呈锯齿形，分子中所有的碳原子不可能在同一条直线上，C错误； D．戊烷有3种同分异构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷，D正确； 故选D。 3．可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入来生产“无铅汽油”。分子中必存在的原子间连接形式有 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据碳原子总是形成四个共价键，氧原子总是形成两个共价键，结合其结构简式，分子中必存在的原子间连接形式有，故选C。 4．下列关于有机物结构特点的说法中，正确的是 A．CH4分子只含有极性键 B．碳原子之间只能形成C－C单键 C．含碳元素的物质都是有机物 D．碳原子之间只能形成碳链 【答案】A 【详解】A．CH4中只存在C-H键，不同非金属原子之间形成极性键，故A正确； B．碳原子之间能形成碳碳单键，碳碳双键，碳碳三键，故B错误； C．含碳元素的物质不一定都是有机物，比如CO，故C错误； D．碳原子之间能形成碳链，也可以形成碳环，故D错误。 故选：A。 5．下列对有机化合物的认识正确的是 A．有机化合物都是共价化合物 B．有机化合物都含有碳、氢元素 C．有机化合物都具有同分异构现象 D．有机物种类多是由碳原子的成键特征决定的 【答案】D 【详解】A. 有机物也可以是离子化合物，比如乙醇钠C2H5ONa    ，故A错误； B. 有机化合物都含有碳元素，不一定含有氢元素，比如CCl4，故B错误； C. 分子式相同，结构不同的有机物互为同分异构体，甲烷没有同分异构体，则并不是所有的有机化合物都具有同分异构现象，故C错误； D. 碳原子能与其他原子形成四个共价键（可以是双键，可以是单间，可以是叁键），且碳原子之间也能相互成键，可以成碳链，可以成碳环，所以有机物种类多是由碳原子的成键特征决定的，故D正确； 答案选D。 6．目前已发现的有机物大约有三千万种，下列有关其种类繁多的原因的说法错误的是 A．碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合 B．多个碳原子可以形成长短不一的碳链，碳链也可以含有支链 C．每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键 D．多个碳原子间可以形成碳链、碳环，碳链或碳环也能相互结合 【答案】C 【分析】有机物种类多的原因：碳原子最外层有4个电子，碳原子与碳原子、其他原子（如氢原子）形成4个共价键；碳原子之间可以形成稳定的单键，又可以形成稳定的双键和三键；多个碳原子间可以形成碳链、碳环，碳链或碳环也能相互结合；多个碳原子可以形成长短不一的碳链，碳链也可以含有支链；存在同分异构体。 【详解】A．碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合，是碳的化合物种类多的原因之一，故A正确； B．多个碳原子可以形成长短不一的碳链，碳链也可以含有支链，是碳的化合物种类多的原因之一，故B正确； C．每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键，不是碳的化合物种类多的原因之一，故C错误； D．多个碳原子间可以形成碳链、碳环，碳链或碳环也能相互结合，是碳的化合物种类多的原因之一，故D正确； 故选C； 7．如图是某有机物的球棍模型，该有机物是 A．乙醇 B．丙烷 C．正丁烷 D．异丁烷 【答案】C 【详解】碳原子形成四个共价键、氢原子形成一个共价键，根据球棍模型知，有机物结构简式为CH3CH2CH2CH3，所以该有机物为正丁烷。 答案选C。 8．下列关于有机化合物中碳原子的成键特点的说法错误的是 A．碳原子最外层有4个电子，决定其在反应中既不容易得到电子也不容易失去电子 B．碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳链，也可以形成碳环，且还可以含有支链 C．碳原子与碳原子之间可以形成碳碳单键，也可以形成碳碳双键、三键和四键 D．有机物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有几个甚至成千上万个碳原子 【答案】C 【详解】A．最外层电子数大于4时容易得到电子，最外层电子数小于4时容易失去电子，最外层电子数为4时即不容易得到也不容易失去，碳是6号元素，最外层电子数为4所以即不容易失去电子也不容易的到电子，A正确； B．由于碳原子最外层电子数为4，碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳链，也可以形成碳环，且还可以含有支链，B正确； C．碳原子与碳原子之间可以形成碳碳单键，也可以形成碳碳双键、三键，但碳原子与碳原子之间不能形成4对共用电子，C错误； D．有机物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有几个甚至成千上万个碳原子，所以有机物的种类远多于无机物，D正确； 答案选C。 9．下列化合物中，与CH3CH2CH2CH2CH3互为同分异构体的是 A．CH4 B．CH2＝CH2 C．CH3CH3 D． 【答案】D 【分析】同分异构体是分子式相同而结构不同的化合物的互称。 【详解】A．CH3CH2CH2CH2CH3与CH4分子式不同，故A不选； B．CH3CH2CH2CH2CH3与CH2＝CH2分子式不同，故B不选； C．CH3CH2CH2CH2CH3与CH3CH3分子式不同，故C不选； D．CH3CH2CH2CH2CH3与分子式相同，都为C5H12，结构不同，故D选； 故答案为D。 10．关于分子式为C2H6的烃A与分子式为C5H12的烃B，下列说法错误的是 A．A与B一定互为同系物 B．A与B完全燃烧的产物相同 C．A与B分子中含有的－CH3个数一定相同 D．二者的化学性质相似 【答案】C 【详解】A． C2H6为乙烷，C5H12为戊烷，二者结构相似，组成上差3个CH2，互为同系物，故A正确； B． 二者含有的元素相同，都是C、H，则A与B完全燃烧的产物相同，都是二氧化碳和水，故B正确； C． 乙烷含有2个甲基，戊烷有三种同分异构体，分别为正戊烷CH3CH2CH2CH2CH3，异戊烷、新戊烷，则A与B分子中含有的-CH3个数不一定相同，故C错误； D． 同系物结构相似，化学性质相似，乙烷与戊烷互为同系物，二者结构相似，所以它们的化学性质也相似，故D正确； 故选C。 [能力提升训练] 11．下列化学用语表示正确的是 A．丙烷的结构式： B．四氯化碳的球棍模型： C．环丁烷的空间填充模型： D．的电子式： 【答案】A 【详解】A．丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，其结构式：，A正确； B．碳原子半径小于氯原子半径，因此该模型不能表示四氯化碳的球棍模型，B错误； C．环丁烷的结构简式为，该模型不能表示其空间填充模型，C错误； D．是离子化合物，电子式：，D错误； 答案选A。 12．分子式为C5H11Cl且分子中含有两个甲基的物质共有 A．4种 B．5种 C．6种 D．7种 【答案】A 【详解】分子式为C5H11Cl且分子中含有两个甲基的物质共有CH3CH2CH2CHClCH3、CH3CH2CHClCH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH2Cl、CH2ClCH(CH3)CH2CH3共4种，故答案为A。 13．下列关于有机物的说法正确的是 A．和一定是同系物 B．甲烷分子二氯取代物有2种结构 C．可用燃烧法鉴别甲烷和乙烯 D．丙烷、正丁烷的碳原子为直线形结构 【答案】C 【详解】A．分子式为CnH2n的烃除了是单烯烃，还可以是环烷烃，A错误； B．甲烷中的4个氢为等效氢，故甲烷分子的二氯取代只有一种，B错误； C．甲烷燃烧时产生淡蓝色火焰，乙烯燃烧时产生明亮的火焰并伴有黑烟，利用燃烧时现象不同可以鉴别二者，C正确； D．丙烷和正丁烷分子中的碳原子为sp3杂化，空间构型为四面体形，碳原子排列为锯齿状，不在一条直线上，D错误； 答案选C。 14．根据同分异构体的概念，判断下列物质互为同分异构体的是 A．CH3CH2CH3 和 CH3CH2CH2CH3 B．N2和CO C．CH3CH2CH2OH和 CH3OCH2CH3 D．红磷和白磷 【答案】C 【详解】A．CH3CH2CH3 、CH3CH2CH2CH3分子式分别为C3H8、C4H10，都属于链状烷烃，结构相似，分子组成上相差1个“CH2”，两者互为同系物，不互为同分异构体，A项不符合题意； B．N2是单质，N2和CO分子式不同，不互为同分异构体，B项不符合题意； C．CH3CH2CH2OH和 CH3OCH2CH3的分子式都为C3H8O，结构不同，两者互为同分异构体，C项符合题意； D．红磷和白磷是磷元素形成的不同单质，互为同素异形体，不互为同分异构体，D项不符合题意； 答案选C。 15．有机物结构特点可能有：①都只有碳和氢两种元素②碳原子都满足4价③碳链有单键、或双键或三键④有环式结构和链式结构⑤很多有机物存在同分异构现象，其中正确的表述有几种？ A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【答案】C 【详解】①四氯化碳不含氢元素，错误；②有机物中碳原子都满足4价，正确；③碳链有单键（如乙烷）、或双键（如乙烯）或三键（如乙炔），正确；④碳与碳之间可以形成环式结构（如环丙烷）和链式结构（如戊烷），正确；⑤很多有机物存在同分异构现象，正确。即正确的表述有4种，C正确； 故选C。 16．碳原子成键的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一、乙醇和二甲醚的结构式如图所示。下列关于上述两种物质的说法正确的是 A．分子式不同 B．性质有差异因分子结构不同 C．各1mol分子中碳氧键(C-O)数目相同 D．各1mol分子中共用电子对数目不同 【答案】B 【详解】A．由结构可知，二者分子式为C2H6O，分子式相同，A错误； B．二者的结构不同，则导致存在性质差异，B正确； C．乙醇有一个碳氧键，二甲醚有2个碳氧键，则各1mol分子中碳氧键(C-O)数目分别为NA、2NA，C错误； D．各1mol分子中共用电子对均为8mol，数目相同，D错误； 故选B。 17．根据乙烯的性质可以推测丙烯()的性质，下列说法中正确的是 A．丙烯中所有原子共平面 B．丙烯不能发生氧化反应 C．丙烯与HBr发生加成反应的产物只有1种 D．乙烯与丙烯互为同系物 【答案】D 【详解】A．丙烯含有甲基，是饱和碳原子，所有原子不在同一平面，故A错误； B．丙烯能使酸性溶液褪色，其褪色原理是发生了氧化还原反应，故B错误； C．丙烯与HBr发生加成反应的产物溴丙烷和2—溴丙烷共2种，故C错误； D．乙烯与丙烯的分子结构相似，且分子间相差一个，互为同系物，故D正确； 故本题选D． 18．某同学书写出种结构简式： ①  ②    ③ ④ ⑤ 下列说法不正确的是 A．分子式均为 B．①⑤互为同分异构体 C．②③④为同一物质 D．⑤所有碳原子均在同一平面内 【答案】D 【分析】确定分子式均为C5H12； 【详解】 A．分子式均为C5H12，A正确； B．①为正戊烷， ⑤为新戊烷，二者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，B正确； C．②③④均为异戊烷，分子式相同，结构相同，是同一种物质，C正确； D．新戊烷中中心碳原子与相连的四个碳原子构成正四面体，所有碳原子不可能共平面，D错误； 故选D。 19．某有机物分子的球棍模型为，其中“○”表示氢原子，“●”表示碳原子。该有机物的结构简式是 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】有机物的球棍模型，其中“○”表示氢原子，“●”表示碳原子，碳原子之间形成碳碳单键，碳原子与氢原子形成碳氢单键，分子由2个碳原子和6个氢原子构成，则结构简式为，即乙烷； 故选B。 20．下列物质中最简式相同，但既不是同系物，也不是同分异构体的是 A．和 B．和 C．乙炔和苯 D．甲烷和乙烷 【答案】C 【详解】 A．和二者最简式均是CH2，二者分子式相同结构不同，是同分异构体，A不符合题意； B．和的最简式均是C2H6O，二者分子式相同结构不同，是同分异构体，B不符合题意； C．乙炔和苯的最简式均是CH，乙炔的分子式为C2H2，苯的分子式为C6H6，二者既不是同系物，也不是同分异构体，C符合题意； D．甲烷和乙烷的最简式分别是CH4、CH3，分子式分别是CH4、C2H6，二者结构相似，组成上相差一个CH2基团，属于同系物，不是同分异构体，D不符合题意； 故选C。 21．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代物的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．A结构中有两种等效氢原子，一氯代物有两种，故A错误； B．B结构中有两种等效氢，一氯代物也是两种，故B错误； C．C结构中六个甲基等效，甲基上的氢原子也等效，只有一种氢原子，一氯代物只有一种，故C正确； D．D结构中有四种等效氢原子，一氯代物有四种，故D错误； 答案选C。 22．下列说法正确的是 A．C4H10有2种同分异构体 B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体 C．环丙烷和乙烷是同系物，同系物的性质相同 D．和互为同分异构体 【答案】A 【详解】A．C4H10有2种同分异构体即CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2，A正确； B．同分异构体是指分子式相同而结构不同的化合物，相对分子质量相同分子式不一定相同如H3PO4和H2SO4等，B错误； C．环丙烷和乙烷的结构不相似，不是同系物，同系物的性质相似，但不完全相同，C错误； D．和的分子式相同、结构也相同，属于同一物质，而不互为同分异构体，D错误； 故答案为：A。 23．下列化合物中，与CH3CH(CH3)CH2CH3互为同分异构体的是 A．CH4 B．CH3CH3 C．CH3CH2CH3 D．CH3CH2CH2CH2CH3 【答案】D 【分析】同分异构体指分子式相同、结构不同的化合物，据此分析解题。 【详解】A．CH4与CH3CH(CH3)CH2CH3的分子式不相同，不是互为同分异构体，A不符合题意； B．CH3CH3与CH3CH(CH3)CH2CH3的分子式不相同，不是互为同分异构体，B不符合题意； C．CH3CH2CH3与CH3CH(CH3)CH2CH3的分子式不相同，不是互为同分异构体，C不符合题意；     D．CH3CH2CH2CH2CH3与CH3CH(CH3)CH2CH3的分子式相同，且结构不同，是互为同分异构体，D符合题意； 故选D。 24．某烷烃的结构简式为，其二氯代物有 A．15种 B．14种 C．13种 D．12种 【答案】A 【详解】 的一氯代物有5种：、、、、。其中进一步生成二氯代物有5种结构，取代位置如图：；进一步生成二氯代物有4种结构，取代位置如图：；进一步生成二氯代物有3种结构，取代位置如图：；进一步生成二氯代物有1种结构；进一步生成二氯代物有2种结构、；故共有15种二氯代物，答案选A。 25．下面列出了几组物质，请将正确的序号填写在相应空格上： ①金刚石与“足球烯”；    ②干冰与二氧化碳 ③和    ④D与T ⑤和    ⑥和 ⑦和    ⑧和 (1)互为同位素的是： (2)互为同系物的是： (3)属于同素异形体的是： (4)互为同分异构体的是： (5)属于同一种物质的是： 【答案】(1)④ (2)⑤⑧ (3)① (4)③⑥ (5)② 【详解】（1）同位素是质子数相同、中子数不同的原子，因此互为同位素的是D与T，故答案为：④。 （2） 同系物是结构相似，分子组成相差一个或若干个−CH2−原子团，③和 是同分异构体，⑤和是同系物，⑥和是同分异构体；⑧和是同系物，互为同系物的是：⑤⑧。 （3）同素异形体是同种元素形成的不同单质，金刚石与“足球烯”属于同素异形体，因此属于同素异形体的是①；故答案为：①。 （4）同分异构体是分子式相同，结构式不同，根据前面分析得到互为同分异构体的是③⑥；故答案为：③⑥。 （5）干冰是二氧化碳的固态，因此属于同一种物质的是②；故答案为：②。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第七章 有机化合物 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 模块导航：[学习目标]→[思维导图]→[核心知识梳理]→[典例分析]→[基础达标训练] →[能力提升训练] [学习目标]　 1.以甲烷为例，认识有机物中碳原子的成键特点，掌握甲烷的分子结构，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。 2.了解烷烃的概念、通式及结构特点。 3.理解同系物、同分异构体的概念并会判断和书写简单烷烃的同分异构体。 [思维导图] [核心知识梳理]　 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1．甲烷的分子结构 甲烷是最简单的有机化合物，甲烷(CH4)分子中的碳原子以最外层的 个电子分别与 个氢原子的电子形成 个C—H共价键，其电子式为 ，结构式为 。 2．有机物中碳原子的结构及成键特点 （1）有机物中，碳原子可以形成 个共价键。 （2）碳原子间成键方式多样 ① 碳碳之间的结合方式有 键()、 键()或 键(—C≡C—) ② 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)。 （3）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。 注意：有机物中碳原子成键特点和碳原子间的连接特点决定了有机物种类繁多。 二、烷烃的组成与结构 1．甲烷的结构模型 （1）甲烷的结构特点 甲烷的空间结构是 结构， 碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于4个顶点上。分子中的4个C—H的长度和强度相同，相互之间的夹角相同，为109°28′。 （2）甲烷的空间结构示意图是，甲烷的球棍模型为，空间填充模型为。 2．烷烃——只含有碳和氢两种元素 （1）结构特点 ①分子中碳原子之间都以 键结合；②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”，称为 ，又称烷烃。示例：乙烷的结构式为，分子式为 ，丙烷的结构式为，分子式为 。 ③碳原子之间结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。 （2）烷烃的通式：链状烷烃中的碳原子数为n，氢原子数就是2n＋2，分子通式可表示为 。 （3）烷烃的习惯命名 ①方法 碳原子数(n)及表示 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸 n＞10 相应汉字数字 ②示例：C4H10称丁烷 ，C8H18称辛烷 ，C12H26称十二烷。 【归纳总结】有机化合物组成和结构的表示方法 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，可反映出一个分子中原子的种类和数目 最简式(实验式) 乙烷C2H6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 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 ①具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构； ②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 球棍模型 小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构 空间填充模型 ①用不同体积的小球表示不同大小的原子； ②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序 3．同系物 （1）概念：结构 ，在分子组成上相差一个或若干个 原子团的化合物。 （2）实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。 4．同分异构体 （1）概念 ①同分异构现象：化合物具有相同的 ，但具有不同 的现象。同分异构现象是有机物种类繁多的重要原因之一。 ②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）写出C4H10的同分异构体：CH3CH2CH2CH3 和，其名称分别为 和 。 （3）戊烷的同分异构体有 3 种（正戊烷、异戊烷和新丁烷），己烷的同分异构体有5 种。 三、同分异构体的书写与数目判断 1．烷烃同分异构体的书写——减碳链法 （1）遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由邻到间。 （2）书写的步骤 ①先写出碳原子数最多的主链。 ②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。 ③写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上，以此类推。 （3）实例(以C6H14为例) a．将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C b．从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种： 甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。 c．从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种： ②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。 2．烷烃一元取代物同分异构体数目的确定 烷烃分子中的一个氢原子被其他原子或原子团所代替的产物，称为烷烃的一元取代物，其同分异构体数目的判断是常见的重要题型，其确定方法常用等效氢法和基元法(即烃基数目法)。 (1)等效氢法 用等效氢法判断某烷烃的一元取代物的同分异构体的数目，首先要观察烷烃的结构是否具有对称性。 ①连在同一碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。 ②同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷()中的四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。 ③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。 烷烃分子中等效氢原子有几种，则该分子一元取代物就有几种同分异构体。 (2)基元法(即烃基数目法) 根据等效氢法的判断，丙基、丁基、戊基分别有2、4、8种结构。 例如，判断分子式为C4H9Cl的有机化合物的种类，C4H9Cl可以看作—C4H9(丁基)与—Cl相连，丁基有4种结构，则该有机物有4种同分异构体。 【归纳总结】“四同”的比较 定义 化学符号 结构 性质 同位素 质子数相同，中子数不同的原子 H、H、H 电子层结构相同，原子结构不同 物理性质不同，化学性质相同 同素 异形体 同一种元素组成的不同单质 O2、O3 单质的组成或结构不同 物理性质不同，化学性质不一定相同 同系物 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 一般用结构简式表示 碳原子连接方式相同，若有官能团，官能团个数相同 物理性质不同，化学性质相似 同分 异构体 分子式相同，结构不同的化合物 一般用结构式或结构简式表示 碳链异构、位置异构、官能团异构 物理性质不同，化学性质不一定相同 [典例分析] [典例1]某烃R的分子式为，可能有如下几种球棍模型(或碳骨架模型)，则R不可能是    A．① B．② C．③ D．④ [典例2]从碳原子成键情况分析，下列物质的结构式不合理的是 A． B． C． D． [典例3]下列结构简式代表几种不同的烷烃 (1) (2) (3) (4) (5) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 [典例4]下列关于同系物及同分异构体(不含立体异构)的说法正确的是 A．分子式的通式相同的一系列物质一定互为同系物 B．相对分子质量相同的不同化合物互称为同分异构体 C．分子式为C4H9Cl的同分异构体有4种 D．分子式为C6H14的烃，主链含4个碳原子的同分异构体有3种 [典例5]甲、乙两种有机物的球棍模型如下，下列有关二者的描述不正确的是 A．甲、乙互为同系物 B．甲、乙互为同分异构体 C．甲、乙一氯取代物的数目相同 D．甲、乙分子中含有的共价键数目相同 [典例6]下列化合物中，与互为同分异构体的是 A． B． C． D． [典例7]用氯气取代相对分子质量为44的烃分子上的一个氢原子，所得的化合物可能有 A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 [典例8]有机物及其一氯代物的同分异构体数目分别为（不考虑立体异构） A．1种和3种 B．2种和7种 C．3种和8种 D．3种和14种 [基础达标训练] 1．有机化学中，碳原子之间可以结合成碳链，也可以结合成 A．直链 B．碳环 C．支链 D．主链 2．下列说法中正确的是 A．某烃的分子式为C3H6，故该分子中一定含有碳碳双键 B．碳原子间以单键相连的烃一定是链状烷烃 C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上 D．戊烷有3种同分异构体 3．可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入来生产“无铅汽油”。分子中必存在的原子间连接形式有 A． B． C． D． 4．下列关于有机物结构特点的说法中，正确的是 A．CH4分子只含有极性键 B．碳原子之间只能形成C－C单键 C．含碳元素的物质都是有机物 D．碳原子之间只能形成碳链 5．下列对有机化合物的认识正确的是 A．有机化合物都是共价化合物 B．有机化合物都含有碳、氢元素 C．有机化合物都具有同分异构现象 D．有机物种类多是由碳原子的成键特征决定的 6．目前已发现的有机物大约有三千万种，下列有关其种类繁多的原因的说法错误的是 A．碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合 B．多个碳原子可以形成长短不一的碳链，碳链也可以含有支链 C．每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键 D．多个碳原子间可以形成碳链、碳环，碳链或碳环也能相互结合 7．如图是某有机物的球棍模型，该有机物是 A．乙醇 B．丙烷 C．正丁烷 D．异丁烷 8．下列关于有机化合物中碳原子的成键特点的说法错误的是 A．碳原子最外层有4个电子，决定其在反应中既不容易得到电子也不容易失去电子 B．碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳链，也可以形成碳环，且还可以含有支链 C．碳原子与碳原子之间可以形成碳碳单键，也可以形成碳碳双键、三键和四键 D．有机物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有几个甚至成千上万个碳原子 9．下列化合物中，与CH3CH2CH2CH2CH3互为同分异构体的是 A．CH4 B．CH2＝CH2 C．CH3CH3 D． 10．关于分子式为C2H6的烃A与分子式为C5H12的烃B，下列说法错误的是 A．A与B一定互为同系物 B．A与B完全燃烧的产物相同 C．A与B分子中含有的－CH3个数一定相同 D．二者的化学性质相似 [能力提升训练] 11．下列化学用语表示正确的是 A．丙烷的结构式： B．四氯化碳的球棍模型： C．环丁烷的空间填充模型： D．的电子式： 12．分子式为C5H11Cl且分子中含有两个甲基的物质共有 A．4种 B．5种 C．6种 D．7种 13．下列关于有机物的说法正确的是 A．和一定是同系物 B．甲烷分子二氯取代物有2种结构 C．可用燃烧法鉴别甲烷和乙烯 D．丙烷、正丁烷的碳原子为直线形结构 14．根据同分异构体的概念，判断下列物质互为同分异构体的是 A．CH3CH2CH3 和 CH3CH2CH2CH3 B．N2和CO C．CH3CH2CH2OH和 CH3OCH2CH3 D．红磷和白磷 15．有机物结构特点可能有：①都只有碳和氢两种元素②碳原子都满足4价③碳链有单键、或双键或三键④有环式结构和链式结构⑤很多有机物存在同分异构现象，其中正确的表述有几种？ A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 16．碳原子成键的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一、乙醇和二甲醚的结构式如图所示。下列关于上述两种物质的说法正确的是 A．分子式不同 B．性质有差异因分子结构不同 C．各1mol分子中碳氧键(C-O)数目相同 D．各1mol分子中共用电子对数目不同 17．根据乙烯的性质可以推测丙烯()的性质，下列说法中正确的是 A．丙烯中所有原子共平面 B．丙烯不能发生氧化反应 C．丙烯与HBr发生加成反应的产物只有1种 D．乙烯与丙烯互为同系物 18．某同学书写出种结构简式： ①  ②    ③ ④ ⑤ 下列说法不正确的是 A．分子式均为 B．①⑤互为同分异构体 C．②③④为同一物质 D．⑤所有碳原子均在同一平面内 19．某有机物分子的球棍模型为，其中“○”表示氢原子，“●”表示碳原子。该有机物的结构简式是 A． B． C． D． 20．下列物质中最简式相同，但既不是同系物，也不是同分异构体的是 A．和 B．和 C．乙炔和苯 D．甲烷和乙烷 21．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代物的是 A． B． C． D． 22．下列说法正确的是 A．C4H10有2种同分异构体 B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体 C．环丙烷和乙烷是同系物，同系物的性质相同 D．和互为同分异构体 23．下列化合物中，与CH3CH(CH3)CH2CH3互为同分异构体的是 A．CH4 B．CH3CH3 C．CH3CH2CH3 D．CH3CH2CH2CH2CH3 24．某烷烃的结构简式为，其二氯代物有 A．15种 B．14种 C．13种 D．12种 25．下面列出了几组物质，请将正确的序号填写在相应空格上： ①金刚石与“足球烯”；    ②干冰与二氧化碳 ③和    ④D与T ⑤和    ⑥和 ⑦和    ⑧和 (1)互为同位素的是： (2)互为同系物的是： (3)属于同素异形体的是： (4)互为同分异构体的是： (5)属于同一种物质的是： ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$