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（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高一化学必修第二册同步学案（人教版）

本高中化学讲义聚焦有机化合物中碳原子成键特点与烷烃结构核心知识点，从碳原子核外电子排布切入，解析碳原子单双键、三键及链环结合方式导致有机物多样性，再以甲烷正四面体结构为基础，延伸至烷烃通式、同系物及同分异构体概念，构建递进式学习支架。 资料通过“想想”“做做”等互动环节及模型制作活动，引导学生从微观探析有机物结构，培养科学探究与实践能力。结合烷烃命名、同分异构体判断例题与练习，强化科学思维中的证据推理，课中助力教师高效授课，课后帮助学生巩固知识、弥补薄弱点。

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 课标要求 素养目标 1.通过对碳原子核外电子排布方式的复习，了解有机化合物中碳原子形成化学键的特点。 2.通过对甲烷结构的学习，了解烷烃的概念、通式、结构特点和其同系物的概念。 3.结合碳原子的成键方式，理解同分异构体的概念并会进行判断。 1.能从宏观和微观的角度理解有机物分子中原子间的连接顺序、成键方式，正确认识有机物的结构特点。（宏观辨识与微观探析） 2.从问题和假设出发，通过有机物分子的结构模型，建立对有机物分子的直观认识；通过丁烷的模型，体会同分异构体的概念，揭示同分异构现象的本质。（科学探究与创新意识） 一、有机化合物中碳原子的成键特点 人们在自然界发现的和人工合成的物质已超过1亿种，其中绝大多数都是有机化合物，有机化合物为什么如此繁多？ 1．有机化合物和烃 有机化合物 烃 概念 含有碳元素的化合物 仅含碳和氢两种元素的有机物 组成 一定含碳元素，常有氢、氧、氮、硫、卤素、磷等元素 仅含碳和氢两种元素 续表 有机化合物 烃 二者 关系 2.碳原子的结构特点和成键特点 【想想】 结合如图显示的4个碳原子相互结合的几种方式，分析以碳为骨架的有机物种类繁多的原因。 提示：碳原子之间以单键、双键或三键相连，多个碳原子可以连接成链状或环状，链和环也可相连，这都是造成有机物种类繁多的原因。 二、烷烃的结构 通过甲烷的结构式，我们可以知道甲烷分子中原子的连接顺序。那么这些原子有着怎样的空间位置关系呢？ 1．甲烷的分子结构 (1)结构特点 以碳原子为中心，4个氢原子位于四个顶点的正四面体立体结构。在CH4分子中4个C—H键完全等同，两个碳氢键间的夹角均为109°28′。 (2)表示方法 分子式 实验式 电子式 结构式 结构 简式 球棍模型 填充模型 甲烷 CH4 CH4 H∶CH H ∶H CHHHH CH4 2.烷烃的结构 (1)结构特点： (2)命名： ①碳原子个数不同时 碳原子数 命名方法 举例 n≤10 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示 C3H8：丙烷 C8H18：辛烷 n>10 用汉字数字表示 C18H38：十八烷 ②当碳原子数相同时，用正、异、新来区别。 如CH3CH2CH2CH2CH3称为正戊烷，CH3CHCH2CH3CH3称为异戊烷，CH3CCH3CH3CH3称为新戊烷。 (3)同系物：结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物。如CH3CH3和CH3CH2CH3、CH2===CH2和CH3CH===CH2。 (4)同分异构现象、同分异构体： 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。 ①特点：分子式相同，结构不同，性质可能相似也可能不同。 ②转化：同分异构体之间的转化是化学变化。 【做做】 有下列结构的物质，属于同分异构体的为④⑦（填序号）。 ①O2与O3 ②16O、17O与18O ③CHHClCl与CHClClH ④CHCH3CH3CH2CH3与 CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 ⑤CHCH3ClCH2CH3 与CHCH2CH3ClCH3 ⑥CHCH3CH2CH3CH3与 CHCH3CH3CH2CH3 ⑦CHCH3CH3CH2CH3与 CH3CCH3CH3CH3 　甲烷的分子结构 1．从碳的原子结构分析，有机物中原子成键有什么特点？ 提示：碳原子结构示意图为，其最外层有4个电子，不易失去电子，也不易得到电子，一般通过共价键与氢、氧、硫、氮、卤素等元素的原子相结合，而碳原子之间也可以形成多种共价键。 2．动手制作CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的模型，其中哪些模型的空间结构是正四面体？CH2Cl2模型中，任意更换氢原子和氯原子的位置，并旋转模型，其结构是否一样？ 提示：CH4、CCl4是正四面体结构；一样。 1．常见有机物结构的表示方法（以甲烷为例，如下表） 表示方法 含义 分子式：CH4 用元素符号和数字的组合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 续表 表示方法 含义 电子式：H∶CH H ∶H 用“·”或“×”来表示原子的最外层电子（价电子）的式子 结构式：CHHHH 用短线来表示一对共用电子的图示： 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，但不表示空间构型 球棍模型： 小球表示原子，短棍表示共价键 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 2.甲烷氯代物的结构特点 (1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代，则新形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4。 (2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代，则新形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。 (3)CH4的一元取代物、二元取代物、三元取代物、四元取代物均只有一种。 　下列各图均能表示甲烷的分子结构，更能反映其真实存在状况的是(　　) 【解析】　选D。这几种形式都可表示甲烷分子，其中分子结构示意图、球棍模型及空间填充模型均能反映甲烷分子的空间构型，但空间填充模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C原子的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。 规律方法　(1)用短线“—”表示1对共用电子的图式叫结构式，未成键电子省略不写，如H—H、N≡N等。 (2)甲烷分子中的4个C—H极性键完全相同，由其分子结构示意图知，5个原子不在同一平面上，其中最多有3个原子在同一平面上。 (3)甲烷分子的电子式和结构式均表示分子中原子的成键方式，但不能表示分子真实的空间结构；球棍模型和空间填充模型则能表示分子中原子间的连接方式、原子的相对大小及空间分布等。 【练1】　下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图。下列说法正确的是(　　) A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构 B．CH4、CCl4都是正四面体结构 C．CH4和CCl4中的化学键完全相同 D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同 【解析】　选B。CH3Cl中的C—Cl键和C—H键不同，故CH3Cl不是正四面体结构；CH4和CCl4中的化学键不同，二者的性质也不相同。 　同系物的定义和性质 根据下图回答问题： 1．CH4与C2H6互为同系物吗？ 提示：二者结构相似，分子组成上相差一个CH2，故互为同系物。 2．CH2===CH2（乙烯）和CH2H2CCH2（环丙烷）相差一个CH2，二者互为同系物吗？ 提示：二者结构不相似，不互为同系物。 同系物判断的三个关键点 (1)“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。 (2)“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。 (3)“差”——组成上相差n(n≥1)个CH2原子团。 ①同系物分子一定具有不同的碳原子数（或分子式）。 ②同系物一定具有不同的相对分子质量（相差14n）。 　下列说法中错误的是(　　) ①化学性质相似的有机物一定是同系物　②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物一定是同系物　③若烷烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必定是同系物　④互为同系物的两种有机物的物理性质有差异，但化学性质相似 A．①②③④　　　　　　B．只有②③ C．只有③④ D．只有①②③ 【解析】　选D。互为同系物的有机物结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的递增呈规律性变化，④正确；互为同系物的物质要同时满足结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团。故①②③错误。 规律方法　同系物判断的几个“一定”和“不一定” (1)同系物在分子组成上一定相差一个或若干个“CH2”原子团；但在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物不一定是同系物。 (2)同系物一定具有同一通式，但具有同一通式的有机物不一定是同系物。 (3)同系物的化学性质一定相似，但化学性质相似的物质不一定是同系物。 (4)同系物的相对分子质量一定不相同。 【练2】　下列物质中属于同系物的是(　　) ①CH3CH2Cl　②CH2===CHCl ③CH3CH2CH2Cl　④CH2ClCH2Cl ⑤CH3CH2CH2CH3　⑥CH3CH(CH3)2 A．①② B．①④ C．①③ D．⑤⑥ 【解析】　选C。同系物分子的结构必须相似：②CH2===CHCl中含有一个碳碳双键，其他物质的分子中都不含，所以没有与②互为同系物的有机物；④CH2ClCH2Cl中含有两个氯原子，其他物质的分子中都含有1个或者不含氯原子，所以没有与④互为同系物的有机物；⑤和⑥为烷烃，二者分子中均含有4个碳原子，属于同分异构体，不属于同系物。只有①CH3CH2Cl和③CH3CH2CH2Cl满足同系物条件：二者分子中都含有1个Cl原子，分子组成相差1个CH2原子团。 　同分异构体的判断与书写 根据下图回答问题： 1．同分异构体的相对分子质量相同，那么，相对分子质量相同的物质一定是同分异构体吗？ 提示：不一定。物质的相对分子质量相同，但分子式不一定相同，如相对分子质量为28的物质有CO、N2、C2H4，它们不是同分异构体。 2．同分异构体中各元素的质量分数分别相等，则所含各元素的质量分数分别相等的物质一定是同分异构体吗？ 提示：不一定。所含各元素的质量分数分别相等的物质，分子式不一定相同，如CH2===CH2、CH3CH===CHCH3和中碳元素和氢元素的质量分数均分别为85.7%和14.3%，但它们不是同分异构体。 3．CH3—CH===CH2与CH2H2CCH2互为同分异构体吗？互为同分异构体的物质的化学性质一定相同吗？ 提示：二者分子式相同，碳原子与碳原子间的连接方式有所不同，分子结构不同，互为同分异构体；互为同分异构体的物质可能是不同类的物质，如题干所述两种物质，它们的化学性质不同。 4．CH3CH2CH2CH3的一氯代物有哪几种？ 提示：CH2CH2CH2CH3Cl、CH3CHCH2CH3Cl。 1．快速判断同分异构体的方法 (1)先比较有机物分子中的碳原子数，若碳原子数不同，则一定不是同分异构体；若碳原子数相同，再看其他原子，确定分子式是否相同。 (2)若分子式相同，再比较结构，只有结构不同的有机物才可能互为同分异构体，注意烷烃中碳原子的四面体结构。 2．链状烷烃同分异构体的书写方法 (1)书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由对到邻到间。 ①先写出碳原子数最多的主链。 ②再写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基连在主链某碳原子上。 ③最后写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基或两个甲基连在主链碳原子上，依次类推。 (2)以C6H14为例（为了简便，只写碳骨架）： ①将分子中全部碳原子连成一条直链。 C—C—C—C—C—C ②从主链的一端取下一个碳原子，依次连在主链，即得到多个带有甲基的同分异构体碳骨架。 CCCCCC　CCCCCC ③从主链上取下两个碳原子，作为一个乙基或两个甲基，依次连接到剩余的含4个碳原子的主链，由于连入乙基后会改变主链碳原子数，如CCCCCC主链实际含5个碳原子，与上面的书写重复，要注意舍去；连入两个甲基时，可得两种结构CCCCCC（支链对位），CCCCCC（支链邻位）。 若再从主链取下更多碳原子，其连接方式均与上述重复。因此，C6H14有5种同分异构体。 注意　Ⅰ.主链上的链端碳原子不能连接取代基，主链上的第二个碳原子不能连接乙基，以保证不改变主链，避免写出重复的结构。 Ⅱ.书写时不能只写碳骨架，应满足碳原子的四个价键的要求，添上相应数目的原子。 3．等效氢原子法判断同分异构体的数目 烷烃分子中等效氢原子的种数有多少，其一元取代物的种数就有多少，判断等效氢原子的方法有： (1)同一碳原子上所连的氢原子是等效的。 (2)同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的，如CCH3CH3CH3CH3中四个甲基上的氢原子等效，即新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。 (3)处于镜面对称位置上的氢原子是等效的，如CHCH3CH3CHCH3CH3中的四个甲基上的氢原子是等效的，两个CH上的氢原子是等效的。 　某化合物A的分子式为C5H11Cl，分析数据表明，分子中有两个“—CH3”、两个“—CH2—”、一个“CH”和一个“—Cl”，写出它的同分异构体的结构简式。 【解析】　本题考查限制条件下一元取代物同分异构体的书写。可先写出C5H12的三种同分异构体的结构简式，然后对每一种物质分别进行一氯取代，写出各取代物的结构简式，再从中找出符合条件的。 C5H12的同分异构体的碳骨架为C1C2C3CC、C1C2CC3C4C、CC1C1C1C1，由此可看出正戊烷的一氯代物有3种，符合条件的为CHCH3ClCH2CH2CH3、 CHCH2CH3ClCH2CH3。 异戊烷的一氯代物有4种，符合条件的有2种：CHCH3CH3CH2CH2Cl与CH2ClCHCH3CH2CH3。新戊烷一氯代物有1种，不符合条件。 【答案】　 CHCH3ClCH2CH2CH3、 CHCH2CH3ClCH2CH3、 CHCH3CH3CH2CH2Cl、 CH2ClCHCH3CH2CH3 【练3】　键线结构式是以线表示共价键，每个折点和线端点处表示一个碳原子，并省略书写氢原子的一种表示有机化合物结构的方式，如异丁烷(CHCH3CH3CH3)要表示为“”。请分析这一表示方式的要领，试用键线结构式写出戊烷(C5H12)的同分异构体：________________________________________________________________________、 　　　　　　　、　　　　　　　。 【解析】　戊烷有三种同分异构体，分别是CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH3)2和CH3—C(CH3)3，对应的键线结构式分别是：、、。 【答案】　　　 1．下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是(　　) A．CH3N　CHHNH B．CH4Si　CHHSiHH C.CH2OS　CHSOH D．CH4S　CHHHSH 【解析】　选B。C、Si能形成4个共价键，N能形成3个共价键，而O、S能形成2个共价键，可以看出B项中碳原子成键不合理。 2．以下结构中表示的物质是烷烃的是(　　) A．CH3OH B．CH2===CH2 C．CHCH3CH3CH3 D．H2CCH2CHCH2CH3 【解析】　选C。烷烃是由碳和氢两种元素组成，A错；烷烃呈链状，且每个碳原子都达到饱和，连着4个原子，B、D错。 3．下列关于同系物的说法中，错误的是(　　) A．同系物具有相同的最简式 B．同系物能符合同一通式 C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团 D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化 【解析】　选A。结构相似，必属同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻同系物组成上相差一个CH2原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。 4．如图中的小球代表碳原子，棍代表碳碳单键，每个碳原子的剩余价键全部跟氢原子结合，则两分子的关系为(　　) A．同系物　　　　　　　B．同分异构体 C．同位素 D．同素异形体 【解析】　选B。由图示知，(1)(2)的分子式都为C4H10，但碳骨架不同，即结构不同，故互为同分异构体。 5．已知某烷烃分子中电子数为42。 (1)该烷烃的分子式为________________________________________________________________________。 (2)写出该烷烃分子的所有同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】　(1)烷烃分子通式为CnH2n＋2，则其分子中电子数为6n＋(2n＋2)＝42，n＝5，烷烃分子式为C5H12。 (2)烷烃C5H12有三种同分异构体，其结构简式分别为 CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、 CHCH3CH3CH2CH3、CCH3CH3CH3CH3。 【答案】　(1)C5H12 (2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、 CHCH3CH3CH2CH3、CCH3CH3CH3CH3 学科网（北京）股份有限公司 $