第一节 第1课时 碳原子的成键特点 烷烃的结构学生版.docx
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第一节第1课时碳原子的成键特点烷烃的结构学生版
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
一、有机化合物中碳原子的成键特点
1.甲烷的分子结构
碳原子的结构示意图为
,其最外层的个电子分别与4个氢原子的电子形成了4个C—H共价键。
甲烷的分子式:
,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。
可以形成碳碳单键(
)、碳碳双键(
)或碳碳三键(—C≡C—)。
(2)有机物碳骨架的基本类型多样
多个碳原子之间可以结合成,也可以结合成,构成有机物或的碳骨架。
如下图:
直链
支链
链状结构
(3)组成有机物的碳原子数目灵活
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。
3.探究以碳为骨架的有机物种类繁多的原因(以分子中含4个碳原子的有机物为例)
(1)根据碳原子的4价键原则,可将下图中碳原子的价键用氢原子补齐,试在各模型下面的横线上写出各物质的分子式。
(2)根据
(1)中各物质的分子式,用序号填空。
分子式相同的物质有:
①和;③和;⑥和。
(3)分子中含4个碳原子的碳氢化合物除
(1)中所列的9种外,你还能列举出其他可能的类型吗?
答案
(1)碳原子最外层有4个电子,可以形成4个共价键()
(2)在有机化合物中,碳原子间只能形成单键()
(3)在有机化合物中,碳原子间所成的骨架只能为直链状()
(4)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()
(5)碳原子能与其他原子形成4个共价键,且碳原子之间也能相互成键()
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________。
有机物种类繁多的原因
(1)碳原子所成价键多:
有机化合物中,碳原子最外层有4个电子,可以形成4个共价键,比氮、氧、氢或卤素原子所成价键都要多。
(2)碳原子成键方式多样:
含有多个碳原子的有机化合物,碳原子间成键方式较多,可以形成单键,也可以形成双键或三键。
(3)碳骨架多样:
碳原子间所成骨架有多种,可以是直链,也可以成环,也可以带支链。
(4)成链原子及种类多而灵活:
有机物分子中碳原子可以与一个或若干个碳原子成键,也可以和其他原子成键,数目不等。
二、烷烃的结构
1.甲烷分子的空间结构
(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
①甲烷分子中的5个原子不在同一平面上,而是形成了的空间结构。
②分子中碳原子位于,4个氢原子分别位于。
③分子中的4个C—H的长度和强度,相互之间的夹角。
2.几种常见的烷烃
烷烃
乙烷
丙烷
正丁烷
分子式
结构式
结构简式
3.烷烃
(1)定义
只含有碳和氢两种元素,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。
(2)习惯命名法
①以烷烃分子中碳原子数命名,碳原子数(n)及表示如下:
碳原子数(n)及表示
n≤10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
烷
烷
烷
烷
烷
n>10
相应汉字数字+烷
②当碳原子数n相同,结构不相同时,用正、异、新表示。
如C4H10的两种分子的命名:
无支链时,CH3CH2CH2CH3称为;
有支链时,
称为。
(3)通式
如果链状烷烃中的碳原子数为n,氢原子数就是,其分子式可用通式表示。
(1)甲烷的分子式为CH4,碳原子和氢原子在同一平面内()
(2)正丁烷分子式为C4H10,4个碳原子在同一直线上()
(3)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()
(4)相同碳原子数的有机物中,烷烃的含氢量最大()
(5)分子组成上满足CnH2n+2(n≥1)的有机物都是链状烷烃()
(6)烷烃分子中所有的原子有可能共面()
1.下列物质一定属于烷烃的是________(填字母)。
A.C2H4 B.C3H4 C.C4H8 D.C5H12 E.C7H14 F.C9H20 G.C11H24
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__________;和CO2密度相同的烷烃是__________;碳、氢质量比为5∶1的烷烃是________。
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,可反映出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
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子;②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
①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(官能团)
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(立体形状)
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
三、同系物 同分异构体
1.同系物
(1)概念:
相似,在分子组成上相差一个或若干个原子团的化合物互称为同系物。
(2)实例:
CH4、C2H6、C3H8互为同系物。
2.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。
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)实例:
和
分子式均为,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
①随着碳原子数的增加,烷烃的同分异构体的种数也就。
②甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。
丁烷有2种,戊烷有种,己烷有5种,而癸烷有75种。
(4)性质
互为同分异构体的物质的性质有差异,如正丁烷和异丁烷的熔点、沸点。
3.烷烃同分异构体的书写
(1)遵循的原则:
主链由长到短,支链由整到散;位置由心到边,排列由对到邻、间。
(2)书写的步骤(以书写C5H12的同分异构体为例)
a.将分子中全部碳原子连成直链作为主链。
C—C—C—C—C
b.从主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(虚线)一侧的各个碳原子上,此时碳骨架只有一种。
注意 甲基不能连在①位和④位上,否则会使碳链变长,②位和③位等效,只能用一个,否则重复。
c.从主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或两侧的各个碳原子上,此时碳骨架结构只有一种。
注意 ②位上不能连乙基,否则会使主链上有4个碳原子,使主链变长。
综上所述,C5H12共有3种同分异构体,分别为CH3CH2CH2CH2CH3、
和
。
(1)同系物一定具有不同的碳原子数()
(2)只要是分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物就一定为同系物()
(3)同系物的化学性质一定相似,一定具有相同的通式()
(4)同分异构体的相对分子质量相同,相对分子质量相同的化合物一定是同分异构体()
(5)互为同分异构体的有机物一定不是同系物,互为同系物的化合物一定不是同分异构体()
(6)互为同分异构体的化合物,化学性质一定相似()
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________。
①CH3CH2CH3 ②
③CH2==CH—CH3
④
⑤
⑥
2.写出C6H14所有有机物的结构简式:
________________________。
(1)同系物判断的三个关键点
①同:
两种物质属于同一类物质。
②似:
两种物质结构相似。
③差:
两种物质分子组成上相差一个或多个CH2原子团。
(2)同分异构体的“一同”和“一不同”
①一同:
分子式相同→相对分子质量必相同。
②一不同:
结构不同→原子或原子团的连接顺序(或空间排列)不同。
1.下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型。
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
2.下列各图均能表示甲烷的分子结构,其中能反映其真实存在状况的是( )
3.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( )
4.下列表示的物质中,属于链状烷烃的是( )
①CH3CH2OH ②CH3(CH2)4CH3 ③
④
⑤
⑥
⑦C8H16 ⑧CCl4
A.①②③④B.②④⑤⑥⑦
C.②④⑤D.④⑥⑧
5.(2020·山东临沂一中月考)下列说法错误的是( )
①化学性质相似的有机物互为同系物
②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
③若烃中碳、氢元素的质量分数相同,它们必是同系物
④互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别,但化学性质必定相似
⑤相对分子质量相同而结构不同的化合物互为同分异构体
⑥石墨与金刚石化学式相同,结构不同,互为同分异构体
A.①②③④⑤⑥B.只有②③⑤C.只有③④⑥D.只有①②③⑥
题组一 有机物中碳原子成键特点
1.目前已知化合物中数量、种类最多的是ⅣA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
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
3.下列说法错误的是( )
A.含有相同碳原子数的有机物只有一种结构B.形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子
C.含有两个C原子和两个H原子的有机物其结构式为H—C≡C—H
D.分子式为C2H4,且含有碳碳双键的有机物的结构式为
题组二 烷烃的组成与结构
4.下列物质不属于烷烃的是( )
A.CH4B.CH2==CH2C.C5H12D.C9H20
5.(2020·辽宁本溪市高级中学月考)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
6.下列关于CH4、CH3CH3和
的叙述正确的是( )
A.均能用通式CnH2n+2来表示B.与所有烷烃互为同素异形体
C.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D.它们的性质完全相同
7.下列事实能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是( )
A.四个C—H完全相同B.CH4的一氯代物只有一种
C.在常温常压下,CH2Cl2为液体D.CH2Cl2只有一种空间结构
题组三 同系物和同分异构体
8.下列叙述正确的是( )
A.分子式相同,各元素质量分数也相同的物质是同种物质B.通式相同的不同物质一定属于同系物
C.分子式相同的不同物质一定互为同分异构体D.同系物的性质完全相同
9.下列有机物中,存在同分异构体的是( )
A.CH4B.CH3CH3C.CH3CH2CH3D.CH3CH2CH2CH3
10.下列说法正确的是( )
A.H2和D2互为同位素B.
和
互为同分异构体
C.正丁烷和异丁烷互为同系物D.
和
是同一种物质
11.丁烷(分子式为C4H10)是家用液化石油气的成分之一,也用作打火机的燃料,下列关于丁烷的叙述不正确的是( )
A.在常温下,C4H10是气体B.C4H10与CH4互为同系物
C.正丁烷和异丁烷分子式都为C4H10,两者的性质完全相同D.丁烷有两种同分异构体
12.(2020·山东东营胜利第一中学月考)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
13.下列分子式只表示一种物质的是( )
A.C3H7ClB.C3H6C.CH2Cl2D.C4H10
14.(2020·江苏启东中学月考)已知化合物A(C4Si4H8)与立方烷的分子结构相似,如图:
下列关于化合物A和立方烷的说法正确的是( )
A.化合物A和立方烷为同分异构体B.立方烷分子中所含碳原子“饱和”,因此立方烷属于烷烃
C.等物质的量的化合物A和立方烷,完全燃烧消耗氧气的物质的量不相等
D.化合物A的一氯代物有2种,立方烷的二氯代物有3种
15.链状烷烃分子可看成由—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( )
A.4B.7C.8D.9
16.下图表示页岩气中两种碳氢化合物的球棍模型,试回答下列问题。
(1)有机物甲的名称为______,有机物乙的名称为_______,两者互为_______。
(2)有机物乙的一氯代物有______种,请你根据甲烷分子的结构推测,有机物乙中最多有______个C原子在同一平面内。
17.有下列各组物质:
A.
H与
HB.甲烷和己烷C.红磷和白磷D.丁烷和戊烷
E.
和
F.
和
其中:
(1)属于同分异构体的是________(填字母,下同);
(2)属于饱和烃的是________;(3)属于同位素的是________;
(4)属于同素异形体的是________;(5)属于同一种物质的是________。
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