2024年高中化学新教材同步必修第二册 第7章 第1节 第1课时　碳原子的成键特点　烷烃的结构

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[核心素养发展目标]1.知道有机化合物分子具有的空间结构,以甲烷为例认识有机物中碳原子的成键特点,培养宏观辨识与微观探析的能力。2.认识烷烃的组成及结构,了解有机物的多种表示方法。一、有机化合物中碳原子的成键特点1．甲烷中碳原子的成键特点碳原子的结构示意图为,碳原子的电子式为,其最外层的4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：CH4,电子式：,结构式：。2．有机化合物中碳原子的成键特点思考有机化合物中每个碳原子能与其他原子形成4个共价键。下图中碳原子的其余共价键均与氢原子相连。写出各物质的分子式。(1)有机物中碳原子的成键方式碳原子间仅形成单键()的是__________(填序号,下同),碳原子间形成双键()的是________,碳原子间形成三键(—C≡C—)的是__________。(2)有机化合物的碳骨架多个碳原子之间结合成碳链的是______________,结合成碳环(如：)的是____________。有机物碳骨架为直链(如：)的是____________,碳骨架为支链(如：)的是____________。提示(1)①②⑧⑨③④⑤⑥⑦(2)①②③④⑤⑥⑦⑧⑨①③④⑥⑦②⑤结论：有机物的多样性①有机物分子中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。②含有相同碳原子数的有机物分子,可能因为碳原子间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。1．判断正误(1)在有机化合物中,碳原子间只能形成单键()(2)在有机化合物中,碳原子间所成的骨架只能为直链状()(3)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()(4)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()答案(1)×(2)×(3)√(4)√2．下列化学式及结构式中,从成键情况看不合理的是()A．CH3NB．CH4SiC．CH2OSD．CH4S答案B解析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,由此可以看出B中物质C、Si成键不合理。3．两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________。答案C6H6C8H8解析从棱晶烷和立方烷的碳骨架结构可看出,每个碳原子均与另外3个碳原子形成3个碳碳单键,故每个碳原子还剩余1个价键,即需要结合1个氢原子,则棱晶烷和立方烷的分子式分别是C6H6和C8H8。二、烷烃的结构1．甲烷的结构(1)甲烷的结构甲烷的空间结构为正四面体形,碳原子位于正四面体的中心,4个氢原子分别位于4个顶点。分子中的4个C—H的长度和强度相同,相互之间的夹角相等。(2)甲烷的分子结构示意图和分子结构模型特别提醒①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；②空间填充模型可以反映分子的实际状态。2．烷烃的结构思考填空并回答问题。烷烃乙烷丙烷丁烷分子式C2H6C3H8C4H10结构式结构简式CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3①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。提示CnH2n＋2(n≥1)。②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。提示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。(1)烷烃的定义只含有碳和氢两种元素,分子中的碳原子之间都以单键结合,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。(2)烷烃的习惯命名(n：碳原子个数)n≤1012345678910甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷n＞10用汉字数字代表,如C11H24：十一烷1．判断正误(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)烷烃分子中所有的原子有可能共面()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×2．(2023·青岛高一月考)下列关于烷烃的叙述不正确的是()A．甲烷是最简单的烷烃,是沼气、天然气的主要成分B．烷烃一定是饱和烃,饱和烃不一定是烷烃C．分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃D．丙烷分子中碳原子不在一条直线上答案C解析分子通式为CnH2n＋2的烃一定为烷烃。3．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________。答案(1)C8H18C4H10(2)CH4C3H8C5H12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,可反映一个分子中原子的种类和数目最简式乙烷(C2H6)的最简式为CH3①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)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和CH3Cl中所有原子均共平面答案B2．如图所示均能表示甲烷的分子结构,下列说法错误的是()A．Ⅰ将各原子看成了质点,为空间结构示意图B．Ⅱ为电子式,表示甲烷分子中有8个电子C．Ⅲ为球棍模型,棍代表甲烷分子内含有的共价键D．Ⅳ为空间填充模型,能表示甲烷的空间结构及各原子的相对大小答案B解析Ⅱ表示电子式,但略去了碳原子的内层电子,甲烷分子中应含有10个电子。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()答案C解析碳原子之间可以相互结合形成碳链(可带支链),也可形成碳环,但每个碳原子都形成4个价键,故C项错误。4．下列表示的物质中,属于链状烷烃的是()①CH3CH2OH②CH3(CH2)4CH3③④⑤⑥⑦C8H16⑧CCl4A．①②③④ B．②④⑤⑥⑦C．②④⑤ D．④⑥⑧答案C5．写出下列各烷烃的分子式。(1)链状烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍：________________。(2)链状烷烃B的分子中含有200个氢原子：______________________。(3)分子中含有26个电子的链状烷烃C：________________________。答案(1)C6H14(2)C99H200(3)C3H8解析(1)链状烷烃的通式为CnH2n＋2,烷烃的相对分子质量为14n＋2,同温同压下气体密度之比等于摩尔质量之比,也就等于相对分子质量之比,则A的相对分子质量为14n＋2＝86,解得n＝6,即该链状烷烃的分子式为C6H14。(2)链状烷烃B的分子中含有200个氢原子,即2n＋2＝200,解得n＝99,所以B的分子式为C99H200。(3)链状烷烃C分子中含有26个电子,则有6n＋2n＋2＝26,解得n＝3,所以C的分子式为C3H8。

题组一有机物中碳原子的成键特点1．目前已知化合物中数量、种类最多的是第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答案B解析碳原子性质稳定,不易得电子也不易失电子,要形成8电子的稳定结构,一般跟其他原子形成共价键,故B项错误。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,不为直线形答案B解析碳原子间可以形成碳链,也可以形成碳环,故B项错误。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原子的有机物的结构式为H—C≡C—HD．分子式为C2H4,且含有碳碳双键的有机物的结构式为答案A题组二烷烃的组成与结构4．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()A．碳原子间以双键相结合,为链状结构B．每个碳原子都形成四个价键,碳链为锯齿状C．丙烷分子中所有原子共平面D．丙烷分子中三个碳原子为环状结构答案B解析分析可知,丙烷分子中碳原子形成4个价键,碳和碳之间为单键,形成碳链,剩余价键都和氢原子结合,故A、C、D错误,B正确。5．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．戊烷的五个碳原子可以在同一条直线上C．C3H8的碳骨架不可能是环状的D．任何烷烃分子不可能为平面结构答案B解析戊烷分子中5个碳原子不在同一直线上,B错误。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．都是平面形分子,所有原子都处于同一平面内答案A解析B项,同素异形体的研究对象为单质；C项,CH4分子中只有极性键,没有非极性键。7．如图A～H是4个碳原子相互结合构成的8种有机物(其余价键均与氢原子相连,氢原子没有画出),其中属于链状烷烃的是()A．B、C、D B．F、GC．A、E D．H答案C8．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答案C解析丙烷分子中,碳碳之间均为单键,符合通式CnH2n＋2(n为正整数),属于烷烃,A项正确；丙烷的结构简式为CH3CH2CH3,C项错误。9．据报道,近年来发现了一种新的星际分子,其分子模型如图所示(图中球与球之间的连线代表化学键,如单键、双键、三键等,颜色相同的球表示同一种原子)。下列关于该物质的说法正确的是()A．①处的化学键表示碳碳双键B．此星际分子属于烷烃C．③处的原子可能是氯原子或氟原子D．②处的化学键表示碳碳单键答案D解析有机物分子中碳原子要满足4个价键,由左向右推测其结构简式为,所以①处是碳碳三键,③处是N原子(若为F或Cl,则C原子不能满足4个价键),②处是碳碳单键。10．(2023·郑州高一检测)下列说法正确的是()A．烷烃不全是饱和烃B．C20H42一定属于烷烃C．乙烷分子中的两个C原子共线,而C、H八个原子共面D．C3H8分子中的三个碳原子可能共线,但所有的原子不可能共面答案B解析符合CnH2n＋2通式的只有链状烷烃,故C20H42一定为烷烃,故B正确；碳原子形成的4个价键是四面体形,故乙烷中的8个原子不能共平面,故C错误；烷烃中碳原子是锯齿形排列,故丙烷中的3个碳原子不会共直线,故D错误。11．(2023·西安高一检测)下列有关化学用语或模型正确的是()A．中子数为10的氧原子：eq\o\ar(10,8)OB．Mg2＋的离子结构示意图：C．甲烷分子的空间填充模型：D．丙烷的分子式：CH3CH2CH3答案C解析中子数为10的氧原子的质量数为8＋10＝18,用原子符号表示为eq\o\ar(18,8)O,A错误；Mg2＋是Mg原子失去最外层的2个电子形成的,核外电子排布是2、8,所以Mg2＋的离子结构示意图为,B错误；甲烷分子是正四面体结构,由于原子半径：C＞H,所以CH4的空间填充模型为,C正确；丙烷的结构简式是CH3CH2CH3,分子式是C3H8,D错误。12．下列选项中说法不正确的是()①CH4②石墨③C3H8④氕、氘、氚⑤CH3CH2CH2Cl⑥C60⑦CH3CH2CH3⑧CH2ClCH2CH3A．互为同素异形体的是②⑥B．互为同位素的是④C．属于烷烃的是①③⑤D．属于同种物质的是③⑦、⑤⑧答案C解析石墨、C60都是由碳元素组成的单质,互为同素异形体,故A正确；氕、氘、氚是质子数相同、中子数不同的原子,互为同位素,故B正确；CH4、C3H8、CH3CH2CH3只含碳、氢两种元素,属于烷烃,CH3CH2CH2Cl由碳、氢、氯三种元素组成,不属于烷烃,故C错误；C3H8的结构简式是CH3CH2CH3,CH3CH2CH2Cl、CH2ClCH2CH3结构相同,③⑦、⑤⑧属于同种物质,故D正确。13．(2022·济南高一月考)(1)如图Ⅰ～Ⅳ均能表示甲烷的分子结构,按要求回答下列问题：①上述甲烷的表示方法中,最能反映其真实结构的是________(填字母,下同)。a．Ⅰb．Ⅱc．Ⅲd．Ⅳ②下列事实能证明甲烷分子是正四面体结构的是________。a．CH3Cl只代表一种物质b．CH2Cl2只代表一种物质c．CHCl3只代表一种物质d．CCl4只代表一种物质(2)烷烃分子中的1个碳原子与1个氢原子结合的方式是__________________。a．形成4个共用电子对b．通过1个共价键c．通过2个共价键d．通过离子键和共价键答案(1)①d②b(2)b解析(1)①空间填充模型能表示出原子的相对大小及原子间的位置关系,所以甲烷的空间填充模型最接近其分子的真实结构。②如果甲烷为平面正方形结构,则CH3Cl、CHCl3、CCl4都只有一种结构,但CH2Cl2却有两种结构,如果甲烷是正四面体结构,