第06天认识有机化合物

寒假打卡第06天第七章第一节认识有机化合物一、有机化合物中碳原子的成键特点1．甲烷的分子结构甲烷的分子式：CH4，电子式：，结构式：，可知碳原子最外层有4个电子，能形成4个C—H。2．有机化合物中碳原子的结构及成键特点3．有机化合物碳骨架的类型碳骨架可以呈链状，也可以呈环状(且可带支链)，如图所示。【名师点拨】有机化合物种类繁多的原因(1)碳原子间成键方式多样性：碳碳之间的结合方式有单键、双键、三键。(2)多个碳原子可以相互结合成链状，也可以结合成环状(且可带支链)。(3)碳原子还可以和H、O、N、S、P、卤素等多种非金属元素原子形成共价键。(4)组成有机化合物的碳原子数目灵活：有机化合物分子中可能只含有1个或几个碳原子，也可能含有成千上万个碳原子。(5)分子式相同的有机化合物，还可能有多种不同结构。【典例示范】【例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)，下列有关有机物种类众多的原因的叙述中不正确的是()A．碳原子既可以跟碳原子形成共价键，又可以跟其它原子形成共价键B．碳原子性质活泼，可以跟多数原子形成共价键和离子键C．碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成稳定的双键和三键D．碳原子之间可以形成长度不同的碳链和碳环，且碳链、碳环之间又可以相互结合【答案】B【解析】碳原子最外层有4个价电子，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通过共价键结合，碳原子之间不仅可以形成单键，还可以形成双键或叁键，不仅可以形成链状，还可以形成环状，有机化合物还存在同分异构现象，导致有机物种类繁多。A项，能与碳形成化学键的元素种类多，碳原子既可以跟碳原子形成共价键，又可以跟其它原子形成共价键，A正确；碳原子性质不活泼，可以跟一些非金属原子形成共价键，难与金属形成离子键，B错误；碳原子成键形式多样，碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成稳定的双键和三键，C正确；碳原子之间可以形成长度不同的碳链和碳环，且碳链、碳环之间又可以相互结合，也是导致有机物种类繁多的原因之一，D正确。二、烷烃的结构1．甲烷的结构(1)分子组成和结构。(2)空间结构。空间结构示意图结构特点4个C—H的长度和强度相同，夹角相等(即键角为109°28′)，是正四面体结构；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2．烷烃(1)概念。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)几种常见的烷烃烷烃乙烷丙烷正丁烷分子式C2H6C3H8C4H10结构式结构简式CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3(3)链状烷烃的结构特点、通式。(4)命名。(1)习惯命名法碳原子数(n)及表示n≤1012345678910甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷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。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)特征。4．同分异构对于有同分异构体的烷烃，支链越多，沸点越低。同分异构现象的广泛存在是有机化合物种类繁多的重要原因之一。【名师点拨】化学中“四同”的比较名称同位素同素异形体同分异构体同系物概念质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子同一种元素形成的不同单质分子式相同、结构不同的化合物结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物对象原子单质化合物化合物化学式原子符号表示不同，如H、D、T元素符号表示相同，分子式不同，如石墨和金刚石、O2和O3相同，如正丁烷和异丁烷组成元素相同，通式相同，相对分子质量相差14n，如C2H6和C3H8结构电子排布相同，原子核结构不同单质的组成或结构不同不同同一类物质，结构相似物理、化学性质化学性质几乎一样，物理性质有差异化学性质相似，物理性质差别较大化学性质可能相似也可能不同，物理性质不同化学性质相似，熔点、沸点、密度呈规律性变化【典例示范】【例2】下列说法正确的是()A．碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃B．分子组成符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上D．碳、氢原子个数比为1∶3的烷烃有两种【答案】B【解析】环烷烃中碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合，但它不是链烃，属于环烃，A不正确；分子组成符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃，B正确；由碳原子的成键方式和键角特征知，碳原子呈折线方式排列，因此正戊烷中的碳原子不在同一直线上，C不正确；n(C)∶n(H)＝1∶3时必为C2H6，一定是乙烷，只有一种，D不正确。三、甲烷的性质1．物理性质颜色状态密度熔点沸点溶解性无色气体0.717g/L，比空气小182℃164℃难溶于水2．化学性质(1)燃烧反应：CH4+2O2CO2+2H2O。(2)取代反应：①甲烷与Cl2的取代反应CH4+Cl2CH3Cl+HCl；CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl；CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl；CHCl3+Cl2CCl4+HCl②甲烷的四种氯代产物的性质。A．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。B．状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体。③取代反应概念。有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。【名师点拨】甲烷的取代反应反应物甲烷与氯气(不能用氯水)反应条件漫散光照射(不能用太阳光直射，以防爆炸)生成物甲烷与氯气反应生成四种有机产物：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4(CH3Cl呈气态，其余为液态)和无机物HCl，其中HCl的产量最多反应特点连锁反应甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行数量关系每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl【典例示范】【例3】下列说法正确的是()A．甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合时发生取代反应只生成CH3ClB．1mol甲烷生成CCl4，最多消耗2mol氯气C．CH4和Cl2反应属于取代反应，产物中HCl最多D．CH4的化学性质很稳定，不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化，所以CH4不能发生氧化反应【答案】C【解析】1甲烷与氯气发生取代反应，四种有机产物都会生成，不能得到纯净的CH3Cl，A错误；甲烷与氯气发生取代反应时，每取代1mol氢原子，需要消耗1molCl2，1mol甲烷生成CCl4，最多消耗4mol氯气，B错误；CH4和Cl2在光照条件下发生取代反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的同时，均有HCl生成，所以生成物中HCl最多，C正确；CH4的化学性质很稳定，不能被溴水、酸性KMnO4等强氧化剂氧化，但甲烷可燃，能发生氧化反应，D错误。四、烷烃的性质1．物理性质相似性递变性(随分子中碳原子数增加)熔、沸点较低逐渐升高密度比水小逐渐增大状态气态→液态→固态，常温常压下分子中碳原子数n≤4的烷烃为气态(常温常压下，新戊烷为气态)溶解性难溶于水，易溶于汽油等有机溶剂2．化学性质(1)稳定性。在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。(2)氧化反应——可燃性。烷烃燃烧通式：CnH2n+2+3n+12O2nCO2+(n+1)H2(3)取代反应。烷烃在一定条件下，可以与卤素单质发生取代反应。(4)分解反应。烷烃在较高温度下会发生分解，可获得一系列重要的化工基本原料和燃料。【典例示范】【例4】常温下，1mol某烷烃在光照条件下与氯气发生取代反应，若在适当的条件下，完全取代需要消耗6molCl2，则下列判断正确的是()A．该烷烃的分子式为C5H12B．反应所生成的有机产物能直接使AgNO3溶液褪色C．该烷烃的四氯代物有2种D．反应容器中，一氯代物所占的物质的量分数最大【答案】C【解析】设此烷烃的分子式为CnH2n＋2，由于烷烃在光照条件下和氯气取代时，取代1molH消耗1molCl2，根据消耗6molCl2可知，此烷烃中含6个H，即为2n＋2＝6，故n＝2，即此烷烃为乙烷C2H6，A错误；氯气和乙烷发生完全取代后生成C2Cl6，是非电解质，不能电离出Cl－，故不能直接和硝酸银溶液反应，B错误；该烃共有6个H原子，故其四氯代物种数和二氯代物种数相同，而乙烷的二氯代物有2种，故其四氯代物也有2种，C正确；反应产物中HCl的物质的量分数最大，D错误。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)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。()(2)碳原子性质活泼，可以跟多种元素原子形成共价键。()(3)碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成双键和叁键。()(4)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。()(5)符合通式CnH2n+2的有机化合物一定属于烷烃。()(6)正丁烷分子式为C4H10，4个碳原子在同一直线上。()(7)分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机化合物是同系物。()(8)互为同分异构体的两种有机化合物的物理性质有差别，但化学性质必定相似。()(9)CH2Cl2只有一种空间结构，证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构。()(10)甲烷化学性质稳定，不能被任何氧化剂氧化。()(11)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种。()(12)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1molHCl，则有1molCl2参加反应。()(13)CH4和Cl2发生取代反应的产物中，CH3Cl的含量最多。()(14)烷烃的碳原子数越多，熔点、沸点越高，碳原子数相同的烷烃，其熔点、沸点相同。()(15)在通常条件下，烷烃和硫酸、氢氧化钠不反应，和酸性KMnO4溶液也不反应。()(16)烷烃在光照条件下能与Cl2发生取代反应，生成的物质的量最多的物质为HCl。()(17)烷烃都能燃烧，且完全燃烧的产物一定是CO2和H2O。()【答案】(1)√(2)×(3)√(4)√(5)√(6)×(7)×(8)×(9)√(10)×(11)×(12)√(13)×(14)×(15)√(16)√(17)√(限时30分钟)一、选择题1．下列结构中，从成键情况看，不合理的是()【答案】B【解析】根据C、H、O的原子结构可知：C形成4个共价键，O形成2个共价键，H形成1个共价键。B项中有一个碳原子形成的是3个共价键，不符合成键规则。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()【答案】D【解析】分子的空间充填模型不仅表示分子的空间结构，还可以表示原子的相对大小，因此最真实反映分子结构状况，故选D。4．下列分子式只表示一种物质的是()A．C3H7ClB．C3H6C．CH2Cl2 D．C4H10【答案】C【解析】C3H7Cl可以是CH2ClCH2CH3或CH3CHClCH3，A项错误；C3H6可以是丙烯(CH2CHCH3)或环丙烷()，B项错误；CH2Cl2是二氯甲烷，只有一种结构，C项正确；C4H10可以是正丁烷或异丁烷，D项错误。5．下列说法不正确的是()A．金刚石和C60互为同素异形体 B．C2H4和C3H6互为同系物C．的一氯代物有4种 D．正丁烷和异丁烷互为同分异构体【答案】B【解析】金刚石和C60都是由碳元素组成的单质，二者结构不同，物理性质不同，互为同素异形体，A正确；C2H4一定为烯烃，C3H6可能为烯烃、可能为环烷烃，二者不一定互为同系物，B错误；C4H10的一氯代物有CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)3CCl共4种，C正确；正丁烷和异丁烷的分子式相同、但结构不同，二者互为同分异构体，D正确。6．下列说法不正确的是()A．126C和146和C互为同位素B．石墨和C60互为同素异形体C．CH3(CH2)3CH3和CH3CH3互为同系物D．CH3CH2CH3和CH3(CH2)2CH3互为同分异构体【答案】D【解析】CH3CH2CH3和CH3(CH2)2CH3分子式不同，不互为同分异构体，故D错误。7．下列说法错误的是()A．同分异构体之间的转化是化学变化B．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键C．碳、氢原子个数比为1∶3的烷烃有两种D．有机化合物不但存在于动植物体内，而且可以通过人工的方法合成【答案】C【解析】N(C)∶N(H)=1∶3的烷烃为C2H6，是乙烷，乙烷没有同分异构体，错误。8．如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CH3CH2CH2CH3C．图1与图2表示的物质的二氯代物种数相同D．图1与图2表示的物质的沸点：前者高于后者【答案】D【解析】图1含4个碳，故图1表示的烃叫丁烷，A错误；图2烃分子含支链，故其结构简式为CH(CH3)3，B错误；图1的二氯代物有6种，异丁烷的二氯代物有3种，故C错误；两物质相对分子质量相同，图2有支链，沸点更低，故D正确。9．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．CH3CH2CH2CH3B．C．D．【答案】C【解析】A项，分子中有2种类型的氢原子，一氯代物有2种；B项，分子中有2种类型的氢原子，一氯代物有2种；C项，分子中6个甲基类型相同，氢原子只有1种类型，故一氯代物有1种；D项，分子中有4种类型的氢原子，一氯代物有4种。10．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是()A．CH4B．C3H8C．C4H10D．C2H6【答案】C【解析】设气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))mol，将上述选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。11．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是()A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时只生成CCl4B．甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物D．1mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗1mol氯气【答案】C【解析】甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子，消耗1mol氯气，生成1molHCl，故产物中HCl的量最多，B错误；1mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗2mol氯气，D错误。12．在光照条件下，将0.5molCH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl2物质的量为()A．0.5mol B．1.25mol C．2.5mol D．5mol【答案】B【解析】依据碳原子守恒，反应所得四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量都为0.125mol；依据反应方程式，有机物分子中氯原子的物质的量等于参加反应的Cl2的物质的量，所以n(Cl2)=n(CH3Cl)×1+n(CH2Cl2)×2+n(CHCl3)×3+n(CCl4)×4=0.125mol×(1+2+3+4)=1.25mol，故选B。13．一定质量的链状烷烃X完全燃烧后生成17.6gCO2和9.0gH2O，下列说法不正确的是()A．X的分子式为C4H10B．X可能的结构简式为CH3CH2CH2CH3或(CH3)2CHCH3C．将X通入酸性KMnO4溶液中，溶液褪色D．X与Cl2在光照条件下发生取代反应，可能生成2种一氯代物【答案】C【解析】17.6gCO2和9.0gH2O的物质的量分别为0.4mol、0.5mol，据此可得C原子与H原子的个数之比为0.4mol∶1mol＝4∶10，故链状烷烃X的分子式为C4H10，A项正确；C4H10有两种结构，B项正确；烷烃不与酸性KMnO4溶液反应，故溶液不褪色，C项错误；正丁烷和异丁烷分子中都有2种氢原子，故无论是哪种丁烷与Cl2在光照条件下反应都能生成2种一氯代物，D项正确。二、非选择题14．按要求回答下列问题。(1)丙烷的结构式：_______________________。(2)分子中含30个氢原子的链状烷烃的分子式：_______________________。(3)相对分子质量为58的烷烃的结构有_____________种；分别写出它们的结构简式：_______________________。(4)链状烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍，则其分子式为_______________________。(5)含碳的质量分数为75%的烷烃的摩尔质量为_______________________。(6)链状庚烷的分子式为__________；amol链状庚烷含有________mol碳氢键，_______mol碳碳键。【答案】(1)(2)C14H30(3)2CH3CH2CH2CH3、(4)C6H14(5)16g/mol(6)C7H1616a6a【解析】(1)丙烷的分子式为C3H8，其结构式为。(2)由链状烷烃的通式可知，2n+2=30，n=14，其分子式为C14H30。(3)由链状烷烃的通式可知，14n+2=58，n=4，C4H10的结构有两种，分别为CH3CH2CH2CH3、。(4)链状烷烃A在同温同压下蒸气的密度是H2的43倍，则该烷烃的相对分子质量为86，设A的分子式为CnH2n+2，其相对分子质量为14n+2=86，解得n=6，该烷烃的分子式为C6H