高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习基础课时13 碳原子的成键特点烷烃的结构

基础课时13碳原子的成键特点烷烃的结构学习目标1.理解有机化合物中碳原子的成键特点,知道有机化合物分子具有的空间结构。2.以甲烷的空间架构为例认识烷烃的组成及结构特点,了解有机物化合物的多种表示方法。一、有机化合物中碳原子的成键特点(一)知识梳理1.碳原子的成键特点碳原子结构示意图为,电子式为·C···,其最外层4个电子,不易失去或得到电子而形成阳离子或阴离子,易通过共价键2.有机化合物中碳原子的成键特点(1)有机化合物中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)有机化合物的碳骨架类型多样多个碳原子之间可以结合成碳链,也可以结合成碳环,构成有机物链状或环状的碳骨架。如下图:

(3)有机化合物的多样性①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。②含有相同碳原子数的有机物分子,因为碳原子间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。(二)归纳总结1.有机化合物中碳原子的连接方式如图(图中小球代表碳原子),碳原子余下的价键均与氢原子结合。根据成键特点,各有机化合物的分子式分别为C4H10、C4H8、C4H10、C4H6、C4H8、C4H8、C4H6、C4H8。2.两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,则棱晶烷的分子式为C6H6,立方烷的分子式为C8H8。1.有人认为目前已知化合物中数量最多的是有机化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是()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,可以跟多数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,又可以形成稳定的双键和三键D.多个碳原子可以形成长度不同的链、支链及环,且链、环之间又可以相互结合答案B解析碳原子最外层有4个电子,碳原子与碳原子、其他原子(如氢原子)形成4个共价键达到稳定结构;碳原子之间成键方式具有多样性,碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可以形成双键、三键,不仅可以形成碳链还可以形成碳环;多个碳原子可以形成长度不同的链、支链及环,且链、环之间又可以相互结合。2.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中错误的是()答案C解析在有机物的分子结构中,1个C要连有4个键,其中碳碳双键属于2个键,碳碳三键属于3个键,C—H往往省略掉。所以,当给出的结构中,如果1个C周围的键少于4个,则要由C—H键补足至4个;如果多于4个,则一定不合理。A项,该物质是正丁烷,图中省略了C—H键;B项,该物质是异丁烷,图中省略了C—H键;C项,图中有1个C周围连有5个键(2个单键和1个三键),不合理;D项,该物质是环丁烷,图中省略了C—H键。3.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。二、烷烃的结构(一)知识梳理1.甲烷的结构(1)甲烷的分子结构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,分子式:CH4,电子式为H·×C×(2)甲烷的结构特点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。分子结构示意图:,球棍模型为,空间填充模型为。2.烷烃的结构(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表示分子中碳原子个数)①碳原子数n不同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②碳原子数n相同,结构不同时:用正、异、新表示。如C4H10的两种分子的命名,无支链时,CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷;有支链时,CH3CH(CH3)CH3命名为异丁烷(二)互动探究部分烷烃的结构如下表:烷烃乙烷丙烷正丁烷分子式结构式结构简式球棍模型【问题讨论】问题1完成表格中对应填空?提示分子式C2H6C3H8C4H10结构简式CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3问题2分析表中烷烃的结构式和分子式,你能归纳这类有机物分子式的通式吗?提示CnH2n+2(n≥1)。问题3结合表中分子结构模型,你能总结烷烃的组成和分子结构特点吗?提示烷烃中碳原子间以单键相连,碳原子的其余价键均与氢原子相连,每个碳原子都与其他原子形成四面体结构,链状烷烃中碳原子结合成链状,链状不是直线状,而是呈锯齿状,链上还可分出支链。【探究归纳】有机物的表示方法种类实例含义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H︰C··H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)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)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.下列有关化学用语正确的是()A.乙烷分子的电子式:H︰C‥‥B.丙烷分子的空间填充模型:C.甲烷分子的球棍模型:D.丙烷的分子式:CH3CH2CH3答案A解析A项,乙烷中每个碳原子形成4对共用电子对,一个氢原子形成一对共用电子对;B项,为丙烷的球棍模型;C项,为甲烷的空间填充模型;D项,丙烷的结构简式是CH3CH2CH3,分子式是C3H8。2.下面是4个碳原子相互结合的6种方式(氢原子没有画出),其中符合通式CnH2n+2的是()A.②③ B.①⑤C.②③④ D.①⑤⑥答案B解析符合通式CnH2n+2的是链状烷烃,链状烷烃不含双键和碳环;①⑤不含双键和碳环,属于链状烷烃,②③④含有双键,⑥含有碳环。3.下列物质中,一定属于烷烃的是()A.C3H8 B.C4H8C.C5H8 D.C7H8答案A解析烷烃的通式为CnH2n+2,所以分子式为C3H8的物质属于烷烃。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)有机化合物中碳原子的成键特点1.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.含5个碳原子的烷烃最多可以形成4个碳碳单键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,B项错误。2.下列以碳为骨架的烃分子模型图中,含碳碳双键的是()答案B解析只有B项中含有碳碳双键,其他选项均为碳碳单键。3.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.全部通过非极性键结合B.在CH4分子中,四个碳氢共价键的长度和强度均相同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.形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子答案A解析A项,碳原子与其他原子形成的化学键为极性键;B项,CH4分子由碳氢键组成,共价键的长度和强度均相同;C项,根据碳原子最外层只有四个电子,能形成四对共用电子对,若只有两个氢原子,则只能和氢原子形成两对共用电子对,因此碳碳原子形成碳碳三键;D项,形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子。4.如图是某烷烃分子的球棍模型图,图中大、小“球”表示两种元素的原子,“棍”表示化学键。其结构简式是()A.CH3CH3 B.CH3CH2CH3C.CH3CH2CH2CH3 D.CH2CH3CH4答案B解析根据分子球棍模型,大球是碳原子、小球是氢原子,该有机物是丙烷,结构简式是CH3CH2CH3,故B正确。(二)烷烃的结构5.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。6.下列关于烷烃的叙述正确的是()A.正丁烷分子中所有的碳原子均在同一直线上B.烷烃分子中都含有C—C键C.只含单键的烃一定是饱和链烃D.含有C—C键的链烃不一定是烷烃答案D解析A项,由碳原子的成键方式和键角特征可知,正丁烷碳链为锯齿状,因此正丁烷中的碳原子不在同一直线上;B项,甲烷分子中只有一个碳原子,无法形成C—C键;C项,环烷烃也只含单键,但它不是链烃,而是环状烃;D项,含有C—C键的链烃不一定是烷烃,如很多烃分子中除了含有碳碳单键,还可能含有碳碳双键或碳碳三键。7.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。8.在有机物中有一大类物质叫做烷烃。其中CH4为甲烷,C2H6为乙烷,C3H8为丙烷,C4H10为丁烷……。含有8个碳原子的烷烃分子式为()A.C8H14 B.C8H16C.C8H18 D.C8H20答案C解析比较CH4、C2H6、C3H8、C4H10中C、H原子个数的变化,每增加1个C原子,则同时增加2个H原子,由此可推得链状烷烃的通式为CnH2n+2。则含有8个碳原子的烷烃分子式为C8H2×8+2,即为C8H18。9.如图1是利用碳原子、氢原子模型搭建的某有机物的球棍模型,回答以下问题:(1)该物质的分子式是,结构简式是。

(2)该分子中,碳原子形成的化学键有(填字母序号)。

a.碳碳单键b.碳碳双键c.碳氢键(3)某同学拼出的球棍模型如图2,该结构中碳原子形成的共价键数目不正确。请从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因

。

(4)甲烷是结构最简单的碳氢化合物。下列甲烷的表示方法中,最能反映其真实结构的是。

A.结构示意图B.电子式H×C.球棍模型D.空间填充模型答案(1)C2H6CH3CH3(2)ac(3)碳原子最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,达到8电子稳定结构,即应该形成4条共价键(4)D解析(1)由图中模型可知:该有机物的分子中含有2个C原子和6个H原子,故其分子式为C2H6,每个C原子与3个H原子形成3个C—H键,两个C原子之间形成C—C单键,其结构简式为CH3CH3;(2)由图可知,该有机物中含有碳碳单键、碳氢单键,故合理选项是ac;(3)从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因是碳最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,使C原子达到最外层8电子稳定结构,即应该形成4条共价键。(4)最能反映甲烷真实存在状况的是甲烷的空间填充模型。B级素养培优练10.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:8B.Mg2+的离子结构示意图:C.甲烷分子的球棍模型:D.丙烷的分子式:C3H8答案D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818O,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错误。11.如图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图,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中的化学键均为非极性键D.CH4、CCl4的结构不同,性质不同答案B解析A项,CH4、CCl4是正四面体结构,但CH3Cl不是正四面体结构;B项,CH4、CCl4分子中的四个键的键长分别相同,它们都是正四面体结构;C项,CH4和CCl4中的化学键都是由不同元素的原子形成,所以均为极性键;D项,CH4、CCl4的结构相同,但由于构成共价键的元素不同,所以性质不同。12.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)。下列对该物质的说法中不正确的是()A.①处的化学键表示碳碳三键B.②处的化学键表示碳碳单键C.③处的原子可能是氯原子或氟原子D.此星际分子不属于烃类答案C解析该分子为有机物,有机物分子中碳原子形成了4个共价键,从左边氢原子开始推断,第一个碳碳键为碳碳三键,第二个碳碳键为单键,第三个为三键,同理可推出①为碳碳三键,②为碳碳单键,③与其相连的碳应该为三键,即结构简式为HC≡C—C≡C—C≡C—C≡C—C≡,据此进行判断。A项,①处的键为碳碳三键;B项,②处的键为碳碳单键;C项,③原子形成的键为三键,所以不可能为氯原子或氟原子;D项,颜色相同的球表示同一种原子,说明有3种原子,不属于烃类。13.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。14.只含有碳、氢两种元素的有机物属于烃类。下列是一些烃的结构式:(1)已知:“C—C、C==C、C≡C”分别表示碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键。烃分子中碳原子能形成个键(双键可看成2个键,三键可看