高中化学同步讲义活动课时5　实验活动8　搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点

活动课时5实验活动8搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点[实验目的]1.加深对有机化合物分子结构的认识。2.初步了解使用模型研究物质结构的方法。[实验用品]分子结构模型(或橡皮泥、黏土、泡沫塑料、牙签等代用品)。[实验步骤]1.填写下表，并搭建甲烷分子的球棍模型。甲烷分子式结构式CH4结构特点分子的空间结构是正四面体2.填写下表，并搭建乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型，比较三者的空间结构。乙烷分子式C2H6结构特点碳碳键是单键，所有原子不在同一平面内结构式乙烯分子式C2H4结构特点碳碳键是双键，6个原子共平面结构式乙炔分子式C2H2结构特点碳碳键是三键，4个原子共直线结构式H—C≡C—H[问题讨论]1.通过以上有机物分子球棍模型的搭建，归纳碳原子的成键特征和各类烃分子中的化学键类型。提示碳原子的成键特征：有机物中碳原子与周围的原子形成4个共价键，既可以形成单键，也可以形成双键和三键。烃eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(链烃\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(烷烃化学键类型C—C、C—H,烯烃化学键类型C=C、C—C、C—H,炔烃化学键类型C≡C、C—C、C—H)),环烃\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(环烷烃：化学键类型C—C、C—H，环状,结构,苯和苯的同系物：化学键类型含有苯环))))2.根据二氯甲烷的结构式推测其是否有同分异构体，并通过搭建球棍模型进行验证，体会结构式与分子空间结构之间的关系。提示二氯甲烷可以看作甲烷分子中的2个氢原子被2个氯原子代替的产物，根据甲烷的分子结构，二氯甲烷的分子结构是以碳原子为中心，2个氢原子和2个氯原子为4个顶点的四面体结构，C—H键长小于C—Cl键长，故分子结构不为正四面体，分子不存在同分异构体。3.分子中含有4个碳原子的烃可能有多少种结构？提示由4个碳原子组成的烃有①烷烃：CH3CH2CH2CH3、；②环烷烃：；③烯烃：CH2=CH—CH2—CH3、、CH3—CH=CH—CH3；④二烯烃：CH2=CH—CH=CH2；⑤环烯烃：⑥炔烃：HC≡C—CH2—CH3、CH3—C≡C—CH3；⑦其他结构：、CH≡C—CH=CH2。1.碳原子的成键特点(1)碳原子最外层有四个电子，能够形成四个共价键。有机化合物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成四个共价键，而且碳原子与碳原子之间也能形成共价键，以单键、双键或三键结合(如图1所示)。(2)多个碳原子之间可以形成链状化合物，也可以形成环状化合物，构成有机物链状或环状的碳骨架(如图2所示)。2.同分异构体的类型互为同分异构体的物质可能官能团位置不同、官能团种类不同或者碳链骨架不同等。3.有机分子中的共线、共面问题部分有机物中原子的共线(面)结构特点如下表所示：代表物结构共线(面)结构特点CH4任意3点共面C—C可以旋转C2H46点共面C=C不能旋转C2H24点共线(面)C≡C不能旋转C6H612点共面[例](2022·平顶山高一月考)依据如图所示A～E的分子示意图填空。(1)B的名称是。(2)D的分子式为。(3)最简单的饱和烃是(填字母序号，下同)。(4)属于同一物质的是。(5)上述分子中属于C的同系物的是。(6)所有原子共面的是。答案(1)乙烯(2)C6H6(3)A(4)CE(5)A(6)BD解析(1)由B的球棍模型可知，B为乙烯。(2)D的分子式为C6H6。(3)最简单的饱和烃是A(CH4)。(4)C为丙烷的结构简式，E为丙烷的球棍模型，故C、E为同一种物质。(5)上述分子与C(CH3CH2CH3)结构相似，且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物为A(CH4)。(6)乙烯和苯中所有原子均共面。1.(2022·宁波高一期中)下列说法不正确的是()A.乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，因发生加成反应而使溶液褪色B.甲烷和氯气的混合气体在光照条件下反应，生成纯净的CH3ClC.丙烯(CH3—CH=CH2)中的三个碳原子在同一个平面上D.苯分子具有平面正六边形结构，相邻碳原子之间的键完全相同答案B解析A.乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，乙烯与Br2发生加成反应产生1，2－二溴乙烷，使溴的四氯化碳溶液褪色，A正确；B.甲烷和氯气的混合气体在光照条件下发生取代反应，反应逐步进行，会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4及HCl，不能产生纯净物CH3Cl，B错误；C.乙烯分子是平面分子，分子中的2个C原子与4个H原子在同一平面上。丙烯分子中甲基C原子取代乙烯分子中H原子的位置，在乙烯分子的平面上，因此丙烯(CH3—CH=CH2)中的三个碳原子在同一个平面上，C正确；D.苯分子中6个C原子形成平面正六边形结构，键角是120°，相邻碳原子之间的键完全相同，苯分子具有平面正六边形结构，D正确。2.下列化学用语正确的是()A.乙烯的结构简式为：CH2CH2B.乙醇的分子式为：C2H5OHC.丙烷的球棍模型：D.丙烯的键线式：答案C解析A.结构简式需体现官能团，乙烯的结构简式为CH2=CH2，A错误；B.C2H5OH为乙醇的结构简式，乙醇的分子式应该为C2H6O，B错误；C.丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，其球棍模型为，C正确；D.丙烯的键线式应为，D错误。1.(2022·内江高一期末)下列分子中的所有原子，都在同一平面的是()A.甲烷 B.乙烯C.乙醇 D.乙酸答案B解析A项，CH4是正四面体结构，分子中所有原子不可能在同一平面上，A不符合题意；B项，乙烯是平面结构，分子中的2个C原子与4个H原子在同一平面上，键角是120°，B符合题意；C项，乙醇分子中含有2个饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，因此分子中所有的原子不可能在同一平面上，C不符合题意；D项，乙酸分子中含有饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，因此分子中所有的原子不可能在同一平面上，D不符合题意。2.①②是两种常见烃的球棍模型，下列说法正确的是()A.都能在空气中燃烧B.都能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.①②所有原子均共平面D.等质量的①②完全燃烧时，耗氧量相同答案A解析A项，①是乙烷、②是乙烯，都能在空气中燃烧生成二氧化碳和水，故A正确；B项，①是乙烷，乙烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。②是乙烯，乙烯含有碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故B错误；C项，①是乙烷，其中碳原子是饱和碳原子，形成四面体结构，分子中所有原子不可能共平面，故C错误；D项，乙烷、乙烯含碳元素的质量分数不同，含氢元素的质量分数也不同，故等质量燃烧，耗氧量不同，故D错误。3.下列关于甲烷、乙烷的说法错误的是()A.甲烷和乙烷与溴水在光照条件下都能发生取代反应B.甲烷和乙烷分子中所有原子不在同一平面内C.通常条件下，甲烷、乙烷与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液都不反应D.1mol乙烷分子中含有6molC—H共价键答案A解析A项，甲烷和乙烷与溴水在光照条件不能发生取代反应；B项，甲烷是正四面体结构，乙烷可以看作甲基代替甲烷分子中的1个H原子，所以甲烷和乙烷分子中所有原子不在同一平面内；C项，烷烃结构稳定，通常条件下，甲烷、乙烷与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液都不反应；D项，乙烷的结构式为，1mol乙烷分子中含有6molC—H共价键。4.据调查，劣质的家庭装饰材料会释放出近百种能引发疾病的有害物质，其中一种有机物分子的球棍模型如图，图中“棍”代表单键或双键或三键，不同大小的球代表不同元素的原子，且三种元素位于不同的短周期。下面关于该有机物的叙述不正确的是()A.有机物化学式为C2HCl3B.分子中所有原子在同一个平面内C.该有机物难溶于水D.可由乙炔和氯化氢加成得到答案D解析结构中间的两个球型代表C原子，那么，最小的原子应该是H原子，剩下三个半径比C原子模型还大的球型应该是代表Cl原子。A项，根据分析信息，确定模型代表的有机物分子中有两个C，一个H，三个Cl，化学式是C2HCl3，描述正确，不符合题意；B项，根据原子个数，可以推测出两个碳原子之间是碳碳双键，故该分子空间结构应与乙烯相同，所以所有原子处于同一平面，描述正确，不符题意；C项，该有机物属于卤代烃，卤代烃均难溶于水，描述正确，不符题意；D项，乙炔加成一分子氯化氢，得到的产物是C2H3Cl，描述错误，符合题意。5.(2022·华中师大一附中高一期末)下列表示正确的是()A.丙烷分子的空间填充模型为：B.乙炔的结构简式：CHCHC.乙炔分子的球棍模型：D.聚丙烯的结构简式：CH3—CH—CH2答案C解析A项，题给模型为丙烷的球棍模型，不是空间填充模型；B项，乙炔的结构简式：CH≡CH；C项，乙炔是直线形分子，碳碳原子之间存在三键，题给球棍模型正确；D项，聚丙烯的结构简式为：。6.(2022·凉山宁南中学高一月考)下列分子中的各原子均一定在同一平面的是()A.C2H4 B.CHCl3C.CH2=CHCH=CH2 D.CH3CH3答案A解析A项，C2H4分子为乙烯，乙烯分子为平面结构，2个碳原子和4个氢原子在同一平面上；B项，因为CH4为正四面体结构，所以CHCl3为四面体结构，所有原子不可能在同一个平面上；C项，CH2=CH—CH=CH2的中间两个碳原子为单键，则所有原子不一定共面；D项，乙烷分子中含有甲基，甲基具有四面体结构，所有原子不可能在同一平面上。7.(2022·长春第六中学高一月考)下列叙述中正确的是()A.含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成4个C—CB.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上C.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符合通式CnH2n＋2D.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物答案D解析A项，含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成5个C—C，例如环戊烷；B项，由于饱和碳原子是四面体结构，所以正戊烷分子中所有原子不可能在一条直线上；C项，碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的链状烃符合通式，若为环状烃，则不符合通式；D项，分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定是烷烃，二者互为同系物。8.(2022·石家庄新乐一中高一月考)任意两个环共用两个不直接相连的碳原子的有机化合物称为桥环化合物，()是最简单的桥环化合物。下列有关该物质的叙述正确的是()A.与丁烯互为同分异构体B.4个碳原子处于同一个平面C.其二氯代物有3种D.1mol该物质完全燃烧时最多消耗5.5molO2答案D解析A项，分子式为C4H6，丁烯分子式为C4H8，两者不互为同分异构体，故A错误；B项，根据甲烷的结构，得出4个碳原子不处于同一个平面，故B错误；C项，二氯代物中两个氯在同一个碳原子上有1种，在不同碳原子上有3种，因此二氯代物有4种，故C错误；D项，1molC4H6完全燃烧时最多消耗(x＋eq\f(y,4))mol＝(4＋eq\f(6,4))mol＝5.5molO2，故D正确。9.(2022·凉山宁南中学高一月考)有人设想合成具有以下结构的四种烃分子，下列有关说法正确的是()A.1mol甲分子内含有10mol共价键B.由乙分子构成的物质不能发生氧化反应C.丙分子的二氯取代产物只有四种D.分子丁是可以合成的答案A解析A项，甲分子中碳碳间含有6个共价键，每个碳上含有1个碳氢键，所以1mol甲分子内含有10mol共价键；B项，碳氢化合物都能在氧气中燃烧，燃烧属于氧化反应；C项，丙分子的二氯取代产物只有三种，分别是面对角线的两个碳、体对角线的两个碳和同一个面棱上的两个碳上的氢被氯取代的结果；D项，碳原子最多形成4个共价键，所以分子丁是不可能合成的。10.(2022·庆阳高一期中)有机物的种类和数目非常庞大，认识简单的有机物是我们学习有机化学的开始。现有如图所示几种有机物的结构：回答下列问题：(1)E的名称是。(2)F的结构简式是。(3)写出B与氯气在光照条件下的反应方程式_______________________________________________(只写第一步)，其反应类型为。(4)E、F、G三者互为。A、B、E三者互为。(5)C能使溴的四氯化碳溶液褪色，反应的化学方程式是___________________________________________________________，其反应类型为。(6)有机物G的一氯代物有种。(7)在120℃，1.01×105Pa条件下，A和某种气态烃与足量的O2完全燃烧后，恢复到原来的温度和压强，测得反应前后气体的体积没有发生改变，则该烃是(填字母序号)。答案(1)正戊烷(2)(CH3)2CHCH2CH3(3)CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3CH2Cl＋HCl取代反应(4)同分异构体同系物(5)CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br加成反应(6)1(7)C解析(1)根据有机物E的球棍模型可知E的名称是正戊烷；(2)根据有机物F的球棍模型可知F的结构简式是(CH3)2CHCH2CH3；(3)根据有机物B的球棍模型可知有机物B为CH3CH3，则B与氯气在光照条件下的第一步反应方程式为CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3CH2Cl＋HCl，其反应类型为取代反应；(4)根据有机物E、F、G的球棍模型可知，E、F、G三者分别代表戊烷的三种同分异构体结构，则E、F、G三者互为同分异构体；根据有机物A、B、E的球棍模型可知，A、B、E三者分别为甲烷、乙烷、戊烷，三者结构相似，在分子组成上相差若干个CH2原子团，互为同系物；(5)根据有机物C的球棍模型可知，有机物C为CH2=CH2，C能与溴单质发生加成反应，从而使溴的四氯化碳溶液褪色，反应的化学方程式是CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br，其反应类型为加成反应；(6)根据有机物G的球棍模型可知有机物G为C(CH3)4，其只有一种等效氢，则有机物G的一氯代物有1种。(7)烃燃烧的通式为：CxHy＋(x＋eq\f(y,4))O2→xCO2＋eq\f(y,2)H2O，120℃，1.01×105Pa条件下，水为气态，反应前后气体的体积没有发生改变，推知1＋x＋eq\f(y,4)＝x＋eq\f(y,2)，解得y＝4，混合后的烃氢原子数为：4，甲烷中氢原子数为：4，则另一种气态烃中氢原子数同样为：4，只能为乙烯。11.(2022·广州高一期中)有机物的表示方法多种多样，下面是常用的有机物的表示方法：①;②CH3CH2CH(CH3)CH3；③CH4；④；⑤；⑥；⑦；⑧。(1)上述表示方法中属于结构简式的是(填数字序号，下同)，属于空间填充模型的是。(2)写出⑧中官能团的名称：、。(3)和互为同分异构体。答案(1)①②③④⑦⑤(2)羟基醛基(3)②⑥解析(1)结构简式是将结构式中的单键省略，连在同一个碳上的氢原子进行合并的表示方法，所以属于结构简式的有①②③④⑦；空间填充模型是原子紧密连起的，能反映原子相对大小和空间结构的表示方法，所以属于空间填充模型的有⑤；(2)根据⑧的结构式可知，官能团的名称是羟基和醛基；(3)将分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体，②和⑥的分子式都为C5H12，但结构不同，因此互为同分异构体。12.图中A、B、C、D、E分别是四种有机物的分子结构，请回答下列问题：(1)图中D是有机物分子的模型。(2)A及其同系物的分子式符合通式________________________________(碳原子个数用n表示)，当n＝6时的同分异构体数目为(填数字)种。(3)上述有机物中，所有原子均共平面的是(填有机物的名称)。(4)下列关于E的叙述正确的是_________(填序号)。a.E和乙酸在一定条件下能发生取代反应b.E的水溶液可用于消毒，95%的E溶液消毒效果最好c.E有不止一种同分异构体d.E中加入酸性高锰酸钾溶液