2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第七章 第一节 第1课时 有机化合物中碳原子的成键特点 烷烃的结构

第一节认识有机化合物第1课时有机化合物中碳原子的成键特点烷烃的结构课标定向目标定位1.能辨识常见有机化合物分子中的碳骨架。能概括常见有机化合物中碳原子的成键类型。(宏观辨识与微观探析)2.能描述甲烷结构特征,并能搭建甲烷和乙烷的立体模型。(证据推理与模型认知)厘清重点知道有机化合物是有空间结构的,以甲烷为例认识有机物中碳原子的成键特点突破难点能从物质的微观角度说明烷烃的结构特征。能用不同的化学符号描述常见的简单有机物学习任务一:有机化合物中碳原子的成键特点必备知识·导学一、甲烷组成与结构特点碳原子最外层有4个电子,分别与4个氢原子形成4个C—H共价键。二、有机物中碳原子的成键特点(1)键的个数:每个碳原子形成4个共价键。(2)成键的类型:碳原子与碳原子之间也能形成共价键,可以形成单键、双键或三键。—C≡C—(3)碳骨架形式:碳原子之间可构成链状结构,也可构成环状结构。(4)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。(5)成键原子的多样性:碳原子不仅可以和碳形成共价键,而且可以和氢、氧、氮、硫、磷、卤素等多种原子形成共价键。[思考](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)为什么有机化合物中的每个碳原子能与其他原子形成4个共价键?提示:碳原子最外层有4个电子,不易失电子,也不易得电子,一般通过共价键与氢、氧、卤素等元素的原子相结合,形成4个共价键。学力诊断·测评(双选)目前人类已知的有机物达8000多万种,下列有关其种类繁多的原因的说法错误的是()A.碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合B.多个碳原子可以形成长短不一的碳链,但碳链不能含有支链C.每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键D.多个碳原子间可以形成碳链、碳环,碳链或碳环也能相互结合【解析】选B、C。A.碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合,是碳的化合物种类繁多的原因之一,故A正确;B.多个碳原子可以形成长短不一的碳链,碳链也可以含有支链,是碳的化合物种类繁多的原因之一,故B错误;C.每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键,不是碳的化合物种类繁多的原因之一,故C错误;D.多个碳原子间可以形成碳链、碳环,碳链或碳环也能相互结合,是碳的化合物种类繁多的原因之一,故D正确。【补偿训练】1.碳原子的不同结合方式使得有机化合物种类繁多,下列碳原子的结合方式中错误的是()【解析】选C。图中有一个碳连有5个共价键,不符合碳原子成键特点。2.(2024·武汉高一检测)下列有机化合物中碳原子的连接方式不可能的是()【解析】选C。A、B、D中碳原子和碳原子形成的化学键都不超过4个,剩余价键与氢结合,C中三键和双键中间的碳形成了5个共价键,违背了碳四价的原则,故C错误。学习任务二:烷烃的结构必备知识·导学[引入]简单烷烃的结构如图所示,结构上有什么特点?一、甲烷的空间结构表达形式分子结构示意图球棍模型空间填充模型空间位置关系结构特点实验数据表明,甲烷分子中的5个原子不在同一平面上,而是形成了正四面体的空间结构,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,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二、几种常见的烷烃有机化合物乙烷丙烷丁烷分子中碳原子数234结构式分子式C2H6C3H8C4H10[思考]甲烷的空间结构是正四面体形,可以用什么方法证明?提示:二氯甲烷(用两个氯原子替代甲烷中的两个氢原子形成的物质)只有一种,说明CH4是正四面体形结构。三、烷烃1.烷烃的结构烷烃:只含碳和氢两种元素,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。(1)链状烷烃的通式:CnH2n+2(n≥1)。(2)链状烷烃的结构特点:①单键:分子中原子均以单键结合,单键可以旋转。②饱和:烷烃是饱和烃,相同碳原子数的有机物分子里,链状烷烃的含氢量最大。③锯齿状:碳原子与周围的4个原子都以四面体取向成键,因此,烷烃中碳碳结合成链状,链状不是“直线状”,而是呈锯齿状。④可以有支链:[结论]烷烃分子中的氢原子数一定是偶数,烃分子的相对分子质量一定为偶数。2.习惯命名法(1)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C4H10称丁烷,C8H18称辛烷,C12H26称十二烷。(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称为正丁烷;有支链时,称为异丁烷。CH3CH2CH2CH2CH3命名为正戊烷;命名为异戊烷;命名为新戊烷。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)烷烃分子均满足CnH2n+2(n≥1)。(×)提示:链状烷烃满足该通式,环烷烃不满足。(2)甲烷分子中所有氢原子在同一平面内。(×)提示:甲烷分子中四个氢原子构成了正四面体空间结构。(3)分子组成上满足CnH2n+2(n≥1)的有机物都是链状烷烃。(√)提示:只有链状烷烃的通式符合CnH2n+2,其他烃的通式都不符合CnH2n+2,故符合CnH2n+2的一定是链状烷烃。(4)乙烷分子中既含有极性键,又含有非极性键。(√)提示:乙烷中C—C是非极性键,C—H是极性键。核心要点·归纳1.2.烷烃包含环状烷烃和链状烷烃,只有链状烷烃分子组成符合通式CnH2n+2(n≥1)。烷烃分子中的氢原子数一定是偶数,烃分子的相对分子质量一定为偶数。微点拨·拓教材有机物分子结构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(实验式)乙烷C2H6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具有化学式所能表示的意义,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。结构式的简便写法,着重突出结构特点(官能团)键线式(戊烷)(丙烯)将结构式中碳、氢元素符号省略,只表示分子中键的连接情况,每个拐点或终点均表示一个碳原子,即为键线式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的原子大小②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序学力诊断·测评1.(2024·滨州高一检测)能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是()A.CH4的二氯代物只有一种结构B.CH3Cl分子只有一种结构C.C原子距离四个H原子距离一样D.CH4分子中的四个碳氢键一样【解析】选A。若甲烷为平面正方形结构,其二氯代物会有两种结构,而CH4的二氯代物只有一种结构,则说明甲烷不是平面正方形结构而是正四面体结构,故A选;若甲烷为平面正方形结构,其一氯代物也只有一种结构,故CH3Cl分子只有一种结构,不能说明甲烷是平面正方形结构还是正四面体结构,故B不选;若甲烷为平面正方形结构,碳原子距离四个H原子的距离也相同,不能说明甲烷是平面正方形结构还是正四面体结构,故C不选;若甲烷为平面正方形结构,分子中四条碳氢键也相同,不能说明甲烷是平面正方形结构还是正四面体结构,故D不选。2.下列有关正十一烷的结构描述正确的有()①直线形②正四面体形③锯齿形④有支链的直线形⑤碳碳之间有双键也有单键⑥碳碳之间只有单键⑦氢原子可以同时连接两个碳原子A.①③⑤B.②④⑥C.③⑥D.④⑦【解析】选C。烷烃分子中碳原子以单键与其余原子相连,因此与它成键的四个原子构成四面体结构,碳原子不在一条直线上,而是呈锯齿形。【补偿训练】下列有机物中属于链状烷烃的是()A.CH3—CH=CH—CH3B.CH3CH2OHC.D.【解析】选D。分子中存在碳碳双键,A项不符合题意;CH3CH2OH中含C、H、O三种元素,不属于烷烃,B项不符合题意;分子不是链状结构,C项不符合题意;碳链上虽然有两个支链,但它仍属于链状,完全符合烷烃的结构特点,D项符合题意。学情检测·素养达标1.下列有关有机化合物分子的说法,正确的是①③④(填序号)。①分子中的每个碳原子能与其他原子形成4个共价键②有机物分子中所含的共价键只有极性键③分子中的碳原子与碳原子之间可以形成单键、双键和三键④分子中的多个碳原子之间可以结合成碳链,也可以结合成碳环⑤甲烷的分子式为CH4,所有原子都在同一平面内,是最简单的有机化合物【解析】分子中的碳原子不仅可与碳原子形成共价键,还可与其他原子形成共价键,①正确;有机物分子中所含的共价键既有碳原子与其他原子形成的极性键,又有碳原子与碳原子形成的非极性键,②错误;分子中的碳原子与碳原子之间可以形成单键、双键和三键,也可以结合成碳链,还可以结合成碳环,③④正确;甲烷的分子式为CH4,只有3个原子在同一平面内,是最简单的有机化合物,⑤错误。【补偿训练】下列化学用语正确的是()A.结构简式(CH3)2CHCH3既可以表示正丁烷,又可以表示异丁烷B.丙烷分子的空间填充模型:C.甲烷分子中碳原子的结构示意图:D.乙烷分子的电子式:【解析】选D。结构简式(CH3)2CHCH3只表示异丁烷,A项错误;题述为丙烷分子的球棍模型,B项错误;甲烷分子中碳原子的结构示意图为,C项错误。2.(2024·临沂高一检测)下列表示的物质中,属于链状烷烃的是()①CH3OH②CH3(CH2)4CH3③④⑤⑥⑦C8H18⑧CCl4A.②④⑤⑦B.②⑤⑥⑦C.①②③ D.④⑥⑧【解析】选A。由分析可知②④⑤⑦属于链状烷烃,①属于醇类,③属于烯烃,⑥属于环烷烃,⑧属于卤代烃,故②④⑤⑦正确。3.某链状烷烃分子中有18个氢原子,它的分子式是()A.C8H18B.C9H18C.C10H18D.C11H18【解析】选A。链状烷烃的分子通式为CnH2n+2,由题意得2n+2=18,解得n=8,该链状烷烃的分子式是C8H18。4.(2024·山东省实验中学高一检测)有一种星际分子,其分子结构模型如图所示(图中球与球之间的连线代表化学键,如单键、双键、三键等,不同花纹的球表示不同的原子),已知该分子中不存在C=C=C结构,下列对该星际分子判断正确的是()A.①处的化学键是碳碳单键B.②处的化学键是碳碳单键C.③处的原子可能为氧原子D.该星际分子中不含—C≡C—结构【解析】选B。该分子为有机物,分子中的碳原子形成了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处的化学键为碳碳三键,A错误;②处的化学键