2025版高一化學必修第二冊（含不定項選擇）第七章 第一節(jié) 第1課時 有機化合物中碳原子的成鍵特點 烷烴的結構

第一節(jié)認識有機化合物第1課時有機化合物中碳原子的成鍵特點烷烴的結構課標定向目標定位1.能辨識常見有機化合物分子中的碳骨架。能概括常見有機化合物中碳原子的成鍵類型。(宏觀辨識與微觀探析)2.能描述甲烷結構特征,并能搭建甲烷和乙烷的立體模型。(證據(jù)推理與模型認知)厘清重點知道有機化合物是有空間結構的,以甲烷為例認識有機物中碳原子的成鍵特點突破難點能從物質的微觀角度說明烷烴的結構特征。能用不同的化學符號描述常見的簡單有機物學習任務一:有機化合物中碳原子的成鍵特點必備知識·導學一、甲烷組成與結構特點碳原子最外層有4個電子,分別與4個氫原子形成4個C—H共價鍵。二、有機物中碳原子的成鍵特點(1)鍵的個數(shù):每個碳原子形成4個共價鍵。(2)成鍵的類型:碳原子與碳原子之間也能形成共價鍵,可以形成單鍵、雙鍵或三鍵?！狢≡C—(3)碳骨架形式:碳原子之間可構成鏈狀結構,也可構成環(huán)狀結構。(4)組成有機物的碳原子數(shù)目靈活:有機物分子可能只含有一個或幾個碳原子,也可能含有成千上萬個碳原子。(5)成鍵原子的多樣性:碳原子不僅可以和碳形成共價鍵,而且可以和氫、氧、氮、硫、磷、鹵素等多種原子形成共價鍵。[思考](1)根據(jù)碳原子的4價鍵原則,可將下圖中碳原子的價鍵用氫原子補齊,試在各模型下面的橫線上寫出各物質的分子式。(2)為什么有機化合物中的每個碳原子能與其他原子形成4個共價鍵?提示:碳原子最外層有4個電子,不易失電子,也不易得電子,一般通過共價鍵與氫、氧、鹵素等元素的原子相結合,形成4個共價鍵。學力診斷·測評(雙選)目前人類已知的有機物達8000多萬種,下列有關其種類繁多的原因的說法錯誤的是()A.碳原子間能以單鍵、雙鍵或三鍵等多種方式結合B.多個碳原子可以形成長短不一的碳鏈,但碳鏈不能含有支鏈C.每個碳原子都能與氫原子形成四個共價鍵D.多個碳原子間可以形成碳鏈、碳環(huán),碳鏈或碳環(huán)也能相互結合【解析】選B、C。A.碳原子間能以單鍵、雙鍵或三鍵等多種方式結合,是碳的化合物種類繁多的原因之一,故A正確;B.多個碳原子可以形成長短不一的碳鏈,碳鏈也可以含有支鏈,是碳的化合物種類繁多的原因之一,故B錯誤;C.每個碳原子都能與氫原子形成四個共價鍵,不是碳的化合物種類繁多的原因之一,故C錯誤;D.多個碳原子間可以形成碳鏈、碳環(huán),碳鏈或碳環(huán)也能相互結合,是碳的化合物種類繁多的原因之一,故D正確?！狙a償訓練】1.碳原子的不同結合方式使得有機化合物種類繁多,下列碳原子的結合方式中錯誤的是()【解析】選C。圖中有一個碳連有5個共價鍵,不符合碳原子成鍵特點。2.(2024·武漢高一檢測)下列有機化合物中碳原子的連接方式不可能的是()【解析】選C。A、B、D中碳原子和碳原子形成的化學鍵都不超過4個,剩余價鍵與氫結合,C中三鍵和雙鍵中間的碳形成了5個共價鍵,違背了碳四價的原則,故C錯誤。學習任務二:烷烴的結構必備知識·導學[引入]簡單烷烴的結構如圖所示,結構上有什么特點?一、甲烷的空間結構表達形式分子結構示意圖球棍模型空間填充模型空間位置關系結構特點實驗數(shù)據(jù)表明,甲烷分子中的5個原子不在同一平面上,而是形成了正四面體的空間結構,碳原子位于正四面體的中心,4個氫原子分別位于4個頂點,分子中的4個C—H的長度和強度相同,相互之間的夾角相等二、幾種常見的烷烴有機化合物乙烷丙烷丁烷分子中碳原子數(shù)234結構式分子式C2H6C3H8C4H10[思考]甲烷的空間結構是正四面體形,可以用什么方法證明?提示:二氯甲烷(用兩個氯原子替代甲烷中的兩個氫原子形成的物質)只有一種,說明CH4是正四面體形結構。三、烷烴1.烷烴的結構烷烴:只含碳和氫兩種元素,分子中的碳原子之間都以單鍵結合,碳原子的剩余價鍵均與氫原子結合,使碳原子的化合價都達到“飽和”。這樣的一類有機化合物稱為飽和烴,也稱為烷烴。(1)鏈狀烷烴的通式:CnH2n+2(n≥1)。(2)鏈狀烷烴的結構特點:①單鍵:分子中原子均以單鍵結合,單鍵可以旋轉。②飽和:烷烴是飽和烴,相同碳原子數(shù)的有機物分子里,鏈狀烷烴的含氫量最大。③鋸齒狀:碳原子與周圍的4個原子都以四面體取向成鍵,因此,烷烴中碳碳結合成鏈狀,鏈狀不是“直線狀”,而是呈鋸齒狀。④可以有支鏈:[結論]烷烴分子中的氫原子數(shù)一定是偶數(shù),烴分子的相對分子質量一定為偶數(shù)。2.習慣命名法(1)碳原子數(shù)(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相應漢字數(shù)字+烷C4H10稱丁烷,C8H18稱辛烷,C12H26稱十二烷。(2)當碳原子數(shù)n相同,結構不相同時,用正、異、新表示。如C4H10的兩種分子的命名:無支鏈時,CH3CH2CH2CH3稱為正丁烷;有支鏈時,稱為異丁烷。CH3CH2CH2CH2CH3命名為正戊烷;命名為異戊烷;命名為新戊烷。判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)烷烴分子均滿足CnH2n+2(n≥1)。(×)提示:鏈狀烷烴滿足該通式,環(huán)烷烴不滿足。(2)甲烷分子中所有氫原子在同一平面內。(×)提示:甲烷分子中四個氫原子構成了正四面體空間結構。(3)分子組成上滿足CnH2n+2(n≥1)的有機物都是鏈狀烷烴。(√)提示:只有鏈狀烷烴的通式符合CnH2n+2,其他烴的通式都不符合CnH2n+2,故符合CnH2n+2的一定是鏈狀烷烴。(4)乙烷分子中既含有極性鍵,又含有非極性鍵。(√)提示:乙烷中C—C是非極性鍵,C—H是極性鍵。核心要點·歸納1.2.烷烴包含環(huán)狀烷烴和鏈狀烷烴,只有鏈狀烷烴分子組成符合通式CnH2n+2(n≥1)。烷烴分子中的氫原子數(shù)一定是偶數(shù),烴分子的相對分子質量一定為偶數(shù)。微點撥·拓教材有機物分子結構的表示方法種類實例含義分子式CH4用元素符號表示物質分子組成的式子,可反映出一個分子中原子的種類和數(shù)目最簡式(實驗式)乙烷C2H6最簡式為CH3①表示物質組成的各元素原子最簡整數(shù)比的式子②由最簡式可求最簡式量電子式用小黑點等記號代替電子,表示原子最外層電子成鍵情況的式子結構式①具有化學式所能表示的意義,能反映物質的結構②表示分子中原子的結合或排列順序的式子,但不表示空間結構結構簡式CH3CH3將結構式中碳碳單鍵、碳氫鍵等短線省略后得到的式子即為結構簡式,它比結構式書寫簡單,比較常用。結構式的簡便寫法,著重突出結構特點(官能團)鍵線式(戊烷)(丙烯)將結構式中碳、氫元素符號省略,只表示分子中鍵的連接情況,每個拐點或終點均表示一個碳原子,即為鍵線式球棍模型小球表示原子,短棍表示價鍵,用于表示分子的空間結構(立體形狀)空間填充模型①用不同體積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對大小和結合順序學力診斷·測評1.(2024·濱州高一檢測)能證明CH4分子的空間結構為正四面體形而非平面正方形的事實是()A.CH4的二氯代物只有一種結構B.CH3Cl分子只有一種結構C.C原子距離四個H原子距離一樣D.CH4分子中的四個碳氫鍵一樣【解析】選A。若甲烷為平面正方形結構,其二氯代物會有兩種結構,而CH4的二氯代物只有一種結構,則說明甲烷不是平面正方形結構而是正四面體結構,故A選;若甲烷為平面正方形結構,其一氯代物也只有一種結構,故CH3Cl分子只有一種結構,不能說明甲烷是平面正方形結構還是正四面體結構,故B不選;若甲烷為平面正方形結構,碳原子距離四個H原子的距離也相同,不能說明甲烷是平面正方形結構還是正四面體結構,故C不選;若甲烷為平面正方形結構,分子中四條碳氫鍵也相同,不能說明甲烷是平面正方形結構還是正四面體結構,故D不選。2.下列有關正十一烷的結構描述正確的有()①直線形②正四面體形③鋸齒形④有支鏈的直線形⑤碳碳之間有雙鍵也有單鍵⑥碳碳之間只有單鍵⑦氫原子可以同時連接兩個碳原子A.①③⑤B.②④⑥C.③⑥D.④⑦【解析】選C。烷烴分子中碳原子以單鍵與其余原子相連,因此與它成鍵的四個原子構成四面體結構,碳原子不在一條直線上,而是呈鋸齒形。【補償訓練】下列有機物中屬于鏈狀烷烴的是()A.CH3—CH=CH—CH3B.CH3CH2OHC.D.【解析】選D。分子中存在碳碳雙鍵,A項不符合題意;CH3CH2OH中含C、H、O三種元素,不屬于烷烴,B項不符合題意;分子不是鏈狀結構,C項不符合題意;碳鏈上雖然有兩個支鏈,但它仍屬于鏈狀,完全符合烷烴的結構特點,D項符合題意。學情檢測·素養(yǎng)達標1.下列有關有機化合物分子的說法,正確的是①③④(填序號)。①分子中的每個碳原子能與其他原子形成4個共價鍵②有機物分子中所含的共價鍵只有極性鍵③分子中的碳原子與碳原子之間可以形成單鍵、雙鍵和三鍵④分子中的多個碳原子之間可以結合成碳鏈,也可以結合成碳環(huán)⑤甲烷的分子式為CH4,所有原子都在同一平面內,是最簡單的有機化合物【解析】分子中的碳原子不僅可與碳原子形成共價鍵,還可與其他原子形成共價鍵,①正確;有機物分子中所含的共價鍵既有碳原子與其他原子形成的極性鍵,又有碳原子與碳原子形成的非極性鍵,②錯誤;分子中的碳原子與碳原子之間可以形成單鍵、雙鍵和三鍵,也可以結合成碳鏈,還可以結合成碳環(huán),③④正確;甲烷的分子式為CH4,只有3個原子在同一平面內,是最簡單的有機化合物,⑤錯誤?！狙a償訓練】下列化學用語正確的是()A.結構簡式(CH3)2CHCH3既可以表示正丁烷,又可以表示異丁烷B.丙烷分子的空間填充模型:C.甲烷分子中碳原子的結構示意圖:D.乙烷分子的電子式:【解析】選D。結構簡式(CH3)2CHCH3只表示異丁烷,A項錯誤;題述為丙烷分子的球棍模型,B項錯誤;甲烷分子中碳原子的結構示意圖為,C項錯誤。2.(2024·臨沂高一檢測)下列表示的物質中,屬于鏈狀烷烴的是()①CH3OH②CH3(CH2)4CH3③④⑤⑥⑦C8H18⑧CCl4A.②④⑤⑦B.②⑤⑥⑦C.①②③ D.④⑥⑧【解析】選A。由分析可知②④⑤⑦屬于鏈狀烷烴,①屬于醇類,③屬于烯烴,⑥屬于環(huán)烷烴,⑧屬于鹵代烴,故②④⑤⑦正確。3.某鏈狀烷烴分子中有18個氫原子,它的分子式是()A.C8H18B.C9H18C.C10H18D.C11H18【解析】選A。鏈狀烷烴的分子通式為CnH2n+2,由題意得2n+2=18,解得n=8,該鏈狀烷烴的分子式是C8H18。4.(2024·山東省實驗中學高一檢測)有一種星際分子,其分子結構模型如圖所示(圖中球與球之間的連線代表化學鍵,如單鍵、雙鍵、三鍵等,不同花紋的球表示不同的原子),已知該分子中不存在C=C=C結構,下列對該星際分子判斷正確的是()A.①處的化學鍵是碳碳單鍵B.②處的化學鍵是碳碳單鍵C.③處的原子可能為氧原子D.該星際分子中不含—C≡C—結構【解析】選B。該分子為有機物,分子中的碳原子形成了4個共價鍵,從左邊氫原子開始推斷,第一個碳碳鍵為碳碳三鍵,第二個碳碳鍵為單鍵,第三個為三鍵,同理可推出①處的化學鍵為碳碳三鍵,A錯誤;②處的化學鍵