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

第一節(jié)認(rèn)識有機(jī)化合物第1課時有機(jī)化合物中碳原子的成鍵特點烷烴的結(jié)構(gòu)課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.能辨識常見有機(jī)化合物分子中的碳骨架。能概括常見有機(jī)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(jié)構(gòu)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(rèn)知)厘清重點知道有機(jī)化合物是有空間結(jié)構(gòu)的,以甲烷為例認(rèn)識有機(jī)物中碳原子的成鍵特點突破難點能從物質(zhì)的微觀角度說明烷烴的結(jié)構(gòu)特征。能用不同的化學(xué)符號描述常見的簡單有機(jī)物學(xué)習(xí)任務(wù)一:有機(jī)化合物中碳原子的成鍵特點必備知識·導(dǎo)學(xué)一、甲烷組成與結(jié)構(gòu)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(jī)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(gòu)成鏈狀結(jié)構(gòu),也可構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。(4)組成有機(jī)物的碳原子數(shù)目靈活:有機(jī)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(zhì)的分子式。(2)為什么有機(jī)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(jié)合,形成4個共價鍵。學(xué)力診斷·測評(雙選)目前人類已知的有機(jī)物達(dá)8000多萬種,下列有關(guān)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)合,是碳的化合物種類繁多的原因之一,故D正確。【補償訓(xùn)練】1.碳原子的不同結(jié)合方式使得有機(jī)化合物種類繁多,下列碳原子的結(jié)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(jī)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(xué)鍵都不超過4個,剩余價鍵與氫結(jié)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(xué)習(xí)任務(wù)二:烷烴的結(jié)構(gòu)必備知識·導(dǎo)學(xué)[引入]簡單烷烴的結(jié)構(gòu)如圖所示,結(jié)構(gòu)上有什么特點?一、甲烷的空間結(jié)構(gòu)表達(dá)形式分子結(jié)構(gòu)示意圖球棍模型空間填充模型空間位置關(guān)系結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(qiáng)度相同,相互之間的夾角相等二、幾種常見的烷烴有機(jī)化合物乙烷丙烷丁烷分子中碳原子數(shù)234結(jié)構(gòu)式分子式C2H6C3H8C4H10[思考]甲烷的空間結(jié)構(gòu)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(zhì))只有一種,說明CH4是正四面體形結(jié)構(gòu)。三、烷烴1.烷烴的結(jié)構(gòu)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(jié)合,碳原子的剩余價鍵均與氫原子結(jié)合,使碳原子的化合價都達(dá)到“飽和”。這樣的一類有機(jī)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(jié)構(gòu)特點:①單鍵:分子中原子均以單鍵結(jié)合,單鍵可以旋轉(zhuǎn)。②飽和:烷烴是飽和烴,相同碳原子數(shù)的有機(jī)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(jié)合成鏈狀,鏈狀不是“直線狀”,而是呈鋸齒狀。④可以有支鏈:[結(jié)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(zhì)量一定為偶數(shù)。2.習(xí)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(yīng)漢字?jǐn)?shù)字+烷C4H10稱丁烷,C8H18稱辛烷,C12H26稱十二烷。(2)當(dāng)碳原子數(shù)n相同,結(jié)構(gòu)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(nèi)。(×)提示:甲烷分子中四個氫原子構(gòu)成了正四面體空間結(jié)構(gòu)。(3)分子組成上滿足CnH2n+2(n≥1)的有機(jī)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(zhì)量一定為偶數(shù)。微點撥·拓教材有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的表示方法種類實例含義分子式CH4用元素符號表示物質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)式①具有化學(xué)式所能表示的意義,能反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)②表示分子中原子的結(jié)合或排列順序的式子,但不表示空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡式CH3CH3將結(jié)構(gòu)式中碳碳單鍵、碳?xì)滏I等短線省略后得到的式子即為結(jié)構(gòu)簡式,它比結(jié)構(gòu)式書寫簡單,比較常用。結(jié)構(gòu)式的簡便寫法,著重突出結(jié)構(gòu)特點(官能團(tuán))鍵線式(戊烷)(丙烯)將結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(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(jié)合順序?qū)W力診斷·測評1.(2024·濱州高一檢測)能證明CH4分子的空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)B.CH3Cl分子只有一種結(jié)構(gòu)C.C原子距離四個H原子距離一樣D.CH4分子中的四個碳?xì)滏I一樣【解析】選A。若甲烷為平面正方形結(jié)構(gòu),其二氯代物會有兩種結(jié)構(gòu),而CH4的二氯代物只有一種結(jié)構(gòu),則說明甲烷不是平面正方形結(jié)構(gòu)而是正四面體結(jié)構(gòu),故A選;若甲烷為平面正方形結(jié)構(gòu),其一氯代物也只有一種結(jié)構(gòu),故CH3Cl分子只有一種結(jié)構(gòu),不能說明甲烷是平面正方形結(jié)構(gòu)還是正四面體結(jié)構(gòu),故B不選;若甲烷為平面正方形結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)還是正四面體結(jié)構(gòu),故C不選;若甲烷為平面正方形結(jié)構(gòu),分子中四條碳?xì)滏I也相同,不能說明甲烷是平面正方形結(jié)構(gòu)還是正四面體結(jié)構(gòu),故D不選。2.下列有關(guān)正十一烷的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn).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(gòu)成四面體結(jié)構(gòu),碳原子不在一條直線上,而是呈鋸齒形?！狙a償訓(xùn)練】下列有機(jī)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)特點,D項符合題意。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下列有關(guān)有機(jī)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(jī)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(jié)合成碳鏈,也可以結(jié)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(nèi),是最簡單的有機(jī)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(jī)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(jié)合成碳鏈,還可以結(jié)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(nèi),是最簡單的有機(jī)化合物,⑤錯誤?！狙a償訓(xùn)練】下列化學(xué)用語正確的是()A.結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖:D.乙烷分子的電子式:【解析】選D。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖為,C項錯誤。2.(2024·臨沂高一檢測)下列表示的物質(zhì)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(xué)高一檢測)有一種星際分子,其分子結(jié)構(gòu)模型如圖所示(圖中球與球之間的連線代表化學(xué)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(jié)構(gòu),下列對該星際分子判斷正確的是()A.①處的化學(xué)鍵是碳碳單鍵B.②處的化學(xué)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(jié)構(gòu)【解析】選B。該分子為有機(jī)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(xué)鍵為碳碳三鍵,A錯誤;②處的化學(xué)鍵