2022届高中化学新教材同步必修第二册 第七章 第一节 第1课时 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课时碳原子的成键特点烷烃的结构[核心素养发展目标] 1.知道有机化合物分子具有空间结构，以甲烷为例认识有机物中碳原子的成键特点，培养宏观辨识与微观探析的能力。

2.认识烷烃的组成及结构，知道有机化合物存在同系物、同分异构现象，学会判断简单烷烃的同分异构体，建立同系物、同分异构体判断及书写的思维模型。

一、有机化合物中碳原子的成键特点1．甲烷的分子结构甲烷的分子式：CH4，电子式：，结构式：，可知碳原子最外层有4个电子，能形成4个C—H。

2．有机化合物中碳原子的成键特点(1)碳原子间的成键方式多样碳原子不仅能与其他原子形成共价键，而且碳原子之间也能形成共价键。

可以形成单键()、双键()、三键(—C≡C—)。

(2)有机物碳骨架基本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，有机物碳骨架的链状又分为直链和支链两种。

如下图：直链支链(3)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。

(1)碳原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键(√)(2)在有机化合物中，碳原子间只能形成单键(×)(3)在有机化合物中，碳原子间所成的骨架只能为直链状(×)(4)有机化合物种类繁多的原因之一与碳原子间的成键方式及碳骨架不同有关(√)(5)碳原子能与其他原子形成4个共价键，且碳原子之间也能相互成键(√)1．下图是表示4个碳原子相互结合的方式。

小球表示碳原子，小棍表示化学键，假如碳原子上其余的化学键都是与氢原子结合。

(1)碳原子间所成的化学键全是碳碳单键的有________(填字母，下同)，含有碳碳双键的有________，含有碳碳三键的有________。

(2)碳骨架为链状的有________，为环状的有________，含有支链的有________。

(3)以小球表示碳原子，小棍表示化学键，试画出3个碳原子相互结合的所有碳骨架的示意图：________。

提示(1)A、C、H、J B、E、F D、G(2)A、B、C、D、E、F、G H、J C、F、J(3)碳原子可以以下列方式相互结合：2．(2019·安徽六安一中模拟改编)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，请写出分子式：棱晶烷________；立方烷________。

答案C6H6C8H8解析从棱晶烷和立方烷的碳骨架结构可看出，每个碳原子均与另外3个碳原子形成3个碳碳单键，故每个碳原子还剩余1个价键，即需要结合1个氢原子，则棱晶烷和立方烷的分子式分别是C6H6和C8H8。

有机物种类繁多的原因(1)碳原子所成价键多：有机化合物中，碳原子最外层有4个单电子，可以形成4个共价键，比氮、氧、氢或卤素原子所成价键都要多。

(2)碳原子成键方式多样：含有多个碳原子的有机化合物，碳原子间成键方式较多，可以形成单键，也可以形成双键或三键。

(3)碳骨架多样：碳原子间所成骨架有多种，可以是直链，也可以成环，也可以带支链。

(4)成链原子及种类多而灵活：有机物分子中碳原子可以与一个或若干个碳原子成键，也可以和其他原子成键，数目不等。

二、烷烃的结构1．烷烃的结构(1)甲烷的结构特点甲烷分子中5个原子不在同一平面上，而是形成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，空间充填模型为。

(2)几种常见的烷烃烷烃乙烷丙烷正丁烷分子C2H6C3H8C4H10式结构式结构CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3简式(3)烷烃结构的特点①结构特点a．单键：碳原子之间都以单键结合。

b．饱和：碳原子剩余价键全部跟氢原子结合。

c．结构：每个碳原子都与其他原子形成四面体结构。

②链状烷烃通式：C n H2n＋2(n≥1)。

烷烃中碳原子间结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上也可以分出支链。

例如：2．烷烃的表示方法(1)表示方法碳原子数(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(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。

(1)甲烷的分子式为CH4，碳原子和氢原子在同一平面内(×)(2)正丁烷分子式为C4H10,4个碳原子在同一直线上(×)(3)烷烃分子中碳和碳之间以单键相结合，剩余的价键都和氢原子相结合(√)(4)相同碳原子数的有机物中，烷烃的含氢量最大(√)(5)分子组成上满足C n H2n＋2(n≥1)的有机物都是链状烷烃(√)(6)烷烃分子中所有的原子有可能共面(×)1．下列物质属于烷烃的是________(填字母)。

A．C2H4B．C3H4C．C4H8D．C5H12E．C7H14F．C9H20G．C11H24答案DFG2．写出满足下列条件的烷烃的分子式(1)分子中含18个氢原子的链状烷烃分子式为________。

相对分子质量为58的链状烷烃分子式为________。

(2)含碳质量分数最低的烷烃是__________；和CO2密度相同的烷烃是__________；碳、氢质量比为5∶1的烷烃是________。

答案(1)C8H18C4H10(2)CH4C3H8C5H12三、同系物同分异构体1．同系物(1)概念：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物。

(2)实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。

2．同分异构体(1)概念①同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。

②同分异构体：具有同分异构现象的化合物。

(2)实例：分子式均为C4H10，互为同分异构体，用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3、。

3．烷烃同分异构体的书写(1)遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由对到邻、间。

(2)书写的步骤(以书写C5H12同分异构体为例)a．将分子中全部碳原子连成直链作为主链。

C—C—C—C—Cb．从主链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线(虚线)一侧的各个碳原子上，此时碳骨架只有一种。

注意甲基不能连在①位和④位上，否则会使碳链变长，②位和③位等效，只能用一个，否则重复。

c．从主链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧或两侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构只有一种。

注意②位上不能连乙基，否则会使主链上有4个碳原子，使主链变长。

综上所述，C5H12共有3种同分异构体，分别为CH3CH2CH2CH2CH3、和。

(1)同系物一定具有不同的碳原子数(√)(2)只要是分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物就一定为同系物(×)(3)同系物的化学性质一定相似，一定具有相同的通式(√)(4)同分异构体的相对分子质量相同，相对分子质量相同的化合物一定是同分异构体(×)(5)互为同分异构体的有机物一定不是同系物，互为同系物的化合物一定不是同分异构体(√)(6)互为同分异构体的化合物，化学性质一定相似( × )1．下列有机物中和甲烷互为同系物的为________(填序号，下同)，和CH 2==CH 2互为同系物的为________，和互为同分异构体的为________。

①CH 3CH 2CH 3 ② ③CH 2==CH—CH 3④ ⑤ ⑥答案 ①②④ ③⑥ ③解析 同系物是结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH 2原子团的有机物，分子通式相同，CH 4和CH 3CH 2CH 3、、同属于烷烃，互为同系物；CH 2==CH 2和CH 2==CH—CH 3及分子中都含，结构相似，且分子组成上相差1个或2个CH 2原子团，故互为同系物；和CH 2==CH—CH 3分子式相同(C 3H 6)，结构不同，故互为同分异构体。

2．写出C 6H 14所有有机物的结构简式：_______________________________________。

答案 CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3、、、、解析 第一步：写出最长碳链(只写出了碳，氢原子根据“碳满四价”补足)，得到1种异构体：C—C—C—C—C—C ；第二步：去掉最长碳链中1个碳原子作为支链(取代基)，余下碳原子作为主链，依次找出支链在主链中的可能位置(*表示取代基连接在主链上碳的位置)。

注意主链结构的对称性和等同性：C—C *—C *—C—C⇒和；第三步，去掉最长链中两个碳原子作为支链(两个—CH 3)，采用“定一移二”法依次书写：⇒和；第四步：最后用氢原子补足碳原子的四个价键。

故C6H14的同分异构体有CH3CH2CH2CH2CH2CH3、、、、(1)同系物判断的三个关键点①同：两种物质属于同一类物质。

②似：两种物质结构相似。

③差：两种物质分子组成上相差一个或多个CH2原子团。

(2)同分异构体的“一同”和“一不同”①一同：分子式相同→相对分子质量必相同。

②一不同：结构不同→原子或原子团的连接顺序(或空间排列)不同。

(3)烷烃同分异构体书写技巧1．(2020·山东德州一中检测)为了“蓝天工程”的实施，许多公交车的燃料都作了调整，现有公交车上标有“CNG(压缩天然气)”标志，说明其燃料主要成分是()A．甲烷B．乙醇C．苯D．汽油答案A解析CNG(压缩天然气)的主要成分为甲烷。

考点甲烷的组成与结构题点甲烷的组成2．(2020·黑龙江牡丹江第一高级中学检测)下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中能反映其真实存在状况的是()答案D解析分子的空间充填模型不仅表示分子的空间结构，还可以表示原子的相对大小，因此最真实反映分子结构状况，故选D。

考点甲烷的组成与结构题点甲烷中碳原子成键特点3．(2019·山西太原期末)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解析碳原子之间可以相互结合形成碳链(可带支链)，也可形成碳环，但每个碳原子都以4价的形式成键。

故C项错误。

考点有机物中碳原子成键特点题点有机物中碳原子成键特点4．(2019·山东德州第二中学期中)下列表示的物质中，属于烷烃的是()①CH3CH2OH②CH3(CH2)4CH3③④⑤⑥⑦C8H16⑧CCl4A．①②③④B．②④⑤⑥⑦C．②④⑤⑥D．④⑥⑧答案C解析①CH3CH2OH含有氧元素，不属于烷烃，不符合题意。

②CH3(CH2)4CH3属于烷烃，符合题意；③不属于烷烃，不符合题意；④属于烷烃，符合题意；⑤属于烷烃，符合题意；⑥分子式为C4H8，属于环烷烃，符合题意；⑦C8H16不满足C n H2n＋2(n≥1)，不属于烷烃，不符合题意；⑧CCl4不为烷烃，不符合题意，因此属于烷烃的为②④⑤⑥，故选C。