【同步讲义】高中化学（人教版2019）必修第二册--第12讲 有机化合物中碳原子的成键特点烷烃的结构 讲义

第12讲  有机化合物中碳原子的成键特点烷烃的结构

知识点01  有机化合物中碳原子的成键特点

1．有机化合物

（1）有机化合物的组成元素

①有机物中一定含有_______元素，常含有氢、氧元素，有的还含有氮、硫、磷、卤素等。

②含碳元素的化合物不一定都是有机物。如CO、CO2、碳酸盐、氰化物等为无机物。

（2）甲烷是最简单的有机化合物，甲烷的分子式为_______，电子式为_______，结构式为_______。

2．有机化合物中碳原子的结构及成键特点

（1）机物中，碳原子可以形成_______个共价键。

（2）碳原子间成键方式多样

①碳碳之间的结合方式有单键（_______）、双键（______________）、三键（_______）。

②多个碳原子之间可以结合成碳链，也可以结合成碳环（且可带支链），如图所示。

（3）有机物结构特点

①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。

②含有相同碳原子数的有机物分子，可能因为碳原子间_______或_______的不同而具有多种结构。

【即学即练1】大多数有机物分子中的碳原子与其他原子的结合方式是（     ）。

    A．形成4对共用电子对

    B．通过非极性键结合

    C．通过2个共价键结合

    D．通过离子键和共价键结合

知识点02  烷烃的结构

1．甲烷的结构

（1）空间结构是_______结构，_______原子位于正四面体的中心，4个_______原子位于4个顶点上。

（2）分子中的4个C－H的长度和强度_______，相互之间的夹角_______，为109°28′。

2．烷烃

（1）结构特点：碳原子之间都以单键结合，剩余价键均与氢原子结合，使碳原子的化合价都达到“饱和”

（2）示例

（3）链状烷烃分子通式：______________。

（4）烷烃的一般命名

①方法

②示例：C4H10称__________，C8H18称__________，C12H26称__________。

3．同系物

（1）概念：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个__________的化合物，互称为同系物。

（2）示例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。

4．同分异构体

（1）同分异构现象：化合物具有相同的__________，但具有不同_____的现象。同分异构现象的广泛存在是有机物种类繁多的重要原因之一。

（2）同分异构体：具有_______________的化合物互称为同分异构体。

（3）C4H10的同分异构体：__________和__________，其名称分别为__________和__________。

【即学即练2】如图所示是几种烷烃的球棍模型，试回答下列问题：

（1）A、B、C三者的关系是____________。

（2）A的分子式为________，C的名称为________。

（3）B________（填“存在”或“不存在”）同分异构体，写出C的同分异构体的结构简式：______________________。

考法01  有机化合物中碳原子的结构及成键特点

【典例1】下列关于碳原子的成键特点及成键方式的理解中正确的是（     ）。

    A．饱和碳原子不能发生化学反应

    B．碳原子只能与碳原子形成不饱和键

    C．具有六个碳原子的苯与环己烷的结构不同

    D．五个碳原子最多只能形成四个碳碳单键

【知识拓展】

考法02  烷烃的组成与结构特点

【典例2】下图是由4个碳原子结合成的5种有机物（氢原子没有画出），下列说法正确的是（     ）。

    A．有机物（a）的名称为异丁烷

    B．有机物（a）中四个碳原子共平面

    C．上述有机物中与（c）互为同分异构体的只有（b）

    D．上述有机物中，（c）与（d）属于同系物

【知识拓展】

1．烷烃的组成与结构特点

2．有机化合物结构的表示方法

【知识拓展】有机物结构式简化的原则

（1）同一个碳原子上的相同原子可以合并，如可简化为CH3－CCl2－CH3。

（2）依次相连的相同基团可以合并，如CH3CH2CH2CH2CH3可进一步简化为CH3（CH2）3CH3。

（3）键线式简式，如CH3CH2CH2CH3可进一步简化为。

考法03  同系物和同分异构体的判断

【典例3】在下列各组物质中，找出合适的序号填在对应的横线上。

    ①NO2和N2O4

    ②12C和14C

    ③K和Ca

    ④异戊烷（）和新戊烷（）

    ⑤和

    ⑥甲烷和丙烷

（1）互为同位素的是_______。

（2）互为同分异构体的是_______。

（3）互为同系物的是_______。

（4）为同一种物质的是_______。

【知识拓展】

1．判断同系物的三个关键点

2．判断同分异构体的两个关键点

3．烃的一元取代物同分异构体数目的判断

【特别提醒】同分异构体注意问题

（1）同分异构体的结构一定不同，因此它们的物理性质存在差异；如果同分异构体的结构相似，属于同类物质，则它们的化学性质相似；如果同分异构体是不同类别的物质，则它们的化学性质不同。

（2）烷烃中，甲烷、乙烷、丙烷不存在同分异构体，其他烷烃均存在同分异构体，且同分异构体的数目随碳原子数的增加而增多。

题组A  基础过关练

1．下列各图均能表示甲烷的分子结构，哪一种更能反映其真实存在状况（     ）。

2．（2022·枣庄高一检测）下列关于甲烷分子的说法错误的是（     ）。

    A．甲烷分子中的化学键都是极性键

    B．甲烷分子中4个C－H完全相同

    C．甲烷分子中碳原子位于正四面体的中心

    D．甲烷分子中碳元素的化合价为＋4价

3．（双选）以下结构表示的有机物不属于烷烃的是（     ）。

    A．         B．

    C．CH3－CH3    D．

4．下列各物质是甲烷同系物的是（     ）。

    A．                B．

    C．    D．

5．目前已知化合物中数量、种类最多的是第ⅣA族碳的化合物（有机化合物），下列有关其原因的叙述不正确的是（     ）。

    A．碳原子既可以跟碳原子，又可以跟其他原子（如氢原子）形成4个共价键

    B．碳原子性质活泼，可以跟多种元素原子形成共价键

    C．碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成双键和三键

    D．多个碳原子可以形成长度不同的链（可以带有支链）及环，且链、环之间又可以相互结合

6．下列物质中与CH3－CH2－CH2－CH3互为同分异构体的是（     ）。

    A．CH2＝CH－CH＝CH2    B．CH2＝CH－CH2－CH3

    C．CH3－CH3          D．CH≡CH－CH2－CH3

7．碳原子的成键方式很多，如图表示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结合。

（1）图中属于烷烃的是________（填字母）。

（2）图中的有机化合物中，含有的氢原子数都是8的是________。

8．写出下列链状烷烃的分子式。

（1）分子中含有14个氢原子的烷烃的分子式是________。

（2）相对分子质量为44的烷烃的名称为________。

（3）碳、氢原子个数比为2∶5的烷烃分子式为________，它的同分异构体的结构简式为________________，名称分别为____________。

（4）含碳质量分数为75%的烷烃的结构式为________________。

题组B  能力提升练

1．（2022·无锡高一检测）下列化学用语正确的是（     ）。

    A．正丁烷的结构简式：（CH3）2CHCH3

    B．丙烷分子的空间填充模型：

    C．甲烷分子的球棍模型：

    D．乙烷的结构式：

2．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（     ）。

3．（2022·南京高一检测）下列说法中正确的是（     ）。

    A．乙烷与丙烷互为同分异构体

    B．相对分子质量相同、结构不同的两种化合物互为同分异构体

    C．同分异构体之间的转化是化学变化

    D．CH3－CH2－CH3和互为同分异构体

4．下列是四种烷烃分子的球棍模型或结构简式，下列说法正确的是（     ）。

    ①     ②CH3CH2CH2CH2CH2CH3

    ③CH3CH2CH2CH2CH3     ④CH3CH2CH3

    A．四种烷烃中均含有C－C和C－H

    B．①、②和③互为同分异构体

    C．③中的化学键均为极性键

    D．①和③互为同系物

5．下列物质中，互为同分异构体的是（     ）。

    A．与CH3－CH2－CH3

    B．CH3－CH2－Cl与CH3CH2CH2CH2Cl

    C．CH4与CH3CH3

    D．CH3CH（CH3）CH2CH2CH3与CH3CH2CH2CH（CH3）CH3

6．下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成2种一氯代物的是（     ）。

    A．CH3CH3            B．CH3－CH3

    C．    D．CH3－CH2－CH3

7．生活中很多物质的主要成分都是烷烃，如天然气、打火机燃气等。下列说法正确的是（     ）。

    A．烷烃分子通式为CnH2n＋2，所有烷烃都遵循这一通式

    B．CH3－CH2－CH3、CH4、CH3CH2CH3互为同系物

    C．烷烃分子中，相邻的三个碳原子有可能在同一条直线上

    D．分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质，互称为同系物

8．某些有机化合物的分子模型如图所示。

回答下列问题：

（1）属于空间填充模型的是__________（填“甲”“乙”“丙”“丁”或“戊”，下同）。

（2）可表示同一种有机化合物的是______。

（3）含碳量最低的是__________，含氢量最低的分子中氢元素的质量分数是________（保留一位小数）。

题组C  培优拔尖练

1．（2022·宁波高一检测）下列说法正确的是（     ）。

    A．1H2和3H2互为同位素

    B．SO2和SO3互为同素异形体

    C．C2H6和C5H12互为同系物

    D．CH3COOCH2CH3和C2H5OOCCH3互为同分异构体

2．（2022·烟台高一检测）下列关于CH4和CH3－CH2－CH3的叙述不正确的是（     ）。

    A．均能用通式CnH2n+2来表示

    B．二者互为同系物

    C．都属于烷烃，分子中既有极性共价键又有非极性共价键

    D．两种烷烃分子中所含原子都不可能处于同一平面内

3．C5H12有3种不同结构，甲：CH3（CH2）3CH3，乙：CH3CH（CH3）CH2CH3，丙：C（CH3）4，下列相关叙述正确的是（     ）。

    A．甲、乙、丙属于同系物

    B．C5H12表示一种纯净物

    C．丙的一氯代物有3种

    D．丙中5个碳原子一定不在同一平面上

4．（双选）已知有一种烃的结构类似于自行车，简称“自行车烃”，如图所示，下列关于它的叙述正确的是（     ）。

    A．易溶于水

    B．可以发生取代反应

    C．属于饱和烃

    D．与环己烷（）互为同系物

5．（2022·攀枝花高一检测）如图中的大黑点代表原子序数为1~18的元素的原子实（原子实是原子除最外层电子后剩余的部分），小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子，短线代表共价键。下列各图表示的结构与化学式一定不相符的是（     ）。

6．有机化合物的结构简式可进一步简化，如：

写出下列物质的分子式：