人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物精品第一课时学案

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第一节 认识有机化合物


第一课时 烷烃的结构


[明确学习目标] 1.了解有机物中碳原子的成键特点。2.掌握甲烷的分子结构。3.了解烷烃的概念、通式及结构特点。4.理解同系物、同分异构体的概念并会判断和书写简单烷烃的同分异构体。


学生自主学习





1．有机化合物中碳原子的成键特点


有机化合物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成eq \(□,\s\up4(01))4个共价键，而且碳原子与碳原子之间也能形成eq \(□,\s\up4(02))单键、eq \(□,\s\up4(03))双键或eq \(□,\s\up4(04))三键。多个碳原子之间可以结合形成碳链，也可以结合形成eq \(□,\s\up4(05))碳环。


2．甲烷的分子结构


(1)分子结构





(2)空间结构








3．烷烃的结构特点与命名


(1)结构特点





(2)烷烃的命名


碳原子数不多于10时，以eq \(□,\s\up4(13))甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸依次代表碳原子数；碳原子数在10以上时，以汉字数字代表，如“十一烷”。


(3)分子通式


烷烃的分子通式为eq \(□,\s\up4(14))CnH2n＋2。


4．同系物与同分异构体


(1)同系物








(2)同分异构体


①概念





②实例：正丁烷、异丁烷互为同分异构体。


③同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原因之一。


[特别提醒] (1)同分异构体的分子式相同，因此其相对分子质量相同，但相对分子质量相同的化合物不一定互为同分异构体，如NO和C2H6。


(2)互为同分异构体的化合物不一定属于同一类物质，如CH3—O—CH3和CH3CH2OH。


(3)互为同分异构体的化合物一定不互为同系物，同样，互为同系物的化合物一定不互为同分异构体。





多碳原子烷烃(如CH3CH2CH2CH2CH3)分子中，碳原子的排列是直线形吗？


提示：不是。烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，与之成键的4个原子构成四面体结构。因此碳原子一定不在同一直线上，直链烷烃中碳原子的排列呈锯齿状。


课堂互动探究


知识点一 甲烷的分子结构、烷烃





1．有机化合物组成和结构的表示方法








eq \a\vs4\al([知识拓展]) 甲烷空间结构的拓展


根据甲烷的正四面体结构推知，有机物分子中碳原子以4个单键与其他原子相连。





若CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子代替，即a、b、c、d相同，则形成的分子为正四面体结构，如CCl4；若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子代替，即a、b、c、d不完全相同，则形成的分子为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。


2．烷烃的组成与结构特点


(1)烷烃分子里只有两种化学键：碳碳单键和碳氢键。每个碳原子都以四个共价单键与其他碳原子或氢原子相连接。


(2)烷烃是饱和烃，碳原子数一定的烷烃分子中氢原子数已达到最多，其他含有相同碳原子数的烃分子中的氢原子数都比烷烃少。


(3)烷烃的通式为CnH2n＋2(n为正整数)，符合该通式的烃一定是烷烃。


(4)碳碳结合成链状，链状不是“直线状”，而是呈锯齿状，链上还可分出支链，如图所示。





(5)烷烃分子中的氢原子数一定是偶数。





1 如图所示均能表示甲烷的分子结构，下列说法错误的是( )








A．Ⅰ将各原子看成了质点，为立体结构示意图


B．Ⅱ为电子式，表示甲烷分子中有8个电子


C．Ⅲ为球棍模型，棍代表甲烷分子内含有的共价键


D．Ⅳ为空间充填模型，能表示出甲烷的空间构型及各原子的相对大小


[批注点拨]





[解析] Ⅱ表示电子式，但略去了碳原子的内层电子，甲烷分子中应含有10个电子。


[答案] B


[练1] 下列物质中，属于烷烃的是( )


A．C8H16 B．CH3CH2OH








答案 C


解析 A不符合烷烃通式CnH2n＋2；B不是烃(含O)；D项分子中碳原子间不是单键结合，不是烷烃。


[练2] 下列说法正确的是( )


A．有机物种类繁多的主要原因是有机物分子结构十分复杂


B．烃类分子中的碳原子与氢原子是通过非极性键结合的


C．同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的唯一原因


D．烷烃的结构特点是碳原子之间通过单键连接成链状，剩余价键均与氢原子结合


答案 D


解析 有机物种类繁多的主要原因是碳原子能与其他原子形成四个共价键，且碳原子之间也能互相成键，A项只是其中的一个原因，并不是主要原因，A错误。碳原子与氢原子之间形成极性键，B错误。同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原因，但不是唯一原因，C错误。


规律方法


(1)烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的原子团叫做烃基，烷烃失去一个氢原子剩余的原子团叫做烷基，一般用—R表示。如“—CH3”叫做甲基，“—CH2CH3”叫做乙基。


(2)1 ml—CH3含有9 ml电子，1 ml CH4含有10 ml电子。


知识点二 同系物、同分异构体





判断同系物的三个关键


(1)“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。


(2)“似”——结构相似，是指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。


(3)“差”——组成上相差n个CH2原子团(n≥1)


①同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)；


②同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。


eq \a\vs4\al([知识拓展]) 烷烃同分异构体的书写——减碳链法


(1)书写的步骤


①先写出碳原子数最多的主链。


②写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。


③写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上，以此类推。


(2)实例(以C6H14为例)





eq \a\vs4\al([注意]) 甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。


c．从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即两个甲基)依次连在相应碳原子上，此时碳骨架结构有两种：





②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长，所以C6H14共有5种同分异构体。





2 下列叙述正确的是 ( )


A．分子式相同，各元素质量分数也相同的物质是同种物质


B．通式相同的不同物质一定属于同系物


C．分子式相同的不同物质一定是同分异构体


D．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体


[批注点拨]





[解析] 分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；相对分子质量相同，分子式不一定相同，如NO和C2H6，因此不一定是同分异构体。


[答案] C


[练3] 同系物都具有( )


A．相同的相对分子质量 B．相同的物理性质


C．相似的化学性质 D．相同的最简式


答案 C


解析 同系物结构相似，则具有相似的化学性质，C项正确；在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，则相对分子质量不同，物理性质也不同，A项和B项错误；以烷烃同系物为例，甲烷的最简式为CH4，乙烷的最简式为CH3，丙烷的最简式为C3H8，都不相同，D项也错误。


[练4] 互称为同分异构体的物质不可能( )


A．具有相同的相对分子质量


B．具有相同的熔沸点和密度


C．具有相同的分子式


D．具有相同的组成元素


答案 B


解析 互称为同分异构体的物质具有相同的分子式，则组成元素、相对分子质量都相同，但它们的结构不同，物理性质存在差异，熔沸点和密度不同。


规律方法


(1)同系物的性质：同系物之间由于结构相似，只是碳链长度不同，故它们的物理性质随碳原子数的增加呈规律性变化，而化学性质相似。


(2)同分异构体的性质：同分异构体结构上的差别导致它们的物理性质有所不同。同分异构体可能是同类物质，也可能是不同类物质，若属于同类物质，化学性质相似，若属于不同类物质，化学性质不同。


本课归纳总结


1.甲烷分子具有正四面体结构，其中碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的四个顶点上。


2．烷烃分子中碳原子间以单键相连，每个碳原子形成四个共价键，其分子通式为CnH2n＋2。


3．结构相似，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。


4．化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。





学习效果检测


1．在西部大开发中，国家投巨资兴建“西气东输”工程，将西部蕴藏的丰富资源通过管道输送到东部地区。这里所指的“西气”的主要成分是( )


A．CO B．CH4 C．H2 D．NH3


答案 B


解析 “西气”中的气指天然气，主要成分是CH4。


2．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是( )





A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构


B．CH4、CCl4都是正四面体结构


C．CH4和CCl4中的化学键完全相同


D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同


答案 B


解析 CH3Cl是四面体结构而不是正四面体，A错误；CH4和CCl4中的C—H键和C—Cl键不同，C错误；CH4和CCl4的性质不同，D错误。


3．要验证甲烷中含有C、H元素，可将其完全燃烧产物依次通过( )


①浓硫酸 ②无水硫酸铜 ③澄清石灰水


A．①②③ B．②③ C．②③① D．③②


答案 B


解析 要验证甲烷中含有C、H元素，可检验燃烧产物中含有水和二氧化碳，其中水遇无水硫酸铜粉末变蓝色，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，故将燃烧产物依次通过无水硫酸铜和澄清石灰水即可。


4．下列有关说法正确的是( )


A．石墨和金刚石互为同位素


B．乙烷和丙烷互为同素异形体


C．CH3CH2CH2CH3与CH(CH3)3互为同分异构体


D．12C和13C互为同系物


答案 C


解析 石墨和金刚石互为同素异形体，A项错误；乙烷和丙烷互为同系物，B项错误；12C和13C互为同位素，D项错误。


5．下列各组物质中互为同系物的是( )


A．CH3—CH===CH2和CH3—CH2—CH2—CH===CH2


B．CH3—CH3和CH3—CH===CH2


C．CH3—CH2—CH3和CH3—CH===CH2


D．CH3—CH2—CH===CH2和CH3—CH2—CH2—CH3


答案 A


解析 结构相似(同一类)，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互为同系物，B、C、D三个选项中分别给出的两种物质结构不相似，分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团，所以B、C、D三项均不正确。