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7.1 认识有机化合物——高一化学人教版（2019）必修二课堂速测
知识点一　有机化合物中碳原子的成键特点
1．甲烷是最简单的有机化合物，甲烷的分子式为CH4，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)有机物中，碳原子可以形成4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(—C≡C—)。
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，可能因为碳原子间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。
知识点二　烷烃的结构
1．甲烷的结构
甲烷的空间结构是正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于4个顶点上。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，为109°28′。
　　
分子结构示意图　　球棍模型　 　空间填充模型
2．烷烃——只含有碳和氢两种元素
(1)示例：乙烷的结构式为，分子式为C2H6，丙烷的结构式为，分子式为C3H8。
(2)结构特点
分子中碳原子之间都以单键结合，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使碳原子的化合价都达到“饱和”，称为饱和烃，又称烷烃。
(3)分子组成通式：如果链状烷烃中的碳原子数为n，氢原子数就是2n＋2，分子通式可表示为CnH2n＋2。
(4)烷烃的一般命名
①方法
碳原子数(n)及表示
n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸
n＞10 相应汉字数字
②示例：C4H10称丁烷，C8H18称辛烷，C12H26称十二烷。
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CH2原子团的化合物，互称同系物。
(2)实例：CH4、C2H6、C3H8互为同系物。
4．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。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：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。
(2)写出C4H10的同分异构体：CH3CH2CH2CH3和，其名称分别为正丁烷和异丁烷。
(3)戊烷的同分异构体有3种，己烷的同分异构体有5种。
　(1)C4H10是CH4的同系物吗？
(2)CH3—CH===CH2与互为同分异构体吗？
(3)CH2===CH2与是同系物吗？为什么？
提示：(1)是。(2)是。(3)不是，二者的结构不相似。
　有下列几组物质：①H与D　②金刚石与石墨　③O2与O3　④正丁烷与异丁烷　⑤C2H6与C3H8
互为同位素的是________，互为同素异形体的是_______________，互为同系物的是________，互为同分异构体是________。
知识点三　烷烃的存在与物理性质
1．烷烃的存在
天然气、沼气和煤层气的主要成分均为 ，“凡士林”、石蜡、汽油、煤油的主要成分是含碳原子数较多的 。
2．烷烃的物理性质(随分子中碳原子数增加)
烷烃均为 于水的无色物质。
(1)熔点、沸点与密度：逐渐 。
(2)状态：由 态→ 态→ 态，其中常温、常压下碳原子数小于或等于4的烷烃为 态。
答案：甲烷 烷烃 难溶 升高 气 液 固 气
知识点四　烷烃的化学性质
在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。但在特定条件下可燃烧，在较高温度下会发生分解，与氯气等发生取代反应。
1．氧化反应——燃烧反应
CH4、C3H8燃烧的化学方程式分别为 、 。
2．受热分解得到一系列重要的化工基本原料和燃料。
3．取代反应(以甲烷为例)
写出相应化学方程式(有机物用结构简式写)
；
；
；
。
取代反应是有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
注意：烷烃在光照条件可以与卤素单质蒸气发生取代反应。
4．烷烃性质的迁移——有机物的性质
(1)物理性质：大多数有机物的熔点比较低，难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
(2)化学性质：大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解；有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
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
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
2.2021年8月，中国海油“深海一号”超深水大气田的天然气跨越691公里海管通过白云气田高栏支线正式登陆粤港澳大湾区。天然气的主要成分是甲烷，下列物质中可与甲烷发生反应的是( )
A.NaOH溶液 B.浓硫酸 C. D.酸性溶液
3.2021年8月16日，中国石油重点工程——塔里木油田天然气乙烷回收工程成功投产，并生产出合格的乙烷产品，该工程是新疆首个成功投产的乙烷回收工程。下列有关乙烷的说法不正确的是( )
A.结构简式为
B.光照下能够发生取代反应
C.不存在同分异构体
D.比丁烷更易液化
4.丙烷常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。下列有关丙烷的叙述不正确的是( )
A.其空间填充模型为
B.光照下能够发生取代反应
C.不存在同分异构体
D.比丁烷更易液化
5.关于分子式为的烷烃A与分子式为的烷烃B，下列说法错误的是( )
A.A与B一定互为同系物
B.A与B分子中含有的个数一定相同
C.A与B完全燃烧的产物相同
D.它们结构相似，所以它们的化学性质也相似
6.正丁烷的球棍模型如图所示，下列说法正确的是( )
A.正丁烷的分子式为
B.该分子中共含有13个共价键
C.该分子中含有4个C—C单键
D.该分子中4个碳原子在同一直线上
7.是结构最简单的碳氢化合物。它广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑井气之中，是优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。通常情况下，比较稳定，与酸性溶液等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下，也会发生某些反应。液化石油气中含有丙烷，且丙烷中碳原子成键特点与中碳原子相似，故丙烷与甲烷的性质相似。下列有关丙烷的叙述正确的是( )
A.分子中碳原子在一条直线上
B.光照下能够与发生化合反应
C.丙烷与甲烷互为同系物
D.丙烷能使酸性溶液褪色
8.观察下面几种链状烷烃的球棍模型，回答下列问题。
（1）A的结构简式为_______。
（2）B的同分异构体的结构简式为_______。
（3）C的分子式为_______。
（4）D的名称为_______。
9.Ⅰ.已知某链状烷烃分子中含有的电子数为42。
（1）该链状烷烃的分子式为_______。
（2）写出该链状烷烃的所有同分异构体的结构简式：_______。
（3）上述同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是_______（填结构简式）。
Ⅱ.某混合气体由A、B两种烷烃组成，该混合气体的平均相对分子质量随A的体积分数的变化情况如图所示。
（4）A的摩尔质量是_________。
（5）A、B的分子式分别为_________、_________，A、B互为_________。
（6）A分子中所有碳原子_________（填“可能”“一定”或“一定不”）在一条直线上；A的二氯代物有_________种。
10.为探究甲烷的性质，某同学设计了如下两组实验。
（1）甲如图所示装置探究甲烷与氯气反应的条件，Ⅰ放在有光照射处，Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上，并夹紧弹簧夹a和b。
一段时间后，打开弹簧夹a、b，观察到有水倒吸入瓶中，但水并不能充满Ⅰ瓶。除了上述现象外，该实验中还可能观察到________。
A.Ⅰ瓶中气体颜色变浅
B.Ⅰ瓶中出现白雾
C.Ⅰ瓶内壁出现油状物质
D.Ⅱ瓶与Ⅰ瓶中现象相同
（2）用图2所示装置探究甲烷与氧化剂之间的作用。己知碳化铝（）与水反应生成氢氧化铝和甲烷。
①加入药品前，应先进行的一步操作是_____。
②实验过程中，_____（填“能”或“不能”，下同）
观察到溴水褪色，_____观察到酸性高锰酸钾溶液褪色。
③实验过程中，观察到硬质玻璃管中黑色粉末逐渐变红，无水硫酸铜逐渐变蓝，澄清石灰水变浑浊，则硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为_____。
④浓硫酸的作用是_____。
答案以及解析
1.答案：A
解析：碳原子最外层有4个电子，通常通过共价键与其他原子结合，可形成4对共用电子，最多形成4个共价单键，A项正确，C、D项错误；碳原子与其他不同原子间形成的共价键是极性键，B项错误。
2.答案：C
解析：通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不发生反应，烷烃在一定条件下可与卤素单质发生取代反应，即甲烷与NaOH溶液、浓硫酸、酸性溶液均不能发生反应，甲烷能与发生取代反应，C项符合题意。
3.答案：D
解析：乙烷（）的结构简式为，A项正确；乙烷在光照条件下能和氯气发生取代反应，B项正确；乙烷不存在同分异构体，C项正确；一般来说，烷烃分子中碳原子数越多，烷烃的沸点越高，则乙烷的沸点比丁烷低，所以乙烷比丁烷更难液化，D项错误。
4.答案：D
解析：烷烃在光照条件下能和氯气发生取代反应，B项正确；丙烷不存在同分异构体，C项正确；一般来说，烷烃分子中碳原子数越多，烷烃的沸点越高，则丙烷的沸点比丁烷低，以丙烷比丁烷更难液化，D项错误。
5.答案：A
解析：A、B都符合通式，二者一定互为同系物，A项正确；烷烃A没有同分异构体，其分子中含有2个，烷烃B有3种同分异构体，、和三种分子中分别含有2个、3个、4个，B项错误；A、B中都只含有C、H两种元素，完全燃烧生成，C项正确；A、B互为同系物，二者结构相似，化学性质也相似，D项正确。
6.答案：B
解析：由图可知，黑球为碳原子，白球为氢原子，故正丁烷的分子式为，A错误；该分子中有3个C—C键和10个C—H键，所以共有13个共价键，B正确，C错误；烷烃的碳链呈锯齿状，4个碳原子不可能在同一直线上，D错误。
7.答案：C
解析：烷烃的碳链呈锯齿形状，故丙烷中碳原子不在同一条直线上，A错误；丙烷在光照下能够与发生取代反应，不是化合反应，B错误；丙烷与甲烷的结构相似，分子组成上相差2个原子团，二者互为同系物，C正确；丙烷为饱和烃，性质稳定，不能使酸性溶液褪色，D错误。
8.答案：（1）
（2）
（3）
（4）异戊烷
解析：（1）A为链状烷烃，根据其球棍模型可知，其结构简式为。
（2）B为正丁烷，其同分异构体为异丁烷，结构简式为（或写成）。
（3）根据C的球棍模型可知，其为正戊烷，分子式为。
（4）从D的球棍模型可知，其结构简式为，名称为异戊烷。
9.答案：（1）
（2）
（3）；
（4）
（5）；；同系物
（6）一定；不；4
解析：（1）烷烃的通式为，则含有的电子数为8n+2，某链状烷烃中含有的电子数为42，则n=5，该链状烷烃的分子式为。
（2）该链状烷烃有正戊烷、异戊烷、新戊烷3种结构，则所有同分异构体的结构简式为。
（3）碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低，则上述同分异构体中，在相同条件下沸点最低的是。
（4）设A、B两种烃的摩尔质量分别为，在相同条件下，两种气态烃的体积之比等于物质的量之比，假设气体总物质的量为4 mol，则，，联立两式，解得，，则A的摩尔质量是。
（5）A的摩尔质量为，B的摩尔质量为，根据烷烃的通式可推知，A的分子式为，B的分子式为，A、B结构相似，分子组成相差一个原子团，两者互为同系物。
（6）烷烃是链状结构，呈锯齿状，因此A分子中所有碳原子一定不在一条直线上；A的二氯代物中，2个Cl原子在同一个碳原子上取代的有2种，在不同碳原子上取代的有2种，共有4种。
10.答案：（1）ABC
（2）①检查装置气密性；②不能；不能；③；④干燥
解析：（1）甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，生成物有（不溶于水的气体）、（三者均为不溶于水的油状液体）、HCl（极易溶于水），则还可观察到Ⅰ瓶中气体颜色变浅，出现白雾（HCl遇水蒸气凝结成小液滴），内壁出现油状物质；Ⅱ瓶中由于没有光照，不能反应，所以无明显现象，Ⅱ瓶与Ⅰ瓶中现象不相同。
（2）①加入药品前要先检查装置气密性。②甲烷与溴水、酸性高锰酸钾溶液均不发生反应，所以不能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色。③根据实验现象可知，氧化铜与甲烷反应时会产生Cu、和，则可写出化学方程式：。④为避免干扰甲烷与氧化铜反应产物中水的检验，甲烷与氧化铜反应之前要先用浓硫酸进行干燥。

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