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第七章 有机化合物
第一节 认识有机化合物
课时1 碳原子的成键特点 烷烃的结构
课堂导入
目前，人们在自然界发现和人工合成的物质已超过1亿种，其中绝大多数都是有机化合物，而且新的有机化合物仍在源源不断地被发现或合成出来。
碳在地壳中的含量很低，但含碳的有机物分布却极广，其不仅构成了生机勃勃的物质世界，还是燃料、材料、食品、药物等的主要来源。
课堂学习
有机化合物中碳原子的成键特点
有机物是含碳化合物(碳的氧化物、碳酸、碳酸盐、碳酸氢盐、氰化物、硫氰化物、碳硫化物、金属碳化物、碳硼烷等除外)或碳氢化合物及其常见衍生物的总称。
尽管上述物质属于含有碳的化合物，但它们的组成和结构更像无机物，因此属于无机物。
课堂学习
有机化合物中碳原子的成键特点
碳在元素周期表中的位置为第二周期第IVA族，最外层有四个电子，既不容易得到电子也不容易失去电子，因此一般通过共价键形成化合物。
若是需要达到稳定结构，碳原子需要形成四个共用电子对，比如之前接触过的甲烷(CH4)便是碳原子与四个氢原子形成了四个共用电子对从而达到稳定结构，甲烷也是最简单的有机化合物。
你能画出甲烷(CH4)的结构式和电子式吗？
其空间构型又是怎么样的？
之前的学习中我们已经掌握了位 构 性之间的联系，你能利用这种方法分析碳原子的成键方式吗？
课堂学习
有机化合物中碳原子的成键特点
有机物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成四个共价键，而且碳原子与碳原子之间也能形成共价键，可以形成单键、双键或三键。
课堂学习
有机化合物中碳原子的成键特点
多个碳原子之间可以结合成碳链(可以分为直链结构和支链结构)，也可以结合成碳环，从而构成有机物链状或环状的碳骨架。
结合下图中的碳链结构，思考若是4个碳相互结合成为有机物的骨架，可以有多少种结构？
课堂学习
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。
碳原子间可以以单键、双键或三键相结合，也可以形成碳链或碳环等碳骨架。
含有相同碳原子数的有机物分子，也可能因为碳原子之间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。
有机化合物中碳原子的成键特点
结合下图中显示的4个碳原子相互结合的几种方式，若是碳原子的其余共价键均与氢原子相连，你能写出各物质的分子式，并以此分析以碳为骨架的有机物种类繁多的原因吗？
C4H10
C4H8
C4H10
C4H6
C4H8
C4H8
C4H6
C4H8
C4H8
课堂学习
有机化合物中碳原子的成键特点
对于一种新物质的学习来说，我们一般都需要分析其成键方式和空间结构，因此在之前的学习中，我们便接触相关的知识。
将微观的分子结构通过模型呈现出来，便于我们了解分子中原子的结合方式与空间位置关系，获取更多的结构信息。
随着现代信息技术的发展，除了实物模型，还可以通过计算机对物质的结构进行模拟和计算。
这是人们探索物质结构的重要方法，也是学习化学的直观工具。
美国化学家鲍林便从事化学键理论和物质结构研究，曾获1954年诺贝尔化学奖和1962年诺贝尔和平奖。
课堂学习
烷烃的结构
比如我们进行最简单的有机物——甲烷的学习的时候，一定会学习甲烷的结构式和电子式，从而根据原子结构判断其空间构型。
甲烷的原子连接情况我们已经知道，是一个碳原子和四个氢原子形成共价键连接，那么它的空间构型会是怎么样的？
实验数据表明，甲烷分子中的5个原子不在同一平面上，而是形成了正四面体的空间结构。
碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于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，即109°28′。
课堂学习
与甲烷结构类似的有机化合物还有很多，随着分子中碳原子数的增加，还存在着乙烷、丙烷、丁烷等一系列物质，你能根据碳原子的成键规律补充完成下表吗？
烷烃的结构
烷烃 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
分子中碳原子数 1 2 3 4
结构式
分子式 CH4 C2H6 C3H8 C4H10
根据表格内容，你有没有发现这类有机物的组成和结构上的共同点？
烷烃 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
分子中碳原子数
结构式
分子式
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烷烃的结构
烃：指只含有碳、氢两种元素的有机化合物，又称为碳氢化合物，可分为饱和烃与不饱和烃两类。
饱和烃：分子间的碳原子均以碳碳单键结合，其余价键均与氢原子结合，使每个碳原子都达到饱和状态，又可以称为“烷烃”。
不饱和烃：分子间的碳原子不仅以碳碳单键结合，还存在着碳碳双键和碳碳三键，双键烃被称为烯烃，意味着氢原子稀少，三键烃被称为炔烃，意味着氢原子缺乏。
共同点：
分子组成上只有碳、氢两种元素；
碳原子间以碳碳单键的方式连接；
碳原子多余的价位均和氢原子连接。
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烷烃的结构
根据相关烷烃的结构式和分子式，你能找到这类烷烃的分子式通式吗？
若是环状的烷烃，通式会有何变化？
链状烷烃的通式：CnH2n+2 (n≥1)
链状烷烃的结构特点：单键、饱和。
链状烷烃的通式：CnH2n (n≥1)
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烷烃的结构
根据甲烷的球棍模型，你能推测出乙烷和丙烷的结构模型，并总结出烷烃的结构特点吗？
烷烃的结构特点：
碳碳单键可以旋转，但不管如何旋转，一个碳原子为中心的五个原子最多只有三个共面；
碳原子数大于2的直链烷烃，其碳骨架均会呈现“锯齿状”。
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有机物的表示方法
有机物的研究情况相对复杂，因此我们有多种方法可以表示有机物的组成和结构，在之前的学习中，我们已经接触了哪些方法？
分子式：用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目。
电子式：用小黑点等符号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子。
结构式：用短线来表示原子间的共用电子对。
最简式(实验式)：表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子，如C2H6表示为CH3。
课堂学习
有机物的表示方法
关于结构式的表示，最然能够直观地看出有机物的成键情况，但是复杂有机物的结构式书写却十分繁琐，因此还可以用结构简式表示有机物。
结构简式：在结构式的基础上省略C H键，把同一碳原子上的H合并书写，省略碳骨架上的C C键，需要注意的是只能省略碳碳单键，碳碳双键和三键不能省略(官能团)。
省略C H键
省略C C键
课堂学习
有机物的表示方法
利用结构简式表示有机物仍然较为复杂，因此在结构简式的基础上我们还可以省略元素符号，用短线的形式表示有机物。
键线式：省略碳、氢元素符号，只写碳碳键；通常相邻碳碳键之间的夹角画成120°，每个端点和转折点都表示碳原子，除C、H以外原子都保留下来。
课堂学习
有机物的表示方法
如果想直观地了解有机物的结构，则需要利用分子模型，一般表示有机物分子模型的方法有球棍模型和空间填充模型。
球棍模型：小球表示原子，小棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)。
空间填充模型：用不同体积的小球表示不同大小的原子，用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序，空间填充模型最能够反应真实结构。
课堂学习
有机物的表示方法
种类 分子式 最简式 电子式 结构式 结构简式 键线式 球棍模型 填充模型
实例 CH4 乙烷(C2H6)的最简式为CH3 CH3CH3 (正丁烷)
含义 用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目 ①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子 ②由最简式可求最简式量 用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子 ①能反映物质的结构； ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构 将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团) 省略碳、氢元素符号，用线段或折线表示分子中键的连接情况的式子 小球表示原子，小棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状) ①用不同体积的小球表示不同大小的原子；
②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
课堂学习
烷烃中最简单的是甲烷，其余随着碳原子数的增加，依次为乙烷、丙烷、丁烷等。关于有机物，我们习惯的命名方式为(习惯命名法)：碳原子数不多于10时，以甲、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”。
烷烃的命名
n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷
n>10 用汉字数字代表，如C11H24，命名为十一烷 十一烷的结构简式
十一烷的键线式
十一烷的结构式
课堂巩固
正误判断
1. 有机化合物只能形成单键。
4. 乙烷分子(C2H6) 中，最多可以有六个原子共平面。
2. 碳原子数相同时，烷烃的含氢量最大。
3. 丁烷分子(C4H10)的四个碳原子在同一条直线上。
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课堂小结
谢谢观看
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