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第一节 认识有机化合物
学习目标 素养目标
1.通过认识有机化合物中碳原子 的成键特点,从微观的化学键视角探析 有机化合物的分子结构。 2.通过认识有机化合物的同分异 构现象,从分子结构的多样性角度探析 有机化合物性质的多样性。 【宏观辨识与微观探析】 基于碳
原子的成键特点认识有机化合物
的结构特征,体会有机化合物种类
众多的原因、有机物的元素组
成、分子结构及性质等方面的通
性及其与无机物的差异。
学习目标 素养目标
3.通过认识烷烃的命名法和同系 物的概念,从物质分类的角度辨识各类 有机化合物的结构和性质特点。 4.以烷烃的代表物——甲烷的结 构和性质为模型,认知烷烃的结构和性 质 【证据推理与模型认知】 通过对
甲烷等空间结构及烷烃的分子结
构模型的认识，理解同分异构现
象，提升利用模型研究物质结构
的学科素养。
【变化观念与平衡思想】通过对
甲烷等烷烃的学习,体会有机化学
反应与无机化学反应的差异
续表
第1课时 有机化合物中碳原子的成键
特点 烷烃的结构
学习任务一 有机化合物中碳原子的成
键特点
学习任务二 烷烃的结构
学习任务一 有机化合物中碳原子的成键特点
【新知自主预习】
1.甲烷 分子的结构特点
（1）甲烷是最简单的有机化合物，其分子中的碳原子以最外层的4
个______分别与4个________的电子形成了4个______共价键。
（2）甲烷的电子式和结构式分别表示为_ _______、 ________。
电子
氢原子
［注意］ 有机物的结构式中，1条短线“—”代表1个共用电子对，未
成键孤电子对省略不写。
2.有机化合物中碳原子的成键特点
（1）“碳四价”原则：碳的最外层有___个电子，它不易得到电子或
失去电子，通常通过________与其他原子结合形成共价化合物，每
个碳原子可以形成___个共价键，达到8电子稳定结构。
4
共价键
4
［注意］ 碳原子很难通过电子得失形成单核阴、阳离子。
（2）碳骨架的基本类型
①碳原子与碳原子之间形成共价键,可以形成________（ ）、
______（ ）或______（ ）。
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，构成有机物链状或环状的碳骨架，且碳
骨架的链状结构又分为直链和支链两种情况。链
状结构和环状结构又可以相互结合，形成更为复
杂的碳骨架结构。
［注意］ 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。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。
（3）成键原子的多样性：碳原子不仅可以和碳形成共价键，而且可
以和氢、氧、氮、硫、磷、卤素等多种原子形成共价键。
【情境问题思考】
某研究小组同学用两种不同颜色的小球分别代表碳原子、氢原
子，动手拼插球棍模型，要求尽可能多地拼插分子中含四个碳原子
的烃分子的球棍模型，部分拼插作品中碳骨架的连接方式如图所示。
问题一: 假设上述九种物质都是只含碳、氢元素，且每个碳原子都
形成4个共价键，碳骨架结构中碳原子不足的价键都用氢原子补足4
个共价键，请分别写出上述有机化合物的分子式。并指出哪些是链
状结构，哪些是环状结构。
提示:①和②:;③④⑤⑧和⑨:;⑥和⑦: 。链状结构:①
②③④⑤⑥⑦;环状结构:⑧和⑨。
问题二: 根据上述材料分析有机物种类繁多的原因是什么？
提示:有机化合物中的碳原子之间不仅可以结合成碳链，还可以结合
成碳环；并且碳原子之间可以形成碳碳单键、双键或三键。
【核心知识讲解】
1.有机化合物中碳原子的成键特点
2.有机化合物的组成与结构表示方法
种类 表示方法 实例
分子式 用元素符号表示物质的分子组成 、
电子式 用“·”或“×”来表示原子最外层电子的成键情况 ______________________________
结构式 用短线“—”来表示1个共价键，用“—”（单键）、 “ ”（双键）或“ ”（三键）将所有原子连接 起来 ____________________________
结构 简式 表示单键的“—”可以省略，将与碳原子相连的其 他原子写在其旁边，在右下角注明其个数
种类 表示方法 实例
球棍 模型 小球表示原子，短棍表示化学键 ________________________________
空间填 充模型 用不同体积的小球表示不同原子的大小 _____________________________
续表
【知识迁移应用】
例1 关于有机化合物中碳原子的成键特点，下列叙述不正确的是( )
A.碳原子既可以跟自身，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单键，又可以形成双键或三键
D.多个碳原子之间可以结合成碳链（可以带有支链），也可以结合
成碳环，构成有机物链状或环状的碳骨架
√
[解析] 碳原子最外层有4个电子，碳原子与碳原子、其他原子
（如氢原子）形成4个共价键达到稳定结构，A正确；
常温下，碳原子化学性质不活泼，B错误；
碳原子之间成键方式具有多样性，碳原子与碳原子之间不仅可以形成
共价单键，还可以形成双键、三键，C正确；
碳原子最外层有四个电子，碳原子之间可以形成稳定的单键，
又可以形成稳定的双键和三键，不仅可以形成碳链，还可以形成碳
环，多个碳原子可以形成长度不同的链、支链及环，且链、环之间
又可以相互结合，D正确。
［归纳总结］
（1）有机化合物中的碳原子与碳原子之间既能形成单键,也能形成双
键或三键;可以形成碳链,也能形成碳环。
（2）碳原子无论以什么形式成键,每个碳原子均必须形成四个键，一
个双键看作2个键，1个三键看作3个键。
学习任务二 烷烃的结构
【新知自主预习】
一、烷烃的结构与命名
1.烷烃的组成与结构
（1）甲烷的空间结构
①甲烷的分子结构示意图与分子结构模型
②甲烷分子的结构特点
正四面体
碳原子
氢原子
相同
相等
（2）烷烃
①概念
只含有________两种元素，分子中的碳原子之间都以______结合，
碳原子的剩余价键均与________结合，使碳原子的化合价都达到“
______”，
这样的一类有机化合物称为________，也称为______。
②分子组成通式
链状烷烃的分子组成通式为 。
碳和氢
单键
氢原子
饱和
饱和烃
烷烃
2.烷烃的命名
（1）习惯命名法
碳原子数 及表示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
____ __ 乙烷 ____ __ ____ __ ____ __ 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷
汉字数字 烷 甲烷
丙烷
丁烷
戊烷
（2）当碳原子数 相同，结构不相同时，用正、异、新等表示。
例如，丁烷 有两种分子：
（无支链） ________；
（有支链） ________。
正丁烷
异丁烷
二、同系物和同分异构体
1.同系物
相似
相似
2.同分异构现象和同分异构体
（1）概念
概念
同分异构现象 化合物具有相同的________，但具有不同______的
现象称为同分异构现象
同分异构体 具有______________的化合物互称为同分异构体
（2）实例
随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体的数目也就越多。例如，
正丁烷 和异丁烷（ ）互为同分异构体。
分子式
结构
同分异构现象
【情境问题思考】
鲍林 ，美国化学家，主要从事化学键理论和物质结
构研究，1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，他在进
行物质研究时使用模型进行研究。现有四种烷烃，其分子结构模型
如图所示：
问题一： 写出上述烷烃的分子式，并
由此归纳出这类有机化合物分子式的通式。
提示：乙烷：；丙烷：；正丁烷：；异丁烷： ；
分子通式： 。
问题二： 总结乙烷、丙烷和正丁烷的组成和分子结构特点，确定它
们之间存在的关系。
提示：乙烷、丙烷和正丁烷的分子通式相同 ，相邻烷烃分
子在组成上均相差一个 原子团，分子结构相似（链状、单键、饱
和），它们互为同系物。
问题三： 分析正丁烷和异丁烷的组成和结构特点，确定它们之间存
在的关系。
提示：正丁烷和异丁烷的分子式均为 ，分子结构不同，它们互
为同分异构体。
【核心知识讲解】
1.链状烷烃的组成和结构特点
2.同位素、同素异形体、同系物和同分异构体的比较
研究 对象 判断依据 性质 举例
同位素 原子 （1）质子数相同,中子 数不同；（2）同种元素的 不同原子 化学性质 相同,物理性质 有差异 、
D、 ;
、
同素异 形体 单质 （1）同一种元素组 成；（2）不同单质 化学性质 相似,物理性质 差异大 红磷
和白磷;金
刚石和石
墨
研究 对象 判断依据 性质 举例
同系物 有机 物 （1）结构相似的同一 类物质；（2）符合同一分 子通式；（3）分子组成上 相差个原子团 化学性质 相似;熔点、沸 点、密度等呈规 律性变化 甲烷
与丁烷
同分异 构体 有机 物、 无机 物 （1）分子式相同； （2）分子结构不同； （3）可以是同类物质，也 可以是不同类物质 化学性质 可能相似,也可 能不同; 物理性 质不同 正丁
烷和异丁
烷
续表
3.链状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。
（2）书写的步骤（以书写 同分异构体为例）
.将分子中全部碳原子连成直链作为主链。
.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。
.从主链上取下两个碳原子作为一个支链（即乙基）或两
［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，共有3种同分异构体，分别为 、
和 。
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。
【知识迁移应用】
例2 在下列各组物质中,找出合适的序号填在对应的空格内:
和和和
④异戊烷（ ）和新戊烷（ ）
⑤ ⑥甲烷和丙烷
（1）互为同位素的是____。
②
[解析] 互为同位素的是质子数相同、中子数不同的原子,②符合。
（2）互为同分异构体的是____。
（3）互为同系物的是____。
④
⑥
[解析] 互为同系物的是结构相似、组
成上相差一个或若干个 原子团的
化合物,⑥符合。
（4）为同一种物质的是____。
⑤
[解析] ⑤中两个分子是同一种物质。
[解析] 互为同分异构体的是分子式相同、结构不同的化合物,④符合。
［规律小结］
（1）同位素必须是同种元素的不同原子，互为同位素的原子，其质
量数（或中子数）不同。
（2）同素异形体必须是同种元素组成的不同单质，必须具有不同的
结构。
（3）互为同系物的有机物一定属于同一类物质，一定符合相同的分
子通式；同系物一定不具有相同的分子式；同系物的组成元素必相同。
（4）同分异构体必须具有相同的分子式和不同的结构，可以是有机
物，也可以是无机物。
例3 写出分子式为 所有有机化合物的结构简式。
[答案]
、
、 、 、
[解析] 第一步：写出最长碳链（只写出了碳原子，氢原子根据“碳满
四价”补足），得到1种结构： 。
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
在主链上的位置）。注意主链结构的对称性和等同性：
和 。
第三步：去掉最长链中两个碳原子作为支链（两个 ），采用
“定一移一”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 的同分异构体有
、
、 、 、 。
1.判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）。
（1）链状烷烃的分子通式是,但符合通式 的
烃不一定是烷烃。( )
×
[解析] 符合通式 的烃一定是烷烃。
（2）烷烃分子中都含有极性键，不一定含有非极性键。( )
√
[解析] 甲烷分子中只有极性键。
（3）、、 都含有碳、氢元素,都属于烷烃。( )
×
[解析] 烷烃仅含碳和氢两种元素,所以、 不是烷烃。
（4）碳原子数不同的链状烷烃都互为同系物。( )
√
（5）正丁烷和异丁烷互为同系物且前者的沸点低。( )
×
[解析] 正丁烷和异丁烷互为同分异构体,后者含支链,沸点低。
（6）烷烃的碳原子越多，其同分异构体种类也越多。( )
√
2.[2024·辽宁沈阳郊联体联考]下面是4个碳原子相互结合的5种方式
（氢原子没有画出），其中符合通式 的是( )
A.②③ B.①⑤ C.②③④ D.①
[解析] 为链状烷烃的通式，即分子中均以单键连接。②③
④中均含有 ，不属于烷烃，不符合该通式，①⑤符合题意。
√
3.[2024·浙江宁波十校联考]下列说法不正确的是( )
A.和 互为同位素
B. 和纳米碳管互为同素异形体
C.和 互为同分异构体
D.和 一定互为同系物
[解析] 和 是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，A
正确；
和纳米碳管是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，
B正确；
√
3.[2024·浙江宁波十校联考]下列说法不正确的是( )
A.和 互为同位素
B. 和纳米碳管互为同素异形体
C.和 互为同分异构体
D.和 一定互为同系物
和 的分子式相同、结构不同，互为同
分异构体，C正确；
和 的分子通式不同，不是同类有机物，故不是同系物，
D错误。
√
4.[2024·湖南衡阳三校联考]如图表示四种烷烃分子，下列说法不正
确的是( )
A. 是甲烷的空间填充模型
B. 中含有极性共价键和非极性共价键
C.烷烃分子中，相邻的三个碳原子可能在同一条直线上
D.烷烃中的碳原子均以共价单键的形式与碳原子或氢原子相连
√
[解析] 由图可知， 是甲烷的空间填充模型，A正确；
由球棍模型可知，为丙烷，分子中含有非极性共价键和
极性共价键，B正确；
由图可知，烷烃中相邻的三个碳原子呈 形，不可能在同一条直线
上，C错误；
烷烃中的碳原子均以共价单键的形式与碳原子或氢原子相连，D正确。
5.[2024·安徽宣城期末] 下列各组物质中：
和 ② 和
和 ④石墨和金刚石
⑤ 和
和
和
（1）互为同分异构体的是______。
⑥⑦
[解析] 分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，互为同分
异构体的是⑥⑦。
（2）互为同素异形体的是____。
④
[解析] 由同种元素组成的不同单
质互为同素异形体，互为同素异
形体的是④。
（3）互为同位素的是____。
③
[解析] 质子数相同、中子数不同的核素互为同位素，因此互为同位
素的是③。
（4）属于同一种物质的是______。
②⑤
[解析] 分子式相同、结构也相同的物质
属于同种物质，属于同一种物质的是②⑤。
（5）互为同系物的是____。
①
[解析] 结构相似、分子组成上相差一个或若干个 原子团的有机
物互为同系物，互为同系物的是①。
1.[2024·北京昌平区期末] 是一种烃，它的结构是 ，
下列化合物中与 互为同分异构体的是( )
A. B.
C. D.
[解析] 由的结构简式可知，其分子式为 。分子式相同，结构
不同的物质互为同分异构体。分子式为 ，
两者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，C正确。
√
2.下列有关烷烃的叙述错误的是( )
A.烷烃分子中,所有的化学键都是单键
B.分子通式为 的烃一定是烷烃
C.正丁烷和异丁烷分子中共价键数目相同
D.甲烷和乙烷各有一种结构,丙烷和丁烷各有两种不同的结构
[解析] 烷烃中所有的化学键都是单键,A正确;
分子通式为 的烃分子中,碳原子均形成单键,一定是链状烷烃,B
正确;
√
2.下列有关烷烃的叙述错误的是( )
A.烷烃分子中,所有的化学键都是单键
B.分子通式为 的烃一定是烷烃
C.正丁烷和异丁烷分子中共价键数目相同
D.甲烷和乙烷各有一种结构,丙烷和丁烷各有两种不同的结构
正丁烷和异丁烷分子中均含有10个和3个 ,C正确;
甲烷、乙烷和丙烷都只有一种结构,丁烷有两种不同结构,D错误。
√
3.[2024·陕西咸阳期末]下列各组物质互为同分异构体的是( )
A.和 B.与
C. 和 D.正戊烷和异戊烷
√
[解析] 和 的分子式不同，不是同分异构体，A错误；
与 的分子式不同，不是同分异构体，
B错误；
由于甲烷是四面体结构，故 和 是同一种物
质，不是同分异构体，C错误；
正戊烷和异戊烷的分子式均为 ，但分子结构不同，互为同分异
构体，D正确。

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