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基础课时13　碳原子的成键特点　烷烃的结构
学习目标　1.理解有机化合物中碳原子的成键特点,知道有机化合物分子具有的空间结构。2.以甲烷的空间架构为例认识烷烃的组成及结构特点,了解有机物化合物的多种表示方法。
一、有机化合物中碳原子的成键特点
(一)知识梳理
1.碳原子的成键特点
碳原子结构示意图为,电子式为··,其最外层　　　　个电子,不易　　　　　　或　　　　电子而形成阳离子或阴离子,易通过　　　　与碳原子或其他非金属原子相结合。
2.有机化合物中碳原子的成键特点
(1)有机化合物中碳原子间的成键方式多样
有机化合物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成4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　　　　　　()、碳碳双键(　　　　　　)或碳碳三键(　　　　　　)。
(2)有机化合物的碳骨架类型多样
多个碳原子之间可以结合成　　　　　　,也可以结合成　　　　　　,构成有机物链状或环状的碳骨架。如下图:
(3)有机化合物的多样性
①有机物分子可能只含有一个或几个碳原子,也可能含有　　　　　　个碳原子。
②含有相同碳原子数的有机物分子,因为碳原子间　　　　　　或　　　　　　的不同而具有多种结构。
(二)归纳总结
1.有机化合物中碳原子的连接方式如图(图中小球代表碳原子),碳原子余下的价键均与氢原子结合。
根据成键特点,各有机化合物的分子式分别为C4H10、C4H8、 C4H10、C4H6、 C4H8、C4H8、 C4H6、C4H8。
2.两种有机物的碳骨架如图所示。
已知它们结构中的碳原子余下的价键均与氢原子结合,则棱晶烷的分子式为C6H6,立方烷的分子式为C8H8。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.有人认为目前已知化合物中数量最多的是有机化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是 (　　)
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,可以跟多数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,又可以形成稳定的双键和三键
D.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
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.下列化学式及结构式中,从成键情况看不合理的是 (　　)
A.CH3N　
B.CH4Si　
C.CH2OS　
D.CH4S　
二、烷烃的结构
(一)知识梳理
1.甲烷的结构
(1)甲烷的分子结构
分子中的碳原子以最外层的　　　　　个电子分别与　　　　　个氢原子的电子形成4个　　　　共价键,分子式:　　　　,电子式为,结构式为　　　　　　。
(2)甲烷的结构特点
甲烷的空间结构为　　　　形,碳原子位于正四面体的　　　　,4个氢原子分别位于　　　　。分子中的4个C—H的长度和强度　　　　,相互之间的夹角　　　　。
分子结构示意图:,球棍模型为,空间填充模型为。
2.烷烃的结构
(1)烷烃的定义
只含有　　　　和　　　　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氢原子结合,使碳原子的化合价都达到“饱和”。这样的一类有机化合物称为饱和烃,也称为　　　　。
(2)烷烃的习惯命名(n表示分子中碳原子个数)
①碳原子数n不同
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C11H24:十一烷
②碳原子数n相同,结构不同时:用正、异、新表示。如C4的两种分子的命名,无支链时,CH3CH2CH2CH3命名为　　　　;有支链时,CH3CH(CH3)CH3命名为　　　　。
(二)互动探究
部分烷烃的结构如下表:
烷烃 乙烷 丙烷 正丁烷
分子式
结构式
结构简式
球棍模型
【问题讨论】
问题1　完成表格中对应填空
分子式
结构简式
问题2　分析表中烷烃的结构式和分子式,你能归纳这类有机物分子式的通式吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　结合表中分子结构模型,你能总结烷烃的组成和分子结构特点吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】　有机物的表示方法
种类 实例 含义
CH4 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
乙烷(C2H6)的最简式为CH3 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
H︰︰H 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
CH3CH3 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)
正丁烷 () 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
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有关化学用语正确的是 (　　)
A.乙烷分子的电子式:H︰︰H
B.丙烷分子的空间填充模型:
C.甲烷分子的球棍模型:
D.丙烷的分子式:CH3CH2CH3
2.下面是4个碳原子相互结合的6种方式(氢原子没有画出),其中符合通式CnH2n+2的是 (　　)
A.②③ B.①⑤
C.②③④ D.①⑤⑥
3.下列物质中,一定属于烷烃的是 (　　)
A.C3H8 B.C4H8
C.C5H8 D.C7H8
:课后完成　第七章　基础课时13(共54张PPT)
第一节　认识有机化合物
基础课时 　碳原子的成键特点　烷烃的结构
13
第七章
有机化合物
1.理解有机化合物中碳原子的成键特点,知道有机化合物分子具有的空间结构。2.以甲烷的空间架构为例认识烷烃的组成及结构特点,了解有机物化合物的多种表示方法。
学习目标
一、有机化合物中碳原子的成键特点
二、烷烃的结构
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、有机化合物中碳原子的成键特点
对点训练
(一)知识梳理
1.碳原子的成键特点
碳原子结构示意图为 ,电子式为··,其最外层____个电子,不易______或______电子而形成阳离子或阴离子,易通过________与碳原子或其他非金属原子相结合。
4
失去
得到
共价键
2.有机化合物中碳原子的成键特点
—C≡C—
(2)有机化合物的碳骨架类型多样
多个碳原子之间可以结合成______,也可以结合成______ ,构成有机物链状或环状的碳骨架。如下图:
碳链
碳环
(3)有机化合物的多样性
①有机物分子可能只含有一个或几个碳原子,也可能含有__________个碳原子。
②含有相同碳原子数的有机物分子,因为碳原子间__________或________的不同而具有多种结构。
成千上万
成键方式
碳骨架
(二)归纳总结
1.有机化合物中碳原子的连接方式如图(图中小球代表碳原子),碳原子余下的价键均与氢原子结合。
根据成键特点,各有机化合物的分子式分别为C4H10、C4H8、 C4H10、C4H6、 C4H8、C4H8、 C4H6、C4H8。
2.两种有机物的碳骨架如图所示。
已知它们结构中的碳原子余下的价键均与氢原子结合,则棱晶烷的分子式为C6H6,立方烷的分子式为C8H8。
1.有人认为目前已知化合物中数量最多的是有机化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是 (　　)
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,可以跟多数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,又可以形成稳定的双键和三键
D.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
B
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;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,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。
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 (　　)
解析　在有机物的分子结构中,1个C要连有4个键,其中碳碳双键属于2个键,碳碳三键属于3个键,C—H往往省略掉。所以,当给出的结构中,如果1个C周围的键少于4个,则要由C—H键补足至4个;如果多于4个,则一定不合理。A项,该物质是正丁烷,图中省略了C—H键;B项,该物质是异丁烷,图中省略了C—H键;C项,图中有1个C周围连有5个键(2个单键和1个三键),不合理;D项,该物质是环丁烷,图中省略了C—H键。
C
3.下列化学式及结构式中,从成键情况看不合理的是 (　　)
B
解析　C、Si能形成4个共价键,N能形成3个共价键,而O、S能形成2个共价键,由此可以看出B中物质C、Si成键不合理。
二、烷烃的结构
对点训练
(一)知识梳理
1.甲烷的结构
4
4
C—H
CH4
(2)甲烷的结构特点
甲烷的空间结构为__________形,碳原子位于正四面体的______,4个氢原子分别位于__________。分子中的4个C—H的长度和强度______,相互之间的夹角______。
正四面体
中心
4个顶点
相同
相等
2.烷烃的结构
(1)烷烃的定义
只含有____和____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氢原子结合,使碳原子的化合价都达到“饱和”。这样的一类有机化合物称为饱和烃,也称为______。
碳
氢
单键
烷烃
(2)烷烃的习惯命名(n表示分子中碳原子个数)
①碳原子数n不同
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C11H24:十一烷
②碳原子数n相同,结构不同时:用正、异、新表示。如C4的两种分子的命名,无支链时,CH3CH2CH2CH3命名为________;有支链时,CH3CH(CH3)CH3命名为__________。
正丁烷
异丁烷
(二)互动探究
部分烷烃的结构如下表:
【问题讨论】
问题1　完成表格中对应填空
提示
分子式 C2H6 C3H8 C4H10
结构简式 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3
问题2　分析表中烷烃的结构式和分子式,你能归纳这类有机物分子式的通式吗
提示　CnH2n+2(n≥1)。
问题3　结合表中分子结构模型,你能总结烷烃的组成和分子结构特点吗
提示　烷烃中碳原子间以单键相连,碳原子的其余价键均与氢原子相连,每个碳原子都与其他原子形成四面体结构,链状烷烃中碳原子结合成链状,链状不是直线状,而是呈锯齿状,链上还可分出支链。
【探究归纳】　有机物的表示方法
种类 实例 含义
分子式 CH4 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
最简式 乙烷(C2H6)的最简式为CH3 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
电子式 H︰︰H 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
种类 实例 含义
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 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
1.下列有关化学用语正确的是 (　　)
A
解析　A项,乙烷中每个碳原子形成4对共用电子对,一个氢原子形成一对共用电子对;B项,为丙烷的球棍模型;C项,为甲烷的空间填充模型;D项,丙烷的结构简式是CH3CH2CH3,分子式是C3H8。
2.下面是4个碳原子相互结合的6种方式(氢原子没有画出),其中符合通式CnH2n+2的是 (　　)
A.②③ B.①⑤
C.②③④ D.①⑤⑥
解析　符合通式CnH2n+2的是链状烷烃,链状烷烃不含双键和碳环;①⑤不含双键和碳环,属于链状烷烃,②③④含有双键,⑥含有碳环。
B
3.下列物质中,一定属于烷烃的是 (　　)
A.C3H8 B.C4H8
C.C5H8 D.C7H8
解析　烷烃的通式为CnH2n+2,所以分子式为C3H8的物质属于烷烃。
A
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)有机化合物中碳原子的成键特点
1.有关有机化合物中碳原子的成键特点,下列说法错误的是(　　)
A.碳原子最外层有4个电子,每个碳原子形成4个价键
B.碳原子间只能形成碳链,不能形成碳环
C.含5个碳原子的烷烃最多可以形成4个碳碳单键
D.在正丁烷分子中,4个碳原子形成的碳链为锯齿形,不为直线形
B
解析　碳原子间可以形成碳链,也可以形成碳环,B项错误。
2.下列以碳为骨架的烃分子模型图中,含碳碳双键的是 (　　)
解析　只有B项中含有碳碳双键,其他选项均为碳碳单键。
B
3.有关有机化合物中碳原子的成键特点,下列说法错误的是 (　　)
A.全部通过非极性键结合
B.在CH4分子中,四个碳氢共价键的长度和强度均相同
C.含有两个C原子和两个H原子的有机物的结构式为H—C≡C—H
D.形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子
解析　A项,碳原子与其他原子形成的化学键为极性键;B项,CH4分子由碳氢键组成,共价键的长度和强度均相同;C项,根据碳原子最外层只有四个电子,能形成四对共用电子对,若只有两个氢原子,则只能和氢原子形成两对共用电子对,因此碳碳原子形成碳碳三键;D项,形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子。
A
4.如图是某烷烃分子的球棍模型图,图中大、小“球”表示两种元素的原子,“棍”表示化学键。其结构简式是 (　　)
A.CH3CH3 B.CH3CH2CH3
C.CH3CH2CH2CH3 D.CH2CH3CH4
解析　根据分子球棍模型,大球是碳原子、小球是氢原子,该有机物是丙烷,结构简式是CH3CH2CH3,故B正确。
B
(二)烷烃的结构
5.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,为空间结构示意图
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为空间填充模型,能表示甲烷的空间结构及各原子的相对大小
B
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。
6.下列关于烷烃的叙述正确的是 (　　)
A.正丁烷分子中所有的碳原子均在同一直线上
B.烷烃分子中都含有C—C键
C.只含单键的烃一定是饱和链烃
D.含有C—C键的链烃不一定是烷烃
解析　A项,由碳原子的成键方式和键角特征可知,正丁烷碳链为锯齿状,因此正丁烷中的碳原子不在同一直线上;B项,甲烷分子中只有一个碳原子,无法形成C—C键;C项,环烷烃也只含单键,但它不是链烃,而是环状烃;D项,含有C—C键的链烃不一定是烷烃,如很多烃分子中除了含有碳碳单键,还可能含有碳碳双键或碳碳三键。
D
A.均能用通式CnH2n+2来表示
B.与所有烷烃互为同素异形体
C.它们都是烷烃,结构中都既有极性共价键又有非极性共价键
D.都是平面形分子,所有原子都处于同一平面内
解析　B项,同素异形体的研究对象为单质;C项,CH4分子中只有极性键,没有非极性键。
A
8.在有机物中有一大类物质叫做烷烃。其中CH4为甲烷,C2H6为乙烷,C3H8为丙烷,C4H10为丁烷……。含有8个碳原子的烷烃分子式为 (　　)
A.C8H14 B.C8H16
C.C8H18 D.C8H20
解析　比较CH4、C2H6、C3H8、C4H10中C、H原子个数的变化,每增加1个C原子,则同时增加2个H原子,由此可推得链状烷烃的通式为CnH2n+2。则含有8个碳原子的烷烃分子式为C8H2×8+2,即为C8H18。
C
9.如图1是利用碳原子、氢原子模型搭建的某有机物的球棍模型,回答以下问题:
(1)该物质的分子式是　　　　　　,结构简式是　　　　　　。
(2)该分子中,碳原子形成的化学键有(填字母序号)　　　　。
a.碳碳单键　b.碳碳双键　c.碳氢键
(3)某同学拼出的球棍模型如图2,该结构中碳原子形成的共价键数目不正确。请从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
C2H6
CH3CH3
ac
碳原子最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,达到8电子稳定结构,即应该形成4条共价键
D
解析　 (1)由图中模型可知:该有机物的分子中含有2个C原子和6个H原子,故其分子式为C2H6,每个C原子与3个H原子形成3个C—H键,两个C原子之间形成C—C单键,其结构简式为CH3CH3;(2)由图可知,该有机物中含有碳碳单键、碳氢单键,故合理选项是ac;(3)从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因是碳最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,使C原子达到最外层8电子稳定结构,即应该形成4条共价键。(4)最能反映甲烷真实存在状况的是甲烷的空间填充模型。
B级　素养培优练
10.下列有关化学用语或模型正确的是(　　)
A.中子数为10的氧原子O
B.Mg2+的离子结构示意图:
C.甲烷分子的球棍模型:
D.丙烷的分子式:C3H8
D
11.如图是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中的化学键均为非极性键
D.CH4、CCl4的结构不同,性质不同
B
解析　A项,CH4、CCl4是正四面体结构 ,但CH3Cl不是正四面体结构;B项,CH4、CCl4分子中的四个键的键长分别相同,它们都是正四面体结构;C项,CH4和CCl4中的化学键都是由不同元素的原子形成,所以均为极性键;D项,CH4、CCl4的结构相同,但由于构成共价键的元素不同,所以性质不同。
12.据报道,近年来发现了一种新的星际分子,其分子模型如图所示(图中球与球之间的连线代表化学键,如单键、双键、三键等,颜色相同的球表示同一种原子)。
下列对该物质的说法中不正确的是 (　　)
A.①处的化学键表示碳碳三键
B.②处的化学键表示碳碳单键
C.③处的原子可能是氯原子或氟原子
D.此星际分子不属于烃类
C
解析　该分子为有机物,有机物分子中碳原子形成了4个共价键,从左边氢原子开始推断,第一个碳碳键为碳碳三键,第二个碳碳键为单键,第三个为三键,同理可推出①为碳碳三键,②为碳碳单键,③与其相连的碳应该为三键,即结构简式为HC≡C—C≡C—C≡C—C≡C—C≡ ,据此进行判断。A项,①处的键为碳碳三键;B项,②处的键为碳碳单键;C项,③原子形成的键为三键,所以不可能为氯原子或氟原子;D项,颜色相同的球表示同一种原子,说明有3种原子,不属于烃类。
13.下列选项中说法不正确的是 (　　)
①CH4　②石墨　③C3H8　④氕、氘、氚 ⑤CH3CH2CH2Cl　⑥C60　
⑦CH3CH2CH3 ⑧CH2ClCH2CH3
A.互为同素异形体的是②⑥
B.互为同位素的是④
C.属于烷烃的是①③⑤
D.属于同种物质的是③⑦、⑤⑧
C
解析　石墨、C60都是由碳元素组成的单质,互为同素异形体,故A正确;氕、氘、氚是质子数相同、中子数不同的原子,互为同位素,故B正确;CH4、C3H8、CH3CH2CH3只含碳、氢两种元素,属于烷烃,CH3CH2CH2Cl由碳、氢、氯三种元素组成,不属于烷烃,故C错误;C3H8的结构简式是CH3CH2CH3,CH3CH2CH2Cl、CH2ClCH2CH3结构相同,③⑦、⑤⑧属于同种物质,故D正确。
14.只含有碳、氢两种元素的有机物属于烃类。下列是一些烃的结构式:
(1)已知:“C—C、C==C、C≡C”分别表示碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键。烃分子中碳原子能形成　　　个键(双键可看成2个键,三键可看成3个键)。
4
解析　(1)由于C原子价电子数目是4,所以烃分子中碳原子能形成4个键;
(2)有机物甲、乙中碳原子间的成键方式如图所示,碳原子未达到最大键数的,都与氢原子成键。请补充完整甲、乙的结构式。
甲: 　　　　　　　　　　　　;
乙:C—C==C—C　　　　　　　　　　　　。
(3)烃分子中碳碳原子间均是形成单键,且分子为链状,这样的烃称为链状烷烃。(a)、(b)、(c)、(d)均是链状烷烃。请根据链状烷烃的结构特点,推理6个碳原子的链状烷烃的分子式:　　　　　。含n个碳原子的链状烷烃,其氢原子数为_________ (用含n的代数式表示)。
(4)已知甲烷分子中四个氢原子所处的化学环境完全相同,据此推测其结构有平面四边形和正四面体形两种可能,如下图所示。已知CH2Cl2只有一种结构,则可知甲烷分子应为　　　　　　形。
C6H14
2n+2
正四面体
解析　(3)烃分子中含有6个碳原子的链状烷烃结构简式是CH3CH2CH2CH2CH2CH3,也可写为CH3(CH2)4CH3,所以含有6个C原子的烷烃分子式为C6H14;根据分子中H原子数目与C原子数目关系可知:若是含n个碳原子的链状烷烃,其氢原子数为2n+2;(4)若甲烷为平面正方形结构,则其中的2个H原子被Cl原子取代产生的物质CH2Cl2就会有2种结构:2个Cl原子在相邻位置,夹角是90°;及2个Cl原子在相对位置,夹角是180°,但事实上CH2Cl2只有一种结构,这说明CH4是正四面体形结构。基础课时13　碳原子的成键特点　烷烃的结构
学习目标　1.理解有机化合物中碳原子的成键特点,知道有机化合物分子具有的空间结构。2.以甲烷的空间架构为例认识烷烃的组成及结构特点,了解有机物化合物的多种表示方法。
一、有机化合物中碳原子的成键特点
(一)知识梳理
1.碳原子的成键特点
碳原子结构示意图为,电子式为··,其最外层4个电子,不易失去或得到电子而形成阳离子或阴离子,易通过共价键与碳原子或其他非金属原子相结合。
2.有机化合物中碳原子的成键特点
(1)有机化合物中碳原子间的成键方式多样
有机化合物中的每个碳原子不仅能与其他原子形成4个共价键,而且碳原子与碳原子之间也能形成共价键。可以形成碳碳单键()、碳碳双键()或碳碳三键(—C≡C—)。
(2)有机化合物的碳骨架类型多样
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。如下图:
(3)有机化合物的多样性
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,因为碳原子间成键方式或碳骨架的不同而具有多种结构。
(二)归纳总结
1.有机化合物中碳原子的连接方式如图(图中小球代表碳原子),碳原子余下的价键均与氢原子结合。
根据成键特点,各有机化合物的分子式分别为C4H10、C4H8、 C4H10、C4H6、 C4H8、C4H8、 C4H6、C4H8。
2.两种有机物的碳骨架如图所示。
已知它们结构中的碳原子余下的价键均与氢原子结合,则棱晶烷的分子式为C6H6,立方烷的分子式为C8H8。
1.有人认为目前已知化合物中数量最多的是有机化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是 (　　)
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,可以跟多数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,又可以形成稳定的双键和三键
D.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
答案　B
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;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,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。
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 (　　)
答案　C
解析　在有机物的分子结构中,1个C要连有4个键,其中碳碳双键属于2个键,碳碳三键属于3个键,C—H往往省略掉。所以,当给出的结构中,如果1个C周围的键少于4个,则要由C—H键补足至4个;如果多于4个,则一定不合理。A项,该物质是正丁烷,图中省略了C—H键;B项,该物质是异丁烷,图中省略了C—H键;C项,图中有1个C周围连有5个键(2个单键和1个三键),不合理;D项,该物质是环丁烷,图中省略了C—H键。
3.下列化学式及结构式中,从成键情况看不合理的是 (　　)
A.CH3N　
B.CH4Si　
C.CH2OS　
D.CH4S　
答案　B
解析　C、Si能形成4个共价键,N能形成3个共价键,而O、S能形成2个共价键,由此可以看出B中物质C、Si成键不合理。
二、烷烃的结构
(一)知识梳理
1.甲烷的结构
(1)甲烷的分子结构
分子中的碳原子以最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C—H共价键,分子式:CH4,电子式为,结构式为。
(2)甲烷的结构特点
甲烷的空间结构为正四面体形,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。
分子结构示意图:,球棍模型为,空间填充模型为。
2.烷烃的结构
(1)烷烃的定义
只含有碳和氢两种元素,分子中的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”。这样的一类有机化合物称为饱和烃,也称为烷烃。
(2)烷烃的习惯命名(n表示分子中碳原子个数)
①碳原子数n不同
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C11H24:十一烷
②碳原子数n相同,结构不同时:用正、异、新表示。如C4的两种分子的命名,无支链时,CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷;有支链时,CH3CH(CH3)CH3命名为异丁烷 。
(二)互动探究
部分烷烃的结构如下表:
烷烃 乙烷 丙烷 正丁烷
分子式
结构式
结构简式
球棍模型
【问题讨论】
问题1　完成表格中对应填空
提示　
分子式 C2H6 C3H8 C4H10
结构简式 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3
问题2　分析表中烷烃的结构式和分子式,你能归纳这类有机物分子式的通式吗
提示　　CnH2n+2(n≥1)。
问题3　结合表中分子结构模型,你能总结烷烃的组成和分子结构特点吗
提示　烷烃中碳原子间以单键相连,碳原子的其余价键均与氢原子相连,每个碳原子都与其他原子形成四面体结构,链状烷烃中碳原子结合成链状,链状不是直线状,而是呈锯齿状,链上还可分出支链。
【探究归纳】　有机物的表示方法
种类 实例 含义
CH4 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
乙烷(C2H6)的最简式为CH3 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
H︰︰H 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
CH3CH3 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)
正丁烷 () 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
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有关化学用语正确的是 (　　)
A.乙烷分子的电子式:H︰︰H
B.丙烷分子的空间填充模型:
C.甲烷分子的球棍模型:
D.丙烷的分子式:CH3CH2CH3
答案　A
解析　A项,乙烷中每个碳原子形成4对共用电子对,一个氢原子形成一对共用电子对;B项,为丙烷的球棍模型;C项,为甲烷的空间填充模型;D项,丙烷的结构简式是CH3CH2CH3,分子式是C3H8。
2.下面是4个碳原子相互结合的6种方式(氢原子没有画出),其中符合通式CnH2n+2的是 (　　)
A.②③ B.①⑤
C.②③④ D.①⑤⑥
答案　B
解析　符合通式CnH2n+2的是链状烷烃,链状烷烃不含双键和碳环;①⑤不含双键和碳环,属于链状烷烃,②③④含有双键,⑥含有碳环。
3.下列物质中,一定属于烷烃的是 (　　)
A.C3H8 B.C4H8
C.C5H8 D.C7H8
答案　A
解析　烷烃的通式为CnH2n+2,所以分子式为C3H8的物质属于烷烃。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)有机化合物中碳原子的成键特点
1.有关有机化合物中碳原子的成键特点,下列说法错误的是 (　　)
A.碳原子最外层有4个电子,每个碳原子形成4个价键
B.碳原子间只能形成碳链,不能形成碳环
C.含5个碳原子的烷烃最多可以形成4个碳碳单键
D.在正丁烷分子中,4个碳原子形成的碳链为锯齿形,不为直线形
答案　B
解析　碳原子间可以形成碳链,也可以形成碳环,B项错误。
2.下列以碳为骨架的烃分子模型图中,含碳碳双键的是 (　　)
答案　B
解析　只有B项中含有碳碳双键,其他选项均为碳碳单键。
3.有关有机化合物中碳原子的成键特点,下列说法错误的是 (　　)
A.全部通过非极性键结合
B.在CH4分子中,四个碳氢共价键的长度和强度均相同
C.含有两个C原子和两个H原子的有机物的结构式为H—C≡C—H
D.形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子
答案　A
解析　A项,碳原子与其他原子形成的化学键为极性键;B项,CH4分子由碳氢键组成,共价键的长度和强度均相同;C项,根据碳原子最外层只有四个电子,能形成四对共用电子对,若只有两个氢原子,则只能和氢原子形成两对共用电子对,因此碳碳原子形成碳碳三键;D项,形成碳碳双键的两个碳原子共用2对电子。
4.如图是某烷烃分子的球棍模型图,图中大、小“球”表示两种元素的原子,“棍”表示化学键。其结构简式是 (　　)
A.CH3CH3 B.CH3CH2CH3
C.CH3CH2CH2CH3 D.CH2CH3CH4
答案　B
解析　根据分子球棍模型,大球是碳原子、小球是氢原子,该有机物是丙烷,结构简式是CH3CH2CH3,故B正确。
(二)烷烃的结构
5.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,为空间结构示意图
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为空间填充模型,能表示甲烷的空间结构及各原子的相对大小
答案　B
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。
6.下列关于烷烃的叙述正确的是 (　　)
A.正丁烷分子中所有的碳原子均在同一直线上
B.烷烃分子中都含有C—C键
C.只含单键的烃一定是饱和链烃
D.含有C—C键的链烃不一定是烷烃
答案　D
解析　A项,由碳原子的成键方式和键角特征可知,正丁烷碳链为锯齿状,因此正丁烷中的碳原子不在同一直线上;B项,甲烷分子中只有一个碳原子,无法形成C—C键;C项,环烷烃也只含单键,但它不是链烃,而是环状烃;D项,含有C—C键的链烃不一定是烷烃,如很多烃分子中除了含有碳碳单键,还可能含有碳碳双键或碳碳三键。
7.下列关于CH4、CH3CH3和的叙述正确的是 (　　)
A.均能用通式CnH2n+2来表示
B.与所有烷烃互为同素异形体
C.它们都是烷烃,结构中都既有极性共价键又有非极性共价键
D.都是平面形分子,所有原子都处于同一平面内
答案　A
解析　B项,同素异形体的研究对象为单质;C项,CH4分子中只有极性键,没有非极性键。
8.在有机物中有一大类物质叫做烷烃。其中CH4为甲烷,C2H6为乙烷,C3H8为丙烷,C4H10为丁烷……。含有8个碳原子的烷烃分子式为 (　　)
A.C8H14 B.C8H16
C.C8H18 D.C8H20
答案　C
解析　比较CH4、C2H6、C3H8、C4H10中C、H原子个数的变化,每增加1个C原子,则同时增加2个H原子,由此可推得链状烷烃的通式为CnH2n+2。则含有8个碳原子的烷烃分子式为C8H2×8+2,即为C8H18。
9.
如图1是利用碳原子、氢原子模型搭建的某有机物的球棍模型,回答以下问题:
(1)该物质的分子式是　　　　　　,结构简式是　　　　　　。
(2)该分子中,碳原子形成的化学键有(填字母序号)　　　　。
a.碳碳单键　b.碳碳双键　c.碳氢键
(3)某同学拼出的球棍模型如图2,该结构中碳原子形成的共价键数目不正确。请从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)甲烷是结构最简单的碳氢化合物。下列甲烷的表示方法中,最能反映其真实结构的是　　　　。
A.结构示意图
B.电子式H
C.球棍模型
D.空间填充模型
答案　(1)C2H6　CH3CH3　(2)ac
(3)碳原子最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,达到8电子稳定结构,即应该形成4条共价键 (4)D
解析　 (1)由图中模型可知:该有机物的分子中含有2个C原子和6个H原子,故其分子式为C2H6,每个C原子与3个H原子形成3个C—H键,两个C原子之间形成C—C单键,其结构简式为CH3CH3;(2)由图可知,该有机物中含有碳碳单键、碳氢单键,故合理选项是ac;(3)从原子结构角度解释碳原子应形成4个共价键的原因是碳最外层有4个电子,则应形成4对共用电子对,使C原子达到最外层8电子稳定结构,即应该形成4条共价键。(4)最能反映甲烷真实存在状况的是甲烷的空间填充模型。
B级　素养培优练
10.下列有关化学用语或模型正确的是 (　　)
A.中子数为10的氧原子O
B.Mg2+的离子结构示意图:
C.甲烷分子的球棍模型:
D.丙烷的分子式:C3H8
答案　D
解析　中子数为10的氧原子的质量数为8+10=18,用原子符号表示为O,A错误;Mg2+是Mg原子失去最外层的2个电子形成的,核外电子排布是2、8,所以Mg2+的离子结构示意图为,B错误;甲烷分子是正四面体结构,由于原子半径:C>H,所以CH4的空间填充模型为,C错误。
11.如图是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中的化学键均为非极性键
D.CH4、CCl4的结构不同,性质不同
答案　B
解析　A项,CH4、CCl4是正四面体结构 ,但CH3Cl不是正四面体结构;B项,CH4、CCl4分子中的四个键的键长分别相同,它们都是正四面体结构;C项,CH4和CCl4中的化学键都是由不同元素的原子形成,所以均为极性键;D项,CH4、CCl4的结构相同,但由于构成共价键的元素不同,所以性质不同。
12.据报道,近年来发现了一种新的星际分子,其分子模型如图所示(图中球与球之间的连线代表化学键,如单键、双键、三键等,颜色相同的球表示同一种原子)。
下列对该物质的说法中不正确的是 (　　)
A.①处的化学键表示碳碳三键
B.②处的化学键表示碳碳单键
C.③处的原子可能是氯原子或氟原子
D.此星际分子不属于烃类
答案　C
解析　该分子为有机物,有机物分子中碳原子形成了4个共价键,从左边氢原子开始推断,第一个碳碳键为碳碳三键,第二个碳碳键为单键,第三个为三键,同理可推出①为碳碳三键,②为碳碳单键,③与其相连的碳应该为三键,即结构简式为HC≡C—C≡C—C≡C—C≡C—C≡,据此进行判断。A项,①处的键为碳碳三键;B项,②处的键为碳碳单键;C项,③原子形成的键为三键,所以不可能为氯原子或氟原子;D项,颜色相同的球表示同一种原子,说明有3种原子,不属于烃类。
13.下列选项中说法不正确的是 (　　)
①CH4　②石墨　③C3H8　④氕、氘、氚 ⑤CH3CH2CH2Cl　⑥C60　⑦CH3CH2CH3
⑧CH2ClCH2CH3
A.互为同素异形体的是②⑥
B.互为同位素的是④
C.属于烷烃的是①③⑤
D.属于同种物质的是③⑦、⑤⑧
答案　C
解析　石墨、C60都是由碳元素组成的单质,互为同素异形体,故A正确;氕、氘、氚是质子数相同、中子数不同的原子,互为同位素,故B正确;CH4、C3H8、CH3CH2CH3只含碳、氢两种元素,属于烷烃,CH3CH2CH2Cl由碳、氢、氯三种元素组成,不属于烷烃,故C错误;C3H8的结构简式是CH3CH2CH3,CH3CH2CH2Cl、CH2ClCH2CH3结构相同,③⑦、⑤⑧属于同种物质,故D正确。
14.只含有碳、氢两种元素的有机物属于烃类。下列是一些烃的结构式:
(1)已知:“C—C、C==C、C≡C”分别表示碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键。烃分子中碳原子能形成　　　　　　个键(双键可看成2个键,三键可看成3个键)。
(2)有机物甲、乙中碳原子间的成键方式如图所示,碳原子未达到最大键数的,都与氢原子成键。请补充完整甲、乙的结构式。
甲:　　　　　　　　　　　　;
乙:C—C==C—C　　　　　　　　　　　　。
(3)烃分子中碳碳原子间均是形成单键,且分子为链状,这样的烃称为链状烷烃。(a)、(b)、(c)、(d)均是链状烷烃。请根据链状烷烃的结构特点,推理6个碳原子的链状烷烃的分子式:　　　　　　。含n个碳原子的链状烷烃,其氢原子数为　　　　　　(用含n的代数式表示)。
(4)已知甲烷分子中四个氢原子所处的化学环境完全相同,据此推测其结构有平面四边形和正四面体形两种可能,如下图所示。已知CH2Cl2只有一种结构,则可知甲烷分子应为　　　　　　形。
答案　(1)4
(2)
　
(3)C6H14　2n+2
(4)正四面体
解析　(1)由于C原子价电子数目是4,所以烃分子中碳原子能形成4个键;(2)根据C原子价电子数目是4,将不足4个的用H原子补齐,可得相应物质的结构式,其中甲是,乙是
;(3)烃分子中含有6个碳原子的链状烷烃结构简式是CH3CH2CH2CH2CH2CH3,也可写为CH3(CH2)4CH3,所以含有6个C原子的烷烃分子式为C6H14;根据分子中H原子数目与C原子数目关系可知:若是含n个碳原子的链状烷烃,其氢原子数为2n+2;(4)若甲烷为平面正方形结构,则其中的2个H原子被Cl原子取代产生的物质CH2Cl2就会有2种结构:2个Cl原子在相邻位置,夹角是90°;及2个Cl原子在相对位置,夹角是180°,但事实上CH2Cl2只有一种结构,这说明CH4是正四面体形结构。

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