第11讲 碳原子的成键特点与烷烃的结构-2022-2023学年高一化学精讲精练（人教版2019必修第二册）（原卷版）

碳原子的成键特点与烷烃的结构考点精讲一、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，电子式为，结构式为。2．有机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。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)。（3）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。注意：有机物中碳原子成键特点和碳原子间的连接特点决定了有机物种类繁多。二、烷烃1．烷烃的结构（1）甲烷的结构甲烷的空间结构是结构，原子位于正四面体的中心，4个原子位于4个顶点上。分子中的4个C—H的长度和强度，相互之间的夹角，为109°28′。 （2）空间示意图是。甲烷的模型为，空间填充模型为。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，丙烷的结构式为，分子式为。（2）结构特点①分子中碳原子之间都以结合；②碳原子的剩余价键均与结合，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：链状烷烃中的碳原子数为n，氢原子数就是，分子通式可表示为。（4）烷烃的一般命名①方法碳原子数(n)及表示n≤1012345678910甲乙丙丁戊己庚辛壬癸n＞10相应汉字数字②示例：C4H10称，C8H18称，C12H26称。3．同系物（1）概念：相似，在分子组成上相差一个或若干个的化合物。（2）实例：CH4、C2H6、C3H8互为。4．同分异构体（1）概念①同分异构现象：化合物具有相同的，但具有不同的现象。同分异构现象是有机物种类繁多的重要原因之一。②同分异构体：具有的化合物互称为。（2）写出C4H10的同分异构体：和，其名称分别为和。（3）戊烷的同分异构体有种，己烷的同分异构体有种。考点1：有机化合物中碳原子的成键特点【例1】（有机物的认识）下列物质中，不属于有机物的是(　　) A．四氯化碳B．硫氰化钾C．尿素D．酒精【例2】（碳原子的成键特点）有机物种类繁多的主要原因是（）A．有机物的分子结构十分复杂B．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C．有机物除含碳元素外，还含有其他多种元素D．自然界中存在多种形式的、大量的有机物【例2】（碳原子的成键特点）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        从碳原子的成键特点角度理解有机物种类繁多的原因角度1：碳骨架形状可以不同多个碳原子间不仅能形成链状结构，链状结构也可以带有支链；多个碳原子间还能形成环状结构，也可能含有支链。角度2：碳原子之间的成键方式可以不同碳原子间可以形成单键、双键或三键或同时含有上述几种化学键等。1．下列关于有机物的说法正确的是(　　)A．有机物只能存在于动植物体内，不能通过人工方法合成B．有机物只含有碳、氢两种元素C．含碳元素的化合物不一定属于有机物D．烃是指燃烧后只生成CO2和H2O的有机物2．如图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图。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3．下列关于有机化合物中碳原子的成键特点的说法错误的是（）A．碳原子最外层有4个电子，决定其在反应中既不容易得到电子也不容易失去电子B．碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳链，也可以形成碳环，且还可以含有支链C．碳原子与碳原子之间可以形成碳碳单键，也可以形成碳碳双键、三键和四键D．有机物分子中可以含有1个碳原子，也可以含有几个甚至成千上万个碳原子考点2：烷烃的结构【例4】下列说法不正确的是（）A．甲烷的分子式能表示其元素组成和分子构成B．甲烷的电子式能反映原子最外层电子的成键情况C．甲烷的结构式能表示其分子的空间构型D．甲烷分子中的化学键是极性键【例5】以下结构表示的物质中是烷烃的是(　　)A．①和②B．①和③C．①和④D．⑤和⑥有机化合物组成和结构的表示方法表示方法(以甲烷为例)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(实验式)：CH4表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子 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：①用短线表示成键的共用电子对②具有分子式所能表示的意义，能反映分子的结构③表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构结构简式：CH4结构式的简便写法，着重突出结构特点球棍模型：小球表示原子，短棍表示化学键，展示了空间结构空间充填模型：表明了原子的相对大小和空间相对位置1．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形平面结构，判断依据可以是(　　)A．CH3Cl只有一种结构B．CH2Cl2只有一种结构C．CHCl3只有一种结构D．CH4中含有4个C—H极性键2．某烷烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，则该烃的分子式不可能是(　　)A．C2H6　B．C4H10　　C．C5H12　D．C8H183．以下结构表示的物质中属于烷烃的是()A．CH3OHB．C．D．4．下列表示烷烃分子的化学用语错误的是()A．甲烷的电子式为 B．乙烷的结构式为C．甲烷分子的结构示意图为D．甲烷的空间充填模型为考点3：同系物和同分异构体1．同系物（1）定义：相似，在分子组成上相差的化合物互称为同系物。（2）烷烃的同系物：分子式都符合，如CH4、CH3CH3、3互为同系物。（3）同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。2．同分异构体（1）定义：具有相同的分子式，但具有不同的化合物互称为同分异构体。（2）常见烷烃的同分异构体注：烷、烷、烷无同分异构体；丁烷的同分异构体有种；戊烷的同分异构体有种。3．“四同”的比较定义化学符号结构性质同位素质子数相同，中子数不同的原子H、H、H电子层结构相同，原子结构不同物理性质不同，化学性质相同同素异形体同一种元素组成的不同单质O2、O3单质的组成或结构不同物理性质不同，化学性质不一定相同同系物结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物一般用结构简式表示碳原子连接方式相同，若有官能团，官能团个数相同物理性质不同，化学性质相似 同分异构体分子式相同，结构不同的化合物一般用结构式或结构简式表示碳链异构、位置异构、官能团异构物理性质不同，化学性质不一定相同【例6】（同系物和同分异构体概念）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．同系物的性质完全相同【例7】下列物质中互为同系物的有________，互为同分异构体的有________，互为同素异形体的有________，属于同位素的有________，是同一种物质的有________。1．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)。2．同分异构体的判断同分异构体的判断要抓住两点：一是分子式相同；二是结构不同。（1）由同分异构体的分子式相同，可推出同分异构体的相对分子质量相同、各元素的质量分数相同。但相对分子质量相同、结构不同的物质不一定互为同分异构体，如C2H4、CO的相对分子质量均为28，但二者不属于同分异构体；各元素的质量分数相同、结构不同的物质也不一定互为同分异构体，如C2H4 与C3H6分子中C、H元素的质量分数均相同，但二者不是同分异构体。（2）结构不同包括原子或原子团的连接顺序不同、原子的空间排列不同等。1．下列关于同系物的说法中，错误的是(　　)A．同系物具有相同的分子式B．同系物符合同一通式C．相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团D．同系物的化学性质基本相似2．下列说法中正确的是(　　)A．所有的烷烃，彼此都是同系物B．同分异构体的物理性质不同，化学性质一定相似C．相对分子质量和组成元素都相同的几种化合物，一定是同分异构体D．每个碳原子的化合价都已“饱和”，碳原子之间只以单键相结合的链烃一定是烷烃3．现有下列各组物质：A．O2和O3       B．12C和13CC、CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2D、和E、CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CH(CH3)2回答下列问题[(1)～(5)填字母]：（1）________互为同位素；（2）________互为同素异形体；（3）________互为同系物；（4）________互为同分异构体；（5）________是同一种物质。（6）E组中的两种物质的名称分别是________，________。4．有下列结构的物质：其中，属于同系物的是________；属于同分异构体的是________；属于同种物质的是________。 A．①②　　　　　　　　　B．②③C．③④⑤⑥⑦D．①③E．③④⑤⑦F．④⑥5．根据下列物质的组成、结构特点及有关概念，完成下列问题。（1）互为同系物的是________________________。（2）互为同分异构体的是____________。（3）互为同位素的是__________。（4）属于同种物质的是__________。考点4：同分异构体的书写与数目判断1．烷烃同分异构体的书写——减碳链法（1）遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由邻到间。（2）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。（3）实例(以C6H14为例)a．将分子中全部碳原子连成直链作为母链。C—C—C—C—C—Cb ．从母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一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种：特别提醒：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2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，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．等效氢法——一元取代物同分异构体数目的判断方法要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目，首先要观察烃的结构是否具有对称性。（1）连在同一个碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。（2）同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷，其4个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。（3）分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。烃分子中等效氢原子有几种，则该烃一元取代物就有几种同分异构体。【例8】主链含5个碳原子，有甲基、乙基2个支链的烷烃有(　　)A．2种　　　　　　　　B．3种C．4种D．5种【例9】按要求写出下列烷烃：（1）相对分子质量为44的烷烃的结构简式_________________________。（2）碳、氢原子个数比为2∶5的烷烃的分子式_____________________。（3）分子中含14个氢原子的烷烃的分子式_________________________。 1．下列说法正确的是（）A．的名称为异丁烷B．CH3CH2CH2CH2CH3和互为同素异形体C．和为同一物质D．CH3CH2OH和CH3OCH3互为同系物2．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃只有一种的是(　　)3．4个碳原子间均以单键结合的方式有4种，请在下面补充另外3种结合方式：Ⅰ.Ⅱ.___________Ⅲ.___________Ⅳ.___________一、选择题1．2017年1月1日屠呦呦因发现青蒿素可以抵御疟疾感染而获得诺贝尔奖。如图所示物质是青蒿素的结构简式，其属于() A．盐B．有机物C．氧化物D．混合物2.下列关于有机物的说法正确的是（）A.凡是含碳元素的化合物都属于有机物B.有机物只含有碳、氢两种元素C.有机物不仅存在于动植物体内，而且可以通过人工合成D.燃烧生成CO2和H2O的有机物中一定含有碳、氢、氧三种元素3．下列说法正确的是（）A．碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃B．分子组成符合CnH2n＋2的烃一定是烷烃C．正戊烷分子中所有的碳原子均在同一条直线上D．碳、氢原子个数比为1∶3的烃有两种4．下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是()A．CH3NB．CH4SiC．CH2OSD．CH4S5．下列化学用语正确的是()A．氯化氢的电子式：-B．的结构式：H-O-HC．乙烷的分子式D．的空间填充模型：6．下列有关同系物、同分异构体的说法正确的是() A．分子组成相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物B．结构不同，相对分子质量相同的物质一定是同分异构体C．同系物的化学性质相似，同分异构体的化学性质一定不相似D．正丁烷与甲烷互为同系物7．下列各组物质中，属于同系物的是()①②③④A．①③B．①④C．②③D．②④8．2019年8月15日，牛津大学化学系与IBM苏黎世研究实验室合作的一项成果发表在《Sicence》，他们合成了世界上第一个完全由碳原子构成的环状分子——，如图所示，其中的18个碳原子通过交替的碳碳单键和碳碳三键相连接。下列关于的说法错误的是()A．属于环状有机物B．与石墨、金刚石互为同素异形体C．属于无机物D．碳原子间的结合方式有多种9．火炬中燃料的主要成分为丙烷。下列有关丙烷的叙述不正确的是()A．丙烷属于烷烃B．丙烷的球棍模型为 C．丙烷的结构简式为D．丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能10．下列说法错误的是()①化学性质相似的有机物是同系物②分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机物是同系物③若有机物中碳、氢元素的质量分数相同，则它们必定是同系物④若两种有机物的相对分子质量相差14n(n为正整数)，则必为同系物A．①②③④B．只有②③C．只有③④D．只有①②③11．下列有关烷烃的说法正确的是()A．甲烷的结构简式：B．与互为同分异构体C．甲烷分子的结构示意图：D．乙烷分子的空间充填模型：12．下列表示的物质中，属于烷烃的是(　　)①CH3CH2OH②CH3(CH2)4CH3③　④⑤　⑥　⑦C8H16　⑧CCl4A．①②③④B．②④⑤⑥⑦C．②④⑤D．④⑥⑧13．下列物质中属于同系物的是（）①CH3CH2C1②CH2=CHCl③CH3CH2CH2C1④CH2ClCH2Cl⑤CH3CH2CH2CH3⑥CH3CH(CH3)2A．①②B．①④C．①③D．⑤⑥二．填空题 14．写出下列各烷烃的分子式。（1）烷烃A在同温同压下蒸气的密度是的43倍：___________。（2）烷烃Ｂ的分子中含有200个氢原子：___________。（3）分子中含有26个电子的烷烃C：___________。（4）室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃D：___________。15．根据要求回答下列问题：①干冰与CO2；②白磷与红磷；③与；④液氯与氯水；⑤与。在上述各组物质中：互为同位素的是_______；(填序号，下同)，互为同素异形体的是_______，互为同分异构体的是_______；属于同种物质的是_______。16．键线式是以线表示共价键，每个折点或端点表示一个碳原子，并省略书写氢原子的一种表示有机化合物结构的式子，如异丁烷()可表示为“”，请分析这一表示方式的要领，试用键线式写出戊烷(C5H12)的同分异构体：_______________、_______________、_______________。17．现有下列各组物质：A．O2和O3B．12C和13CC、CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2D、和E、CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CH(CH3)2回答下列问题[(1)～(5)填字母]：（1）________互为同位素；（2）________互为同素异形体；（3）________互为同系物；（4）________互为同分异构体；（5）________是同一种物质。（6）E组中的两种物质的名称分别是________，________。