高中化学第七章第一节认识有机化合物第1课时有机化合物中碳原子的成键特点烷烃的结构课件人教版必修二.pptx

1、第第1 1课时课时有机化合物中碳原子的成键有机化合物中碳原子的成键特点特点烷烃的结构烷烃的结构素养目标1.结合碳原子的核外电子排布,了解有机化合物中碳原子的成键特征。初步认识有机物种类繁多的原因。培养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等学科核心素养。2.以甲烷的正四面体结构为基础,认识烷烃的结构。了解简单烷烃的习惯命名法。3.通过模型认识同系物和同分异构体的概念和实例,学会简单同分异构体的书写步骤和方法。培养证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等核心素养。知识铺垫必备知识正误判断1.碳原子结构示意图 ,其最外层有4个电子,既不容易失去也不容易得到电子,可以通过共用电子对形成四条共价键,碳

2、元素是构成有机物(填“有机物”或“无机物”)的主要元素。2.二氧化碳的分子式为CO2,电子式为 ,结构式为O=C=O,这些化学用语可简略表明二氧化碳分子内原子间的成键方式。3.天然气、沼气、油田气、煤矿坑道气的主要成分是CH4,我国“西气东输”工程中的“气”指的是天然气。知识铺垫必备知识正误判断一、有机物中碳原子的成键特点1.碳原子所形成的共价键类型单键、双键或三键(1)碳原子间的成键方式知识铺垫必备知识正误判断(2)甲烷分子中原子成键方式最简单有机化合物甲烷分子中,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了4个CH单键。甲烷的电子式为知识铺垫必备知识正误判断2.碳骨架的基本类型(1

3、)链状结构知识铺垫必备知识正误判断提示:属于不带支链的直链结构。知识铺垫必备知识正误判断3.探究有机物种类繁多的原因(以分子中含4个碳原子的有机物为例)(1)根据碳原子的4价键原则,可将下图中碳原子的价键用氢原子补齐,试在各模型下面的横线上写出各物质的分子式。知识铺垫必备知识正误判断(2)根据(1)中各物质的分子式,用序号填空。分子式相同的物质有:和;和、;和。(3)分子中含4个碳原子的碳氢化合物除(1)中所列的9种外,你还能列举出其他可能的类型吗?答案:等。知识铺垫必备知识正误判断二、烷烃的结构1.甲烷分子的空间构型(1)甲烷的分子结构示意图与分子结构模型知识铺垫必备知识正误判断(2)甲烷分

4、子的结构特点甲烷分子的5个原子不在同一平面上,而是形成了正四面体的立体结构。分子中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4个CH键的长度和强度相同,相互之间的夹角相等。【微思考2】如果甲烷中的一个氢原子被氯原子替换,形成的有机化合物CH3Cl分子还是正四面体结构吗?提示:不是。因为氢原子与氯原子的原子半径不同,所以CH键与CCl键键长不相同,导致形成的四面体不是正四面体。知识铺垫必备知识正误判断2.乙烷、丙烷、丁烷的分子组成与结构 有机化合物乙烷丙烷丁烷分子中碳原子数234知识铺垫必备知识正误判断知识铺垫必备知识正误判断3.烷烃(1)定义只含有碳和氢两种元素,分子中的碳原

5、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)习惯命名法以烷烃分子中碳原子数命名,碳原子数(n)及表示如下:碳原子数n相同、结构不同时,可用正、异、新命名区分。n10 12345678910甲乙丙丁戊己庚辛壬癸n10 相应汉字数字知识铺垫必备知识正误判断(3)结构简式乙烷、丙烷、十一烷的结构简式可以分别表示为CH3CH3、CH3CH2CH3、CH3(CH2)9CH3。(4)通式如果链状烷烃中碳原子数为n,氢原子数就是2n+2,其分子式可用通式CnH2n+2表示。4.同系物结构相似,在分子组成上相差一个或若干

6、个CH2原子团的化合物互称为同系物。如CH4、C2H6、C3H8互称为同系物。知识铺垫必备知识正误判断5.同分异构体(1)实例甲烷、乙烷、丙烷的结构各只有一种。丁烷有两种不同的结构,其球棍模型分别如下图所示,对应的结构简式分别为CH3CH2CH2CH3、。知识铺垫必备知识正误判断(2)定义同分异构现象:化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。(3)同分异构体种数随着碳原子数的增加,烷烃的同分异构体的种数也就越多。甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种,戊烷有3种,己烷有5种,而癸烷有75种。(4)性质互为同分异构体的物质的性质有

7、差异,如正丁烷和异丁烷的熔点、沸点不相同。知识铺垫必备知识正误判断【微思考3】烷烃中互为同分异构体的物质的熔点、沸点高低有何规律?提示:分子中支链越多、分子结构对称性越强的物质的熔点、沸点越低。知识铺垫必备知识正误判断(1)在有机物分子中,碳原子之间可以相互成键,也可以与其他元素的原子形成共价键。()(2)烷烃分子结构中均为单键。()(3)甲烷的结构式为 ,空间构型为正方形。()(4)烷烃的所有原子一定不在同一平面上。()(5)分子组成符合通式CnH2n+2(n为正整数)的碳氢化合物不一定是烷烃。()知识铺垫必备知识正误判断(6)正丁烷与异丁烷互为同系物,性质完全相同。()答案:(1)(2)(

8、3)(4)(5)(6)(7)(8)任务一任务二任务三素养脉络随堂检测甲烷的分子结构甲烷的分子结构问题探究1.从碳的原子结构分析,有机物中原子成键有什么特点?提示:碳原子结构示意图为 ,其最外层有4个电子,不易失去电子,也不易得到电子,一般通过共价键与氢、氧、硫、氮、卤素等元素的原子相结合,而碳原子之间也可以形成多种共价键。2.动手制作CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的模型,其中哪些模型的空间结构是正四面体?CH2Cl2模型中,任意更换氢原子和氯原子的位置,并旋转模型,其结构是否一样?提示:CH4、CCl4是正四面体结构;一样。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测深化拓展1.

9、常见有机物结构的表示方法(以甲烷为例)任务一任务二任务三素养脉络随堂检测任务一任务二任务三素养脉络随堂检测2.甲烷氯代物的结构特点(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他相同的原子或原子团替代,则新形成的分子结构仍为正四面体,如CCl4。(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他不同的原子或原子团替代,则新形成的分子结构仍为四面体,但不属于正四面体,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。(3)CH4的一元取代物、二元取代物、三元取代物、四元取代物均只有一种。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测素能应用典例1下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况()答案:D解析:这几种形式

10、都可表示甲烷分子,其中分子结构示意图、球棍模型及空间填充模型均能反映甲烷分子的空间构型,但空间填充模型更能形象地表达出甲烷分子中H、C原子的位置及所占比例。电子式只反映出原子的最外层电子的成键情况。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测规律方法(1)用短线“”表示1对共用电子的图式叫结构式,未成键电子省略不写,如HH、NN等。(2)甲烷分子中的4个CH极性键完全相同,由其分子结构示意图知,5个原子不在同一平面上,其中最多有3个原子在同一平面上。(3)甲烷分子的电子式和结构式均表示分子中原子的成键方式,但不能表示分子真实的空间结构;球棍模型和空间填充模型则能表示分子中原子间的连接方式、原子的相对大小

11、及空间分布等。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测变式训练1下图是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,性质也相同任务一任务二任务三素养脉络随堂检测答案:B解析:CH3Cl中的CCl键和CH键不同,故CH3Cl不是正四面体结构;CH4和CCl4中的化学键不同,二者的性质也不相同。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测同系物的定义和性质同系物的定义和性质问题探究1.CH4与C2H6互为同系物吗?提示:二者结构相似,分子组成

12、上相差一个CH2,故互为同系物。2.CH2=CH2(乙烯)和(环丙烷)相差一个CH2,二者互为同系物吗?提示:二者结构不相似,不互为同系物。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测深化拓展同系物判断的三个关键点(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(n1)个CH2原子团。同系物分子一定具有不同的碳原子数(或分子式)。同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测素能应用典例2下列说法中错误的是()化学性质相似的有机物一定是同系物分子组成相差一个或几个CH2原子团

13、的有机物一定是同系物若烷烃中碳、氢元素的质量分数相同,它们必定是同系物互为同系物的两种有机物的物理性质有差异,但化学性质相似A.B.只有C.只有D.只有答案:D解析:互为同系物的有机物结构相似,化学性质相似,物理性质随碳原子数的递增呈规律性变化,正确;互为同系物的物质要同时满足结构相似,分子组成相差一个或若干个CH2原子团。故错误。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测规律方法同系物判断的几个“一定”和“不一定”(1)同系物在分子组成上一定相差一个或若干个“CH2”原子团;但在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物不一定是同系物。(2)同系物一定具有同一通式,但具有同一通式的有机物不一

14、定是同系物。(3)同系物的化学性质一定相似,但化学性质相似的物质不一定是同系物。(4)同系物的相对分子质量一定不相同。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测变式训练2下列物质中属于同系物的是()CH3CH2ClCH2=CHClCH3CH2CH2ClCH2ClCH2ClCH3CH2CH2CH3CH3CH(CH3)2A.B.C.D.答案:C解析:同系物分子的结构必须相似:CH2=CHCl中含有一个碳碳双键,其他物质的分子中都不含,所以没有与互为同系物的有机物;CH2ClCH2Cl中含有两个氯原子,其他物质的分子中都含有1个或者不含氯原子,所以没有与互为同系物的有机物;和为烷烃,二者分子中均含有4个碳原

15、子,属于同分异构体,不属于同系物。只有CH3CH2Cl和CH3CH2CH2Cl满足同系物条件:二者分子中都含有1个Cl原子,分子组成相差1个CH2原子团。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测同分异构体的判断与书写同分异构体的判断与书写问题探究任务一任务二任务三素养脉络随堂检测1.同分异构体的相对分子质量相同,那么,相对分子质量相同的物质一定是同分异构体吗?提示:不一定。物质的相对分子质量相同,但分子式不一定相同,如相对分子质量为28的物质有CO、N2、C2H4,它们不是同分异构体。2.同分异构体中各元素的质量分数分别相等,则所含各元素的质量分数分别相等的物质一定是同分异构体吗?任务一任务二任务三

16、素养脉络随堂检测3.CH3CH=CH2与 互为同分异构体吗?互为同分异构体的物质的化学性质一定相同吗?提示:二者分子式相同,碳原子与碳原子间的连接方式有所不同,分子结构不同,互为同分异构体;互为同分异构体的物质可能是不同类的物质,如题干所述两种物质,它们的化学性质不同。4.CH3CH2CH2CH3的一氯代物有哪几种?提示:任务一任务二任务三素养脉络随堂检测深化拓展1.快速判断同分异构体的方法(1)先比较有机物分子中的碳原子数,若碳原子数不同,则一定不是同分异构体;若碳原子数相同,再看其他原子,确定分子式是否相同。(2)若分子式相同,再比较结构,只有结构不同的有机物才可能互为同分异构体,注意烷烃

17、中碳原子的四面体结构。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测2.链状烷烃同分异构体的书写方法(1)书写规律可概括为主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由对到邻到间。先写出碳原子数最多的主链。再写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基连在主链某碳原子上。再写出少两个碳原子的主链,另两个碳原子作为乙基或两个甲基连在主链碳原子上,依次类推。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测(2)以C6H14为例(为了简便,只写碳骨架):将分子中全部碳原子连成一条直链。CCCCCC从主链的一端取下一个碳原子,依次连在主链,即得到多个带有甲基的同分异构体碳骨架。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测从主链上取下两

18、个碳原子,作为一个乙基或两个甲基,依次连接到剩余的含4个碳原子的主链,由于连入乙基后会改变主链碳原子数,任务一任务二任务三素养脉络随堂检测若再从主链取下更多碳原子,其连接方式均与上述重复。因此,C6H14有5种同分异构体。注意.主链上的链端碳原子不能连接取代基,主链上的第二个碳原子不能连接乙基,以保证不改变主链,避免写出重复的结构。.书写时不能只写碳骨架,应满足碳原子的四个价键的要求,添上相应数目的原子。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测3.等效氢原子法判断同分异构体的数目烷烃分子中等效氢原子的种数有多少,其一元取代物的种数就有多少,判断等效氢原子的方法有:(1)同一碳原子上所连的氢原子是等效

19、的;(2)同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的,如 中四个甲基上的氢原子等效,即新戊烷分子中的12个氢原子是等效的;任务一任务二任务三素养脉络随堂检测(3)处于镜面对称位置上的氢原子是等效的,如任务一任务二任务三素养脉络随堂检测素能应用典例3某化合物A的分子式为C5H11Cl,分析数据表明,分子中有两个“CH3”、两个“CH2”、一个“”和一个“Cl”,写出它的同分异构体的结构简式。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测答案:任务一任务二任务三素养脉络随堂检测解析:本题考查限制条件下一元取代物同分异构体的书写。可先写出C5H12的三种同分异构体的结构简式,然后对每一种物质分别进行一氯取代,写出各取

20、代物的结构简式,再从中找出符合条件的。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测任务一任务二任务三素养脉络随堂检测变式训练3键线结构式是以线表示共价键,每个折点和线端点处表示一个碳原子,并省略书写氢原子的一种表示有机化合物结构的方式,如异丁烷()要表示为“”。请分析这一表示方式的要领,试用键线结构式写出戊烷(C5H12)的同分异构体、。答案:解析:戊烷有三种同分异构体,分别是CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH3)2和CH3C(CH3)3,对应的键线结构式分别是:任务一任务二任务三素养脉络随堂检测任务一任务二任务三素养脉络随堂检测1.碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多,下列碳原子

21、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要形成4个共价键。C图中有1个C周围形成5个共价键(2个单键和1个三键),不合理,C错误。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测2.下列说法中错误的是()A.同系物具有相同的最简式B.同系物都符合同一通式C.同系物中,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答案:A解析:同系物不一定具有相同的最简式,如甲烷、乙烷、丙烷互为同系物,但它们的最简式分别为CH4、CH3、C3H8;结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物,同系物符合同一通式,化学性质相似。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测3.下列说法中正确的一组是()A.H2和D2互为同位素答案:D解析:H2和D2都是氢元素的单质,A错误;由于CH4分子是正四面体结构,其二溴代物只有一种结构,故二者是同一种物质,B错误;正丁烷和异丁烷属于同分异构体,C错误。任务一任务二任务三素养脉络随堂检测4.有下列各组物质:B.甲烷和己烷C.红磷和白磷D.丁烷和戊烷