高中化学人教版(2019)必修第二册课件第七章第一节第一课时碳原子的成键特点与烷烃的结构(共49张PPT)

(共49张PPT)
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第七章 有机化合物
第一节 认识有机化合物
第一课时碳原子的成键特点与烷烃的结构
课程目标展示
素养目标达成
1.认识有机化合物中碳 原子的成键特点及有机 化合物的空间结构。 2.了解同系物和有机化 合物存在同分异构现象。
1.宏观辨识与微观探析：通过有机化合物中碳 原子的成键特点及空间结构，从微观角度认识 有机化合物，培养宏观辨识与微观探析素养。 2.证据推理与模型认知：通过有机物中碳原子 成键方式的多样性、同分异构现象的存在，明 确有机化合物种类繁多的原因，培养证据推理 与模型认知素养。
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学习目标导航
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任务分项突破
课堂小结提升
学科素养测评
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任务分项突破
学习任务1 有机化合物中碳原子的成键特点
NO.1 自主学习 · 夯实基础 1.碳原子间的成键方式多样
碳原子不仅能与其他原子形成共价键，而且碳原子之间也能形成共价键。可以形成
单键 、双键 三键(—C=C—)。
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2.有机物碳骨架基本类型多样
多个碳原子之间可以结合成 碳链，也可以结合成 碳环，有机物碳骨架的 链状又分为直 链和 支_链两种。如图：
直链 支链 环状结构
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3.组成有机物的碳原子数目灵活
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。 微点拨：碳原子可与C形成共价键，还可以和H 、0、N 、S 、P、卤素等多种 非金属原子形成共价键。
NO.2 互动探究 ·提升能力
请结合如图所示的4个碳原子相互结合的几种方式，分析以碳为骨架的有 机物种类繁多的原因。
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探究1 有机物中碳原子的成键情况
问题1:有机物中碳原子都只能与氢原子形成4个共价键吗
提示：错误。碳原子和C、H等原子均可形成共价键。
问题2:CH —CH 中每个碳原子形成1个碳碳双键和2个C—H,与每个碳原 子形成4个共价键是否矛盾
提示：不矛盾。1个碳碳双键可理解为2个单键，同理，1个碳碳三键可理解为 3个单键。
探究2 有机物中碳原子间的结合方式
问题3:有机物分子中碳原子间除了形成链状结构，是否还有其他结构 提示：还可形成环状结构或带支链链状结构、带支链环状结构等。
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归纳拓展
有机物种类繁多的原因
(1)碳原子所成价键多：有机化合物中，碳原子最外层有4个电子，可以形成4个共价 键，比氮、氧、氢或卤素原子所成价键都要多。
(2)碳原子成键方式多样：含有多个碳原子的有机化合物，碳原子间成键方式较多， 可以形成单键，也可以形成双键或三键。
(3)碳骨架多样：碳原子间所成骨架有多种，可以是直链，也可以成环，也可以带支链。
(4)成链原子及种类多而灵活：有机物分子中碳原子可以与一个或若干个碳原子成
键，也可以和其他原子成键，数目不等。
[凝练素养]通过“有机物中碳原子的成键特点”探究活动，知道有机物分子具有空 间结构，认识有机物中碳原子的成键特点，促进宏观辨识与微观探析的学科素养 的 发展。
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N0.3应用体验 · 形成素养
1. (2020 · 山西太原期末)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( C )
解析：碳原子之间可以相互结合形成碳链(可带支链),也可形成碳环，但 每个碳原子都以4价的形式成键，故C 错误。
A B C D
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2.据报道，科学家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、双键或三键等，颜色相同的球表示同 一种原子)。
下列对该物质的说法中正确的是(D )
A.①处的化学键表示碳碳双键
B.此星际分子中仅含碳、氢两种元素
C.③处的原子可能是氯原子或氟原子
D.②处的化学键表示碳碳单键
氢原子 碳原子 ① ② ③
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化学
即①处是碳碳三键，A 错误；从图示可看出，该分子中含有3种元素，B错误；
③处可以 是 氮原子，若为F或CI, 则碳原子不满足含有4个共价键，C错误；
②处为碳碳单键，D正确。
解析：有机物分子中每个碳原子总要满足碳四价原则，由左向右推测其结
构简式为
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题后悟道
碳原子成键类型灵活多样，但每个碳原子最多形成四个共价键，这是我们
解题的法宝。
[凝练素养]通过变式训练，进一步掌握碳原子的成键特点，促进证据推理 与模型认知学科素养的发展。
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学习任务2 烷烃的结构
NO.1 自主学习 ·夯实基础 1.烷烃的结构
(1)甲烷的结构特点
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。分子结构示意图为
,球棍模型为 空间填充模型为
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烷烃 乙烷 丙烷
正丁烷
分子式 C H C H
C H 0
结构式
结构 简式 CH CH CH CH CH
CH CH CH CH
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(2)几种常见的烷烃
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(3)烷烃结构的特点
①结构特点
a.单键：碳原子之间都以 单键_结合。
b.饱和：碳原子剩余价键全部跟_氢原子_ 结合。
c.结构：每个碳原子都与其他原子形成四面体结构。
②链状烷烃通式：C H2n+2(n≥1)。
微点拨：烷烃中碳原子间结合成链状，链状不是“直线状”,而是呈锯齿状，
链上也可以分出支链。例如：
0
0
0
丙烷 丁烷 正戊烷
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碳原子数(n)及表示
n≤10 1 2 3 4
5
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
戊烷
n≤10 6 7 8 9
10
己_烷 庚_烷 辛 烷 壬_烷
癸_烷
n>10 相应汉字数字+烷
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2.烷烃的表示方法
(1)表示方法
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(2)当碳原子数n 相同，结构不相同时，用正、异、新表示。
如C H 0的两种分子的命名：
无支链时，CH CH CH CH 称 为 _正丁烷 ;
有支链时，CH CHCH 称为_ 异 丁烷。
CH
3.同系物
(1)概念：结 构相似，在分子组成上相差一个或若干个 CH 原子团的化合物。
(2)实例：CH 、C H 、C H 互为同系物。
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4.同分异构体
(1)概念
①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。
②同分异构体：具有同分异构现象的化合物的互称。
(2)实例： 和 分子式均为C H 0,互为同分异构体，
用结构简式分别表示为CH CH CH CH 、
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5.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，排列由对到 邻、间。
(2)书写的步骤(以书写C H 同分异构体为例) a. 将分子中全部碳原子连成直链作为主链。
C—C—C—C—C
b. 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。
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化学
c. 从主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或两侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构只有一种。
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，C H 共有3种同分异构体，分别为CH CH CH CH CH 、
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微思考1:同系物之间的结构具有什么特点
提示：结构相似，组成上相差一个或若干个CH 原子团。
微思考2:相对分子质量相同的物质一定互为同分异构体吗
提示：不一定。如N 、CO、C H 的相对分子质量相同，都是28,但不互为同 分异构体。
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N0.2 互动探究 · 提升能力
根据下列有机物回答问题：
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问题1:上述有机物中和甲烷互为同系物的有哪些
提示：①②④。
问题2:上述有机物中和CH —CH 互为同系物的有哪些
提示：③⑥。
问题3:上述有机物中和 互为同分异构体的有哪些
提示：③。
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探究同系物及同分异构体的判断
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归纳拓展
(1)同系物判断的三个关键点
①同：两种物质属于同一类物质。
②似：两种物质结构相似。
③差：两种物质分子组成上相差一个或多个CH 原子团。
(2)同分异构体的“一同”和“一不同”
①一同：分子式相同→相对分子质量必相同。
②一不同：结构不同→原子或原子团的连接顺序(或空间排列)不同。
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(3)烷烃同分异构体书写技巧
[凝练素养]从微观结构的规律理解同系物和同分异构体的概念，促进宏 观辨识与微观探析学科素养的发展。
两注意
写出最长的碳链为主链，找出中心对称线
四句话
主链由长到短，支链由整到散，位置由心 到边，排列由对到邻、间
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N0.3 应用体验 ·形成素养
题点 一 烷烃
1. (2021 · 山东济南期中)下列化学用语正确的是(D )
A.正丁烷的结构简式：CH —CH—CH
B.丙烷分子的空间填充模型：
C.甲烷分子的球棍模型：
D.乙烷的结构式：
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解析：正丁烷的结构简式为CH CH CH CH ,A错 误；O 为丙烷分子的球棍模型
不是它的空间填充模型，B 错误； 为甲烷的空间填充模型，不是它的球棍模
型，C 错误；乙烷的分子式为 C H ,碳原子之间以及碳原子与氢原子之间均以单键相
连，其结构式为 ,D 正确。
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解析：A项，符合丙烷结构式的书写要求，所以正确；B项中C Hg分子中的3个 碳原子不在一条直线上，所以错误；C项，该物质含有12个碳原子，且属于 烷烃，因此叫十二烷，所以正确；D项，己烷有六个碳原子，因此其结构简式 为CH (CH ) CH ,所以正确。
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2. (2020 · 内蒙古包头月考)下列说法错误的是(
A.CH CH CH 的结构式为
B.丙烷分子中3个碳原子在一条直线上
C.CH (CH ) 0CH 叫十二烷
D.己烷的结构简式为CH (CH ) CH
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B )
解析：CH 为甲烷，C H 为丙烷，两者结构相似，在组成上相差2个CH 原子 团，互为同系物，A 正确；C H 为乙烯，C H 可能为丙烯或环丙烷，两者不 一定互为同系物，B错误；160、170、180是质子数相同，中子数不同的 不同核素，互为同位素，C错误；金刚石、石墨为碳元素的不同单质，互 为同素异形体，D错误。
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题点二 同系物
3. (2021 ·广西南宁月考)下列各组物质中一定互为同系物的是( A )
A.CH 、C H B.C H 、C H
C.160 、170 、180 D.金刚石、石墨
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4. (2021 · 山东日照月考)下列说法错误的是( A )
①化学性质相似的有机物互为同系物②分子组成上相差一个或若干个 CH 原子团的有机物互为同系物③若有机物中碳、氢元素的质量分数相 同，则它们必定互为同系物④若两种有机物的相对分子质量相差14n(n为 正整数),则必互为同系物
A.①②③④
B.只有②③
C.只有③④
D.只有①②③
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解析：同系物的结构相似，化学性质相似，但化学性质相似的有机物不一定互为
同系物，如正丁烷(CH CH CH CH )和异丁烷(CH CHCH ) 的化学性质相似，但它
CH
们互为同分异构体，①说法错误；结构相似，且分子组成上相差一个或若干个CH
原子团的有机物才互为同系物，②说法错误；有机物中碳、氢元素的质量分数相 同，它们可能互为同分异构体，也可能是最简式相同的有机物，③说法错误；两 种有机物的相对分子质量相差14n(n 为正整数),不一定满足结构相似、通式
相同的条件，如乙烯(CH =CH ) 和环丁烷 ,④说法错误。
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题点三同分异构体
5. (2020 · 河北石家庄月考)下列物质中，互为同分异构体的是(B )
解析：A、C项分子式不同，均互为同系物，D项是同种物质，B 项分子式相 同但结构不同，互为同分异构体。
B.CH —CH—CH Cl与CH CH CH CH C1
CH
C.CH 与CH CH
D.(CH ) CHCH CH CH 与CH CH CH CH(CH )
6. (2021 · 山西长治期末)下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种
一氯代物的是(C )
A.CH CH CH CH
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化学
B.
解析：要判断一氯代物的种数，需要对烃中氢原子种数进行判断。 氢
① ②②①
的方法：A 项，C—C—C—C,有2种氢原子，其一氯代物有2种；B 项，
有2种氢原子，其一氯代物有2种；C项， 有1种氢原子，其一氯代
物有1种；D 项， ,有4种氢原子，其一氯代物有4种。
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化学
题后悟道
判断烷烃一元取代的方法—— “等效氢法”
有机物中，化学环境相同的氢原子叫做等效氢。显然，有几种不同的等效氢，一
元取代物就有几种。
(1)连在同一碳原子上的氢原子等效。
如 有1种等效氢。
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化学
(2)同一个碳原子上所连接的甲基(—CH )上的氢原子等效。
如 有1种等效氢。
(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。
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课堂小结提升
自主构建
每个碳原子可形成4个共价键
碳原子间可形成单键、双键或三键
碳原子间可成链或成环
概念：链状、碳碳单键
通式：CnH n+2
碳原子1～10天干命名
碳原子>10汉字数字命名
同系物：结构相似，组成相差一个或若干个 两个概念 CH 原子团
同分异构体：分子式相同、结构不同
碳原子的成键特点
烷烃
命名
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易错提醒
1.误认为烷烃的碳骨架是直线形。其实不然，因为烷烃碳骨架实际上是 锯齿状。
2. 误认为具有同一通式的有机物一定互为同系物。其实不然，如
CH CH CH CH 与 通式相同，但不互为同系物。
3.误认为同分异构体一定为同一类物质。其实不然，因为只要分子式相 同的不同物质即互为同分异构体。
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学科素养测评
仅含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃类，其中烷烃是最简单的烃类，烷 烃又称为饱和烃。如图列举了几种烷烃结构式和分子结构模型。
(1)结合以上几种烷烃的结构式和分子结构模型，归纳烷烃的结构特点。
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化学
解析：(1)从以上几种烷烃不难看出，碳原子之间以碳碳单键结合成链状， 剩余价键均与氢原子结合，每个碳原子均形成4个共价键，每个碳原子的 化合价都达到饱和。
答案：(1) 碳原子间以碳碳单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，每 个碳原子均形成4个共价键。
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化学
仅含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃类，其中烷烃是最简单的烃类，烷
烃又称为饱和烃。如图列举了几种烷烃结构式和分子结构模型。
H
(2)将有机物中碳原子及连接的所有氢原子写成原子团的形式，即可得到结
构简式，试写出丙烷和异丁烷的结构简式。
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化学
解析：(2)结合以上结构，可写出丙烷和异丁烷的结构简式分别为CH CH CH
和CH —CH—CH [ 或(CH ) CHCH ]。
CH
答案：(2)丙烷：CH CH CH ,异丁烷： [或(CH ) CHCH ]。
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(3)多碳原子烷烃(如CH CH CH CH CH )分子中，碳原子的排列是直线形吗
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仅含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃类，其中烷烃是最简单的烃类，烷 烃又称为饱和烃。如图列举了几种烷烃结构式和分子结构模型。
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解析：(3)烷烃分子中的碳原子以单键与其他原子相连，与之成键的4个 原子构成四面体结构。碳原子一定不在同一直线上，直链烷烃中碳原子 的排列呈锯齿状。
答案：(3)不是。呈锯齿状排列。
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(4)分子组成相差一个或若干个CH 原子团的物质一定互为同系物吗
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仅含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃类，其中烷烃是最简单的烃类，烷
烃又称为饱和烃。如图列举了几种烷烃结构式和分子结构模型。
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化学
解析：(4)分子组成相差一个或若干个CH 原子团的物质不一定互为同系
物，还必须为同一类物质时才互为同系物。
答案：(4)不一定。除分子组成相差一个或若干个CH 原子团外，还必须是
同类物质才能互为同系物。
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化学
仅含碳、氢两种元素的有机化合物称为烃类，其中烷烃是最简单的烃类，烷
烃又称为饱和烃。如图列举了几种烷烃结构式和分子结构模型。
H
(5)丁烷和异丁烷互为同分异构体，两者相对分子质量相同，那么相对分子
质量相同的化合物一定互为同分异构体吗
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解析：(5)相对分子质量相同的化合物不一定互为同分异构体，如N0和 C2H6。
答案：(5)不一定。相对分子质量相同的物质，化学组成不一定相同。
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命题解密与解题指导
情境解读：本题以烃为背景，创设了真实有意义的测试情境，有利于促进学 生思考、推理和判断。
素养立意：能通过结合烷烃的结构式和分子模型等，从多角度认识烷烃的 空间结构和成键特点，培养学生的宏观辨识与微观探析学科素养；通过烷 烃的分子结构模型不难看出，烷烃分子中碳原子呈锯齿状排列，而且碳原
子间以单键构成链状结构，每个碳原子形成4个价键等问题，培养学生的证
据推理与模型认知素养。
思路点拨：(1)烷烃的结构。
(2)同系物。