第一节 认识有机化合物
知识梳理
一 有机化合物中碳原子的成键特点
1.甲烷的组成与结构
分子式
结构式
球棍模型
空间充填模型
CH4
结构特点
CH4空间构型为正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,4个H原子分别位于正四面体的4个顶点上
2.有机化合物的结构特点
碳原子成键特点
碳原子的连接方式
键的个数
键的类型
每个C碳原子与其他原子形成
4个共价键
两个C原子之间可以通过共用电子对形成单键、双键或叁键
多个C原子间以共价键构成碳链或碳环
二 烷烃
如图,它们都属于烷烃,它们的结构特点是什么,性质是什么,名称上如何区分呢?请完成下列知识点:
1.分子结构特点
2.物理性质
(1)递变规律(随碳原子数n递增)
(2)相似性:烷烃均难溶于水,相对密度均小于1。
3.化学性质(与CH4相似)
(1)稳定性:在通常情况下,烷烃比较稳定,跟强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等都不反应。
(2)燃烧反应
烷烃燃烧通式:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
(3)取代反应
①概念:有机化合物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)代替的反应叫做取代反应。
②甲烷与Cl2的取代反应
CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,
CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl
三 同系物、同分异构体和同分异构现象
1.CH4 2.H3C—CH3 3.H3C—CH2—CH3 4.H3C—CH2—CH2—CH3
5.H3C—CH2—CH2—CH2—CH3 6.
这八种物质之间的关系是什么,完成下列知识点,你就会明白。
1.同系物
(1)特点:结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。
(2)实例:CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3等烷烃互为同系物。
特别提醒 (1)同系物具有相同的通式,但是通式相同的有机物不一定互为同系物,同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。
(2)同系物的组成元素相同,同系物之间相对分子质量相差14n(n=1,2,3……)。
2.同分异构体和同分异构现象
(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,叫做同分异构现象。
(2)同分异构体
具有相同分子式而结构不同的化合物互为同分异构体。
3.规律
一般来说,有机化合物分子中的碳原子越多,它的同分异构体数目就越多。
如丁烷有
2种同分异构体,戊烷有
3种同分异构体,己烷有
5种同分异构体。
4.同分异构现象与有机化合物种类的关系
(1)在有机化合物中,同分异构现象是有机物结构多样性的又一表现。
(2)有机物结构多样性是导致有机化合物种类繁多、数量巨大的主要原因。
四 有机化合物
1.概念
有机化合物是指绝大多数含碳元素的化合物,简称有机物。
2.性质
熔、沸点
可燃性
溶解性
大多数熔、沸点低常温下多为固态或液态
大多数可以燃烧
大多数难溶于水易溶于有机溶剂
思考与交流
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 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的分子有CO、N2、C2H4,它们不是同分异构体。
2.同分异构体的分子中各元素的质量分数分别相等,分子中各元素的质量分数分别相等的物质一定是同分异构体吗?
提示 各元素的质量分数相同的物质,分子式不一定相同,如CH2===CH2、CH3CH===CHCH3和分子中碳元素和氢元素的质量分数均为85.7%和14.3%,但它们不是同分异构体。
3.CH3—CH===CH2与互为同分异构体吗?同分异构体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不同,结构不同,是同分异构体;同分异构体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.丁烷有几种同分异构体?其一氯代物有几种?
提示 丁烷有两种同分异构体,它们分别是正丁烷和异丁烷。其一氯代物共有4种,它们分别是CH3CH2CH2CH2Cl、CH3CH2CHClCH3、(CH3)2CHCH2Cl、(CH3)2CClCH3。
课堂检测
1判断题
(1)有机物都含有碳元素,则含有碳元素的化合物都是有机物( )
(2)有机物都易燃烧( )
(3)烃是含有碳元素和氢元素的化合物( )
(4)烃在氧气中充分燃烧后只生成二氧化碳和水( )
(5)甲烷与Cl2的反应是置换反应( )
(6)烷烃的分子通式是CnH2n+2(n≥1),但符合通式CnH2n+2的不一定是烷烃( )
(7)烷烃的特征性质是能与卤素单质发生取代反应( )
(8)烷烃性质稳定,不能使酸性KMnO4溶液褪色( )
(9)同分异构体具有相同的组成元素( )
(10)组成元素相同的化合物互为同分异构体( )
(11)同分异构体具有相同的相对分子质量( )
(12)相对分子质量相同的化合物互为同分异构体( )
(13)互为同分异构体的化合物也可能互为同系物( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)√ (9)√ (10)× (11)√ (12)× (13)×
2.下列性质中,属于烷烃特征性质的是( )
A.完全燃烧只生成二氧化碳和水
B.它们不溶于水
C.分子的通式为CnH2n+2,与氯气发生取代反应
D.它们密度都较小
答案 C
3.下列各物质:①O2和O3 ②12C和14C ③C2H6和C3H8
④和
(1)互为同位素的是__________。
(2)互为同素异形体的是__________。
(3)同属于烷烃的是__________。
(4)互为同分异构体的是__________。
(5)互为同系物的是__________。
答案 (1)② (2)① (3)③④ (4)④ (5)③
4.(1)有机化合物中,碳原子之间可以形成________或碳环。某有机物的结构式为,请按照碳原子的成键方式指出该分子中各共价键的类型:______,该有机物______(填“属于”或“不属于”)烷烃。
(2)观察下面几种烷烃的球棍模型
①A的结构简式为____________________,B的同分异构体的结构简式为__________________。
②C的名称为__________,
D的分子式为__________。
③随碳原子数增加,烷烃的熔、沸点依次________,液态时密度依次________。
④烷烃分子中碳原子间以________相连,碳原子的其他价键被H原子饱和。假设烷烃分子中碳原子个数是n,则烷烃的通式是________(填字母)。
a.CnH2n-2
B.CnH2n
c.CnH2n+2
D.CnH4n
(3)若CH4、C2H6、C3H8、C4H10四种烃各为1
mol,在足量O2中燃烧,消耗O2最多的是________________(填化学式,下同),上述四种烃各为1
g,在足量O2中燃烧,消耗O2最多的是________________。在烷烃分子中,每增加一个碳原子,每摩尔该烷烃完全燃烧需要多消耗氧气________(填字母)。
a.1
mol
B.1.5
mol
c.2
mol
D.2.5
mol
(4)取一定质量的丙烷完全燃烧,产生的CO2的物质的量________(填“大于”、“等于”或“小于”)H2O的物质的量。
解析 (3)设此气态烃的分子式为CxHy,其完全燃烧的化学方程式为CxHy+O2xCO2+H2O。若同为
1
mol
烃,消耗O2的多少取决于CxHy中“x+”的大小,“x+”的值越大,消耗O2越多,C4H10
耗氧量最多。若同为1
g烃,消耗O2的多少取决于CxHy中“”的大小,“”的值越大,消耗O2越多,CH4消耗O2最多。烷烃分子中,每增加一个碳原子,就增加一个—CH2—
原子团,则1
mol
烷烃增加1
mol—CH2—原子团,完全燃烧多消耗
1.5
mol
O2。
(4)丙烷的分子式为C3H8,其完全燃烧生成CO2与H2O的物质的量之比为3∶4,所以CO2的物质的量比H2O的小。
答案 (1)碳链 碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键、碳氢键 不属于 (2)①CH3—CH2—CH3 ②正戊烷 C5H12 ③升高 增大 ④碳碳单键 c
(3)C4H10 CH4 b (4)小于