第三章 有机化合物

第一讲 最简单的有机化合物—甲烷

复习重点：甲烷的结构特点和甲烷的取代反应；同分异构体和同系物。

复习难点：建立有机物立体结构模型，将甲烷和烷烃的结构特点、有机物的成键特点从

1、三式：分子式：＿＿＿＿＿；电子式：＿＿＿＿＿结构式：＿＿＿＿＿。

二、甲烷的性质

1、物理性质：＿＿色＿＿味＿＿体，比空气＿＿，＿＿溶于水。

2、化学性质：一般情况下，性质＿＿＿稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂等＿＿＿反应。 (１)甲烷的氧化反应：有机方程式书写不用“=”而用＿＿表示。

CH4(g)＋2Ｏ２(g) CO2(g)+2H2O(l)

问题：①点燃甲烷前要进行什么操作?[ ＿＿]②火焰的颜色是什么?[ ＿＿]③燃烧时火焰是淡蓝色的气体还有哪些?[

＿＿、＿＿、＿＿] ④燃烧后的产物如何检验?[ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿]

(2)

甲烷的取代反应: 取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的反应叫取代反应。取代反应与置换反应区别如下：

3、甲烷与氯气在光照条件下反应，现象：黄绿色逐渐＿＿＿＿，瓶壁出现＿＿＿＿，说明产生了不溶于水的物质。瓶口有＿＿＿，使湿石蕊试纸变＿＿，推断有氯化氢生成。四个反应的方程式＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。甲烷四种取代产物性质见下表：

3、热解反应：CH4

三、烷烃 C+2H2↑

1、烷烃定义及通性：烃的分子里＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿达到“饱和”的链烃叫做饱和链烃，也叫烷烃。通式：＿＿＿（n≥1）,如乙烷、丙烷、丁烷等。通性：①n≤4＿＿体，溶沸点、密度随碳原子数增大而＿＿＿②通常状况下，很＿＿稳定，与酸、碱和氧化剂＿＿反应，也难与其它物质化合。③可燃：在空气中燃烧生成＿＿＿＿＿＿＿＿。④取代：在光照条件下，都能与氯气等发生＿＿＿反应。

2、同系物：＿＿＿相似，在分子组成上＿＿＿＿＿＿＿＿的物质互称为同系物。如：甲烷、乙烷、丙烷互称为同系物，它们都属于烷烃。

(1) 烷烃的命名方法——根据分子里所含碳原子的数目来命名。

A.碳原子数在十以下的，依次用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿来表示。如： 戊烷、辛烷等。

B.碳原子数在十以上的，就用＿＿＿来表示。如：十一烷、十七烷等

(2)烃基—＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿所剩余的部分。一般用“R—”表示。如果这种烃是烷烃，那么烷烃失去一个氢原子后所剩余的原子团叫烷基。如：—CH3叫＿＿基，—CH2CH3叫＿＿＿基。

3、同分异构体：化合物具有相同的＿＿＿＿，但具有＿＿＿的现象，叫做同分异构现

1、同系物：结构相似，组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的物质。注意事项：(1)同系物必须是同类有机物(2)结构相似指具有相似的原子连接方式，相同的官能团类别和官能团数目(3)具有相同通式的有机物除烷烃外，不能以通式相同的作为确定是不是同系物的充分条件(4)同分异构体之间不是同系物关系（5）同系物的物理性质具有规律性的变化；同系物的化学性质相似。

2、同系物的判断规律：(1)一差（分子组成至少相差一个CH2原子团）(2)一同（具有相同的通式）(3)二相似（结构相似，化学性质相似）

二、同分异构体面面观：具有相同分子式而分子结构不同的物质

1、同分异构体的种类

(1)碳架异构（指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构）；(2)位置异构（指官能团或取代基在碳架上的位置不同而造成的异构）；(3)类别异构（指有机物分子中的官能团不同或有机物类别不同而造成的异构，也叫官能团异构）。

2、几类同分异构体

(1)CnH2n：(n≥3)烯烃和环烷烃；(2)CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；(3)CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；(4)CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；(5)CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱一元醇酯；(6)CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物和亚硝酸酯；（7）CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。

3、几种特殊的同分异构体

(1)C8H8：苯乙烯和立方烷；(2)C8H10：乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；(3)C6H12O6：葡萄糖和果糖；(4)C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；(5)CH4ON2：尿素[CO(NH2)2]和氰酸铵[NH4CNO]

4、同分异构体书写规律

(1)烷烃（只可能存在碳链异构），书写时应注意全而不重。规则如下：成直链，一条线；摘一碳，挂中间；往边移，不到端；摘两碳，乙基安；二甲基，同、邻、间；不重复，要写全。

(2)具有官能团的化合物如烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酮等，它们有官能团位置异构、类别异构、碳架异构，书写要按顺序考虑。一般情况是：位置异构→碳架异构→类别异构。

(3)芳香族化合物：取代基在苯环上的相对位置具有邻、间、对三种。

5、判断同分异构体数目的常见方法和思路：

(1)基团连接法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有四种，丁醇（看作丁基与羟基连接而成）也有四种：戊醛、戊酸（分别看作丁基跟醛基、羧基连接物）也分别有四种。再如：C9H12的芳香烃（可看作一价苯基跟丙基、二价苯基跟一个甲基和一个乙基、三价苯基跟三个甲基连接而得）共有8种。

(2)换位思考法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。

如：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个氢原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种？假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H原子，而H原子看成Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理：二氯乙烷有二种结构，四氯乙烷也有二种结构。又如：二氯苯有三种，四氯苯也有三种。

(3)等效氢原子法（又称对称法）：分子中等效氢原子有如下情况：①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。②同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。如新戊烷（可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得），其四个甲基等效，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H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H原子是等效的。

三、有机物的命名

1、烷烃的命名

(1)首先选择主链：选择分子中最长碳链称作某烷（由主链C原子数决定烷的名称）；若有两条碳链等长，则以含取代基（或支链）多者为主链。

(2)对主链碳原子编号：从离取代基最近的一端编起（以阿拉伯数字）；若在离两端等距离的位置同时出现取代基时，则从哪端编号能使取代基位置之和最小，就从哪一端编起。

(3)写出烷烃的系统名称.

2、含有官能团或特殊原子团的化合物命名时，首先确定命名的化合物母体，然后据母体进行命名。母体的确定是根据化合物分子中的官能团或特殊基因。如含：“”的化合物，以烯为母体，化合物最后名称为“某某烯”；含—OH、—CHO、—COOH的化合物分别以醇、醛、酸为母体。苯的同系物以苯为母体命名。

官能团的链状化合物选择主链一律以含官能团的最长碳链为主链，编号时从官能团（—CHO、—COOH）或离官能团近的一端（醇、卤代烃）编号，其他步骤跟烷烃命名相似。

苯的同系物及苯的取代物命名时苯环上的编号既可顺时针编，亦可逆时针编，但是要从环上最简单的取代基或侧链编起，且使各取代基或侧链的位置之和最小。（也可能用习惯命名法），如：邻—二甲苯，：间—二甲苯，：对

CH4和Cl2充分反应，得到产物的物质的量最多的是

A.CH3Cl B.CH2Cl2 http://l4 D.HCl

解析：由CH4与Cl2发生取代反应的化学方程式可知，每生成1 mol卤代烃，可生成1 mol HCl，由于CH4与Cl2发生的每一步取代反应中都有HCl生成，所以，产物中HCl的物质的量最多。这里注意，不要简单地按CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl进行考虑。其实，该反应一旦进行，生成的CH3Cl立即与Cl2发生“连锁”反应。答案：D

【例2】一定量的CH4燃烧后得到的产物是CO、CO2、H2O（g），此混合物的质量为49.6 g，当其缓缓通过足量的无水CaCl2时气体质量减少25.2 g，则混合气中CO的质量为

A.24.4 g B.13.2 g C.12.5 g D.11.2 g

解析： 设产物中CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y。由C原子守恒可得CH4的物质的量为（x+y）,又由H原子守恒可得生成H2O的物质的量为2（x+y）。则 解得 x=0.4 mol，

－1y=0.3 mol m（CO）=0.4 mol×28 g·mol=11.2 g答案：D

【例3】（2001年全国理综）A、B、C、D、E五种芳香族化合物都是某些植物挥发油中的主要成分，有的是药物，有的是香料。它们的结构简式如下所示：

请回答下列问题：

(1)这五种化合物中，互为同分异构体的是__________。 (2)，反应①采取的适当措施，使分子中烯键不 起反应。

以上反应式中的W是A—E中的某一化合物，则W是________。X是D的同分异构体，X的结构简式是________。反应②属于_________。（填反应类型）。

解析：本题给出了有机物的结构简式。（1）问要求找出互为同分异构体的化合物，只要找出分子式相同的但结构不同的化合物即可。其中只有B和C符合要求。（2）问给出了有机物的转化关系，且W是A—E中的化合物，X与D互为同分异构体。W氧化得

，只能是E（）的醛基氧化，故W为E。D的同分异构

体X应与D有相同化学式，而比D少2个H原子，因而

转变为X的反应只能是加H2反应，而H原子加在烯键上。

答案：（1）B和C（2）E；

；还原（或加成、加氢、催化加氢等）。

【例4】（2001年全国理综）已知化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）分子结构相似，如下图：

（苯） （硼氮苯）

则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体数目为

A．2 B．3 C．4 D．6

解析：要推算硼氮苯的二氯取代物数目，其方法是将二个Cl原子“定一、移一”，首先将一个Cl原子定在B原子上，移动另一Cl原子，得3种结构；将一Cl原子定于N原子上，移动另一Cl原子，也得3种结构，其中有两种（另一Cl在B上的）与前面重复，故只有四种。答案：C

【例5】（2003年江苏）人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30多年时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下（括号内表示④的结构简式）

以上四种信息素中互为同分异构体的是（ ）

A．①和② B．①和③ C．③和④ D．②和④

解析：本题看似复杂，其实只要写出四种信息素的分子式，问题即迎刃而解，因四种信 息素的结构各不相同，只要分子式相同的即互为同分异构。答案：C

【例6】下列各组物质：①金刚石和C60 ②H2、D2和T2 ③U和U④CH3(CH2)2CH3和(CH3)2CHCH3 ⑤乙烷和已烷⑥CH3CH2CH2CH(CH2CH3)CH3和CH3(CH2)2CH(CH3)CH2CH3中，互为同位素的是（填序号，下同） ，互为同素异形体的是 ，互为同系物的是 ，属于同一物质的是 。

解析：互为同位素的是U和U，互为同素异形体的是金刚石和C60，互为同系物的

CH3CH2CH2CH(CH2CH3)CH3和CH3(CH2)2CH(CH3)CH2CH3。

1．2005年1月14日，成功登陆土卫六的“惠更斯”号探测器发回了350张照片和大量数据。分析指出，土卫六“酷似地球经常下雨”，不过“雨”的成份是液态甲烷。下列关于土卫六的说法中，不正确的是 （ ）

A．土卫六上存在有机分子 B．地表温度极高

C．地貌形成与液态甲烷冲刷有关 D．土卫六上形成了甲烷的气液循环系统

2．甲烷气体在氧气中燃烧生成二氧化碳和水的实验事实说明 （ ）

A．甲烷的分子式为CH4 B．甲烷气体中含碳元素和氢元素

C．甲烷气体中只含有碳元素和氢元素 D．甲烷的化学性质比较稳定

3．已知瓦斯气又叫煤层气，它与天然气成分无异，下列有关说法不正确的是（ ）

A．瓦斯气主要成分是甲烷

B．瓦斯气在空气中占任意体积分数时，均会发生爆炸

C．井下及时通风透气、加强监测，控制瓦斯气的浓度并严禁明火，是安全生产的关键之一

D．煤层气直接排放到空气中，不仅浪费资源还会加剧温室效应。

4、下列微粒中，与甲烷分子具有相同的质子数和相同的电子数的是（ ）

＋-A、HCl B、NH3 C、NH4 D、OH

5、将一定量的甲烷完全燃烧，使所生成的气体依次通过装有足量无水CaCl2和NaOH的玻璃管。结果盛NaOH的玻璃管质量增加了1.1g，则原来甲烷在标准状况下的体积为（ ）

A、2.24L B、1.12L C、0.56L D、0.28L

6．下列化学性质中，烷烃不具备的是 （ ）

A．可以在空气中燃烧 B．与C12发生取代反应

C．可以与溴水中的溴反应而使溴水褪色 D．能使高锰酸钾溶液褪色

7、下列有机物没有同分异构体的是（ ）

A、C4H10 B、CH3Cl C、CH2Cl2 D、C5H12

8、下列分子式只能表示一种物质的是（ ）

A、C2H6 B、C4H10 C、C4H4Cl2 D、C

9、标准状况下将35ml气态烷烃完全燃烧，恢复到原来状况下，得到140ml二氧化碳气体，则该烃的分子式为（ ）

A、C5H12 B、C4H10 C、C3H6 D、C3H8 235238235238

10、两种气态烃的混合气体共1L，在空气中燃烧生成1.5LCO2气体和2L水蒸气（气体体积均在相同状况下测定），关于该混合气体的说法正确的是（ ）

A、一定含有甲烷 B、一定含有甲烷，不一定含乙烷

C、一定含有乙烷，不一定含有甲烷 D、一定不含有乙烷

11、相对分子质量为100的烷烃，主链上有5

个碳原子的同分异构体有

种

A、3 B、4 C、5 D、6

12、下列各物质中属于同分异构体的是（ ）

A、石墨与金刚石

13、互称为同分异构体的物质不可能具有（ ）

A、相同的相对分子质量 B、相同的结构

C、相同的通式 D、相同的化学式

14．以M原子为中心形成的MX2Y2分子中X、Y分别只以单键与M结合。下列说法正确的是 （ ）

A．若MX2Y2分子为平面四边形就有两种同分异构体

B．若MX2Y2分子为平面四边形则无同分异构体

C．若MX2Y2分子为四面体形就有两种同分异构体

D．若MX2Y2分子为四面体形则无两种同分异构体

15、1mol某烷烃完全燃烧，需要8mol氧气，这种烷烃的化学式是（ ）

A、C3H8 B、C4H10 C、C5H12 D、C6H14

16、下列物质在一定条件下，可与CH4发生化学反应的是（

）

A、氯气 B、溴水 C、氧气 D、KMnO4溶液

17、将CH4（隔绝空气）加热到1000℃以上，可发生反应CH4 C+2H2，然后通入水蒸气，则混合气体中不可能存在的气体是（ ）

A、CO B、H2 C、CO2 D、O2

二、填空题

18、．化学式为C8Hm的烷烃，m值等于 ；CnH22的烷烃，n值等于 ；相对分子质量为212的烷烃的分子式为 。 19．目前，从自然界发现的和人工合成的有机物已经超过2000万种，远远多于无机物。其主要原因如下：

⑴有机化合物都含有C元素，碳原子最外层有 个电子，每个C原子可以与C原子或其他元素的原子形成 个共价键，这些共价键可能是 、 或 。

⑵多个C原子可以相互结合成 或 ，而分子式相同的分子，其结合方式也有可能不同。如4个C原子相互以单键结合的方式就有4种，请在下列方框中画出其他3种结合方式：

20．烷烃分子中的基团可能有四种：—CH3、—CH2—、其数目分别用a、b、c、d表示，对烷烃(除甲烷外)中存在的关系作讨论：

⑴下列说法正确的是

A．a的数目与b的数目的大小无关 B．c增加1，a就会增加3

C．d增加1，a就会增加2 D．b增加1，a就会增加2

⑵四种基团之间的关系为：a= (用a、b、c、d表示)

⑶若某烷烃分子中，b=c=d=1，则满足此条件的该分子的结构可能有 种。

21．一卤代物只有一种的烷烃，其分子结构有“球形”（A）和“椭球形”（B）两类，它们的组成有一定的规律性，A类是以甲烷分子为母体，用甲基经过多次循环处理后制得的； B类是以乙烷分子为母体，用甲基多次循环处理后制得的。

⑴写出碳原子数在10个之内，一卤代烃只有一种的烷烃的结构简式。 ；

⑵A与B之间是否存在同分异构体？为什么？ 。

22． (2001年上海市高考综合能力测试)目前上海大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。管道煤气的主要成分为CO、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4。它们的燃烧反应如下：

根据以上化学方程式判断，燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大是 。因此燃烧管道煤气的灶具如需改燃天然气，灶具的改进方法是 进风口（填“增大”或“减少”），如不作改进可能产生的不良后果是 ，管道煤气中

因是 。