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高中化学
第五章 有机物
甲烷、饱和烃、烷烃、烃基与同分异构现象
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2025-10-27 17:14
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甲烷、饱和烃、烷烃、烃基与同分异构现象
可燃冰;页岩气;天然气;取代反应;一氯甲烷
有机物 有机化合物简称有机物,是指除一氧化碳、二氧化碳、碳酸及碳酸盐等少数简单含碳化合物以外的其他**含碳化合物**。迄今为止,从自然界中发现及人工合成的有机物已超过亿种,而且新的有机物每年仍以惊人的速度在增加。 有机化合物不仅与人类的衣、食、住、行密切相关,而且还是揭示生命现象及其规律的钥匙。在本章,我们将学习一些典型有机物的结构和性质,认识常见有机物的转化关系及合成。 天然气、石油和煤等是我们身边重要的矿物燃料和化工原料,蕴藏着许多不同种类的有机物。我们将通过探究这些有机物的结构、性质与应用,开启一段化学分支学科—有机化学的学习旅程 ## 天然气 天然气是一种高效、清洁的气体燃料,主要成分是甲烷。我国天然气矿藏主要分布在新疆、青海等地区。国家“西气东输”重大工程,让中西部地区的天然气走进了东部地区的千家万户。  ### 可燃冰和页岩气 可燃冰是天然气水合物,是甲烷分子被包进了水分子组成的“笼”中,在海底低温和高压条件下形成的白色结晶体。我国海底可燃冰的储量丰富,科学家们正在努力使其成为一种新的高效清洁能源。页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源。页岩气往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的烃源岩地层中。跟常规天然气相比,页岩气具有开采寿命长和生产周期长的特点。除我国外,北美、拉美、中亚等地区也拥有丰富的页岩气资源。  **有机物** 组成有机物的元素除碳、氢外,常有氧,还有氮、硫、卤素、磷等。其中**仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物,也称为烃(tīng)**。 **甲烷**是烃类中分子组成最简单的物质。 ## 甲烷的分子结构和性质 甲烷的分子式为$CH_4$,其中碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的核外电子各自共用一对电子,形成4个共价单键。甲烷分子中的成键情况可用电子式和结构式来表示[图7.4(a)( b)]。甲烷分子中的1个碳原子和4个氢原子不在同一平面上,而是形成一个正四面体的立体结构。碳原子位于正四面体的中心,而4个氢原子分别位于正四面体的四个顶点上[图7.4(c)]。甲烷分子的空间结构还可以分别用球棍模型和空间填充模型来表示[图7.4(d)( e)]。  **实验 制作甲烷等分子空间结构的模型** 取一个信封直向平放,按图7.5(a)(b)(c)所示进行折叠。沿 $E C 、 C F$ 将信封上部剪去,$C$ 点在信封反面的对称点为 $C^{\prime}$ 。将 $C D 、 C A$ 、 $C B$ 线前后反复折几下,形成折痕。撑开信封上端,使 $C$ 与 $C^{\prime}$ 远离,$D$ 与 $E$ 靠近,直至重合 $[$ 图 $7.5(\mathrm{~d})]$ 。以 $C C^{\prime}$ 为折线,将 $C F C^{\prime}$ 所在平面插人立体内与 $C B C^{\prime}$所在平面重叠,即成一个正四面体[图7.5(e)]。碳原子位于正四面体的中心,四个
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