高中化学——有机化学基础：烃.doc

【讲义】专题十九：烃 高考化学一轮复习 Amy专题十九：烃第一部分：考点一、 甲烷及烷烃的结构和性质1、 甲烷的分子结构（1） 组成与结构名称分子式电子式结构式分子模型甲烷CH4（2） 空间结构分子结构示意图结构特点及空间构型具有正四面体结构，其中，4个C-H键的长度和强度相同，夹角相等；碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于4个顶点。2、 甲烷的性质（1） 物理性质：无色无味气体，难溶于水，密度比空气小（2） 化学性质 在空气中燃烧（氧化反应）：安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热。CH4+2O2点燃CO2+2H2O 与酸性KMnO4溶液溶液不褪色甲烷的氯代反应需注意：1、 反应条件为光照，在室温或暗处，二者均不发生反应，也不能用阳光直射，否则会爆炸；2、 反应物必须用卤素单质，单质的水溶液均不与甲烷反应；3、 该反应是连锁反应，产物是五种物质的混合物，其中HCl的量最多；4、 1mol氢原子被取代，消耗1molCl2，同时生成1molHCl，即参加反应的Cl有一半进入有机产物中，另一半进入HCl。 与氯气反应（取代反应）：有油状物质生成，产生少量白雾，试管内气体颜色逐渐变浅，最终变为无色。CH4+Cl2光照CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2光照CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2光照CHCl3+HClCHCl3+Cl2光照CCl4+HCl甲烷在光照条件下与氯气反应生成的4中取代产物的比较：分子结构CCl4是正四面体，其余均不正，但都是四面体；俗名CHCl3：氯仿，CCl4：四氯化碳；状态常温下，CHCl3是气体，其余均为液体；溶解性均不溶于水，CHCl3和CCl4是工业上重要的溶剂；密度CHCl3比水轻，其他均比水重。 高温分解：CH4高温C+2H2 工业制炭黑（3） 存在和用途 甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。 天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。3、 烷烃（1） 概念：仅含有碳和氢两种元素的有机物称为烃。烃分子中的每个碳原子形成四个共价键，且碳原子之间只以单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到饱和，这样的烃叫饱和烃，也成为烷烃。 烷烃的碳碳键为饱和键，碳原子为饱和碳原子 烷烃中的碳原子并不在一条直线上，而是呈锯齿状，如图所示： 烷烃分子中失去一个或几个氢原子所剩余的部分称为烃基，用-R表示。 1mol的-CH3含有9mol电子，1mol的CH4含有10mol电子。（2） 通式：CnH2n+2（n为整数）。符合此通式的烃一定是烷烃。（3） 烷烃的性质 物理性质递变性：烷烃的熔沸点较低，且随碳原子数的增加，烷烃的熔沸点逐渐升高；常温下由气态（n4）逐渐过渡到液态（5n16）、固态（n17），但新戊烷的沸点是9.5，常温下呈气态；烷烃的相对密度都较小，且随着碳原子数的增加，烷烃的相对密度逐渐增大。相似性：烷烃不溶于水而易溶于有机溶剂；液态烷烃的密度均小于1gcm-3 化学性质稳定性：烷烃通常较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，也不能与强酸强碱发生反应。氧化反应：烷烃都具有可燃性，在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O CnH2n+2+3n+12O2点燃nCO2+n+1H2O取代反应：在光照条件下，烷烃与卤素单质可发生取代反应。4、 烃类的熔沸点规律（1） 有机物一般为分子晶体，在有机同系物中，随着碳原子数增加，相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔沸点逐渐升高。（2） 常温下，n4的烃呈气态，新戊烷也呈气态。（3） 分子式相同的烃，支链越多，熔沸点越低。（4） 互为同分异构体的芳香烃及其衍生物的熔沸点，一般来说，邻位间位对位二、 乙烯的结构与性质1、 乙烯的组成与结构分子式电子式结构简式结构式模型空间结构C2H4CH2=CH26个碳原子在同一个平面上（1） 乙烯的结构简式不能写成CH2CH2，必须把其中的碳碳双键体现出来；（2） 分子中含有碳碳双键的链烃称为烯烃。单烯烃的通式为CnH2n（n2）；2、 乙烯的物理性质：无色稍有气味气体，难溶于水，易溶于有机溶剂，密度比空气略小。3、 乙烯的化学性质（1）氧化反应 在空气中燃烧：火焰明亮，伴有黑烟，放出大量的热CH2=CH2+3O2点燃2CO2+2H2O 与酸性KMnO4溶液反应：溶液褪色，说明乙烯比较活泼，易被强氧化剂氧化5CH2=CH2+12KMnO4+18H2SO410CO2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O除去甲烷中混有的乙烯，不能用酸性KMnO4，应用溴水或溴的四氯化碳溶液。（3） 乙烯的加成反应有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应叫加成反应。CH2=CH2+Br2CH2BrCH2Br（将乙烯通道溴水中，溴水褪色。）CH2=CH2+H2O催化剂、加热、加压CH3CH2OH（工业上用于制取乙醇。）1、 不能用乙烯与H2反应转化为乙烷除去乙烯，因为该反应条件不及控制，且无法保证恰好完全反应；2、 溴水不仅可以区别乙烯和烷烃，也可以除去气态烷烃中混有的乙烯；3、 乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色与使酸性高锰酸钾溶液褪色的原理不同，前者发生的是加成反应，后者发生的是氧化还原反应。CH2=CH2+HCl催化剂CH3CH2Cl（用于制备氯乙烯。）（4） 加聚反应在适宜的温度、压强和有催化剂存在的条件下，乙烯可以通过加成聚合反应生成高分子化合物聚乙烯。nCH2=CH2催化剂CH2-CH2n注意：因聚乙烯、聚丙烯等高分子化合物中不含碳碳双键，故这些物质不能使酸性高锰酸钾或溴水褪色；加聚产物中因n不同，所得物质为混合物，无固定的熔沸点。4、 乙烯的来源和用途（1） 乙烯的来源从石油中获得乙烯，已成为目前工业上生产乙烯的主要途径。乙烯是石油的裂解产物，乙烯的产量可以用来衡量一个国家的石油化工发展水平。（2） 乙烯的用途： 乙烯是重要的化工原料，可以用来制作聚乙烯塑料、聚乙烯纤维、乙醇等。 在农业生产中，可以用作植物生长调节剂和催熟剂。香蕉可产生乙烯，没熟的果实可以跟香蕉装在一个袋子里放几天。三、 苯的结构与性质1、 苯的分子组成和结构（1） 表示方法分子式结构式结构简式模型C6H6（2） 结构特点：苯分子中的6个碳原子和6个氢原子都在同一平面上，苯分子中的6个碳原子构成一个正六边形，键角均为120，碳碳键长完全相等，且介于碳碳单键和碳碳双键之间。苯环不是单双键交替的结构，其中的碳碳键是完全相同的。2、 苯的物理性质：无色有特殊气味液体，密度比水小，不溶于水易溶于有机溶剂，沸点较低，易挥发，有毒。（1） 当温度低于5.5时，苯就会凝结成无色的晶体（2） 苯是一种常用的有机溶剂，能将溴水碘水中的溴、碘萃取出来。苯+溴水：有机层呈橙红色；苯+碘水：有机层呈紫红色。3、 苯的化学性质（1） 氧化反应 可燃性：苯的含碳量很高，故燃烧时产生明亮的火焰和浓烟。C6H6+152O2点燃6CO2+3H2O 酸性KMnO4：不褪色（2） 取代反应 能发生卤代反应： 能发生硝化反应：（3） 加成反应：能与氢气发生加成反应四、 同系物与同分异构体1、 同系物（1） 概念：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质称为同系物。（2） 性质：同系物之间由于结构相似（分子组成上相差一个或若干个CH2原子团、相对分子质量相差14或14的整数倍），只是碳链长度不同，故他们的物理性质随碳原子数的增加呈现规律性变化，而化学性质相似。 同系物的组成元素必须相同； 同系物必须具有相同的通式； 同系物结构相似，但不是完全相同。2、 同分异构体：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。（1） “同分”是指分子式相同，而不是相对分子质量相同；（2） “异构”是指结构不同，包括碳链异构（碳骨架不同）、位置异构（官能团在碳链上的位置不同）和官能团异构（官能团的种类不同，属于不同类物质，也叫异类异构）第二部分：解题技巧一、 有机物分子中碳原子的成键特点1、 成键数目多：碳原子有四个价电子，可以形成4个共价键。2、 成键方式多：碳原子可以与其他原子形成共价键；碳原子之间也可以相互成键，既可以形成碳碳单键，也可以形成双键或三键。3、 分子结构多：碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，也可以含有支链；碳原子还可以结合成碳环。例1：下列说法正确的是（ ）A 分子组成符合CnH2n的烃，一定时饱和烃B 甲烷是烷烃中最简单的烃，也是含碳量最低的烃C 所有的饱和烃分子中，碳原子之间都是链状结构D 可以利用乙烷和氯气的取代反应制取纯净的一氯乙烷解析：A项，可以是烯烃，属于不饱和；B项正确；C项，饱和烷烃中有可能含有碳环，不是链状；D项无法纯净。二、 几类烃的性质比较1、 几类烃性质的比较：见附表012、 烃与液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液反应的比较：见附表023、 取代反应和加成反应的区别：例2：下列有关烃的性质的描述正确的是：（ C ）A. 光照乙烷与氯气的混合气体时，气体颜色会慢慢变浅并可得到正四面体型分子B. 己烯、己烷、苯均可使溴水褪色，褪色原理相同C. 甲烷、苯均不能使酸性KMnO4溶液褪色，但二者仍具有还原性D. 实验室中可用H2除去乙烷中的乙烯例3：下列反应中，与由乙烯制备氯乙烷的反应类型相同的是（ A ）A. 由苯制备环己烷 加成反应B. 由乙烷制备氯乙烷 取代反应C. 将乙烯通入酸性KMnO4溶液中 氧化反应D. 有蛋白质制备氨基酸 脱水缩合，属于水解反应三、 烷烃的同分异构体1、 同分异构体书写（1） 降碳法（适用于烷烃）：书写时要做到全面避免不重复，具体规则为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由邻到间，碳满四价。例4：写出分子式为C7H16的所有有机物的结构简式。（2） 插入法（适用于烯烃、炔烃、酯、醚、酮类等）：所谓“插入法”是将官能团拿出，利用降碳法写出剩余部分的碳链异构，再找官能团（相当于取代基）在碳链上的位置（C和H原子间或C和C原子间），将官能团插入，产生位置异构。书写要做到思维有序，如按照碳链异构位置异构官能团异构的顺序书写，也可按照官能团异构碳链异构官能团位置异构的顺序书写，不管按照哪种方法书写都必须注意官能团结构的对称性和官能团位置的等同性，防漏写和重写。写出A()属于酯类化合物且分子结构中含有苯环的同分异构体的结构简式。6种（3） 取代法（适用于卤代烃、醇、醛、羧酸等）例5：书写分子式为C5H12O的同分异构2、 同分异构体数目的确定方法（1） 烃基数目法：甲基、乙基、丙基分别有1、1、2种结构。丁基有4种结构，则丁醇、戊醛、戊酸、一氯丁烷等都有四种同分异构体。（2） 替代法：若烃分子中有n个氢原子，则其m元氯代物与（n-m）元氯代物的同分异构体数目相同。如二氯苯(C6H4Cl2)有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl)；又如CH4的一氯代物只有一种，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有一种。（3） 等效氢法：等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律为同一碳原子上的氢原子等效；同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于镜面对称位置上的氢原子是等效的（相当于平面成像时，物与像的关系）。有几种等效氢，一卤代物就有几种。例6：烯烃、一氧化碳和氢气在催化剂作用下生成醛的反应，称为羰基合成，也叫烯烃的醛化反应。由乙烯制丙醛的反应为CH2=CH2+CO+H2CH3CH2CHO。由化学式为C4H8的烯烃进行醛化反应，得到的醛的同分异构体可能有（ ）A2种 B3种 C4种 D5种【解析】要注意题目本身所带的信息，从给出烯烃的醛化反应信息来看，烯烃C4H8发生醛化反应生成C5H10O，该醛可进一步表示为C4H9CHO，只要分析CHO取代C4H10的不同等效氢就可以，共四种选C。附表01甲烷乙烯苯结构简式CH4CH2=CH2结构特点只含单键的饱和烃碳碳双键、不饱和介于双键和单键之间空间构型正四面体平面平面物理性质无色气体、难溶于水无色液体，不溶于水化学性质燃烧易燃，完全燃烧生成CO2和H2O溴（CCl4）不反应加成反应取代反应（FeBr3催化）酸性KMnO4不反应氧化反应不反应主要反应类型取代加成、聚合加成、取代附表02液溴溴水溴（CCl4）酸性KMnO4溶液烷烃与溴蒸气在光照条件下发生取代不反应，液态烷烃可发生萃取而使溴水褪色不反应，互溶，不褪色不反应烯烃加成反应加成反应加成反应氧化反应，褪色苯一般不反应，催化条件下取代不反应，苯可萃取溴水中的溴而使溴水褪色不反应，互溶，不褪色不反应第三部分：方法归纳一、 烷烃的命名1、 习惯命名法按烃中的碳原子数叫“某烷”，10个C以下用“天干”数表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），10C以上就用中文“十一、十二”等表示。支链用正异新。2、 系统命名法（1） 选主链，称“某烷”：就长不就短。选择分子中最长碳链做主链。（2） 找支链，就近不就远。从离取代基最近的一段编号。（3） 命名： 就多不就少。若有两条碳链等长，以含取代基多的为主链。 就简不就烦。若离两端等距离的位置同时出现不同的取代基时，简单的取代基先编号（若为相同的取代基，则从哪端编号能使取代基位置编号之和最小，就从哪一端编起）。 先写取代基名称，后写烷烃的名称；取代基的排列顺序从简单到复杂；相同取代基合并以汉字字数标明数目；取代基的位置以主链碳原子的阿拉伯数字编号标明写在表示取代基数目的汉字之前，位置编号之间以“，”相隔，阿拉伯数字与汉字之间以“-”相连。二、 烃类燃烧的相关规律1、气态烃完全燃烧时体积变化的规律CxHy+x+y4O2点燃xCO2+y2H2O V=V后-V前1x+y4xy2（1） 若反应后水为气态，V=y4-1当y4，V0，反应后气体总体积变大；当y=4，V=0，反应后气体总体积不变，CH4、C2H4、C3H4符合；当y4，V0，反应后气体总体积变小，只有C2H2符合（2） 若反应后水为液态，V=-1-y4，则反应后气体体积始终减小，且减小量只与氢原子数有关。2、等量的不同烃完全燃烧时的耗氧量与产物的量的关系3、烃完全燃烧时生成CO2和H2O的相对量大小规律10