高中化學——有機化學基礎：烴.doc

【講義】專題十九：烴 高考化學一輪復習 Amy專題十九：烴第一部分：考點一、 甲烷及烷烴的結構和性質1、 甲烷的分子結構（1） 組成與結構名稱分子式電子式結構式分子模型甲烷CH4（2） 空間結構分子結構示意圖結構特點及空間構型具有正四面體結構，其中，4個C-H鍵的長度和強度相同，夾角相等；碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子位于4個頂點。2、 甲烷的性質（1） 物理性質：無色無味氣體，難溶于水，密度比空氣小（2） 化學性質 在空氣中燃燒（氧化反應）：安靜的燃燒，火焰呈淡藍色，放出大量的熱。CH4+2O2點燃CO2+2H2O 與酸性KMnO4溶液溶液不褪色甲烷的氯代反應需注意：1、 反應條件為光照，在室溫或暗處，二者均不發(fā)生反應，也不能用陽光直射，否則會爆炸；2、 反應物必須用鹵素單質，單質的水溶液均不與甲烷反應；3、 該反應是連鎖反應，產物是五種物質的混合物，其中HCl的量最多；4、 1mol氫原子被取代，消耗1molCl2，同時生成1molHCl，即參加反應的Cl有一半進入有機產物中，另一半進入HCl。 與氯氣反應（取代反應）：有油狀物質生成，產生少量白霧，試管內氣體顏色逐漸變淺，最終變?yōu)闊o色。CH4+Cl2光照CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2光照CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2光照CHCl3+HClCHCl3+Cl2光照CCl4+HCl甲烷在光照條件下與氯氣反應生成的4中取代產物的比較：分子結構CCl4是正四面體，其余均不正，但都是四面體；俗名CHCl3：氯仿，CCl4：四氯化碳；狀態(tài)常溫下，CHCl3是氣體，其余均為液體；溶解性均不溶于水，CHCl3和CCl4是工業(yè)上重要的溶劑；密度CHCl3比水輕，其他均比水重。 高溫分解：CH4高溫C+2H2 工業(yè)制炭黑（3） 存在和用途 甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。 天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源，還是一種重要的化工原料。3、 烷烴（1） 概念：僅含有碳和氫兩種元素的有機物稱為烴。烴分子中的每個碳原子形成四個共價鍵，且碳原子之間只以單鍵結合成鏈狀，剩余價鍵均與氫原子結合，使每個碳原子的化合價都達到飽和，這樣的烴叫飽和烴，也成為烷烴。 烷烴的碳碳鍵為飽和鍵，碳原子為飽和碳原子 烷烴中的碳原子并不在一條直線上，而是呈鋸齒狀，如圖所示： 烷烴分子中失去一個或幾個氫原子所剩余的部分稱為烴基，用-R表示。 1mol的-CH3含有9mol電子，1mol的CH4含有10mol電子。（2） 通式：CnH2n+2（n為整數(shù)）。符合此通式的烴一定是烷烴。（3） 烷烴的性質 物理性質遞變性：烷烴的熔沸點較低，且隨碳原子數(shù)的增加，烷烴的熔沸點逐漸升高；常溫下由氣態(tài)（n4）逐漸過渡到液態(tài)（5n16）、固態(tài)（n17），但新戊烷的沸點是9.5，常溫下呈氣態(tài)；烷烴的相對密度都較小，且隨著碳原子數(shù)的增加，烷烴的相對密度逐漸增大。相似性：烷烴不溶于水而易溶于有機溶劑；液態(tài)烷烴的密度均小于1gcm-3 化學性質穩(wěn)定性：烷烴通常較穩(wěn)定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，也不能與強酸強堿發(fā)生反應。氧化反應：烷烴都具有可燃性，在空氣或氧氣中完全燃燒生成CO2和H2O CnH2n+2+3n+12O2點燃nCO2+n+1H2O取代反應：在光照條件下，烷烴與鹵素單質可發(fā)生取代反應。4、 烴類的熔沸點規(guī)律（1） 有機物一般為分子晶體，在有機同系物中，隨著碳原子數(shù)增加，相對分子質量增大，分子間作用力增大，熔沸點逐漸升高。（2） 常溫下，n4的烴呈氣態(tài)，新戊烷也呈氣態(tài)。（3） 分子式相同的烴，支鏈越多，熔沸點越低。（4） 互為同分異構體的芳香烴及其衍生物的熔沸點，一般來說，鄰位間位對位二、 乙烯的結構與性質1、 乙烯的組成與結構分子式電子式結構簡式結構式模型空間結構C2H4CH2=CH26個碳原子在同一個平面上（1） 乙烯的結構簡式不能寫成CH2CH2，必須把其中的碳碳雙鍵體現(xiàn)出來；（2） 分子中含有碳碳雙鍵的鏈烴稱為烯烴。單烯烴的通式為CnH2n（n2）；2、 乙烯的物理性質：無色稍有氣味氣體，難溶于水，易溶于有機溶劑，密度比空氣略小。3、 乙烯的化學性質（1）氧化反應 在空氣中燃燒：火焰明亮，伴有黑煙，放出大量的熱CH2=CH2+3O2點燃2CO2+2H2O 與酸性KMnO4溶液反應：溶液褪色，說明乙烯比較活潑，易被強氧化劑氧化5CH2=CH2+12KMnO4+18H2SO410CO2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O除去甲烷中混有的乙烯，不能用酸性KMnO4，應用溴水或溴的四氯化碳溶液。（3） 乙烯的加成反應有機物分子中的不飽和碳原子與其他原子或原子團直接結合生成新的化合物的反應叫加成反應。CH2=CH2+Br2CH2BrCH2Br（將乙烯通道溴水中，溴水褪色。）CH2=CH2+H2O催化劑、加熱、加壓CH3CH2OH（工業(yè)上用于制取乙醇。）1、 不能用乙烯與H2反應轉化為乙烷除去乙烯，因為該反應條件不及控制，且無法保證恰好完全反應；2、 溴水不僅可以區(qū)別乙烯和烷烴，也可以除去氣態(tài)烷烴中混有的乙烯；3、 乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色與使酸性高錳酸鉀溶液褪色的原理不同，前者發(fā)生的是加成反應，后者發(fā)生的是氧化還原反應。CH2=CH2+HCl催化劑CH3CH2Cl（用于制備氯乙烯。）（4） 加聚反應在適宜的溫度、壓強和有催化劑存在的條件下，乙烯可以通過加成聚合反應生成高分子化合物聚乙烯。nCH2=CH2催化劑CH2-CH2n注意：因聚乙烯、聚丙烯等高分子化合物中不含碳碳雙鍵，故這些物質不能使酸性高錳酸鉀或溴水褪色；加聚產物中因n不同，所得物質為混合物，無固定的熔沸點。4、 乙烯的來源和用途（1） 乙烯的來源從石油中獲得乙烯，已成為目前工業(yè)上生產乙烯的主要途徑。乙烯是石油的裂解產物，乙烯的產量可以用來衡量一個國家的石油化工發(fā)展水平。（2） 乙烯的用途： 乙烯是重要的化工原料，可以用來制作聚乙烯塑料、聚乙烯纖維、乙醇等。 在農業(yè)生產中，可以用作植物生長調節(jié)劑和催熟劑。香蕉可產生乙烯，沒熟的果實可以跟香蕉裝在一個袋子里放幾天。三、 苯的結構與性質1、 苯的分子組成和結構（1） 表示方法分子式結構式結構簡式模型C6H6（2） 結構特點：苯分子中的6個碳原子和6個氫原子都在同一平面上，苯分子中的6個碳原子構成一個正六邊形，鍵角均為120，碳碳鍵長完全相等，且介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間。苯環(huán)不是單雙鍵交替的結構，其中的碳碳鍵是完全相同的。2、 苯的物理性質：無色有特殊氣味液體，密度比水小，不溶于水易溶于有機溶劑，沸點較低，易揮發(fā)，有毒。（1） 當溫度低于5.5時，苯就會凝結成無色的晶體（2） 苯是一種常用的有機溶劑，能將溴水碘水中的溴、碘萃取出來。苯+溴水：有機層呈橙紅色；苯+碘水：有機層呈紫紅色。3、 苯的化學性質（1） 氧化反應 可燃性：苯的含碳量很高，故燃燒時產生明亮的火焰和濃煙。C6H6+152O2點燃6CO2+3H2O 酸性KMnO4：不褪色（2） 取代反應 能發(fā)生鹵代反應： 能發(fā)生硝化反應：（3） 加成反應：能與氫氣發(fā)生加成反應四、 同系物與同分異構體1、 同系物（1） 概念：結構相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質稱為同系物。（2） 性質：同系物之間由于結構相似（分子組成上相差一個或若干個CH2原子團、相對分子質量相差14或14的整數(shù)倍），只是碳鏈長度不同，故他們的物理性質隨碳原子數(shù)的增加呈現(xiàn)規(guī)律性變化，而化學性質相似。 同系物的組成元素必須相同； 同系物必須具有相同的通式； 同系物結構相似，但不是完全相同。2、 同分異構體：具有相同的分子式，但具有不同結構的現(xiàn)象稱為同分異構現(xiàn)象。具有同分異構現(xiàn)象的化合物互稱為同分異構體。（1） “同分”是指分子式相同，而不是相對分子質量相同；（2） “異構”是指結構不同，包括碳鏈異構（碳骨架不同）、位置異構（官能團在碳鏈上的位置不同）和官能團異構（官能團的種類不同，屬于不同類物質，也叫異類異構）第二部分：解題技巧一、 有機物分子中碳原子的成鍵特點1、 成鍵數(shù)目多：碳原子有四個價電子，可以形成4個共價鍵。2、 成鍵方式多：碳原子可以與其他原子形成共價鍵；碳原子之間也可以相互成鍵，既可以形成碳碳單鍵，也可以形成雙鍵或三鍵。3、 分子結構多：碳原子可以相互結合成長短不一的碳鏈，也可以含有支鏈；碳原子還可以結合成碳環(huán)。例1：下列說法正確的是（ ）A 分子組成符合CnH2n的烴，一定時飽和烴B 甲烷是烷烴中最簡單的烴，也是含碳量最低的烴C 所有的飽和烴分子中，碳原子之間都是鏈狀結構D 可以利用乙烷和氯氣的取代反應制取純凈的一氯乙烷解析：A項，可以是烯烴，屬于不飽和；B項正確；C項，飽和烷烴中有可能含有碳環(huán)，不是鏈狀；D項無法純凈。二、 幾類烴的性質比較1、 幾類烴性質的比較：見附表012、 烴與液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液反應的比較：見附表023、 取代反應和加成反應的區(qū)別：例2：下列有關烴的性質的描述正確的是：（ C ）A. 光照乙烷與氯氣的混合氣體時，氣體顏色會慢慢變淺并可得到正四面體型分子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，但二者仍具有還原性D. 實驗室中可用H2除去乙烷中的乙烯例3：下列反應中，與由乙烯制備氯乙烷的反應類型相同的是（ A ）A. 由苯制備環(huán)己烷 加成反應B. 由乙烷制備氯乙烷 取代反應C. 將乙烯通入酸性KMnO4溶液中 氧化反應D. 有蛋白質制備氨基酸 脫水縮合，屬于水解反應三、 烷烴的同分異構體1、 同分異構體書寫（1） 降碳法（適用于烷烴）：書寫時要做到全面避免不重復，具體規(guī)則為主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊，排列由鄰到間，碳滿四價。例4：寫出分子式為C7H16的所有有機物的結構簡式。（2） 插入法（適用于烯烴、炔烴、酯、醚、酮類等）：所謂“插入法”是將官能團拿出，利用降碳法寫出剩余部分的碳鏈異構，再找官能團（相當于取代基）在碳鏈上的位置（C和H原子間或C和C原子間），將官能團插入，產生位置異構。書寫要做到思維有序，如按照碳鏈異構位置異構官能團異構的順序書寫，也可按照官能團異構碳鏈異構官能團位置異構的順序書寫，不管按照哪種方法書寫都必須注意官能團結構的對稱性和官能團位置的等同性，防漏寫和重寫。寫出A()屬于酯類化合物且分子結構中含有苯環(huán)的同分異構體的結構簡式。6種（3） 取代法（適用于鹵代烴、醇、醛、羧酸等）例5：書寫分子式為C5H12O的同分異構2、 同分異構體數(shù)目的確定方法（1） 烴基數(shù)目法：甲基、乙基、丙基分別有1、1、2種結構。丁基有4種結構，則丁醇、戊醛、戊酸、一氯丁烷等都有四種同分異構體。（2） 替代法：若烴分子中有n個氫原子，則其m元氯代物與（n-m）元氯代物的同分異構體數(shù)目相同。如二氯苯(C6H4Cl2)有三種同分異構體，四氯苯也有三種同分異構體(將H替代Cl)；又如CH4的一氯代物只有一種，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有一種。（3） 等效氫法：等效氫法是判斷同分異構體數(shù)目的重要方法，其規(guī)律為同一碳原子上的氫原子等效；同一碳原子上的甲基上的氫原子等效；處于鏡面對稱位置上的氫原子是等效的（相當于平面成像時，物與像的關系）。有幾種等效氫，一鹵代物就有幾種。例6：烯烴、一氧化碳和氫氣在催化劑作用下生成醛的反應，稱為羰基合成，也叫烯烴的醛化反應。由乙烯制丙醛的反應為CH2=CH2+CO+H2CH3CH2CHO。由化學式為C4H8的烯烴進行醛化反應，得到的醛的同分異構體可能有（ ）A2種 B3種 C4種 D5種【解析】要注意題目本身所帶的信息，從給出烯烴的醛化反應信息來看，烯烴C4H8發(fā)生醛化反應生成C5H10O，該醛可進一步表示為C4H9CHO，只要分析CHO取代C4H10的不同等效氫就可以，共四種選C。附表01甲烷乙烯苯結構簡式CH4CH2=CH2結構特點只含單鍵的飽和烴碳碳雙鍵、不飽和介于雙鍵和單鍵之間空間構型正四面體平面平面物理性質無色氣體、難溶于水無色液體，不溶于水化學性質燃燒易燃，完全燃燒生成CO2和H2O溴（CCl4）不反應加成反應取代反應（FeBr3催化）酸性KMnO4不反應氧化反應不反應主要反應類型取代加成、聚合加成、取代附表02液溴溴水溴（CCl4）酸性KMnO4溶液烷烴與溴蒸氣在光照條件下發(fā)生取代不反應，液態(tài)烷烴可發(fā)生萃取而使溴水褪色不反應，互溶，不褪色不反應烯烴加成反應加成反應加成反應氧化反應，褪色苯一般不反應，催化條件下取代不反應，苯可萃取溴水中的溴而使溴水褪色不反應，互溶，不褪色不反應第三部分：方法歸納一、 烷烴的命名1、 習慣命名法按烴中的碳原子數(shù)叫“某烷”，10個C以下用“天干”數(shù)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。支鏈用正異新。2、 系統(tǒng)命名法（1） 選主鏈，稱“某烷”：就長不就短。選擇分子中最長碳鏈做主鏈。（2） 找支鏈，就近不就遠。從離取代基最近的一段編號。（3） 命名： 就多不就少。若有兩條碳鏈等長，以含取代基多的為主鏈。 就簡不就煩。若離兩端等距離的位置同時出現(xiàn)不同的取代基時，簡單的取代基先編號（若為相同的取代基，則從哪端編號能使取代基位置編號之和最小，就從哪一端編起）。 先寫取代基名稱，后寫烷烴的名稱；取代基的排列順序從簡單到復雜；相同取代基合并以漢字字數(shù)標明數(shù)目；取代基的位置以主鏈碳原子的阿拉伯數(shù)字編號標明寫在表示取代基數(shù)目的漢字之前，位置編