烃-甲烷及烷烃的识用

课程：化学物料识用与分析知识点：甲烷及烷烃的性质识用一、甲烷

甲烷是无色、无味、可燃和微毒的气体。在标准状况下密度为0.717g/L，大约是空气的一半。甲烷极难溶于水，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。1．甲烷的分子结构图4-1甲烷的正四面体构型2．甲烷的化学性质和用途

甲烷的化学性质稳定，在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸（浓H2SO4、浓HNO3等）、强碱（NaOH、KOH等）、强氧化剂（K2Cr2O7、KMnO4等）、强还原剂（Zn＋HCl、Na＋C2H5OH等）及活泼金属钠等都不起反应。

但在高温、光照或加催化剂的条件下，也能发生氧化反应、取代反应等。（1）氧化反应氧化反应：分子中增加氧原子或减少氢原子的反应.还原反应:分子中减少氧原子或增加氢原子的反应。利用这一反应可以测定烷烃的C、H含量。

甲烷是一种很好的气体燃料，发热量很高。含甲烷5%～15%的甲烷-空气混合物，遇到火化会立即发生爆炸（又称瓦斯爆炸）。在点燃甲烷前必须检查甲烷的纯度。在煤矿井里，必须采取措施如通风、严禁烟火等，以防爆炸事故发生。

工业生产中采用甲烷的部分氧化法生产甲醇、甲醇进一步氧化成为甲醛。甲醇、甲酸、甲醛都是重要的化工原料。（2）加热分解这是工业上制备炭黑的方法之一。炭黑是橡胶工业中的重要填充剂，能增强橡胶的耐磨性。炭黑也是制造黑色颜料、油墨、油漆和墨汁的原材料。氢气可以作为合成氨的原料。如果在短时间内加热到1500℃并迅速冷却：乙炔取代反应：有机物分子中的某些原子或原子团被其它原子或原子团代替的反应。被卤素原子取代的反应称为卤代反应。（3）取代反应不同卤素的反应活性氟＞氯＞溴＞碘氟代反应在低温、暗处也会发生猛烈的爆炸;碘代反应则难以进行;烷烃的卤代反应一般指氯代反应和溴代反应。烷烃的卤代反应条件

条件1：但在强光的照射下则发生猛烈的反应，甚至引起爆炸，生成碳和氯化氢。特点：在室温下，烷烃与氯或溴在黑暗中并不作用。条件2：但在漫射光照射（以hv表示光照）或在高温下（400～450℃），烷烃分子中的氢原子能逐步被卤原子代替，得到混合物。1.物理性质直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增大，而呈规律性的变化。

（1）物理状态C1~C4——气态C5~C16——液态C17以上——固态二、烷烃的物理性质（2）熔点（m.p.）①

碳数，则熔点。②

偶数碳链比奇数碳链稍高。③

同数碳异构体：新

＞

正＞

异。（4）相对密度（D）碳数

，则相对密度，最后近于0.78（3）沸点（b.p.）②同数碳烷烃，直链比支链沸点高。①直链烷烃，碳数则沸点。烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下（如光、高温或催化剂的影响下）也可以发生某些反应。

在常温下烷烃的化学性质很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂等都不起作用。（C-C键能为345.6KJ/mol；C-H键能为415.3KJ/mol）原因：

C-C及C-Hσ键较牢固，键能较大，极性小

2.烷烃的化学性质

碳原子和氢原子的类型1

C（伯碳，一级碳）2

C（仲碳，二级碳）3

C

（叔碳，三级碳）4

C

（季碳，四级碳）1

H（伯氢）2

H（仲氢）3

H（叔氢）二种类型2

C二种类型1

C二种类型1

C

分析下列化合物所含碳原子种类(1).氧化反应热量用途：燃料。①完全氧化:

烷烃在高温和足量的空气中燃烧，烷烃的完全氧化可用下列通式表示：

说明：烷烃在普通温度下．与氧气不起作用。温度若达着火点以上则在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热量。

天然气、汽油、柴油作为燃料的基本反应，也是产生温室效应的基本反应之一。

挥发性烷烃（C1～C6）的蒸气和空气的混合物遇到火花会发生爆炸。经测定发生爆炸的气体混合物的浓度有一个上限和下限，浓度低于或高于这个范围不发生爆炸。例如甲烷的爆炸极限是5.3%—14.0%(体积分数)。其他烷烃的爆炸极限比甲烷的要小些而且窄些，如已烷的爆炸极限为1.9％-4.7%(体积分数）。②部分氧化

在适当条件下，烷烃可以发生部分氧化，生成醇、醛、酮和羧酸等有机含氧混合物。例如：石蜡是高级烷烃（C20～C40）的混合物，部分氧化生成的C12～C18的高级脂肪酸可代替天然油脂制造肥皂，从而可以节约大量食用油脂。利用烷烃的部分氧化反应制备化工产品，原料便宜、易得，但产物选择性差，副产物多，分离提纯困难。

碳链较长的烷烃进行氯化时，可以取代不同的氢原子得到不同的氯代烃。丙烷1-氯丙烷2-氯丙烷CH3-CH2-CH3+Cl2CH3CH2CH2Cl

+

CH3-CH-CH3Clhν25℃43%57%氯代叔丁烷氯代异丁烷CH3-C-H+Cl2CH3-C-Cl

+

CH3-C-HCH3CH3hν25℃CH3CH3CH3CH2Cl异丁烷29%48%+多氯代产物23%（2）取代反应——卤代反应伯氢叔氢=29/148/915≈仲氢伯氢=57/243/614≈在室温下，叔、仲、伯氢原子被氯原子夺取的相对速率为5:4:1反应活性：3°＞2°＞1°

HHH高碳烷烃的氯代反应在工业上有重要的应用。例如：

随着烷烃相对分子质量的增大和碳链增长，C—C键间断裂的机会也越大，因此对热的稳定性越差。

由于裂解可在C一H键和C—C键间发生，所以反应后的产物很复杂。（3）裂化反应

烷烃受热时键断裂而变为较小分子的反应，叫做裂化反应。

烷烃的裂化反应是石油加工过程中的一个基本反应，根据所需产物的不同，反应条件也不相同。①热裂化在较高温度（500～700℃）和压力（2～5MPa）下进行的裂化叫做热裂化。②催化裂化在催化剂存在下的裂化叫做催化裂化。一般在常压和450～500℃的条件下进行。应用最广泛的催化剂是硅酸铝。

一般由原油经分馏而得到的汽油只占原油的10～20％，且质量不好。热裂化可以大大增加汽油的质量，但汽油的质量并不理想。催化裂化产生较多带有支链的烷烃、烯烃和芳烃等，所得的汽油质量较好，因而汽油大多由催化裂化得到。③裂解

在高于700℃的温度下，将石油深度裂化的过程叫做裂解。裂解的产物为低级烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯等。

低级烯烃是有机化学工业最重要的基本原料。国际上用乙烯的产量来衡量一个国家石油工业的发展水平。（4）异构化反应由一个化合物转变为其异构体的反应叫做异构化反应。例如：

炼油工业上利用烷烃的异构化反应，使石油馏分中的直链烷烃异构化为支链烷烃以提高汽油的质量。课程：化学物料识用与分析知识点：烷烃的命名CnH2n+2n为碳原子个数n分子式构造式命名乙烷C2H6CH3CH32甲烷CH41CH4C3H8CH3CH2CH33丙烷正丁烷、异丁烷C4H1042正戊烷、异戊烷、新戊烷C5H125365935107515434720366319相差1个CH2相差1个CH21.烷烃的同系列和同分异构体

烷烃的通式为CnH2n+2。最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。(1)同系列与同系物同系列:具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物。

CH2称为烷烃的系差。同系物:同系列中的化合物互称为同系物。同系物具有相似的化学性质。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、新、壬、癸

运用同系列和同系物，把结构相似，具有同一通式的化合物归为一类，对学习和研究将带来很大的方便。

同系物的特点：▲一类同系列中的同系物制备方法基本相同；▲物理性质如熔点、沸点、密度和溶解度等一般随碳原子数目的增加而呈现规律性的变化；▲化学性质除反应速率有快慢差异外，也基本相似。但注意共性，也要注意个性。（2）同分异构现象分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。烷烃的同分异构现象是由分子中碳原子的排列方式不同而引起的，这种同分异构又称为构造异构。甲烷、乙烷、丙烷无构造异构体。

丁烷的分子中有4个碳原子，可以有两种排列方式，所以有2种异构体。H–C–C–C–C–HHHHHHHHHH–C–C–C–HHHHHHH-C-HH戊烷分子中有5个碳原子，可以有3种异构体。

异构体数目

如戊烷

C5H12

3

己烷

C6H14

5

壬烷

C9H20

35构造异构体的数目随着化合物分子中所含碳原子数目的增多而增多3.烷烃的命名(1)普通命名法

碳原子数目

+烷

碳原子数在1~10时依次用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示；碳原子数在十以上的用十一、十二、十三等数字表示。正庚烷正辛烷正壬烷正癸烷正十一烷正十二烷正十三烷正二十烷碳原子数为10以上时用大写数字表示C7C8C9C10C11C12C13C20

对含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别:

在链端第2个碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷；在链端第2个碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷；相对无支链的同分异构体称为正某烷。如

正戊烷异戊烷新戊烷

异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷新戊烷C4C5C6正己烷异己烷新己烷如何命名？如何命名？（系统命名法）IUPAC命名法基本方法：选定一条最长链作为主链（以普通命名法命名）其它支链作为主链上的取代基。普通命名法：异丁烷IUPAC命名法：2-甲基丙烷

取代基（烷基）：烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团烷烃烷基

一些常见的烷基①选择主链（母体）▲选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，

▲根据主链所含碳原子数目定名为某烷。▲支链作为取代基。若分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。②碳原子编号

从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号。

CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3︱︱CH3CH3123456

CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3CH3CH2-CH31234567两个系列编号相同时，较小基团占较小位号。●烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基●若取代基距两端位号相同时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能小。

√③写出烷烃名称

●把取代基的名称写在烷烃名称之前，在取代基名称前面用阿拉伯数字标明它所在的位置，位次和取代基名称之间要用半字线“-”连接起来。●若主链上连有相同的取代基，相同取代基合并用中文数字二、三等表示相同取代基的数目。表示位次数字之间要用逗号隔开。●若主链上连有不同几个支链时，则按由小到大的顺序将取代基的位次和名称加在主链名称之前。

最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁主链2,4-二甲基-3-乙基己烷

123456

练习最长链为主链取代基编号数最小取代基最多的链为主链小基团排在前面不同基团编号相同时，使小取代基编号最小相同取代基合并用大写数字表示,相同取代基的位次之间用“,”隔开课程：化学物料识用与分析知识点：烯烃的命名1.烯烃的通式烯烃同系列中的各同系物之间也依次相差一个CH2原子团，烯烃的通式为CnH2n（n≥2）。２．烯烃的同分异构现象（1）碳链异构

分子式相同，但分子中碳原子相互连接的顺序不同而产生的异构现象。（2）位置异构

分子组成相同，但分子中的碳碳双键在碳架上的位置不同而产生的异构现象。（3）顺反异构

双键两侧的基团在空间的位置不同引起的异构现象。产生顺反异构的条件：

①分子中具有阻碍键自由旋转的因素

双键（C＝C、C＝N、N＝N）或环状（脂环）结构等。②含双键的分子中，双键两端任意一个碳原子必须连接两个不同基团。

两个相同的基团（CH3或H）在双键的同侧为顺式，在双键的异侧为反式。

(顺)-2-丁烯和(反)-2-丁烯具有不同的物理、化学性质。产生原因:碳碳双键不能自由旋转

强调：当双键两个C各连有不同的原子或基团时，就会产生顺反异构。只要双键任一C连有相同的原子或基团，都不会产生顺反异构。ababdabaabcdacadCCCC3．烯烃的命名（1）烯烃系统命名法和烷烃的相似其要点是：①选择含碳碳双键在内的最长碳链作为主链，根据主链上碳原子数目称为“某烯”。②从靠近双键的一端进行编号，以较小数字表示双键的位次，写在名称之前。③其它原则同烷烃的命名3，5-二甲基-2-乙基-1-庚烯3-甲基-6-乙基-4-辛烯注：双键居中，两种编号相同甲基占较小位次例２

烯基:烯烃去掉一个H后余下的基团。（2）几个重要的烯基（3）顺反异构体的命名（构型标记﹢系统命名）①顺反命名法在系统名称前加“顺”或“反”字。例如：

②Z/E命名法：

当两个双键碳上连接了四个不同的原子或基团时，IUPAC规定，用Z/E命名法来命名顺反异构体。

两个优先原子或基团在双键同侧的-----Z型，异侧的-------E型。Z、E写在括号里，放在化合物名称之前。I>Br>Cl>O>N>C>D>H⑴原子序数大的次序大，原子序数小的次序小，同位素中质量高的次序大。⑵如果原子团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子（第二个原子）的原子序数大小，其它依次类推。(E)–3–甲基–4–异丙基–3–庚烯⑶含有双键或叁键的原子团，可以认为连有两个或三个相同原子。例5Z/E命名法普遍适用于所有顺/反构型的命名。但二者之间没有必然的关系。(E)-2,3-二甲基-1-溴-2-戊烯反-2,3-二甲基-1-溴-2-戊烯(E)-5-甲基-2-溴-2-己烯(Z)-4-乙基-3-庚烯(反)-4-乙基-3-庚烯(E)-4-乙基-3-庚烯(顺)-4-乙基-3-庚烯课程：化学物料识用与分析知识点：有机化合物概念与