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烃是高中化学学习的重要内容之一,是学习有机化学的基础。以烃的学习为载体,准确建立与理解有机化学概念,是进一步学好高中有机化学的关键。
一、有关烃的反应类型概念例析
烃的化学性质常以如下几种反应来呈现:取代反应、加成反应、氧化反应和还原反应等。
1.取代反应
取代反应是指有机物分子里某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应,很多有机物在一定条件下都能发生取代反应。取代反应常分为以下四种情况。
(1)原子取代原子,如丙烯与氯气在高温下反应,
此类反应还有甲烷与氯气,活泼金属与乙醇,苯及苯酚与溴的反应等。
(2)原子取代原子团,如乙酸钠与碱石灰共热制取甲烷,
此类反应还有乙酸乙酯水解反应、酯化反应、溴乙烷水解反应等。
(3)原子团取代原子,如苯的硝化反应,
此类反应还有苯的碘化反应、乙醇分子间脱水反应、酯化反应、酯的水解反应等。
(4)原子团取代原子团,如乙酸乙酯在水解时,“CH3CH2O-”被“-OH”所取代,
另外,金属与醇或酸的置换反应、酯化反应、硝化反应、磺化反应、酯的水解反应、醇分子间脱水反应、某些缩聚反应,甚至是酚或羧酸与碱发生的反应等,从反应本质上讲,都属于取代反应类型。
2.加成反应
加成反应是指含有双键(或叁键)的有机化合物中不饱和碳原子直接结合其他原子或原子团的反应。从某种意义上说,凡具有不饱和碳的有机化合物都可以发生加成反应。
(1)碳碳双键(或叁键)与其他分子的加成反应。如乙烯、乙炔等使溴水褪色的反应。此类加成反应较普遍,如烯烃、炔烃、苯等与氢气反应,乙炔、乙烯等与氯化氢反应,油脂硬化等反应。当不对称烯烃与极性分子发生加成时,加成产物会出现两种可能。如丙烯与溴化氢加成时,会有1-溴丙烷和2-溴丙烷两种加成产物生成。
(2)含碳碳双键的有机化合物的自身加成反应。如多个乙烯分子在一定条件下发生自身加成反应,生成聚乙烯,又称加聚反应。加聚反应是获得合成高分子化合物的最重要方式之一,如CH2=CHCl、CH2=CH-CN分别是聚氯乙烯、聚丙腈的原料,三分子的乙炔在一定条件下也可以发生自身加成反应生成苯等。
(3)其他含双键或叁键的有机化合物的加成反应。有机化合物存在的碳氧双键、碳氮叁键等,它们也能与氢分子发生加成反应。
3.氧化反应和还原反应
有机化学中常以有机物为变化对象,分别判断氧化反应和还原反应。有机氧化反应主要包括有机物的燃烧氧化、加氧氧化和脱氢氧化等,如烃几乎都可以燃烧,烯烃或炔烃与酸性高锰酸钾溶液、乙醛与氧气的反应都是加氧氧化,乙醇在铜催化下与氧气反应则属于脱氢氧化。中学化学中的有机还原反应,主要指含不饱和碳的有机物与氢气发生的加氢还原反应。
二、有关烃的物质类型概念辨析
高中化学所学到的烃主要包括烷烃、单烯烃、炔烃,及以苯及其同系物为代表的芳香烃等。通过辨析烃的有关概念,主要是为了正确把握与区分不同类型的有机物。
三、几组易混淆的相关概念比较
高中化学的有些概念之间存在形近意不同的情况,学习中须加以比较与区别。
1.同系物与同位素
结构相似、组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的一类有机物互称同系物,也即同系物必须属于同一类有机物,如烷烃只能与烷烃是同系物。质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子之间互称同位素,也即同位素的物质类型属于原子。
2.同分异构体与同素异形体
化学式相同、结构不同的化合物之间互称同分异构体,同分异构现象在绝大多数有机化合物和极少数的无机化合物中发生。同种元素形成的不同单质互称同素异形体。不同元素的同素异形体形成的方式不同,如由于碳原子之间连接方式不同,而形成金刚石、石墨、碳-60等,由于构成分子的氧原子数目不同,而形成O2和O3。从概念的外延来看,同分异构体为化合物分子,而同素异形体属于单质。
3.裂解与裂化
裂解与裂化都是饱和烷烃在高温下发生的分解反应。由于裂解的温度相对较高,烃分解得更彻底,故裂解又称深度裂化。
4.干馏、分馏与蒸馏
干馏是指让煤或木材等含碳物质在隔绝空气的情况下加强热,发生分解并炭化的过程。干馏属于化学变化。煤的干馏产物主要为焦炭、煤焦油和焦炉气等,木材的干馏产物主要为木炭、木焦油及木煤气等。分馏与蒸馏都是通过加热使液体沸腾并汽化,再将蒸汽冷凝的一种分离方法,都属于物理变化。蒸馏主要是控制在一个温度下加热与冷凝,所得的馏分成分单一,如制取蒸馏水等;而分馏则采取连续加热、连续冷凝的方法,所得馏分仍然为混合物,如石油经过分馏可以制得汽油、煤油和轻柴油等。
5.裂解气、石油气、天然气和焦炉气
裂解气、石油气、天然气和焦炉气都是石油及煤化工的重要产品,都是燃值很高的清洁能源或重要原料,其中裂解气最为重要,其年产量通常被用来衡量一个国家的石油化工水平。它们最为本质的区别是来源和组成不同。~
一、有关烃的反应类型概念例析
烃的化学性质常以如下几种反应来呈现:取代反应、加成反应、氧化反应和还原反应等。
1.取代反应
取代反应是指有机物分子里某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应,很多有机物在一定条件下都能发生取代反应。取代反应常分为以下四种情况。
(1)原子取代原子,如丙烯与氯气在高温下反应,
此类反应还有甲烷与氯气,活泼金属与乙醇,苯及苯酚与溴的反应等。
(2)原子取代原子团,如乙酸钠与碱石灰共热制取甲烷,
此类反应还有乙酸乙酯水解反应、酯化反应、溴乙烷水解反应等。
(3)原子团取代原子,如苯的硝化反应,
此类反应还有苯的碘化反应、乙醇分子间脱水反应、酯化反应、酯的水解反应等。
(4)原子团取代原子团,如乙酸乙酯在水解时,“CH3CH2O-”被“-OH”所取代,
另外,金属与醇或酸的置换反应、酯化反应、硝化反应、磺化反应、酯的水解反应、醇分子间脱水反应、某些缩聚反应,甚至是酚或羧酸与碱发生的反应等,从反应本质上讲,都属于取代反应类型。
2.加成反应
加成反应是指含有双键(或叁键)的有机化合物中不饱和碳原子直接结合其他原子或原子团的反应。从某种意义上说,凡具有不饱和碳的有机化合物都可以发生加成反应。
(1)碳碳双键(或叁键)与其他分子的加成反应。如乙烯、乙炔等使溴水褪色的反应。此类加成反应较普遍,如烯烃、炔烃、苯等与氢气反应,乙炔、乙烯等与氯化氢反应,油脂硬化等反应。当不对称烯烃与极性分子发生加成时,加成产物会出现两种可能。如丙烯与溴化氢加成时,会有1-溴丙烷和2-溴丙烷两种加成产物生成。
(2)含碳碳双键的有机化合物的自身加成反应。如多个乙烯分子在一定条件下发生自身加成反应,生成聚乙烯,又称加聚反应。加聚反应是获得合成高分子化合物的最重要方式之一,如CH2=CHCl、CH2=CH-CN分别是聚氯乙烯、聚丙腈的原料,三分子的乙炔在一定条件下也可以发生自身加成反应生成苯等。
(3)其他含双键或叁键的有机化合物的加成反应。有机化合物存在的碳氧双键、碳氮叁键等,它们也能与氢分子发生加成反应。
3.氧化反应和还原反应
有机化学中常以有机物为变化对象,分别判断氧化反应和还原反应。有机氧化反应主要包括有机物的燃烧氧化、加氧氧化和脱氢氧化等,如烃几乎都可以燃烧,烯烃或炔烃与酸性高锰酸钾溶液、乙醛与氧气的反应都是加氧氧化,乙醇在铜催化下与氧气反应则属于脱氢氧化。中学化学中的有机还原反应,主要指含不饱和碳的有机物与氢气发生的加氢还原反应。
二、有关烃的物质类型概念辨析
高中化学所学到的烃主要包括烷烃、单烯烃、炔烃,及以苯及其同系物为代表的芳香烃等。通过辨析烃的有关概念,主要是为了正确把握与区分不同类型的有机物。
三、几组易混淆的相关概念比较
高中化学的有些概念之间存在形近意不同的情况,学习中须加以比较与区别。
1.同系物与同位素
结构相似、组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的一类有机物互称同系物,也即同系物必须属于同一类有机物,如烷烃只能与烷烃是同系物。质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子之间互称同位素,也即同位素的物质类型属于原子。
2.同分异构体与同素异形体
化学式相同、结构不同的化合物之间互称同分异构体,同分异构现象在绝大多数有机化合物和极少数的无机化合物中发生。同种元素形成的不同单质互称同素异形体。不同元素的同素异形体形成的方式不同,如由于碳原子之间连接方式不同,而形成金刚石、石墨、碳-60等,由于构成分子的氧原子数目不同,而形成O2和O3。从概念的外延来看,同分异构体为化合物分子,而同素异形体属于单质。
3.裂解与裂化
裂解与裂化都是饱和烷烃在高温下发生的分解反应。由于裂解的温度相对较高,烃分解得更彻底,故裂解又称深度裂化。
4.干馏、分馏与蒸馏
干馏是指让煤或木材等含碳物质在隔绝空气的情况下加强热,发生分解并炭化的过程。干馏属于化学变化。煤的干馏产物主要为焦炭、煤焦油和焦炉气等,木材的干馏产物主要为木炭、木焦油及木煤气等。分馏与蒸馏都是通过加热使液体沸腾并汽化,再将蒸汽冷凝的一种分离方法,都属于物理变化。蒸馏主要是控制在一个温度下加热与冷凝,所得的馏分成分单一,如制取蒸馏水等;而分馏则采取连续加热、连续冷凝的方法,所得馏分仍然为混合物,如石油经过分馏可以制得汽油、煤油和轻柴油等。
5.裂解气、石油气、天然气和焦炉气
裂解气、石油气、天然气和焦炉气都是石油及煤化工的重要产品,都是燃值很高的清洁能源或重要原料,其中裂解气最为重要,其年产量通常被用来衡量一个国家的石油化工水平。它们最为本质的区别是来源和组成不同。~