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高二有机化学 烃

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  • ※资料简介※

  • 甲　 烷
    一、烃的概念
    　　有机物里有一大类物质是仅由碳和氢两种元素组成的，总称为烃，也称为碳氢化合物。
    　　烃类物质里组成最简单的化合物是甲烷。
    　　二、甲烷的物理性质和在自然界里的存在
    　　1、物理性质：
    　　甲烷是无色无味的气体，比空气轻（标准状况下密度为0.717g/L），极难溶于水。
    　　2、存在：
    　　沼气——池沼底部
    　　坑气——煤矿坑道
    　　天然气——地底深处
    　　三、甲烷分子的组成和结构
    　　1．甲烷分子式的确定
    　　方法（1）：
    　　先根据甲烷气体在标准状况下的密度计算出其相对分子质量为16,M=0.717g/L×22.4L/mol=16g/mol，再根据甲烷燃烧时只生成二氧化碳和水，知其分子中至少含有碳和氢两种元素，又因为其相对分子质量为16，则可确定碳原子数只能为1，氢原子数为4。
    　　方法（2）：
    　　先根据一定质量的甲烷燃烧反应所得二氧化碳和水的质量，计算出甲烷中碳和氢的质量分数分别为75﹪和25﹪，进一步得出碳、氢原子数之比为1∶4（即甲烷的最简式为CH4）,再根据标准状况下的密度确定其分子量为16，（CH4）n=16, 得 n=1,即甲烷的分子式为CH4。
    　　[特别需要指出的是：不通过密度求出甲烷的摩尔质量，而直接由碳、氢元素的质量分数求出的原子个数比得出的是最简式而不是分子式。在计算中要特别注意这一点。]
    　　∴ 甲烷的分子式为：CH4，电子式为：  ，
    　　结构式为：  （用短线来表示共用电子对）。
    　　2．甲烷分子空间的构型
    　　在甲烷分子里，1个碳原子和4个氢原子形成共价键，键长为 ，键角为  ，键能为413kJ/mol。甲烷分子的空间构型为正四面体形结构，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于正四面体的4个顶点上。
    　　空间结构示意图： 
    　　四、甲烷的实验室制法
    　　（1）实验药品：无水醋酸钠和碱石灰（NaOH与CaO的混合物）
    　　（2）反应条件：加热
    　　（3）反应原理： 
    　　（4）反应装置：固+固  （与制O2、NH3装置相同），用大试管
    　　（5）收集装置：排水集气法或向下排空气法。
    　　（6）注意事项：
    　　a）药品必须干燥，否则制不出CH4；
    　　b)加热不宜过猛，否则将有副反应发生。
    　　c)制备甲烷时，碱石灰中的生石灰并不参加反应，但生石灰可稀释混合物的浓度，使混合物中NaOH在高温时跟玻璃的作用减少，防止试管被NaOH腐蚀而破裂，同时生石灰的存在能使固体混合物变得疏松，使生成的甲烷易于外逸。
    　　五、甲烷的化学性质和用途
    　　1、甲烷的化学性质
    　　（1）稳定性：
    　　通常情况下，甲烷的性质比较稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应，不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。
    　　（2）取代反应：
    　　有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应。
    　　在光照条件下，甲烷可以跟氯气发生取代反应：
    　　 
    　　对甲烷发生的取代反应需注意以下几点：
    　　①反应必须在光照条件下进行，参加反应的必须是氯气，不能是氯水。
    　　②反应后的产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，因此一般得到的是混合物，不宜用于制备。
    　　③反应产物中，常温时只有CH3Cl是气体，其余三种均为液体；只有CCl4是非极性分子，其余三种均为极性分子。四种产物均不溶于水。
    　　∴甲烷与氯气在光照条件下发生的反应方程式为：
    　　CH4+Cl2  CH3Cl+HCl
    　　CH3Cl+Cl2  CH2Cl2+HCl
    　　CH2Cl2+Cl2  CHCl3+HCl
    　　CHCl3+Cl2  CCl4+HCl
    　　（3）氧化反应：
    　　甲烷易燃烧，燃烧时发出蓝色火焰。
    　　
    　　[甲烷在点燃前必须验纯。如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物，就会立即发生爆炸。]
    　　（4）加热分解：
    　　隔绝空气加热到1000℃以上，甲烷发生分解：
    　　  　 制取炭黑
    　　2、甲烷的用途：
    　　（1）燃料——天然气的主要成分是甲烷，可直接用作气体燃料。
    　　（2）化工原料——甲烷高温分解可得炭黑，用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等；氯仿和CCl4都是重要的溶剂。【例题讲解】
    　　例1、将  与碱石灰混合加热生成的有机物是（　　 ）
    　　（A）  （B）  　 （C）  （D）不反应
    　　分析：根据CH4的实验室制法取反应，是  中的  与NaOH中的  部分结合生成Na2CO3（即  发生脱羧），从而得到CH4，由此推测：
    　　 
    　　故本题正确答案为（A）。
    　　例2、1molCH4与Cl2发生取代反应，待反应完成后测得四种取代物物质的量相等，则消耗Cl2为（　 ）
    　　（A）0.5mol　 （B）2mol　 （C）2.5mol　 （D）
     

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