高一有機化學的基礎知識

【專家解說】：化學性質 　　烷烴性質很穩(wěn)定，在烷烴的分子里,碳原子之間都以碳碳單鍵相結合成鏈關,同甲烷一樣,碳原子剩余的價鍵全部跟氫原子相結合.因為C-H鍵和C-C單鍵相對穩(wěn)定，難以斷裂。除了下面三種反應，烷烴幾乎不能進行其他反應。 　　氧化反應 　　R + O2 → CO2 + H2O 或 CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2-----------(點燃)---- nCO2 + (n+1) H2O 　　所有的烷烴都能燃燒，而且反應放熱極多。烷烴完全燃燒生成CO2和H2O。如果O2的量不足，就會產生有毒氣體一氧化碳（CO），甚至炭黑（C）。 　　以甲烷為例： 　　CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O 　　O2供應不足時，反應如下： 　　CH4 + 3/2 O2 → CO + 2 H2O 　　CH4 + O2 → C + 2 H2O 　　分子量大的烷烴經(jīng)常不能夠完全燃燒，它們在燃燒時會有黑煙產生，就是炭黑。汽車尾氣中的黑煙也是這么一回事。 　　取代反應 　　R + X2 → RX + HX 　　由于烷烴的結構太牢固，一般的有機反應不能進行。烷烴的鹵代反應是一種自由基取代反應，反應的起始需要光能來產生自由基。 　　以下是甲烷被鹵代的步驟。這個高度放熱的反應可以引起爆炸。 　　鏈引發(fā)階段：在紫外線的催化下形成兩個Cl的自由基 　　Cl2 → Cl* / *Cl 　　鏈增長階段：一個H原子從甲烷中脫離；CH3Cl開始形成。 　　CH4 + Cl* → CH3+ + HCl （慢） 　　CH3+ + Cl2 → CH3Cl + Cl* 　　鏈終止階段：兩個自由基重新組合 　　Cl* 和 Cl*, 或 　　R* 和 Cl*, 或 　　CH3* 和 CH3*. 　　裂化反應 　　裂化反應是大分子烴在高溫、高壓或有催化劑的條件下，分裂成小分子烴的過程。裂化反應屬于消除反應，因此烷烴的裂化總是生成烯烴。如十六烷(C16H34)經(jīng)裂化可得到辛烷(C8H18)和辛烯(C8H16)。 　　由于每個鍵的環(huán)境不同，斷裂的機率也就不同，下面以丁烷的裂化為例討論這一點： 　　CH3-CH2-CH2-CH3 → CH4 + CH2=CH-CH3 　　過程中CH3-CH2鍵斷裂，可能性為48%； 　　CH3-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH3 + CH2=CH2 　　過程中CH2-CH2鍵斷裂，可能性為38%； 　　CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH2-CH3 + H2 　　過程中C-H鍵斷裂，可能性為14%。 　　裂化反應中，不同的條件能引發(fā)不同的機理，但反應過程類似。熱分解過程中有碳自由基產生，催化裂化過程中產生碳正離子和氫負離子。這些極不穩(wěn)定的中間體經(jīng)過重排、鍵的斷裂、氫的轉移等步驟形成穩(wěn)定的小分子烴。 　　在工業(yè)中，深度的裂化叫做裂解，裂解的產物都是氣體，稱為裂解氣。 　　由于烷烴的制取成本較高（一般要用烯烴催化加氫），所以在工業(yè)上不制取烷烴，而是直接從石油中提取。 　　烷烴的作用主要是做燃料。天然氣和沼氣（主要成分為甲烷）是近來廣泛使用的清潔能源。石油分餾得到的各種餾分適用于各種發(fā)動機： 　　C1~C4(40℃以下時的餾分)是石油氣，可作為燃料； 　　C5~C11(40~200℃時的餾分)是汽油，可作為燃料，也可作為化工原料； 　　C9~C18(150~250℃時的餾分)是煤油，可作為燃料； 　　C14~C20(200~350℃時的餾分)是柴油，可作為燃料； 　　C20以上的餾分是重油，再經(jīng)減壓蒸餾能得到潤滑油、瀝青等物質。 　　此外，烷烴經(jīng)過裂解得到烯烴這一反應已成為近年來生產乙烯的一種重要方法。