第二十八讲第二十八讲化石燃料与重要的烃化石燃料与重要的烃 一、甲烷的结构和性质烷烃 1甲烷的结构和性质(1)分子组成和结构：甲烷分子是_构型，碳原子位于中心，氢原子位于顶点。(2)物理性质：甲烷是无色、无味、不溶于水的气体，密度比空气密度小。(3)化学性质：在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应。甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。甲烷的氧化反应1 mol甲烷完全燃烧可以放出890 kJ的热量。热化学方程式为_。正四面体CH4(g)2O2(g) CO2(g)2H2O(l)H890kJmol1取代反应有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应。甲烷的取代反应：甲烷与氯气的反应比较复杂，四种氯代产物均不溶于水，常温下，只有CH3Cl是_体，其他三种都是_体。CHCl3俗称_ ，CCl4又叫_ ，二者都是重要的有机溶剂，密度比水_ 。 2烷烃 (1)烷烃的概念烃分子中的碳原子跟碳原子都以_结合，碳原子剩余的价键_跟氢原子结合，使每个碳原子的化合价都已充分利用，达到_ 。这样的烃叫做饱和链烃，也称为烷烃。气液氯仿四氯化碳大单键全部饱和 (2)结构特点分子里碳原子与碳原子之间都是_ ，碳原子剩余的价键 _跟氢结合；链状(可能有支链)；烷烃分子中，以任意一个碳原子为中心都是_结构。所以，烷烃分子中的碳原子并不在一条直线上，而是呈_状排列。 (3)烷烃的分子式通式：CnH2n2(n1)。 (4)物理性质：随碳原子数的递增，烷烃的熔、沸点_ ，密度_ ；碳原子数在4个及4个以下为_,516个为_态,17个以上为_ 。单键全部四面体锯齿升高增大气态液固态 (5)化学性质烷烃(CnH2n2)的燃烧通式为 _ 。 二、乙烯和烯烃的结构与性质 1乙烯的结构：乙烯分子中两个碳原子及四个氢原子在同一平面上。 2乙烯的物理性质：乙烯是一种无色、稍有气味的气体，难溶于水，密度比空气略小。 3乙烯的化学性质： (1)氧化反应：若将乙烯气体通入酸性KMnO4溶液中，可看到紫色褪去。利用这个反应可区别乙烯和甲烷。_。CnH2n2 O2 nCO2(n1)H2O2CH2CH2O2 2CH3CHO (2)加成反应：有机物分子中双键(或叁键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。 (3)加聚反应：nCH2CH2 CH2CH2。 4烯烃的结构和性质 (1)定义和物理性质：分子中含有_的一类链烃叫烯烃。含有24个碳原子的烯烃常温下是 _态，烯烃随着分子中碳原子数的递增，其沸点和密度都_ 。碳碳双键气增大 (2)组成和结构：烯烃的通式可以表示为CnH2n(n2)。其结构特点是含_ ，为链烃。 (3)化学性质：烯烃的化学性质与乙烯类似，可以发生氧化(烯烃能使酸性KMnO4溶液褪色)、 _和 _反应等。 三、乙炔和炔烃的结构与性质 1乙炔的分子组成和结构：乙炔分子是_形分子，非极性分子。 2乙炔的物理性质：纯的乙炔是无色无味的气体，微溶于水，易溶于有机溶剂。俗名： _ 。加成碳碳双键加聚直线电石气 3乙炔的化学性质 (1)氧化反应乙炔燃烧的化学方程式为_。乙炔能被酸性KMnO4溶液氧化，将乙炔通入酸性 KMnO4溶液中，溶液的紫色逐渐褪去。 (2)加成反应CH CHBr2 _；CHBr CHBrBr2 _；CH CHH2O _ 3乙炔的化学性质 (1)氧化反应乙炔燃烧的化学方程式为_。乙炔能被酸性KMnO4溶液氧化，将乙炔通入酸性 KMnO4溶液中，溶液的紫色逐渐褪去。 (2)加成反应CH CHBr2 _；CHBr CHBrBr2 _；CH CHH2O _2C2H25O24CO22H2OCHBr2CHBr2CH3CHOCHBr CHBr4炔烃的通式及性质(1)定义：分子里含有_的不饱和链烃叫炔烃。(2)通式：_(n2)。(3)性质：随分子里碳原子数的递增，沸点依次_，密度依次_，状态由气态到液态，最后到_态。炔烃的化学性质与烯烃相似，容易发生_反应和_反应等。四、苯及其同系物的结构和性质1苯的组成和结构(1)苯分子是平面结构，其中6个C原子构成平面正六边形，苯是一种非极性分子。(2)苯分子里不存在一般的碳碳单、双键，苯分子里6个碳原子之间的键完全相同，这是一种介于单键和双键之间的独特的键。碳碳叁键CnH2n2增大增大固加成氧化2苯的物理性质通常情况下，苯是无色，带有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，密度比水小。熔点5.5，沸点80.1。若用冰水冷却，苯可以凝结成无色的晶体。3苯的化学性质(1)取代反应卤代： Br2 _影响该反应发生的外部因素：一是溴为纯的液态溴，与溴水不反应；二是要使用催化剂。HBr 硝化： + HNO3 _。注意：浓H2SO4和浓HNO3的混合应把_慢慢加入浓HNO3中，混合后会放出大量的热，要使其冷却到5060以下，才能慢慢加入苯，以防止加入苯后，苯挥发。温度过高，硝酸也会分解。反应可以用水浴加热，温度一定要控制在60以下。 磺化： H2SO4(浓) _。 (2)加成反应 3H2 _ 。 (3)氧化反应：苯_被KMnO4酸性溶液氧化。但可以在空气中燃烧，燃烧时火焰_，且有黑烟。NO2H2O浓H2SO4H2O不能明亮 4苯的同系物及化学性质 (1)定义：芳香烃是分子中含有_的烃。 (2)苯的同系物：苯分子中的一个或几个氢原子被饱和烃基所代替得到的烃。通式为_。 (3)苯的同系物的化学性质 甲苯的硝化 +3HNO3 _苯环CnH2n6(n6)+3H2O 甲苯的氧化：甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，是甲苯中_被氧化。 五、烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的区别与联系 烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的组成元素相同、结构相异，所以表现在性质上，既有相同之处，也有不同的地方。甲基六、石油和煤的加工及烃的来源1石油的炼制(1)石油中含有元素种类主要是_、_、少量_、_等，石油的有机物种类有_、_和_。大部分是液态烃，溶有少量气态烃和固态烃。(2)石油的分馏：利用烃的_，通过不断地_把石油分离成_范围的蒸馏产物的过程。CHOS烷烃环烷烃芳香烃沸点的不同加热不同沸点原理：利用石油中各组成成分沸点的不同进行蒸馏，是物理方法；由于进行多次蒸馏，故称_；得到的不同沸点范围的产物称_，但仍是多种烃的混合物。注意事项：a.加入原油的量占蒸馏烧瓶容积的1/32/3。b.蒸馏烧瓶内应加入几片碎瓷片，以防暴沸。c.温度计的水银球应插到蒸馏烧瓶的支管口处，以便测定馏出液的沸点。d.被加热的是易燃物质，故装置气密性要好。分馏馏分(3)裂化：在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小，沸点较低的烃的过程。裂解：是深度_，主要产物是_等不饱和烃。裂化俗称炼_，裂解俗称炼_。2煤的组成和炼制方法煤的组成：元素组成主要是_、_，还含有少量的_、磷、氧、氮等元素以及无机矿物质(主要含Si、Al、Ca、Fe)。煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物。裂化乙烯油气碳氢硫 (1)煤的干馏 定义：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的_。 煤高温干馏后的产物：焦炉气(主要成分是氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳)、煤焦油(苯、甲苯、酚类、粗氨水等)、焦炭。 (2)煤的气化 煤气化的原理：煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤气化的主要反应：碳和水蒸气的反应：_。干馏C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)高温(3)煤的液化原理：把煤转化成液体燃料的过程。方法：把煤与适当的溶剂混合，在高温、高压下(有时还使用催化剂)，使煤与氢气作用生成液体燃料，这就是把煤直接液化的一种方法。煤还可以进行间接液化，就是先把煤气化成一氧化碳和氢气，然后再经过催化合成，得到液体燃料。主要反应：烷烃、烯烃和炔和炔烃的分子的分子结构构【例1】 (绍兴期末)能证明乙烯分子里含有一个碳碳双键的事实是()A乙烯分子里碳氢原子个数比为12B乙烯完全燃烧生成的CO2和H2O的物质的量相等C乙烯容易与溴水发生加成反应，且1 mol乙烯完全加成消耗1 mol溴单质D乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色【解析解析】加成反应是不饱和烃的特征反应，且1 mol的双键消耗1 mol溴单质。本题涉及加成反应和取代反应的产物的不同，需要注意的是，能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色的物质不一定含有碳碳双键。C【迁移训练1】某气态烃1 mol，能跟2 mol HCl完全加成，加成后产物分子上的氢原子又可被6 mol Cl2完全取代，则此气态烃可能是( )【解析解析】1 mol该烃跟2 mol HCl完全加成，排除B、D；A加成后产物分子中有4个氢原子，完全取代只需要4 mol Cl2；而C加成后产物分子中有6个氢原子，完全取代需要6 mol Cl2。C脂肪烃的性质及应用【例2】(宁波期末)近年来，由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。下图是以煤为原料生产聚氯乙烯(PVC)和人造羊毛的合成线路。 请回答下列问题：(1)写出反应类型：反应_；反应_。(2)写出结构简式：PVC_；C_。(3)写出AD的化学反应方程式：_。(4)与D互为同分异构体且可发生碱性水解的物质有_种(不包括环状化合物)，写出其中一种的结构简式_。【解析解析】煤干馏得到焦炭，在电炉中CaO与C反应生成CaC2，产物再与水反应生成乙炔，所以A为乙炔，则B为CH2CHCl，PVC为聚氯乙烯，乙炔与HCN发生加成反应生成CH2CHCN，由人造羊毛的结构简式可以看出其另一单体D的结构简式为CH2CHOOCCH3，则E为CH3COOH。【答案】【迁移训练2】下列关于炔烃的描述中不正确的是( )A分子中含有碳碳叁键的不饱和链烃B难发生取代反应，易发生加成反应C既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色D分子里所有的碳原子都处在同一直线上D【解解析析】根据题目条件，0.1 mol两种气态烃组成的混合气体，完全燃烧生成n(CO2)0.16 mol，n(H2O)0.2 mol，所以，混合气平均化学式为C1.6H4。从此平均化学式可以看出，两种气态烃分子中，必有一种碳原子数大于1.6，另一种小于1.6，并且应该是整数，故碳原子数小于1.6的烃肯定是CH4，又因为平均H原子数为4，则另一种烃的H原子数必为4，可能有乙烯(C2H4)。 有关脂肪烃的计算【例3】两种气态烃组成的混合气体0.1 mol，完全燃烧得到7.04 g CO2和3.6 g H2O，下列说法正确的是()A一定有甲烷 B一定没有甲烷C可能有乙烯 D一定有乙炔AC【解解析析】根据题目条件，0.1 mol两种气态烃组成的混合气体，完全燃烧生成n(CO2)0.16 mol，n(H2O)0.2 mol，所以，混合气平均化学式为C1.6H4。从此平均化学式可以看出，两种气态烃分子中，必有一种碳原子数大于1.6，另一种小于1.6，并且应该是整数，故碳原子数小于1.6的烃肯定是CH4，又因为平均H原子数为4，则另一种烃的H原子数必为4，可能有乙烯(C2H4)。【迁移训练3】某气态烷烃和一气态单烯烃组成的混合气体在同温、同压下对氢气的相对密度为13，取标准状况下此混合气体4.48 L，通入足量的溴水，溴水质量增加2.8 g，此两种烃是( )A甲烷和丙烯 B甲烷和2丁烯C乙烷和2甲基丙烯 D乙烷和1丁烯【 解解析析】(1)混合气体的平均摩尔质量为：M混132 gmol126 gmol1，这说明混合气体中一定有CH4。 (2)混合气体通过溴水时与之发生加成反应，故溴水增加的质量就等于烯烃的质量。混合气体物质的量为：n混 0.2 mol，其质量为：m混26 gmol10.2 mol5.2 g，m烯2.8 g，则m(CH4)5.2 g2.8 g2.4 g，其物质的量n(CH4) 0.15 mol。由此可知，烯烃的物质的量n烯0.2 mol0.15 mol0.05 mol。设烯烃分子中含碳原子n个，则该烯烃的相对分子质量为14n。14n ，解得n4。【答案】B苯分子空间结构【例4】能说明苯分子的平面六边形结构中，碳碳间不是单、双键交替的事实是()A苯的二元取代物无同分异构体B苯的邻位二元取代物只有一种C苯的间位二元取代物只有一种D苯的对位二元取代物只有一种B【解析解析】【迁移训练4】(嘉兴二模)有结构为 的烃，下列说法正确的是( )A分子中至少有6个碳原子共平面B分子中至少有8个碳原子共平面C分子中至少有9个碳原子共平面D分子中至少有14个碳原子共平面【解解析析】从题中所给烃分子的结构分析得出：CH3取代了苯环上的一个氢原子，左或右部分所有7个碳原子均分别在同一平面上，A错；同时，由于左右两个苯环平面可通过CC单键绕键轴旋转到不在同一平面，则D错。C因此，很多同学会误认为B正确而排除C。而这恰巧陷入该题的思维误区。选B虽然考虑了苯分子的平面结构特征，但却疏忽了苯环上六个碳原子呈正六边形排列的对称性。从苯环结构：任一对称轴线上均有两个碳原子，加上另一甲苯基上7个碳原子，至少应有9个碳原子共平面，故C正确。苯及其同系物的性质和应用【例5】已知：；苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。以下是用苯做原料制备某些化合物的转化关系图：(1)A是一种密度比水_(填“小”或“大”)的无色液体；A转化为B的化学方程式是_。(2)图中“苯EF”省略了反应条件，请写出E物质的结构简式：_。(3)在“苯 C D ”中的反应中属于取代反应的是_，属于加成反应的是_(填字母)。(4)B在苯环上的二氯代物有_种同分异构体；CH3NH2的所有原子_(填“是”或“不是”)在同一平面上。【解析解析】应用信息和各转化关系产物中各官能团在苯环上的位置可知：CH3、Br为对位定位基，而NO2为间位定位基。取得这些信息是推断A、B、C、D、E、F的关键。【迁移训练5】下列物质的一氯代物种类最多的是()化石燃料的加工与烃的来源【例6】以石油裂解气为原料，通过一系列化学反应可得到重要的化工产品增塑剂G。 请完成下列各题：(1)写出反应类型：反应_；反应_。(2)写出反应条件：反应_；反应_。(3)反应的目的是_。(4)写出反应的化学方程式：_。(5)B被氧化成C的过程中会有中间产物生成，该中间产物可能是_(写出一种物质的结构简式)，检验该物质存在的试剂是_。(6)写出G的结构简式_。【答案】(1)加成反应取代反应(2)NaOH/醇溶液(或KOH/醇溶液)NaOH/水溶液(3)防止双键被氧化(合理即给分) 【迁移训练6】下列说法不正确的是( )A芳香烃主要来源于分馏煤焦油和石油的催化重整B苯的同系物均可被酸性高锰酸钾氧化C含苯环的烃都是芳香烃D用分子筛固体催化剂工艺生产乙苯，可大幅度降低对环境的污染同时提高经济效益【解析】苯的同系物中只有结构为 ，才可以被酸性高锰酸钾氧化。B1.下列关于苯的说法中，正确的是( )A在空气中燃烧时产生较多的黑烟B分子中含有3个CC键和3个C C键C分子中C、H元素的质量比为61D通入氢气即可发生加成反应【解析解析】苯中含碳量大，燃烧时由于碳未能完全燃烧，所以产生较多黑烟。苯中不含双键。C、H元素的质量比为121。苯与氢气在有催化剂的条件下才可以加成。 A 2.下列变化是由于加成反应造成的是( )ACH4与Cl2的混合气体光照后颜色变浅B苯加入溴水中用力振荡，静止后水层变为无色CC2H4通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫色逐渐变浅DC2H4通入Br2的CCl4溶液中，溶液褪色【解析解析】 A项中是由于取代反应所致；B项是由于苯将溴水中的Br2萃取所致；C项是由于KMnO4氧化C2H4所致。 D 3.工业上制取一氯乙烷(CH3CH2Cl)应采用()A由乙烯和氯气在一定条件下发生加成反应B由乙烯和氯化氢在一定条件下发生加成反应C由乙烷和氯气在一定条件下发生取代反应D由乙烷和氯气在一定条件下发生加成反应【解析解析】乙烯和氯气在一定条件下发生加成反应。由乙烷和氯气在一定条件下发生取代反应得到的产物有多种。乙烷和氯气在一定条件下不能发生加成反应。 B 4.下列现象中，不是因为发生化学反应而产生的是()A乙烯使酸性KMnO4溶液褪色B将苯滴入溴水中，振荡后水层接近无色C乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色D甲烷与氯气混合，光照一段时间后黄绿色消失【解析解析】 A项中乙烯使酸性KMnO4溶液褪色，是由于发生了氧化还原反应，是化学变化。B项苯使溴水变成无色，是发生了萃取，是物理变化，由于溴易溶于苯，从而使水层接近无色。C项乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色是发生加成反应，是化学变化。D项甲烷和氯气混合，在光照条件下发生了取代反应，所以黄绿色消失，是化学变化。【答案】 B5.汽油不仅是最重要的燃料，而且是重要的化工原料，它既可以裂解得到气态化工原料如乙烯等，还可以在催化剂催化作用下改变分子结构，由链烃变成芳香烃，如己烷变成苯，这个变化叫异构化。请根据以汽油为原料的下列衍变关系，写出相应的化学方程式，并注明反应类型。(1)_。(2)_ 。(3)_。加成反应加聚反应取代反应