有机化学(一) - 学生版

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1、 1 / 23 2 / 23 (一一)石油石油 1石油的形成石油的形成 石油是由远古时代的海洋或湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长复杂的变化而形成的 黏稠状液体。 2石油的物理性质石油的物理性质 石油呈黑色或深棕色， 有特殊气味， 不溶于水， 密度比水稍小， 没有固定的熔点和沸点。 3石油的组成石油的组成 石油主要含有碳、氢两种元素（碳元素占 83%87%，氢元素占 10 %14%） ，还含有少 量的氮、氧、硫及微量的磷、钾、硅、铁、镁等元素。石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳 香烃组成的混合物。大部分是液态烃，同时也溶有气态烃和固态烃。 4原油原油 开采出来未经处理的石油叫原油， 原油中含水、

2、氧化钙和氯化镁等盐类， 必须经过脱水、 脱盐等处理。 5石油的分馏石油的分馏 (1)原理：经过脱水、脱盐等处理的石油主要是各种碳氢化合物组成的混合物。其中，含 碳原子数少的沸点低，含碳原子数多的沸点高。因此，将石油加热至沸腾，通过分馏塔，可 以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物。 【注意】石油分馏过程属于物理变化。【注意】石油分馏过程属于物理变化。 (2)石油分馏产物（即馏分）的特点：每一种馏分仍然是多种碳氢化合物的混合物。 (3)石油分馏的产品及用途 分馏产品 分子所含碳原子数 沸点范围 用 途 溶剂油 C5C8 30150 在油脂、橡胶、油漆生产中作溶剂 汽油 C5 C11 200以下 飞机

3、、汽车以及各种汽油机燃料 航空煤油 C10C15 150250 喷气式飞机燃料 煤油 C11C16 180310 拖拉机用燃料、工业洗涤剂 柴油 C15C18 200360 使用各种柴油机的汽车、军舰、轮船、 坦克、拖拉机、火车等的燃料 重 油 润滑油（锭子油、机 油、汽缸油等） C16C20 360以上 机械上的润滑剂、减少机械磨损、防锈 凡士林 C18C22 润滑剂、防锈剂、制药膏 石蜡 C20C30 制蜡纸、绝缘材料 沥青 C30C40 铺路、建筑材料、防腐涂剂 石油焦 主要成分是 C 制电极、生产 SiC 等 3 / 23 (二二)甲烷甲烷 1烃的定义烃的定义 仅含碳、氢两种元素的化合

4、物又称烃。甲烷是最简单的烃。 2甲烷的物理性质甲烷的物理性质 通常甲烷是一种没有颜色、没有气味的气体，密度比空气的小，极难溶于水。熔点为- 1825，沸点为 -164。天然气、沼气、坑道气、瓦斯的主要成分都是甲烷。 3甲烷的结构甲烷的结构 【注意】(1)CH4的分子结构和白磷的分子结构都呈正四面体形，但两者并不一样：CH4 分子是以碳原子为体心，4 个氢原子为顶点的正四面体结构，而白磷是以 4 个碳原子为顶点 的内空的正四面体。 (2)甲烷分子是正四面体构型，碳原子位于中心，4 个氢原子位于顶点，四个 CH 键完 全相同。 4甲烷的化学性质甲烷的化学性质 (1)氧化反应氧化反应 甲烷在空气中燃

5、烧火焰呈淡蓝色，化学方程式为：CH4+ 2O2 点燃CO2+2H2O。 【注意】【注意】空气中含甲烷 5%15.4%（体积）时，遇火花会发生爆炸。 因此，在进行甲烷燃烧实验时，始须先检验甲烷的纯度。 煤层中甲烷（常称为瓦斯）在煤坑道中聚集，形成的甲烷和空气的混合物是引起煤矿 爆炸的根源。为了防止发生爆炸事故，必须采取通风、严禁烟火等安全措施。 (2)高温分解高温分解 化学反应方程式为：CH4(1000) 高温C+ 2H2。 炭黑用于橡胶工业，H2用于合成氨、合成汽油等工业。 (3)取代反应取代反应 概念：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叫取代反应。 甲烷与氯气的取代反

6、应。 实验装置如右图所示： 4 / 23 实验现象量筒壁上出现油状液滴，量筒内水面上升。量筒内气体颜色变浅。 反应原理甲烷与氯气反应的化学方程式为： CH4+CI2 漫射日光HCl+CH3Cl CH3Cl +CI2 漫射日光HCl+CH2Cl2 CH2Cl2 +CI2 漫射日光HCl+ CHCl3 CHCl3+CI2 漫射日光HCl+CCl4 生成的有机物中只有 CH3Cl 是气体，其余三种都是液体，CHCl3又叫氯仿， CCl4又叫四氯化碳。 【注意】【注意】不要将 CH4和 Cl2的混合气体放在日光直射的地方，以免引起爆炸。 (三三)烷烃烷烃 1烷烃的概念 烃分子里碳原子之间都以单键结合成

7、链状， 碳原子剩余价键全部跟氢原子结合， 这样的 烃称为饱和链烃，又叫烷烃。最简单的烷烃的分子式是 CH4。 2烷烃的结构 (1)化学键类型：原子之间均以单键结合。 (2)空间结构：碳原子之间以碳碳单键结合成链状，以任意一个碳原子为中心的连在该 原子上的 4 个原子都围成四面体结构。 【注意】 (1)烷烃首先必须是烃，分子中只含有碳、氢两种元素。 (2)烷烃分子中碳原子与碳原子之间都是单键，碳剩余的价键全部跟氢原子结合，每个 碳原子的化合价都已充分利用。 (3)链状，可能有支链。 (4)烷烃分子中，以任意一个碳原子为中心都是四面体结构，所以烷烃分子中的碳原子 并不在同一条直线上， 而是呈锯齿状

8、排列， 分子中各原子不可能都在同一平面上。 也就是说， 分子中只要含有以 4 个单键与其他原子成键的碳原子存在，该分子的所有原子不可能都在 同一平面上。 3烷烃的通式 CnH2n+2 (n1，nZ) 4烷烃的物理性质 烷烃随着分子中碳原子数的增多，其物理性质发生规律性的变化： (1)常温下，它们的状态由气态液态固态；碳原子数4 的烷烃为气态；5碳原子 数16 的烷烃为液态；碳原子数16 的烷烃为固态。 (2)它们的熔沸点由低到高。 5 / 23 (3)它们的密度由小到大，但均小于水的密度。 (4)它们都不溶于水，易溶于有机溶剂。液态烷烃本身就是有机溶剂。注意特例：新戊烷 在常温常压下也是气体。

9、 5烷烃的化学性质 与甲烷相似，通常情况下，烷烃的化学性质很稳定，不与酸、碱及强氧化剂反应，但在 一定条件下可发生取代、氧化、分解反应。 (1)氧化反应 在空气或氧气中点燃时燃烧，完全燃烧时生成 CO2和 H2O，随着烷烃分子里碳原子数的 增加，往往燃烧越来越不充分，燃烧火焰明亮，甚至伴有黑烟。 CnH2n+2 +31 2n O2 点燃CO2+(n+1)H2O (2)分解反应 在隔绝空气、高温条件下，烷烃可以发生裂解（或裂化）反应： C8H18 高温C4H10+C4H8 (3)取代反应 在光照条件下与 Cl2、Br2等卤素单质的气体发生取代反应。可逐步取代，生成多种卤代烃 和卤化氢气体。 Cn

10、H2n+2 +Cl2 光CnH2n+1Cl+HCl 6同系物 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个 CH2原子团的物质，互称为同系物。同系物 概念中的两个要点是结构相似，相差一个或若干个 CH2原子团。 【注意】对于同系物概念的理解，应注意以下几点： (1)同系物必须符合同一通式； (2)同系物必须为同一类物质； (3)同系物化学式不能相同； (4)同系物结构相似，但不相同； (5)同系物之间相对分子质量相差 14n(n 为两种同系物分子的碳原子数差值)。 6 / 23 7同分异构现象和同分异构体 (1)概念 化合物具有相同的分子式， 但具有不同的结构式的现象叫做同分异构现象。 具有同分异构

11、 现象的化合物互称为网分异构体。 (2)戊烷的同分异构体 戊烷有三种同分异构体，分别是正戊烷、异戊烷和新戊烷（填名称） ，对应的结构式分别 为： 对应的结构简式分别为：CH3CH2CH2CH2CH3、 (3)烃基 烃基：烃失去一个氢原子后所剩余的原子团叫烃基。一般用 R表示。 烷基： 烷烃失去一个氢原子后所剩余的原子团， 如甲基： CH3， 乙基： CH2CH3等。 烷基的电子式： 甲基：:HH C HH；乙基：:H HH C C HH H。 8烷烃的命名 (1)习惯命名法 碳原子数在十以下的，依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。 碳原子数在十以上的用数字表示。例如 C5H12叫

12、戊烷，C17H36叫十七烷。 当碳原子数相同时可用“正” 、 “异” 、 “新”来区别。前面提到的戊烷的三种同分异构 体，即可用“正” 、 “异” 、 “新”来区别。 (2)系统命名法 选主链，称“某烷” 。 7 / 23 编号位，定支链。 取代基，写在前。 标位置，连短线。 不同基，简到繁。 相同基，合并算。 以为例 主链为：己烷 取代基名称为：甲基 取代基数目为：二 取代基位置为：2，3 该有机物的名称是 2，3-二甲基己烷 【补充认知】 一一、分子空间结构为正四面体的物质、分子空间结构为正四面体的物质 物质空间结构为正四面体的分两种情况： 一种情况为四原子型： 如白磷(P4)， 键角为

13、60； 另一种情况为五原子型：CH4、CF4、CCl4、CBr4、SiCl4、SiH4、NH4+，键角为 10928。 二二、取代反应与置换反应的区别、取代反应与置换反应的区别 三三、甲烷的取代反应应注意的问题、甲烷的取代反应应注意的问题 取代反应的条件是用漫射阳光照射，而不用强光照射，是因为强光照射时反应过于剧 烈，有可能引起爆炸。 甲烷只能与纯净的卤素单质发生取代反应。反应试剂卤素单质必须是纯物质，它们的 水溶液（F2无法制得水溶液）与 CH4不能反应。 甲烷和氯气按体积比 1 : 1 混合光照发生取代反应得到的不只是一氯甲烷， 因为甲烷分 子中的四个氢原子都可被氯原子取代，同时生成 CH

14、3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机物。 8 / 23 CH4与Cl2的物质的量之比大于1 : 4 时， 反应后的产物中一定会有CH3Cl、 CH2Cl2、 CHCl3、 CCl4。 甲烷和氯气发生取代反应，每有 1 mol H 原子被取代，生成 1 mol HCl，消耗 1 mol Cl2， 因此参加反应的 Cl2的物质的量与生成的 HCl 的物质的量相等；生成物中 HCl 最多。 四、如何判断同系物四、如何判断同系物 判断方法： “四同一差” “四同”是指：(1)具有相同的通式，(2)具有相同的化学键类型，(3)具有相同的官能团 （决定化合物特殊性质的原子或原子团）种类和数目

15、，(4)具有相同的连接方式（指官能团与 其他原子之间） 。 “一差”是指：在分子组成上必须相差一个或若干个 CH2原子团。 五、等量的烃完全燃烧时耗氧量的计算五、等量的烃完全燃烧时耗氧量的计算 1等物质的量的烃完全燃烧时耗氧量的计算 对于等物质的量(1 mol)的烃 CxHy完全燃烧时， 消耗氧气的物质的量为(x+y/4)mol， (x+y/4) 的值越大，消耗氧气的物质的量也越大。 CxHy+(x+y/4)O2 点燃xCO2+ y/2H2O 2等质量的烃完全燃烧时耗氧量的计算 因为质量相等的碳单质和氢单质燃烧，氢单质耗氧量多，因此等质量的烃 CxHy完全燃 烧时，若烃中氢元素的质量分数越大，

16、则其耗氧量越大。即若 y/x 的值越大，则烃完全燃烧 时耗氧量也越大。 2H2+O2 点燃2H2O C+O2 点燃CO2 六、如何理解同分异构体与同分异构现象六、如何理解同分异构体与同分异构现象 1同分异构现象和同分异构体是两个联系密切但又有区别的概念。同分异构现象是化 合物分子式相同而结构式不同的现象，同分异构体是这类化合物中各种不同物质的相互关系 互称为同分异构体。同分异构现象和同分异构体有共同的内涵分子式相同、分子结 构不同。 2同分异构现象、同分异构体概念的内涵包括缺一不可的两点： 一是分子式相同。分子式相同必须相对分子质量相同，但相对分子质量相同，分子式不 一定相同，如 H3PO4与 H2SO4相对分子质