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1、目录第四章 烃41有机物52甲烷73烷烃 同系物124乙 烯185烯 烃226乙炔1 炔烃257苯 芳香烃298石油和石油产品概述349煤和煤的综合利用3910实验乙烯、乙炔的制取和性质4211实验乙醇和苯酚的性质4412实验乙醛的性质4513实验苯和甲苯的性质4614烃内容提要4715烃单元小结4816重点难点提示4917教材分析50第五章 烃的衍生物5218乙醇5319苯酚5820醛6121乙酸6522酯6923油脂7024实验酚醛树脂的制取7325实验乙酸乙酯的制取75第四章 烃1 有机物 在日常生活和工农业生产里，人们从动物、植物等生物体中取得糖类、蛋白质、油脂和染料等等多种多样的化合
2、物，作为吃、穿、用等方面的必需品，已经有非常悠久的历史。由于在那时这类化合物只能从动、植物等有机体中取得，因此人们就把这类化合物称为有机化合物。从19世纪20年代开始，人们用非生物体内取得的物质先后合成了许多有机化合物，如尿素等。这样，就打破了只能从有机体取得有机化合物的限制。现在，人们不但能够合成自然界里已有的许多种有机化合物，而且能够合成自然界里原来没有的多种多样性能良好的有机化合物，如合成树脂、合成橡胶、合成纤维和许多药物、染料等等。因此“有机化合物”这个名称已失去了历史上原来的意义，只是因为大家习惯用这个名称，所以一直沿用着。现在，我们所说的有机化合物，简称有机物，指的是含碳元素的化合
3、物。而把研究有机物的化学，叫做有机化学。组成有机物的元素，除主要的碳外，通常还有氢、氧、氮、硫、磷、卤素等。无机化合物，简称无机物，一般指的是组成里不含碳元素的物质。我们过去已学过的很多化合物如水、氯化钠、氨、硫酸等等都是无机物。而像一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐等少数物质，虽然含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物很相近，一向把它们作为无机物。有机物种类繁多，目前从自然界发现的和人工合成的有机物已超过1千万种，这是由于碳原子含有4个价电子，可以跟其它原子形成4个共价键，而且碳原子跟碳原子之间能以共价键结合，形成长的碳链。有关这方面的知识，将在以后各章里学习。一般说来，有机物具有以下主要特点：大多
4、数有机物难溶于水，易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂。绝大多数有机物受热容易分解，而且容易燃烧。绝大多数有机物不易导电，熔点低。有机物所起的化学反应比较复杂，一般比较慢，有的需要几小时甚至几天或更长时间才能完成，并且还常伴有副反应发生。所以许多有机化学反应常常需要加热或使用催化剂以促进它们的进行。上面提到的有机化合物的许多物理性质和化学性质的特点，也是跟有机物的结构密切相关的。大多数有机物分子里的碳原子跟其它原子经常是以共价键相结合，同时这些分子聚集时，又是分子晶体。我们学习过的无机物许多是以离子键结合的，并形成离子晶体。这些结构上的不同，就会在有机物的物理性质和化学性质方面表现出来。当然严格来讲
5、，有机物和无机物在性质上的区别也并不是绝对的。由于有机物对发展国民经济和提高人民生活水平都具有重要意义，在近代，生产有机物的各种工业就越来越迅速地得到了发展。有机化学早已从研究和利用天然有机物发展到大量用人工的方法制造（合成）新的有机物了。有机化学在农业、能源、材料等科学技术研究领域里占有重要的地位。有机化学也是研究跟生命有关的生物化学以及分子生物学的基础之一。因此，学好有机化学，对于今后参加祖国的四个现代化建设是非常必要的。 2 甲烷 有机化合物里，有一大类物质是仅由碳和氢两种元素组成的，这类物质总称为烃，也叫碳氢化合物。甲烷是烃类里分子组成最简单的物质。一、甲烷在自然界里的存在甲烷是没有颜
6、色、没有气味的气体。它的密度（在标准状况下）是0.717g/L，大约是空气密度的一半。它极难溶解于水，很容易燃烧。甲烷是池沼底部产生的沼气和煤矿的坑道所产生的气体的主要成分。这些甲烷都是在隔绝空气的情况下，由植物残体经过某些微生物发酵的作用而生成的。此外，在有些地方的地下深处蕴藏着大量叫做天然气的可燃性气体，它的主要成分也是甲烷（按体积计，天然气里一般约含有甲烷8097）。沼气对于解决我国农村的能源问题，改善农村环境卫生，提高肥料质量等方面都有重要的意义。二、甲烷分子的组成和结构甲烷由碳和氢两种元素组成。根据在标准状况下已测得的甲烷气体的密度，我们可以计算出甲烷的摩尔质量约等于：0.717g/
7、L22.4L/mol=16g/mol通过对甲烷气体进行的定量测定，可以知道，甲烷里碳的质量分数是75，氢的质量分数是25。我们可以得出：1mol甲烷分子里的含碳量约等于1mol16g/mol75=12g，所以1mol甲烷分子含1mol碳原子。1mol甲烷分子里的含氢量约等于 1mol16g/mol25=4g，所以1mol甲烷分子里含4mol氢原子。因此，甲烷的分子式是CH4。那么，在甲烷分子里，1个碳原子和4个氢原子是怎样结合的呢？我们知道，碳原子的最外电子层有4个电子，它能跟4个氢原子形成4个共价键。如果以表示碳原子的价电子，以表示氢原子的价电子，甲烷的电子式可以写作：在化学上常用一条短线来
8、代表一对共用电子。因此，可以用下式来表示甲烷分子的结构：这种用短线来代表一对共用电子的图式叫做结构式。甲烷的结构式虽然可以初步说明碳、氢各原子间的结合情况，但是并不能够说明分子里各原子在空间分布的实际情况。经过大量的科学实验证明，甲烷分子里的一个碳原子和四个氢原子不在同一个平面上，而是形成了一个正四面体的立体结构。碳原子位于正四面体的中心，而四个氢原子分别位于正四面体的四个顶点上。碳原子的四个价键之间的夹角（键角）彼此相等，都是10928。四个碳氢键的键长都是1.0910-10m。经测定，C-H键的键能是413kJ/mol。图4-1是甲烷分子结构的示意图，它可以表示分子里各原子的相对位置。图4
9、-2，是甲烷分子的一种模型，黑球代表碳原子，白球代表氢原子，短棍代表价键。这种模型叫做球棍模型。图4-2，是甲烷分子的另一种模型，叫做比例模型。它用黑球和白球的体积比，来大体上表示碳氢两种原子的体积比。化合物的结构式对于我们认识它们的结构、制法、性质等都是很重要的，对于有机化合物更是这样。表示分子结构的模型可以帮助我们进一步了解分子的立体形状和分子内各原子的相对位置。有机物的立体结构式书写起来比较费事，为方便起见，一般仍采用平面的结构式。三、甲烷的制法和性质1甲烷的制法在实验室里，甲烷是用无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰混合加热制得的（见图4-3，）。氢氧化钠跟醋酸钠起反应的化学方程式如
10、下：CH3COONaNaOH Na2CO3CH4醋酸钠 甲烷实验4-1取一药匙研细的无水醋酸钠和三药匙研细的碱石灰，在纸上充分混合，迅速装进试管，装置如图4-3，所示。加热。用排水集气法把甲烷收集在试管里。观察它的颜色并闻它的气味。2甲烷的化学性质和用途在通常情况下，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。实验4-2把甲烷经导管通入盛有高锰酸钾酸性溶液的试管里（图4-3，），观察紫色溶液是否有变化。我们从实验看到，溶液颜色没有变化，说明甲烷跟强氧化剂高锰酸钾不起反应。但是申烷的稳定性是相对的，在特定的条件下，也会发生某些反应。（1）取代反应实验4-3制备好一集气瓶的纯净的甲烷和
11、氯气的混合气体，用玻璃片把瓶口盖好，放在光亮的地方（注意：不要放在日光直射的地方，否则会引起爆炸）。等待片刻，观察瓶内气体颜色的变化。在室温下，甲烷和氯气的混合物可以在黑暗中长期保存而不起任何反应。但把混合气体放在光亮的地方就会发生反应，黄绿色的氯气就会逐渐变淡。这个反应的化学方程式可以表示如下（为明显起见，用结构式代替分子式）：但是反应并没有停止，生成的一氯甲烷仍继续跟氯气作用，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷（又叫氯仿）和四氯甲烷（又叫四氯化碳）。反应分别表示如下：在这些反应里，甲烷分子里的氢原子逐步被氯原子所代替而生成了四种取代产物。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
12、叫做取代反应。一氯甲烷等四种取代产物都是甲烷的氯化物。像这种烃分子中的氢原子被卤素原子取代的化合物叫做卤代烃。甲烷的四种氯代物都不溶于水。在常温下，一氯甲烷是气体，其它三种都是液体。三氯甲烷和四氯甲烷都是工业上重要的溶剂。四氯甲烷还是一种效率较高的灭火剂。（2）氧化反应实验4-4点燃纯净的甲烷（注意：点燃前必须像检验氢气纯度那样先检验甲烷的纯度），注意观察火焰。然后在火焰上方罩一个干燥的烧杯（图4-3，），很快就可以看见烧杯内壁变得模糊，有水蒸气凝结。把烧杯倒转过来，向杯内注入少量澄清石灰水，振荡，观察石灰水变浑浊。纯净的甲烷在空气里安静地燃烧，同时放出大量的热。CH42O2 CO22H2O（
13、液）890kJ所以甲烷是一种很好的气体燃料。但是必须注意，如果点燃甲烷跟氧气或空气的混合物，它就立即发生爆炸。因此，在煤矿的矿井里，必须采取安全措施，如通风、严禁烟火等，以防止甲烷跟空气混合物的爆炸事故发生。（3）加热分解在隔绝空气的条件下加热到1000以上，甲烷就分解生成炭黑和氢气。CH4 C2H2甲烷分解生成的炭黑是橡胶工业的重要原料，也可以用于制造颜料、油墨、油漆等。3 烷烃 同系物 一、烷烃除甲烷外，还有一系列性质跟它很相似的烃，像乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等等。它们的结构式可以分别表示如下：在这些烃的分子里，碳原子跟碳原子都以单键结合成链状，跟甲烷一样，碳
14、原子剩余的价键全部跟氢原子相结合。这样的结合使得每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到“饱和”。具有这种结合的链烃叫做饱和链烃，或称烷烃。这些烷烃是根据分子里所含的碳原子的数目来命名的。碳原子数在十以下的，从一到十依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示，碳原子数在十一以上的，就用数字来表示。例如，C7H16叫庚烷，C17H36叫十七烷。为了书写方便，有机物除用结构式表示外，也可以用结构简式表示。如乙烷的结构简式是CH3CH3，丙烷的结构简式是CH3CH2CH3，戊烷的是CH3（CH2）3CH3，等等。烷烃的种类很多，表4-1里只列出其中的一部分。还有一种烃跟链烃不同，在这些烃的分子
15、里，碳原子间相互连接成环状，这种烃叫环烃。在环烃分子里，碳原子之间以单键相互结合的叫做环烷烃。以下是二种环烷烃的结构简式。环烷烃的性质跟饱和链烃相似。可以看出，环烷烃在分子的组成上比相应的烷烃少两个氢原子。环烷烃的通式是CnH2n。在环烷烃里，工业上用途较广的有环己烷。环己烷是无色液体，易挥发，易燃烧，是生产合成纤维锦纶的一种重要原料，也是一种有机溶剂。二、同系物从表4-1可以看出，各种烷烃的物理性质随着分子里碳原子数的递增（同时分子量也在递增），发生规律性的变化。例如在常温下，它们的状态是由气态、液态到固态；它们的沸点和液态时的密度都逐渐增加。这些烃在化学性质上跟甲烷相似。在通常状况下，它们很稳定，跟酸、碱和氧化剂都不起反应，也难于跟其它物质化合。这些烃在空气里都可以点燃。在光照条件下，这些烃都能跟氯气起取代反应等。从表4-1里的烷烃分子式可
