2烷烃

烷烃

1.烷烃：即饱和烃，是只有碳碳单键和碳氢键的链烃，是最简单的一类有机化合物。

烷烃分子里的碳原子之间以单键结合成链状(直链或含支链)外，其余化合价全部为氢原子所饱和。烷烃分子中，氢原子的数目达到最大值。烷烃的通式为CnH2n+2。

连接了1、2、3、4个氢的碳原子分别叫做伯、仲、叔、季碳。

烷烃失去一个氢原子剩下的部分叫烷基，一般用R-表示。

2.物理性质

烷烃随着分子中碳原子数的增多，其物理性质发生着规律性的变化：

(1)常温下，它们的状态由气态、液态到固态，且无论是气体还是液体，均为无色。一般地，C1~C4气态，C5~C16液态，C17以上固态，但新戊烷（也称2,2-二甲基丙烷）由于支链较多，常温常压下也是气体。

(2)它们的熔沸点由低到高。相同数目的碳原子，支链越多，熔沸点越低。

(3)烷烃的密度由小到大，但都小于1g/cm^3，即都小于水的密度。

(4)烷烃都不溶于水，易溶于有机溶剂。

3.化学性质

烷烃性质很稳定，在烷烃的分子里碳原子之间都以碳碳单键相结合成链关,同甲烷一样碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合.因为C-H键和C-C单键相对稳定，难以断裂。除了下面三种反应，烷烃几乎不能进行其他反应。(在通常情况下，与强酸.强碱.强氧化剂都不反应）

(1)氧化反应(燃烧)：CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2→ nCO2 + (n+1) H2O

所有的烷烃都能燃烧，而且反应放热极多。烷烃完全燃烧生成CO2和H2O。如果O2的量不足，就会产生有毒气体一氧化碳（CO），甚至炭黑（C）。

(2)取代反应：R + X2→ RX + HX

由于烷烃的结构太牢固，一般的有机反应不能进行。烷烃的卤代反应是一种自由基取代反应，反应的起始需要光能来产生自由基。

(3)裂化反应：大分子烃在高温、高压或有催化剂的条件下，分裂成小分子烃的过程。裂化反应属于消除反应，因此烷烃的裂化总是生成烯烃。如十六烷(C16H34)经裂化可得到辛烷(C8H18)和辛烯(C8H16)。

裂化反应中，不同的条件能引发不同的机理，但反应过程类似。热分解过程中有碳自由基产生，催化在工业中，深度的裂化叫做裂解，裂解的产物都是气体，称为裂解气。

由于烷烃的制取成本较高（一般要用烯烃催化加氢），所以在工业上不制取烷烃，而是直接从石油中提取。

烷烃的作用主要是做燃料。天然气和沼气（主要成分为甲烷）是近来广泛使用的清洁能源。

4.甲烷：一种主要由稻田和湿地释放出来的温室气体。甲烷是最简单的有机物，也是含碳量最小（含氢量最大）的烃，是沼气，天然气，坑道气和油田气的主要成分。它可用作燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。

分子式电子式结构式

H—C—H 键角：109°28′

分子结构：正四面体形非极性分子，4个H位于正四面体的4个顶点上，分子晶体。

5.甲烷物理性质

甲烷是无色、无味、可燃和微毒的气体。密度比空气小。甲烷溶解度很小，熔点：-182.5℃沸点：-161.5℃。同时甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰，然而有可能会偏绿，因为燃甲烷要用玻璃导管，玻璃在制的时候含有钠元素，所以呈现黄色的焰色，甲烷烧起来是蓝色，所以混合看来是绿色。

6. 甲烷化学性质

(1)化学性质比较稳定

把制得的甲烷气体通入盛有高锰酸钾溶液（加几滴稀硫酸）的试管里，没有变化。再把甲烷气体通入溴水，溴

水不褪色。

(2)取代反应

关于甲烷的取代反应，反应方程式：

CH4+Cl光照CH3Cl+HCl

CH3Cl+Cl光照CH2Cl2+HCl

CH2Cl2+Cl光照CHCl3+HCl

CHCl3+Cl2光照CCl4+HCl

实验现象及解释：

a．量筒内壁中出现油状液体(生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4为不溶于水的液体)；

b．量筒内水面上升(反应后气体总体积减小且生成的HCl气体易溶于水)；

c．水槽中有晶体析出(生成的HCl气体溶于水后使NaCl溶液过饱和)．

应注意点：

a．不要将混合气体放在日光直射的地方，以免引起爆炸；

b．反应产物是两种气体(HCl、CH3Cl)和三种液体(CH2Cl2、CHCl3、CCl4)的混合物．

甲烷的四种氯代产物都不溶于水，在常温下，CH3Cl是气体，而CH2Cl2，CHCl3，CCl4则都是无色油状液体。

(3)氧化反应

点燃纯净的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯，很快就可以看到有水蒸气在烧杯壁上凝结。倒转烧杯，加入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。说明甲烷燃烧生成水和二氧化碳。把甲烷气体收集在高玻璃筒内，直立在桌上，移去玻璃片，迅速把放有燃烧着的蜡烛的燃烧匙伸入筒内，烛火立即熄灭，但瓶口有甲烷在燃烧，发出淡蓝色的火焰。这说明甲烷可以在空气里安静地燃烧，但不助燃。用大试管以排水法先从氧气贮气瓶里输入氧气2/3 体积，然后再通入1/3 体积的甲烷。用橡皮塞塞好，取出水面。将试管颠倒数次，使气体充分混和。用布把试管外面包好，使试管口稍微下倾，拔去塞子，迅速用燃着的小木条在试管口引火，即有尖锐的爆鸣声发生。这个实验虽然简单，但也容易失败。把玻璃导管口放出的甲烷点燃，把它放入贮满氯气的瓶中，甲烷将继续燃烧，发出红黄色的火焰，同时看到有黑烟和白雾。黑烟是炭黑，白雾是氯化氢气体和水蒸气形成的盐酸雾滴。

甲烷完全燃烧化学方程式：CH4+ 2O2 CO2 + 2H2O

(4)加热分解

甲烷的受热分解：在隔绝空气并加热至1000℃的条件下，甲烷分解生成炭黑和氢气

反应方程式：CH4C+2H2

氢气是合成氨及汽油等工业的原料；炭黑是橡胶工业的原料

(5)甲烷人工制法：

1)甲烷菌分解法：将有机质放入沼气池中，控制好温度和湿度，甲烷菌迅速繁殖，将有机质分解成甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢、一氧化碳等，其中甲烷占60%-70%。经过低温液化，将甲烷提出，可制得廉价的甲烷。

2)合成法：将二氧化碳与氢在催化剂作用下，生成甲烷和氧，再提纯。

反应方程式：CO2+2H2=CH4+O2

将碳蒸汽直接与氢反应，同样可制得高纯的甲烷。

3)实验室制甲烷的方法：无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰（NaOH和CaO做干燥剂）

反应方程式：CH3COONa+NaOH===Na2CO3+CH4↑

4)收集：排水法或向下排空气法

5)用途：①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。

7.化学四同

(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同原子（核素）互为同位素

同位素化学性质很相似，但有些物理性质不同。

(2)同素异形体：由同种元素组成的具有不同性质的单质互为同素异形体。如氢有3种同位素: H、D、T。