烴的知識大突破

■浙江省金華市艾青中學(xué) 劉樹載

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烴的知識大突破

■浙江省金華市艾青中學(xué) 劉樹載

烴包括脂肪烴和芳香烴，是有機化學(xué)的基礎(chǔ)，是歷年高考的內(nèi)容之一，其涉及的規(guī)律非常多，如各種烴的組成、結(jié)構(gòu)、通式，烴類物質(zhì)的物理性質(zhì)規(guī)律，取代、加成反應(yīng)規(guī)律，烴類物質(zhì)燃燒規(guī)律等，在學(xué)習(xí)時應(yīng)一一落實到位，并注意相關(guān)知識的靈活應(yīng)用。

一、烴的分類

(1)降冰片烯屬于____。

a．環(huán)烴 b．不飽和烴

c．烷烴 d．芳香烴

(2)降冰片烯的分子式為____。

(3)降冰片烯的一種同分異構(gòu)體(含有一個六元環(huán)的單環(huán)化合物)的結(jié)構(gòu)簡式為____。

(4)降冰片烯不具有的性質(zhì)是____。

a．能溶于水

b．能發(fā)生氧化反應(yīng)

c．能發(fā)生加成反應(yīng)

d．常溫常壓下為氣體

解析：(1)降冰片烯分子中含有碳碳雙鍵，屬于不飽和烴，降冰片烯也屬于環(huán)烴，但不屬于烷烴(飽和烴)，分子中不存在苯環(huán)，不屬于芳香烴。(2)根據(jù)碳、氫原子的成鍵規(guī)律和降冰片烯的結(jié)構(gòu)簡式可得其分子式為C7H10。(3)根據(jù)分子式C7H10，如分子中有六元環(huán)，應(yīng)還含有一個碳碳雙鍵，六元環(huán)需6個C原子，剩余的碳?xì)錁?gòu)成甲基。(4)降冰片烯屬于烴類，有機物不能溶于水，其碳原子個數(shù)已經(jīng)大于4，常溫下不是氣體，其分子中含有碳碳雙鍵，能發(fā)生加成和氧化反應(yīng)。

解題點睛:

A．C2H4

B．C4H8

答案：A

解題點睛：同系物的判斷規(guī)律：(1)一差(分子組成差若干個CH2)；(2)兩同(同通式，同結(jié)構(gòu))；(3)三注意：①必為同一類物質(zhì)；②結(jié)構(gòu)相似，即有相似的原子連接方式或相同的官能團種類和數(shù)目；③同系物間物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似。

三、脂肪烴的物理性質(zhì)

例3 下列物質(zhì)的沸點排列順序正確的是( )。

①丁烷 ②2-甲基丙烷 ③正戊烷 ④2-甲基丁烷 ⑤2，2-二甲基丙烷

A．①>②>③>④>⑤

B．⑤>④>③>②>①

C．③>④>⑤>①>②

D．②>①>⑤>④>③

解析：丁烷、2-甲基丙烷的碳原子數(shù)為4, 正戊烷、2-甲基丁烷、 2，2-二甲基丙烷的碳原子數(shù)為5。2-甲基丙烷含支鏈，丁烷不含支鏈，故丁烷沸點高于2-甲基丙烷。2-甲基丁烷含一個支鏈，2，2-二甲基丙烷含兩個支鏈，正戊烷不含支鏈，故沸點正戊烷>2-甲基丁烷>2，2-二甲基丙烷>丁烷>2-甲基丙烷。

答案：C

解題點睛：判斷同類型的有機物的熔、沸點高低，首先看分子量大小，分子量越大，則熔、沸點越高；如果分子量相同，則看支鏈的多少，一般而言，支鏈越多，熔、沸點越低，支鏈越少，熔、沸點越高。

四、脂肪烴的化學(xué)性質(zhì)

例4 1 mol某鏈烴最多能和2 mol HCl發(fā)生加成反應(yīng)，生成的1 mol氯代烷能和6 mol Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，最終生成只含碳元素和氯元素的氯化烴，該烴可能是( )。

答案：B

解題點睛：1 mol烯烴只能與1 mol H2或鹵素單質(zhì)、鹵化氫加成，而1 mol炔烴最多可與2 mol 上述物質(zhì)加成。取代反應(yīng)與加成反應(yīng)的特點不同，1個Cl只能取代1個H原子，即向有機物分子中引入氯原子。

五、脂肪烴的來源和應(yīng)用

例5 下列說法錯誤的是( )。

A．石油中含有C5～C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到汽油

B．含C18以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油

C．石油裂解是為了獲得更多的汽油

D．煤油、柴油、汽油都是烴的混合物。

解析：A選項，石油是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物。石油主要由液態(tài)烴構(gòu)成，也溶有少量氣態(tài)烴和固態(tài)烴。石油中肯定含有C5～C11的烷烴，因此通過煉油廠的分餾就可以得到汽油、煤油等分餾產(chǎn)品。B選項，含C18以上的固態(tài)烴利用率低，交通運輸業(yè)需要更多的燃料油。使重油長鏈烴分子斷裂就可以得到汽油，使長鏈烴分子斷裂為C5～C11烷烴的過程采用催化裂化的方法。C選項，石油裂解屬于深度裂化，采用的溫度比裂化高，長鏈烴分子斷裂程度大。裂解的目的不是為了生產(chǎn)更多的汽油，而是為了獲得大量的石油化工產(chǎn)品，主要是三烯：乙烯、丙烯、丁二烯。D選項，石油是烴的混合物，石油分餾產(chǎn)品汽油、煤油、柴油等仍是烴的混合物。所不同的只是這些分餾產(chǎn)品沸點范圍小，是含碳原子數(shù)相近的烴的混合物。

答案：C

解題點睛：掌握石油的分餾、裂化和裂解等步驟以及所得到的產(chǎn)物。裂化的目的是為了提高輕質(zhì)油，特別是汽油的產(chǎn)量；裂解的目的是得到以“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)為主的短鏈及不飽和烴。

六、苯的分子結(jié)構(gòu)

例6 能說明苯分子的平面正六邊形的結(jié)構(gòu)中，碳碳鍵不是單、雙鍵交替的事實的是( )。

A．苯的一元取代物無同分異構(gòu)體

B．苯的鄰位二元取代物只有一種

C．苯的間位二元取代物只有一種

D．苯的對位二元取代物只有一種

答案：B

解題點睛：苯分子不是碳碳單鍵和雙鍵交替組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，苯環(huán)上的碳碳鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的共價鍵，六個碳碳鍵完全相同，所以苯分子的空間構(gòu)型為平面正六邊形，苯分子里的6個碳原子和6個氫原子都在同一平面上，是一種非極性分子。此題用的方法叫“反證法”，即“反其道而行之”。為了證明苯環(huán)不是碳碳單鍵和雙鍵的交替，先設(shè)它是這樣的結(jié)構(gòu)，看能引起什么樣的結(jié)果，再結(jié)合題干選項從而解決問題。

七、苯的化學(xué)性質(zhì)

例7 與飽和鏈烴、不飽和鏈烴相比較，苯具有的獨特性質(zhì)是( )。

A．難氧化、易加成、難取代

B．難氧化、易取代、難加成

C．易氧化、難加成、易取代

D．易氧化、難加成、難取代

解析：苯分子中存在獨特的碳碳鍵，不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明難氧化；苯不具有典型的雙鍵所應(yīng)有的加成反應(yīng)性質(zhì)，與烯烴相比，苯不易發(fā)生加成反應(yīng)，但在特殊情況下(催化劑、一定溫度)，仍能發(fā)生加成反應(yīng)。與烷烴相比，苯的取代反應(yīng)較易。

答案：B

解題點睛：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)是結(jié)構(gòu)的反映。苯分子的結(jié)構(gòu)并不是簡單的單鍵、雙鍵交替組合，而是一種獨特的碳碳鍵，因此苯的性質(zhì)表現(xiàn)為易取代(C—H鍵斷裂)、難加成。

八、苯的同系物的結(jié)構(gòu)

例8 側(cè)鏈上含3個碳原子的甲苯的同系物共有( )。

A．1種 B．3種 C．6種 D．8種

解析：甲苯的同系物也就是苯的同系物，側(cè)鏈必須飽和。含三個碳原子的側(cè)鏈有三種情況：一是全為甲基，二是全為丙基，三是含有一個甲基和一個乙基。符合以上條件的都是甲苯的同系物。

答案：D

解題點睛：苯的同系物都含有1個苯環(huán)，在組成上比苯多一個或若干個CH2原子團，符合CnH2n-6(n≥6)的通式。實際上，只有苯環(huán)上的取代基是烷烴基時，才屬于苯的同系物。苯的同系物特征是只含有一個苯環(huán)。

九、烴分子中原子共線或共面的確定

A．6 B．8 C．9 D．14

圖1

解析： “至少”實際是說一定處于同一平面的C原子個數(shù)。苯分子是一個平面型分子，分子中的六個碳原子和六個氫原子都在同一平面上。所以，與苯環(huán)直接相連的原子都在苯環(huán)所確定的平面上，即圖1所標(biāo)的碳原子1和8肯定在左邊苯環(huán)所決定的平面上。又由于苯分子中的鍵角是120°，所以碳原子4、7、8、9肯定在同一條直線上，即9號碳原子也一定在左邊苯環(huán)所決定的平面上。此題如果說最多可能有多少碳原子共平面，那么，應(yīng)該是14個碳原子，即全部碳原子共平面。

答案：C

解題點睛:有機化合物不僅有一定的分子組成，還有一定的空間結(jié)構(gòu)。掌握一些典型有機化合物的空間結(jié)構(gòu)，運用數(shù)學(xué)上立體幾何的有關(guān)知識，可以順利解決有機化合物中原子共直線、共平面問題。

(1)CH4型。此類化合物的空間結(jié)構(gòu)為正四面體。C原子位于正四面體中心，四個氫原子位于正四面體的頂點，C—H鍵之間的鍵角為109°28′，五個原子中最多有三個原子共平面。

(3)HC≡CH型。乙炔的結(jié)構(gòu)式為H—C≡C—H，四個原子處在同一直線上。

十、烴燃燒推斷分子式

例10 400 K、1.01×105Pa時，2 L烴A的蒸氣能在mL氧氣中完全燃燒，反應(yīng)后體積增至(m+4) L(體積在同樣的條件下測定)。請回答：

(1)烴A在組成上應(yīng)滿足的條件是____。

(2)當(dāng)m=15時，該烴可能的分子式為____。

(3)若A在常溫常壓下為氣態(tài)，m的取值范圍是____。

(2)可能出現(xiàn)的烴及耗氧量(L)：

C3H85×2=10

C4H86×2=12

C5H87×2=14

C6H88×2=16>15

故可能的分子式為C3H8、C4H8、C5H8。

(3)A在常溫常壓下為氣態(tài)，可能為C3H8或C4H8，只需考慮耗氧量最大的C4H8，故m應(yīng)不小于12。

答案：烴分子中氫原子數(shù)為8 C3H8、C4H8、C5H8m≥12

十一、烴的鑒別與鑒定

例11 能用高錳酸鉀酸性溶液鑒別而不能用溴水鑒別的是( )。

A．甲烷和乙烯 B．乙烯和乙炔

C．苯和鄰二甲苯 D．濃鹽酸和濃硝酸

解析：乙烯、乙炔都能使溴水和高錳酸鉀酸性溶液褪色，而甲烷、苯、濃鹽酸、濃硝酸都不能使高錳酸鉀酸性溶液和溴水褪色，故A、B、D不符合題意。鄰二甲苯可使高錳酸鉀酸性溶液褪色，而不能使溴水褪色。

答案：C

解題點睛：各類烴的結(jié)構(gòu)特點及其重要性質(zhì)：

烴結(jié)構(gòu)特點重要化學(xué)性質(zhì)烷烴鏈烴、C—C鍵穩(wěn)定,取代(特征反應(yīng))、氧化(燃燒)、裂解烯烴鏈烴、CC鍵不穩(wěn)定,加成(特征反應(yīng))、氧化、加聚炔烴鏈烴、CC鍵不穩(wěn)定,加成(特征反應(yīng))、氧化、加聚二烯烴鏈烴,2個CC鍵不穩(wěn)定,加成(1,2加成和1,4加成)、氧化、加聚苯及其同系物芳香烴,一個苯環(huán)穩(wěn)定,易取代,能加成,難氧化,苯的同系物側(cè)鏈易被酸性KMnO4溶液氧化

(責(zé)任編輯 謝啟剛)