烃的知识大突破

■浙江省金华市艾青中学 刘树载



烃的知识大突破

■浙江省金华市艾青中学 刘树载

烃包括脂肪烃和芳香烃，是有机化学的基础，是历年高考的内容之一，其涉及的规律非常多，如各种烃的组成、结构、通式，烃类物质的物理性质规律，取代、加成反应规律，烃类物质燃烧规律等，在学习时应一一落实到位，并注意相关知识的灵活应用。

一、烃的分类

(1)降冰片烯属于____。

a．环烃 b．不饱和烃

c．烷烃 d．芳香烃

(2)降冰片烯的分子式为____。

(3)降冰片烯的一种同分异构体(含有一个六元环的单环化合物)的结构简式为____。

(4)降冰片烯不具有的性质是____。

a．能溶于水

b．能发生氧化反应

c．能发生加成反应

d．常温常压下为气体

解析：(1)降冰片烯分子中含有碳碳双键，属于不饱和烃，降冰片烯也属于环烃，但不属于烷烃(饱和烃)，分子中不存在苯环，不属于芳香烃。(2)根据碳、氢原子的成键规律和降冰片烯的结构简式可得其分子式为C7H10。(3)根据分子式C7H10，如分子中有六元环，应还含有一个碳碳双键，六元环需6个C原子，剩余的碳氢构成甲基。(4)降冰片烯属于烃类，有机物不能溶于水，其碳原子个数已经大于4，常温下不是气体，其分子中含有碳碳双键，能发生加成和氧化反应。

解题点睛:

A．C2H4

B．C4H8

答案：A

解题点睛：同系物的判断规律：(1)一差(分子组成差若干个CH2)；(2)两同(同通式，同结构)；(3)三注意：①必为同一类物质；②结构相似，即有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目；③同系物间物理性质不同，化学性质相似。

三、脂肪烃的物理性质

例3 下列物质的沸点排列顺序正确的是( )。

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-甲基丙烷的碳原子数为4, 正戊烷、2-甲基丁烷、 2，2-二甲基丙烷的碳原子数为5。2-甲基丙烷含支链，丁烷不含支链，故丁烷沸点高于2-甲基丙烷。2-甲基丁烷含一个支链，2，2-二甲基丙烷含两个支链，正戊烷不含支链，故沸点正戊烷>2-甲基丁烷>2，2-二甲基丙烷>丁烷>2-甲基丙烷。

答案：C

解题点睛：判断同类型的有机物的熔、沸点高低，首先看分子量大小，分子量越大，则熔、沸点越高；如果分子量相同，则看支链的多少，一般而言，支链越多，熔、沸点越低，支链越少，熔、沸点越高。

四、脂肪烃的化学性质

例4 1 mol某链烃最多能和2 mol HCl发生加成反应，生成的1 mol氯代烷能和6 mol Cl2发生取代反应，最终生成只含碳元素和氯元素的氯化烃，该烃可能是( )。

答案：B

解题点睛：1 mol烯烃只能与1 mol H2或卤素单质、卤化氢加成，而1 mol炔烃最多可与2 mol 上述物质加成。取代反应与加成反应的特点不同，1个Cl只能取代1个H原子，即向有机物分子中引入氯原子。

五、脂肪烃的来源和应用

例5 下列说法错误的是( )。

A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．石油裂解是为了获得更多的汽油

D．煤油、柴油、汽油都是烃的混合物。

解析：A选项，石油是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物。石油主要由液态烃构成，也溶有少量气态烃和固态烃。石油中肯定含有C5～C11的烷烃，因此通过炼油厂的分馏就可以得到汽油、煤油等分馏产品。B选项，含C18以上的固态烃利用率低，交通运输业需要更多的燃料油。使重油长链烃分子断裂就可以得到汽油，使长链烃分子断裂为C5～C11烷烃的过程采用催化裂化的方法。C选项，石油裂解属于深度裂化，采用的温度比裂化高，长链烃分子断裂程度大。裂解的目的不是为了生产更多的汽油，而是为了获得大量的石油化工产品，主要是三烯：乙烯、丙烯、丁二烯。D选项，石油是烃的混合物，石油分馏产品汽油、煤油、柴油等仍是烃的混合物。所不同的只是这些分馏产品沸点范围小，是含碳原子数相近的烃的混合物。

答案：C

解题点睛：掌握石油的分馏、裂化和裂解等步骤以及所得到的产物。裂化的目的是为了提高轻质油，特别是汽油的产量；裂解的目的是得到以“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)为主的短链及不饱和烃。

六、苯的分子结构

例6 能说明苯分子的平面正六边形的结构中，碳碳键不是单、双键交替的事实的是( )。

A．苯的一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

答案：B

解题点睛：苯分子不是碳碳单键和双键交替组成的环状结构，苯环上的碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的共价键，六个碳碳键完全相同，所以苯分子的空间构型为平面正六边形，苯分子里的6个碳原子和6个氢原子都在同一平面上，是一种非极性分子。此题用的方法叫“反证法”，即“反其道而行之”。为了证明苯环不是碳碳单键和双键的交替，先设它是这样的结构，看能引起什么样的结果，再结合题干选项从而解决问题。

七、苯的化学性质

例7 与饱和链烃、不饱和链烃相比较，苯具有的独特性质是( )。

A．难氧化、易加成、难取代

B．难氧化、易取代、难加成

C．易氧化、难加成、易取代

D．易氧化、难加成、难取代

解析：苯分子中存在独特的碳碳键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明难氧化；苯不具有典型的双键所应有的加成反应性质，与烯烃相比，苯不易发生加成反应，但在特殊情况下(催化剂、一定温度)，仍能发生加成反应。与烷烃相比，苯的取代反应较易。

答案：B

解题点睛：结构决定性质，性质是结构的反映。苯分子的结构并不是简单的单键、双键交替组合，而是一种独特的碳碳键，因此苯的性质表现为易取代(C—H键断裂)、难加成。

八、苯的同系物的结构

例8 侧链上含3个碳原子的甲苯的同系物共有( )。

A．1种 B．3种 C．6种 D．8种

解析：甲苯的同系物也就是苯的同系物，侧链必须饱和。含三个碳原子的侧链有三种情况：一是全为甲基，二是全为丙基，三是含有一个甲基和一个乙基。符合以上条件的都是甲苯的同系物。

答案：D

解题点睛：苯的同系物都含有1个苯环，在组成上比苯多一个或若干个CH2原子团，符合CnH2n-6(n≥6)的通式。实际上，只有苯环上的取代基是烷烃基时，才属于苯的同系物。苯的同系物特征是只含有一个苯环。

九、烃分子中原子共线或共面的确定

A．6 B．8 C．9 D．14

图1

解析： “至少”实际是说一定处于同一平面的C原子个数。苯分子是一个平面型分子，分子中的六个碳原子和六个氢原子都在同一平面上。所以，与苯环直接相连的原子都在苯环所确定的平面上，即图1所标的碳原子1和8肯定在左边苯环所决定的平面上。又由于苯分子中的键角是120°，所以碳原子4、7、8、9肯定在同一条直线上，即9号碳原子也一定在左边苯环所决定的平面上。此题如果说最多可能有多少碳原子共平面，那么，应该是14个碳原子，即全部碳原子共平面。

答案：C

解题点睛:有机化合物不仅有一定的分子组成，还有一定的空间结构。掌握一些典型有机化合物的空间结构，运用数学上立体几何的有关知识，可以顺利解决有机化合物中原子共直线、共平面问题。

(1)CH4型。此类化合物的空间结构为正四面体。C原子位于正四面体中心，四个氢原子位于正四面体的顶点，C—H键之间的键角为109°28′，五个原子中最多有三个原子共平面。

(3)HC≡CH型。乙炔的结构式为H—C≡C—H，四个原子处在同一直线上。

十、烃燃烧推断分子式

例10 400 K、1.01×105Pa时，2 L烃A的蒸气能在mL氧气中完全燃烧，反应后体积增至(m+4) L(体积在同样的条件下测定)。请回答：

(1)烃A在组成上应满足的条件是____。

(2)当m=15时，该烃可能的分子式为____。

(3)若A在常温常压下为气态，m的取值范围是____。

(2)可能出现的烃及耗氧量(L)：

C3H85×2=10

C4H86×2=12

C5H87×2=14

C6H88×2=16>15

故可能的分子式为C3H8、C4H8、C5H8。

(3)A在常温常压下为气态，可能为C3H8或C4H8，只需考虑耗氧量最大的C4H8，故m应不小于12。

答案：烃分子中氢原子数为8 C3H8、C4H8、C5H8m≥12

十一、烃的鉴别与鉴定

例11 能用高锰酸钾酸性溶液鉴别而不能用溴水鉴别的是( )。

A．甲烷和乙烯 B．乙烯和乙炔

C．苯和邻二甲苯 D．浓盐酸和浓硝酸

解析：乙烯、乙炔都能使溴水和高锰酸钾酸性溶液褪色，而甲烷、苯、浓盐酸、浓硝酸都不能使高锰酸钾酸性溶液和溴水褪色，故A、B、D不符合题意。邻二甲苯可使高锰酸钾酸性溶液褪色，而不能使溴水褪色。

答案：C

解题点睛：各类烃的结构特点及其重要性质：

烃结构特点重要化学性质烷烃链烃、C—C键稳定,取代(特征反应)、氧化(燃烧)、裂解烯烃链烃、CC键不稳定,加成(特征反应)、氧化、加聚炔烃链烃、CC键不稳定,加成(特征反应)、氧化、加聚二烯烃链烃,2个CC键不稳定,加成(1,2加成和1,4加成)、氧化、加聚苯及其同系物芳香烃,一个苯环稳定,易取代,能加成,难氧化,苯的同系物侧链易被酸性KMnO4溶液氧化

(责任编辑 谢启刚)