高中化学 18 乙烯、烃、有机高分子材料、苯的结构与性质

陈一男学习网站[ ChenYinan.com ] - 中国化学学会 - 中国院士 - GeoGebra - 化学基础

乙烯

分子结构：乙烯的分子式为\(C_{2}H_{4}\)，电子式为\(H:\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{C}}::\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{C}}:H\)，结构式为\(H—C=C—H\)，结构简式为\(CH_{2}=CH_{2}\)。乙烯分子中的两个碳原子和四个氢原子都在同一平面上，碳碳双键中的一个键容易断裂，因此乙烯的化学性质比较活泼。

物理性质：乙烯是一种无色、稍有气味的气体，难溶于水，密度比空气略小。

化学性质：

氧化反应：乙烯能在空气中燃烧，火焰明亮且伴有黑烟，化学方程式为\(C_{2}H_{4}+3O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2CO_{2}+2H_{2}O\)。乙烯还能被酸性高锰酸钾溶液氧化，使酸性高锰酸钾溶液褪色，此反应可用于鉴别乙烯和甲烷等烷烃。

加成反应：乙烯能与溴水、氯气、氢气、氯化氢、水等发生加成反应。例如，乙烯与溴水发生加成反应，使溴水褪色，生成\(1,2-二溴乙烷\)，化学方程式为\(CH_{2}=CH_{2}+Br_{2}\longrightarrow CH_{2}BrCH_{2}Br\)。乙烯与氢气加成可生成乙烷，化学方程式为\(CH_{2}=CH_{2}+H_{2}\stackrel{催化剂}{\longrightarrow}CH_{3}CH_{3}\)。加成反应是乙烯的重要反应类型，也是不饱和烃的特征反应。

加聚反应：在一定条件下，乙烯分子间可以发生加聚反应生成聚乙烯，化学方程式为\(nCH_{2}=CH_{2}\stackrel{催化剂}{\longrightarrow}\left[CH_{2}-CH_{2}\right]_{n}\)。聚乙烯是一种重要的塑料，广泛应用于日常生活和工业生产中。

烃

概念：烃是仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物，又叫碳氢化合物。根据烃分子中碳原子间的成键方式，可将烃分为饱和烃和不饱和烃。

饱和烃：饱和烃分子中的碳原子之间都以单键相结合，其余价键均与氢原子结合，达到“饱和”状态，如烷烃。烷烃的通式为\(C_{n}H_{2n + 2}\)，具有相对稳定的化学性质，在光照条件下能与氯气等发生取代反应。

不饱和烃：不饱和烃分子中含有碳碳双键或碳碳三键等不饱和键，如烯烃、炔烃。烯烃的通式为\(C_{n}H_{2n}\)，炔烃的通式为\(C_{n}H_{2n - 2}\)。不饱和烃的化学性质比较活泼，能发生加成反应、加聚反应等。

有机高分子材料

分类：有机高分子材料按其来源可分为天然有机高分子材料和合成有机高分子材料。天然有机高分子材料如天然橡胶、棉花、羊毛、蚕丝等；合成有机高分子材料如塑料、合成纤维、合成橡胶等。

塑料：

成分及分类：塑料的主要成分是合成树脂，还可能添加了增塑剂、防老剂等添加剂。根据塑料受热时的性质不同，可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料如聚乙烯、聚氯乙烯等，受热时会软化、可塑造成各种形状，冷却后又能变成固体，可反复加工；热固性塑料如酚醛树脂等，在加工成型后就不会再受热熔化。

常见塑料及应用：聚乙烯可用于制造食品包装袋、塑料薄膜等；聚氯乙烯可用于制造电线外皮、雨衣等；聚苯乙烯可用于制造泡沫塑料、一次性餐具等；聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，可用于制造飞机的座舱盖、汽车的风挡等。

合成纤维：

合成及性能特点：合成纤维是利用石油、天然气、煤和农副产品等为原料，经一系列化学反应制成的高分子化合物。它具有强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀、不缩水等优点，但吸湿性和透气性较差。

常见合成纤维及应用：聚酯纤维（涤纶）是目前产量最大的合成纤维，具有挺括抗皱、易洗快干等特点，常用于制作服装面料、家纺等；锦纶（尼龙）耐磨性居天然纤维和化学纤维之首，常用于制作运动服、袜子、绳索等；腈纶又称人造羊毛，具有柔软、保暖等特点，常作为羊毛的替代品用于制作毛衣、毛毯等。

合成橡胶：

合成及性能特点：合成橡胶是由人工合成的高弹性聚合物，一般通过单体聚合而成。它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，弥补了天然橡胶的不足。

常见合成橡胶及应用：丁苯橡胶是合成橡胶中产量最大的品种，综合性能较好，广泛应用于轮胎、胶管、胶带等；顺丁橡胶具有优异的弹性和耐磨性，主要用于制造轮胎；氯丁橡胶具有良好的耐油性、耐老化性和耐腐蚀性，常用于制造耐油胶管、密封件等。

苯的结构与性质

分子结构：苯的分子式为\(C_{6}H_{6}\)，其结构简式为\( \)或\( \)。苯分子中的碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键，苯分子具有平面正六边形结构，所有原子都在同一平面上。

物理性质：苯是一种无色、有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，密度比水小，沸点为\(80.1^{\circ}C\)，熔点为\(5.5^{\circ}C\)。

化学性质：

取代反应：苯在一定条件下能与液溴、浓硝酸等发生取代反应。苯与液溴在溴化铁作催化剂的条件下发生取代反应，生成溴苯和溴化氢，化学方程式为\( + Br_{2}\stackrel{FeBr_{3}}{\longrightarrow} -Br + HBr\)。苯与浓硝酸在浓硫酸作催化剂、加热的条件下发生硝化反应，生成硝基苯和水，化学方程式为\( + HNO_{3}\stackrel{浓硫酸}{\underset{\Delta}{\longrightarrow}} -NO_{2}+ H_{2}O\)。

加成反应：苯虽然不具有典型的碳碳双键，但在一定条件下也能与氢气等发生加成反应。苯与氢气在镍作催化剂、加热的条件下发生加成反应，生成环己烷，化学方程式为\( + 3H_{2}\stackrel{Ni}{\underset{\Delta}{\longrightarrow}} \)。

氧化反应：苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，但苯能在空气中燃烧，火焰明亮且伴有浓烟，化学方程式为\(2C_{6}H_{6}+15O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}12CO_{2}+6H_{2}O\)。

乙烯、苯等烃类物质是有机化学中的重要基础，它们的性质和反应为进一步学习有机化学奠定了基础；而有机高分子材料作为现代化学工业的重要产物，在日常生活、工业生产、科技等领域都有着广泛的应用，其发展也推动了社会的进步。

化学基础