高中化学 48 烷烃

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烷烃的定义

烷烃是一类仅由碳和氢两种元素组成，分子中的碳原子之间都以单键结合成链状，碳原子的剩余价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都达到“饱和”的烃，因此也被称为饱和烃。

烷烃的通式

烷烃的通式为\(C_{n}H_{2n + 2}\)，其中\(n\)为碳原子数。例如，当\(n = 1\)时，为甲烷\(CH_{4}\)；当\(n = 2\)时，为乙烷\(C_{2}H_{6}\)等。

烷烃的结构特点

碳链呈锯齿状：烷烃分子中的碳原子以单键相连，由于碳原子的成键特点和键角的限制，碳链不是直线形的，而是呈锯齿状。例如，正戊烷的碳链结构为\(CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3}\)，其实际空间构型是锯齿状的。

键角接近\(109^{\circ}28'\)：烷烃分子中每个碳原子与其相连的四个原子形成四面体结构，键角接近\(109^{\circ}28'\)，这使得烷烃分子具有一定的空间立体结构。

烷烃的物理性质

状态：常温常压下，\(C_{1}-C_{4}\)的烷烃为气态，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷；\(C_{5}-C_{16}\)的烷烃为液态，如戊烷、己烷、庚烷等；\(C_{17}\)及以上的烷烃为固态。

熔沸点：随着碳原子数的增加，烷烃的熔沸点逐渐升高。这是因为碳原子数越多，分子间作用力越强。对于相同碳原子数的烷烃，支链越多，熔沸点越低。例如，正戊烷的沸点高于异戊烷，异戊烷的沸点高于新戊烷。

密度：烷烃的密度比水小，且随着碳原子数的增加，密度逐渐增大，但都小于\(1g/cm^{3}\)。

溶解性：烷烃难溶于水，易溶于有机溶剂。

烷烃的化学性质

稳定性：烷烃分子中的碳碳单键和碳氢单键都比较稳定，通常情况下，烷烃与强酸、强碱、强氧化剂等都不发生反应，在光照或高温等条件下能发生一些特定的反应。

取代反应：烷烃在光照条件下能与氯气等卤素单质发生取代反应。以甲烷与氯气的反应为例，反应的化学方程式为：\(CH_{4}+Cl_{2}\stackrel{光照}{→}CH_{3}Cl+HCl\)，生成的一氯甲烷还能继续与氯气反应，依次生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等多种取代产物。

氧化反应：烷烃在空气中可以燃烧，完全燃烧的产物是二氧化碳和水，燃烧的通式为：\(C_{n}H_{2n + 2}+\frac{3n + 1}{2}O_{2}\stackrel{点燃}{→}nCO_{2}+(n + 1)H_{2}O\)。例如，甲烷燃烧的化学方程式为\(CH_{4}+2O_{2}\stackrel{点燃}{→}CO_{2}+2H_{2}O\)。

烷烃的命名

习惯命名法：对于碳原子数较少的烷烃，通常用习惯命名法来命名。用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸等表示碳原子数，在名称前加上“正”“异”“新”等字来区别不同的异构体。例如，\(CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}\)称为正丁烷，\(CH_{3}CH(CH_{3})CH_{3}\)称为异丁烷。

系统命名法：

选主链：选择最长的碳链作为主链，根据主链上的碳原子数确定母体名称，如主链有\(7\)个碳原子，则母体名称为庚烷。

编号：从距离支链最近的一端开始对主链上的碳原子进行编号，以确定支链的位置。

写名称：将支链的位置、数目和名称写在母体名称的前面，用阿拉伯数字表示支链的位置，用汉字数字表示相同支链的数目，不同的支链按照从小到大的顺序排列。例如，\(CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}\)的系统命名为\(3 - 甲基戊烷\)。