有机化学基础（一）：烃

本节导读

有机化学研究的是含碳化合物。高起本理化综合里，有机部分以基础知识为主：认识常见烃（甲烷、乙烯、乙炔、苯）的结构和性质，以及它们的衍生物（乙醇、乙酸等，下一节讲）。

在试卷上，选择题常考反应类型的判断（取代、加成、氧化）、使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色的物质、同系物和同分异构体；填空题常考方程式、结构简式和燃烧的计算。学完这一节，你应该能说清四种烃的结构特点，会写关键反应，会判断同分异构体的数目。

有机物与烷烃

含碳的化合物叫有机化合物（简称有机物），但一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐等性质与无机物相似，仍归无机物。有机物大多可以燃烧，熔点、沸点较低，难溶于水而易溶于有机溶剂。碳原子最外层有 4 个电子，总是形成 4 个共价键。

只含碳和氢两种元素的有机物叫烃。碳原子之间都以单键结合，其余的键被氢原子饱和的链烃叫烷烃，通式是 $\mathrm{C_nH_{2n+2}}$Cn​H2n+2​。甲烷 $\mathrm{CH_4}$CH4​ 是最简单的烷烃，分子是正四面体结构，无色无味，难溶于水，密度比空气小。甲烷化学性质比较稳定，能燃烧，也能与氯气在光照下发生取代反应：

• 燃烧：$\mathrm{CH_4+2O_2\xrightarrow{\text{点燃}}CO_2+2H_2O}$CH4​+2O2​点燃​CO2​+2H2​O
• 取代：$\mathrm{CH_4+Cl_2\xrightarrow{\text{光照}}CH_3Cl+HCl}$CH4​+Cl2​光照​CH3​Cl+HCl，生成的 $\mathrm{CH_3Cl}$CH3​Cl 还会继续被取代，最后得到 $\mathrm{CH_3Cl}$CH3​Cl、$\mathrm{CH_2Cl_2}$CH2​Cl2​、$\mathrm{CHCl_3}$CHCl3​、$\mathrm{CCl_4}$CCl4​ 的混合物，同时有 HCl 生成。

烷烃按碳原子数命名：1 到 10 个碳依次叫甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷。结构相似、分子组成相差一个或若干个 $\mathrm{CH_2}$CH2​ 原子团的有机物，互称同系物，如甲烷、乙烷、丙烷。烷烃的熔沸点随碳原子数增多而升高，常温下 1 到 4 个碳的烷烃是气体。

烯烃与炔烃

乙烯 $\mathrm{CH_2=CH_2}$CH2​=CH2​ 含碳碳双键，6 个原子在同一平面上，是无色、稍有气味的气体。分子里含一个双键的链烃叫烯烃，通式 $\mathrm{C_nH_{2n}}$Cn​H2n​。乙烯的双键中有一个键容易断裂，所以化学性质活泼：

• 加成反应：不饱和键两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合，如 $\mathrm{CH_2=CH_2+Br_2\to CH_2Br-CH_2Br}$CH2​=CH2​+Br2​→CH2​Br−CH2​Br，使溴水褪色；与 $\mathrm{H_2}$H2​、HCl、$\mathrm{H_2O}$H2​O 也能加成，与水加成得到乙醇。
• 氧化反应：燃烧时火焰明亮并伴有黑烟，能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
• 加聚反应：许多乙烯分子加成聚合，生成高分子化合物聚乙烯。

乙炔 $\mathrm{HC\equiv CH}$HC≡CH 含碳碳三键，是直线形分子，通式 $\mathrm{C_nH_{2n-2}}$Cn​H2n−2​。实验室用电石和水制取：$\mathrm{CaC_2+2H_2O=C_2H_2\uparrow+Ca(OH)_2}$CaC2​+2H2​O=C2​H2​↑+Ca(OH)2​。乙炔也能加成、能被酸性高锰酸钾溶液氧化，燃烧时火焰明亮，伴有浓烟。判断取代与加成的小窍门：取代反应“上一个下一个”，加成反应“只上不下”。

苯

苯 $\mathrm{C_6H_6}$C6​H6​ 是无色、有特殊气味的液体，有毒，密度比水小，不溶于水。苯分子是平面正六边形，6 个碳碳键完全相同，是介于单键和双键之间的一种特殊的键，所以不能说苯含有三个碳碳双键。苯的化学性质可以概括为“易取代、能加成、难氧化”：

$$\mathrm{C_6H_6+Br_2\xrightarrow{\text{FeBr}_3}C_6H_5Br+HBr},\qquad \mathrm{C_6H_6+HNO_3\xrightarrow[\Delta]{\text{浓硫酸}}C_6H_5NO_2+H_2O}$$C6​H6​+Br2​FeBr3​​C6​H5​Br+HBr,C6​H6​+HNO3​浓硫酸Δ​C6​H5​NO2​+H2​O

在催化剂作用下苯能与 3 个氢气加成，生成环己烷 $\mathrm{C_6H_{12}}$C6​H12​。苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色；苯与溴水混合振荡后，苯层变成橙红色，水层变浅，这是萃取，没有发生化学反应。下表比较四种烃的特点：

物质	结构特点	主要反应类型	使溴水褪色	使酸性高锰酸钾溶液褪色
甲烷	单键，正四面体	取代、氧化	否	否
乙烯	碳碳双键	加成、氧化、加聚	是	是
乙炔	碳碳三键	加成、氧化	是	是
苯	特殊的键	取代、加成	否（萃取）	否