烷烴的化學(xué)性質(zhì)

關(guān)于烷烴的化學(xué)性質(zhì)第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、烷烴的鹵代反應(yīng)C-C和C-H鍵，非極性鍵，鍵能大：C-C347.3kJ/mol，C-H414kJ/mol。烷烴的取代反應(yīng)：烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)代替的反應(yīng)稱取代反應(yīng)。鹵代（鹵化）反應(yīng)：烷烴分子中的氫原子被鹵素原子取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)或鹵化反應(yīng)。第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月氯代反應(yīng)甲烷和氯在強(qiáng)光作用下，產(chǎn)生碳黑：如果在漫散射光或加熱時(shí)，得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物：第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月工業(yè)生產(chǎn)上若得到單一的氯代甲烷是很難實(shí)現(xiàn)的，但調(diào)節(jié)反應(yīng)物甲烷與氯的摩爾比，可以得到以某一產(chǎn)物為主的混合物：100.26311主要產(chǎn)物烷烴分子中不同氫原子被氯代的速率不同。（28%）（72%）（64%）（36%）主要產(chǎn)物第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月溴代反應(yīng)從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，說明了什么？烷烴也能與溴反應(yīng)，生成溴代烷，但反應(yīng)活性沒有生成氯代烷的大。（3%）（97%）（痕量）（＞99%）第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月用處理氯代反應(yīng)的思路處理上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到：3°(-H):2°(-H):1°(-H)=1600:82:1即烷烴不同氫的溴代反應(yīng)活性也遵循下面的規(guī)律：CH3-H＜1°(-H)＜2°(-H)＜3°(-H)氟代反應(yīng)和碘代反應(yīng)氟與烷烴的反應(yīng)非常迅速，能引起爆炸，工業(yè)上很少應(yīng)用。碘與烷烴的反應(yīng)是一個(gè)平衡反應(yīng)，只有及時(shí)除去生成的還原性產(chǎn)物碘化氫，反應(yīng)才可能生成較多的碘代烷。第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)活性與選擇性反應(yīng)活性：指某一反應(yīng)的反應(yīng)速度。反應(yīng)選擇性：指某一反應(yīng)可能生成幾種產(chǎn)物，其中一種產(chǎn)物占總產(chǎn)物的百分含量稱為該反應(yīng)對這種產(chǎn)物的選擇性。鹵素與烷烴的取代反應(yīng)的反應(yīng)活性是：

氟代＞＞氯代＞溴代＞＞碘代實(shí)際應(yīng)用中主要是烷烴的氯代反應(yīng)和溴代反應(yīng)。氯的取代反應(yīng)比溴的取代反應(yīng)活性大，但對仲氫和叔氫的選擇性卻比溴小。第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月鹵素取代烷烴中不同氫的選擇性表21000018001I21600821Br25.13.81Cl21.81.31F23°-H2°-H1°-H鹵素一條較普遍的規(guī)律：反應(yīng)活性越大，往往對產(chǎn)物的選擇性越小。第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、烷烴鹵代反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理：對反應(yīng)的整個(gè)過程的描述稱為反應(yīng)機(jī)理，它包括一系列基元反應(yīng)。自由基反應(yīng)：自由基反應(yīng)的最本質(zhì)特征是生成反應(yīng)中間體——自由基，自由基反應(yīng)分三步：鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止。烷烴的C-H鍵是非極性鍵，氯代反應(yīng)是在光照或高溫下進(jìn)行，是自由基反應(yīng)。第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈引發(fā)鏈增長反應(yīng)（3）→（2）→（3）→（2）→……一直循環(huán)反應(yīng)下去，直至自由基消亡。第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈終止在鏈增長反應(yīng)中：第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)-能量圖如下：第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)-能量圖如下：總的反應(yīng)過程及反應(yīng)中的能量變化如動(dòng)畫所示:第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月生成活性中間體·CH3的反應(yīng)過渡態(tài)能量大，即活化能ΔE大，是反應(yīng)控制步驟。中間體較穩(wěn)定(能量較低)時(shí)，其過渡態(tài)也較穩(wěn)定，能量較低，即需要的活化能小，反應(yīng)易進(jìn)行。生成碳自由基的穩(wěn)定性與鍵的解離能有關(guān):第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月碳自由基的能量排序?yàn)椋?/p>

3o(-R·)<2o(-R·)<1o(-R·)<·CH3烷基碳自由基的穩(wěn)定性為：

3o(-R·)>2o(-R·)>1o(-R·)>·CH3定性判斷反應(yīng)進(jìn)行難易程度的結(jié)論：中間體碳自由基的穩(wěn)定性與形成碳自由基的過渡態(tài)的穩(wěn)定性是一致的。即穩(wěn)定的自由基，其過渡態(tài)也穩(wěn)定，反應(yīng)活化能較低，反應(yīng)速率較快。在150℃用Pb(CH2CH3)4

也能引發(fā)烷烴鹵代反應(yīng)。第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、烷烴的其它取代反應(yīng)硝化反應(yīng)烴與硝基化試劑反應(yīng)，在烴分子上取代一個(gè)氫原子，生成硝基化合物的反應(yīng)稱為硝化反應(yīng)。烴中不同氫的硝化反應(yīng)活性遵循：3o(-H)>2o

(-H)>1o

(-H)>CH3–H硝化反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜，除取代反應(yīng)外，還有烴分子斷鏈的反應(yīng)。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月氯磺?；磻?yīng)烴分子中的氫被氯磺?；?SO2Cl）替代的反應(yīng)稱為氯磺?；磻?yīng)。50°C高碳數(shù)磺酰氯是碳酸氫銨的吸濕劑，高碳數(shù)磺酰氯堿性水解產(chǎn)物就是一種陰離子洗滌劑。氯磺酰化反應(yīng)是自由基型反應(yīng)，反應(yīng)要在光照下進(jìn)行。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月四、烷烴的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)：在有機(jī)物分子中引入氧原子的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)。有時(shí)把有機(jī)化合物的脫去氫原子的反應(yīng)也稱氧化反應(yīng)。完全氧化反應(yīng)烴類燃燒放出的能量稱為燃燒焓（燃燒熱），現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以精確的測定燃燒焓值。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月異構(gòu)體CH3(CH2)6CH3(CH3)2CH(CH2)4CH3(CH3)3C(CH2)3CH3(CH3)3CC(CH3)3名稱辛烷2-甲基庚烷2,2-二甲基己烷2,2,3,3-四甲基丁烷-Δr

Hmθ/kj·mol-15474.25469.25462.15455.4第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒焓-Δr

Hmθ

值反映了反應(yīng)物的焓Hθ值高物，即反映了異構(gòu)體的穩(wěn)定性：n-CnH2n+2

比i-CnH2n+2

能量高，不穩(wěn)定在CnH2n+2中支鍵數(shù)增多，Hθ值小，穩(wěn)定每一摩爾-CH2-的-ΔrHmθ

≈660kJ·mol-1烷烴的最大用途就是作為燃料，是目前人類的主要能源。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月部分氧化反應(yīng)使用催化劑，控制反應(yīng)條件可使烷烴部分氧化得到醇、醛、酮、酸等化合物。合成甲醛合成環(huán)己酮合成醋酸合成脂肪酸氧化反應(yīng)的產(chǎn)物很復(fù)雜，難分離純化。第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)化合物的爆炸極限甲烷的爆炸極限是5.53%～14%，甲烷在空氣中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到這個(gè)范圍，遇明火爆炸，而在這個(gè)范圍之外燃燒亦不爆炸。大多數(shù)有機(jī)化合物都有此性質(zhì)。化工廠、煤礦爆炸事故多源于此。第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月五、烷烴的裂解反應(yīng)與異構(gòu)化反應(yīng)裂解反應(yīng)(1)熱裂解為什么前一個(gè)反應(yīng)條件是700℃，而后一個(gè)反應(yīng)的條件是800℃？第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)催化裂解高碳數(shù)烷烴，如柴油、瀝青、渣油、甚至原油都能進(jìn)行裂解反應(yīng)。工業(yè)上應(yīng)