《烷烃烯烃思维导图》

I. 烷烃 (Alkanes)

• A. 定义及通式

  • 1. 定义: 只含有碳碳单键和碳氢键的饱和烃。
  • 2. 通式: CₙH₂ₙ₊₂ (n ≥ 1)

• B. 命名

  • 1. IUPAC命名法
       • a. 选取含碳原子数最多的碳链作为主链。
       • b. 从距离支链最近的一端给主链编号。
       • c. 按支链的位次、名称、数目顺序命名。
       • d. 相同支链合并，用二、三、四等数字表示。
       • e. 不同支链按字母顺序排列。
  • 2. 习惯命名法 (适用于简单烷烃)
       • a. 正丁烷 (n-butane)
       • b. 异丁烷 (isobutane)
       • c. 新戊烷 (neopentane)

• C. 结构特点

  • 1. 正四面体结构：sp³杂化
  • 2. 碳碳单键σ键可以旋转，分子有一定的柔性。
  • 3. 键角约 109.5°

• D. 物理性质

  • 1. 熔沸点:
       • a. 随着碳原子数增加，熔沸点升高。
       • b. 相同碳原子数，支链越多，熔沸点越低。
  • 2. 溶解性：难溶于水，易溶于有机溶剂。
  • 3. 状态:
       • a. C₁-C₄: 气态
       • b. C₅-C₁₆: 液态
       • c. C₁₇以上: 固态

• E. 化学性质

  • 1. 取代反应 (Substitution)
       • a. 与卤素单质在光照条件下发生取代反应。
       • b. 一氯代、二氯代...多氯代物的混合物。
       • c. 反应活性：F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂
  • 2. 燃烧反应 (Combustion)
       • a. 完全燃烧：生成二氧化碳和水。
       • b. 不完全燃烧：生成一氧化碳、碳或水。
       • c. 放热反应。
  • 3. 热裂解 (Cracking)
       • a. 在高温、催化剂条件下，烷烃断裂成小分子烷烃和烯烃。
       • b. 石油工业中重要的工艺。

• F. 重要烷烃

  • 1. 甲烷 (CH₄): 天然气的主要成分。
  • 2. 液化石油气 (LPG): 主要成分是丙烷和丁烷。

II. 烯烃 (Alkenes)

• A. 定义及通式

  • 1. 定义: 含有碳碳双键的烃。
  • 2. 通式: CₙH₂ₙ (n ≥ 2)

• B. 命名

  • 1. IUPAC命名法
       • a. 选取含碳碳双键的最长碳链作为主链。
       • b. 从距离碳碳双键最近的一端给主链编号，双键位次尽量小。
       • c. 按支链的位次、名称、数目顺序命名。
       • d. 标明碳碳双键的位置。
       • e. 顺反异构需要标记顺式 (cis-) 或反式 (trans-)

• C. 结构特点

  • 1. 平面结构：sp²杂化
  • 2. 碳碳双键由一个σ键和一个π键组成，π键较弱，易断裂。
  • 3. 双键不能旋转。
  • 4. 键角约 120°

• D. 物理性质

  • 1. 熔沸点:
       • a. 随着碳原子数增加，熔沸点升高。
       • b. 相同碳原子数，支链越多，熔沸点越低。
       • c. 顺式异构体沸点高于反式异构体，熔点低于反式异构体。
  • 2. 溶解性：难溶于水，易溶于有机溶剂。
  • 3. 状态:
       • a. C₂-C₄: 气态
       • b. C₅-C₁₅: 液态
       • c. C₁₆以上: 固态

• E. 化学性质

  • 1. 加成反应 (Addition)
       • a. 与氢气加成 (催化加氢)
       • b. 与卤素单质加成 (如溴水褪色)
       • c. 与卤化氢加成 (Markovnikov规则)
       • d. 与水加成 (酸催化)
  • 2. 氧化反应 (Oxidation)
       • a. 燃烧：与氧气反应生成二氧化碳和水。
       • b. 被酸性高锰酸钾溶液氧化：高锰酸钾溶液褪色。
  • 3. 聚合反应 (Polymerization)
       • a. 烯烃分子相互加成，形成高分子化合物。
       • b. 如乙烯聚合生成聚乙烯。

• F. 顺反异构 (cis-trans isomerism)

  • 1. 定义：由于双键不能旋转，导致分子中原子或原子团在空间排列上不同而产生的异构现象。
  • 2. 条件：
       • a. 双键碳原子连接两个不同的原子或原子团。
       • b. 每个双键碳原子上连接的两个基团不能相同。

• G. 重要烯烃

  • 1. 乙烯 (C₂H₄): 最简单的烯烃，重要的化工原料。
  • 2. 丙烯 (C₃H₆): 重要的化工原料，用于生产聚丙烯。

III. 烷烃与烯烃的比较

• A. 结构

  • 1. 烷烃：饱和烃，只含碳碳单键。
  • 2. 烯烃：不饱和烃，含有碳碳双键。

• B. 性质

  • 1. 烷烃：主要发生取代反应和燃烧反应。
  • 2. 烯烃：主要发生加成反应、氧化反应和聚合反应。

• C. 用途

  • 1. 烷烃：燃料、溶剂、化工原料。
  • 2. 烯烃：重要的化工原料，用于生产塑料、橡胶等。

IV. 应用举例

• A. 聚乙烯的生产

  • 乙烯的聚合反应生成聚乙烯，用于制作塑料薄膜、容器等。

• B. 溴水检验不饱和烃

  • 烯烃可以使溴水褪色，用于检验物质中是否含有不饱和键。

• C. 甲烷的燃烧

  • 甲烷燃烧释放大量热能，用作燃料。

• D. 石油裂解

  • 高沸点的烷烃通过裂解反应生成低沸点的烯烃和烷烃，提高汽油的产量和质量。