《烃思维导图》

一、烃的定义与分类

1. 定义

• 只由碳（C）和氢（H）两种元素组成的有机化合物。

2. 分类

• 按照分子结构

  • 脂肪烃
    • 烷烃
      • 链状饱和烃
      • 通式：CnH2n+2 (n≥1)
      • 命名：系统命名法、俗名
      • 物理性质：沸点随碳原子数增加而升高，同分异构体支链越多沸点越低
      • 化学性质：
        • 取代反应（与卤素单质等）
        • 裂解反应（高温）
        • 燃烧（完全燃烧生成二氧化碳和水）
    • 烯烃
      • 含有碳碳双键的链状不饱和烃
      • 通式：CnH2n (n≥2)
      • 命名：选择含双键最长碳链为主链，从靠近双键端编号
      • 物理性质：与烷烃类似
      • 化学性质：
        • 加成反应（与氢气、卤素单质、卤化氢、水等）
        • 加聚反应
        • 氧化反应（燃烧，酸性高锰酸钾溶液褪色）
    • 炔烃
      • 含有碳碳三键的链状不饱和烃
      • 通式：CnH2n-2 (n≥2)
      • 命名：选择含三键最长碳链为主链，从靠近三键端编号
      • 物理性质：与烷烃、烯烃类似
      • 化学性质：与烯烃类似，反应活性更高
    • 二烯烃、多烯烃
      • 含有两个或多个碳碳双键的链状不饱和烃
  • 环烃
    • 脂环烃
      • 环烷烃：饱和环状烃，通式：CnH2n (n≥3)
      • 环烯烃：不饱和环状烃
    • 芳香烃
      • 含有苯环结构的烃
      • 苯的同系物
        • 含有一个苯环，侧链为烷基的化合物
        • 通式：CnH2n-6 (n≥6)
        • 化学性质：
          • 取代反应（苯环上的取代，侧链上的取代）
          • 加成反应（苯环的加成，需催化剂和加热/光照）
          • 氧化反应（侧链的氧化，高锰酸钾溶液）
      • 稠环芳香烃
        • 多个苯环稠合在一起的芳香烃，如萘、蒽、菲等。

• 按照成键方式

  • 饱和烃
    • 只含有单键的烃，如烷烃、环烷烃。
  • 不饱和烃
    • 含有双键或三键的烃，如烯烃、炔烃、芳香烃。

二、烃的性质

1. 物理性质

• 状态：气态、液态、固态 (分子量增大，状态变化)
• 熔沸点：分子量越大，熔沸点越高；同分异构体，支链越多，熔沸点越低。
• 溶解性：难溶于水，易溶于有机溶剂。
• 密度：通常小于水。

2. 化学性质

• 氧化反应

  • 燃烧：生成二氧化碳和水，放出大量热。
  • 催化氧化：某些烃在催化剂作用下与氧气发生反应。
  • 酸性高锰酸钾溶液褪色：烯烃、炔烃、苯的同系物等。

• 取代反应

  • 烷烃与卤素单质的光照或加热取代。
  • 苯及其同系物与卤素单质或硝酸的取代（苯环上的H被取代）。
  • 苯的同系物侧链上的取代。

• 加成反应

  • 烯烃、炔烃与氢气、卤素单质、卤化氢、水等的加成。
  • 苯及其同系物与氢气的加成（需要催化剂和加热）。

• 加聚反应

  • 烯烃、二烯烃等不饱和烃通过双键断裂，形成高分子化合物。

• 裂解反应

  • 烷烃在高温下的断裂，生成烯烃和烷烃。

• 裂化反应

  • 重油在催化剂和高温下裂解成低分子量的烷烃、烯烃和芳香烃。

• 异构化反应

  • 烷烃在催化剂作用下，改变分子结构，生成同分异构体。

三、烃的来源与应用

1. 主要来源

• 石油
  • 主要成分是各种烷烃、环烷烃和芳香烃的混合物。
  • 通过分馏、裂化、裂解等手段获得各种用途的烃。
• 天然气
  • 主要成分是甲烷，也含有少量乙烷、丙烷、丁烷等。
• 煤
  • 干馏可以得到焦炭、煤焦油和煤气，煤焦油中含有大量的芳香烃。
• 生物质
  • 通过发酵、热解等方式可以获得生物质燃料，如生物柴油、生物乙醇等。

2. 主要应用

• 燃料
  • 天然气、液化石油气、汽油、柴油、煤油等。
• 化工原料
  • 乙烯、丙烯等用于生产塑料、橡胶、纤维等高分子材料。
  • 苯、甲苯、二甲苯等用于生产染料、医药、农药等精细化学品。
• 润滑剂
  • 润滑油、润滑脂等。
• 溶剂
  • 汽油、苯、甲苯等作为有机溶剂。

四、烃的同系物、同分异构体和命名

1. 同系物

• 结构相似，分子组成上相差若干个“CH2”原子团的有机化合物。
• 具有相似的化学性质。
• 物理性质随着碳原子数的增加而呈现规律性变化。

2. 同分异构体

• 分子式相同，但结构不同的有机化合物。
• 具有不同的物理性质和化学性质。
• 同分异构现象是造成有机化合物种类繁多的原因之一。

3. 命名

• 系统命名法
  • 选择含有特征官能团的最长碳链作为主链。
  • 从靠近特征官能团的一端开始编号。
  • 按照取代基的位置和名称进行命名。
• 俗名
  • 一些简单的烃类化合物具有俗名，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。
• 注意
  • 命名必须规范，不能产生歧义。
  • 要能根据名称写出结构式，也要能根据结构式写出名称。

五、烃的反应类型

1. 加成反应

• 不饱和烃（烯烃，炔烃等）双键或三键断裂，每个碳原子上加上一个基团的反应。

  2. 取代反应

• 分子中某个原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应。

  3. 消去反应

• 在一定条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子，同时形成不饱和键的反应。

  4. 氧化反应

• 有机物分子中增加氧原子或者减少氢原子的反应。包含燃烧，催化氧化，被高锰酸钾溶液氧化等。

  5. 还原反应

• 有机物分子中增加氢原子或者减少氧原子的反应。

  6. 聚合反应

• 由相对分子质量小的分子（单体）结合生成相对分子质量大的分子（聚合物）的反应。包含加聚反应和缩聚反应。

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