烷烃思维导图高中

烷烃

一、定义与通式

• 定义:
  • 仅含C、H两种元素
  • 碳原子之间以单键连接
  • 分子中所有碳原子均达到饱和状态
• 通式: CnH2n+2 (n≥1)
  • n代表碳原子个数
  • 适用于直链、支链烷烃
  • 环烷烃不适用

二、命名

• 系统命名法 (IUPAC命名法):
  • 选主链:
    • 最长碳链 (碳原子数最多)
    • 若有多个等长碳链，选择含取代基最多的
  • 编号:
    • 从离取代基最近的一端开始编号
    • 若两端距离取代基一样近，则选择使第一个取代基编号最小的一端
    • 若多个取代基距离两端一样近，则使取代基编号之和最小
  • 命名:
    • 取代基位置编号 + 取代基名称 + 主链名称
    • 相同取代基合并：二、三、四...
    • 不同取代基按字母顺序排列 (不考虑二、三等前缀)
    • 主链名称：根据碳原子数选择 (甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷...)
• 习惯命名法:
  • 异丁烷、新戊烷等
  • 用于简单支链烷烃

三、物理性质

• 状态:
  • C1-C4：气态 (常温常压)
  • C5-C17：液态
  • C18以上：固态
• 熔沸点:
  • 随碳原子数增加而升高 (分子间作用力增强)
  • 同碳原子数，支链越多，熔沸点越低 (分子间作用面积减小)
• 溶解性:
  • 难溶于水 (非极性分子)
  • 易溶于有机溶剂

四、化学性质

• 烷烃的稳定性:
  • C-C、C-H键键能较大，化学性质稳定
  • 但仍可发生一些反应
• 氧化反应:
  • 燃烧:
    • 完全燃烧：产物为CO2和H2O
    • 不完全燃烧：产物为CO、C、H2O
    • 放热反应 (重要能源)
    • 反应方程式书写：配平原则 (先C、后H、最后O)
  • 催化氧化 (工业制备某些有机物):
    • 例如：甲烷催化氧化制甲醛
• 取代反应 (卤代反应):
  • 条件：光照
  • 机理：自由基取代反应 (链式反应)
    • 引发、链增长、链终止
  • 产物：多种卤代烃混合物 (一氯代物、二氯代物...)
  • 反应活性：取决于氢原子的类型 (叔 > 仲 > 伯)
• 热裂解 (高温裂解):
  • 条件：高温、缺氧
  • 产物：多种小分子烷烃、烯烃、氢气等
  • 目的：获得重要的化工原料 (乙烯、丙烯等)
• 消去反应:
  • 烷烃本身不发生消去反应
  • 卤代烃在一定条件下发生消去反应，生成烯烃

五、重要烷烃

• 甲烷 (CH4):
  • 天然气、沼气的主要成分
  • 最简单的有机物
  • 重要的燃料和化工原料
• 乙烷 (C2H6):
  • 石油裂解气、天然气中存在
  • 重要的化工原料
• 丙烷 (C3H8) 和 丁烷 (C4H10):
  • 液化石油气 (LPG) 的主要成分
  • 方便携带和使用

六、同系物、同分异构体

• 同系物:
  • 结构相似，分子组成上相差若干个CH2原子团的有机物
  • 具有相似的化学性质
  • 物理性质递变
  • 通式相同
  • 烷烃互为同系物 (CnH2n+2)
• 同分异构体:
  • 分子式相同，结构不同的有机物
  • 烷烃的同分异构体主要是碳链异构
  • 随着碳原子数增加，同分异构体数目增多
  • 同分异构体的物理性质和化学性质不同

七、环烷烃

• 定义:
  • 分子中含有碳环的饱和烃
• 通式: CnH2n (n≥3)
• 性质:
  • 与烷烃相似
  • 小环不稳定，易开环
• 命名:
  • 环烷烃 (环丙烷、环丁烷...)
  • 含取代基时，编号原则与烷烃类似

八、考点聚焦

• 烷烃的命名 (重点):
  • 熟练掌握IUPAC命名法
  • 能正确命名简单烷烃
• 同分异构体书写 (难点):
  • 掌握书写技巧
  • 注意对称性
• 卤代反应机理:
  • 了解自由基取代反应的过程
• 烷烃的用途:
  • 燃料
  • 化工原料
• 与烯烃、炔烃的比较:
  • 结构、性质、命名等方面的区别