专题3 石油化工的基础物质——烃

考点1 烃的分类

1．根据烃分子中是否含有苯环

烃可以分为脂肪烃和芳香烃。

属于脂肪族化合物的烃为脂肪烃，分子中一定不含苯环；属于芳香族化合物的烃为芳香烃，其分子中一定含有苯环。

2．根据脂肪烃的结构

含有双键或三键等不饱和键的脂肪烃称为不饱和脂肪烃，简称不饱和烃；不含不饱和键的脂肪烃称为饱和脂肪烃，简称饱和烃。

考点2 烷烃的性质

1．物理性质

(1)常温常压下的状态：碳原子数≤4的烷烃为气态，其他为液态或固态(注意：新戊烷常温下为气态)。

(2)熔沸点：随着分子中碳原子数的增加，烷烃的熔沸点逐渐升高；相同碳原子数时，支链越多，熔沸点越低。

2．化学性质

(1)可燃性

烷烃可在空气或氧气中燃烧生成CO2和H2O，燃烧反应通式为：

CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O

(2)卤代反应

烷烃在光照条件下与氯气、溴蒸气发生取代反应生成多种卤代烷烃，并放出卤化氢的反应称为卤代反应。

如丙烷与氯气的卤代反应：

考点3 烯烃的性质

1．烯烃的结构特点

烯烃分子结构中含有碳碳双键，乙烯是最简单的烯烃。

2．化学性质

(1)氧化反应：

①能使酸性KMnO4溶液褪色，常用于的检验。

②燃烧：火焰明亮，并伴有黑烟，燃烧反应通式为：CnH2n+O2nCO2+nH2O。

(2)加成反应：

①烯烃可以与X2、HX(X表示卤素)、H2、H2O等在一定条件下发生加成反应。例如：

CH2＝CH2+HClCH3CH2Cl

CH2＝CH2+H2OCH3CH2OH

②当不对称烯烃与卤化氢发生加成反应时，通常“氢加到含氢多的不饱和碳原子一侧”，例如丙烯和溴化氢的加成反应主要产物为2-溴丙烷：

CH2＝CH—CH3+HBr

考点4 炔烃的性质

1．炔烃的结构特点

乙炔是最简单的炔烃，其结构式为H—C≡C—H，分子中4个原子在同一条直线上，结构特征是含有碳碳三键。

2．化学性质

(1)氧化反应：

①能使KMnO4溶液褪色。

②在空气中燃烧火焰明亮，并伴有浓烈黑烟。乙炔燃烧的化学方程式：2C2H2+5O24CO2+2H2O。

(2)加成反应：

①与Br2加成：

CH≡CH+Br2—→BrCH=CHBr     BrCH=CHBr+Br2→CHBr2—CHBr2

②与H2加成：

CH≡CH+H2CH2＝CH2

CH≡CH+2H2CH3—CH3

③与HCl加成: CH≡CH+HClCH2＝CHCl

④与H2O反应(制乙醛)：CH≡CH+H2OCH3CHO

3．加聚反应

(1)具有不饱和键的有机物通过加聚反应得到高分子化合物的反应称为加聚反应。

(2)用以形成高分子化合物的小分子称为单体；高分子化合物中不断重复的基本结构单元称为链节；链节的数目称为聚合度。

氯乙烯的加聚反应为：

n CH2＝CHCl 。 

(3)应用：加聚反应是获得高分子材料的重要途径之一，如聚乙烯、聚苯乙烯、ABS工程塑料、顺丁橡胶等材料。

考点5 石油的成分

1．石油的成分

石油是一种黄绿色至黑褐色的粘稠液体，主要是气态烃、液态烃和固态烃组成的混合物，其中还含有少量不属于烃的物质。

2．石油化工产品

以石油和天然气为原料制造的化学品，统称为石油化工产品。

石油经过各种加工过程，可制得汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、沥青等石油产品。

3．石油和天然气的组成

石油的组成成分随产地不同有所不同。我国黑龙江出产的石油以烷烃为主，新疆、辽宁和山东出产的石油主要由烷烃和环烷烃组成，我国台湾出产的石油则以芳香烃为主。

我国四川的天然气中甲烷的含量高达95%以上，而有些地区的天然气中含有较多的乙烷、丙烷、丁烷等，甲烷只占85%左右。

考点6 石油的炼制方法

1．分馏

(1)对石油加热，使其汽化，然后再按沸点的不同，分离出不同的馏分。

(2)石油常压分馏可得到碳原子数较少、沸点较低的石油气、汽油、煤油、轻柴油等馏分，未被蒸发的碳原子数较多，沸点较高的物质，叫重油。

(3)重油减压蒸馏可得到重柴油、润滑油、石蜡、燃料油等馏分，未被汽化的剩余物质为沥青。

2．裂化

石油的裂化是利用重油中较长碳链的烃在高温下分解生成较短链烃来获得较多轻质油和气态烯烃。

使用催化剂的裂化称为催化裂化，不使用催化剂的裂化称为热裂化。

C16H34C8H18+C8H16

C8H18C4H8+C4H10

C8H18C5H10+C3H6

3．裂解

石油的裂解是采用比石油裂化更高的温度，可以由轻质油生产气态烯烃，又称深度裂化。

C4H10CH4+C3H6或C4H10C2H4+C2H6

4．催化重整和加氢裂化

石油的催化重整和加氢裂化，是为了提高汽油等轻质油品质的石油加工工艺。催化重整是获得芳香烃的主要途径。

考点7 苯的分子结构

1．苯的分子结构

苯的分子式：C6H6，最简式：CH，结构式：，结构简式：。

2．苯的空间构型

(1)苯分子为平面六边形结构，分子中的6个碳原子和6个氢原子共平面。

(2)苯的空六个碳原子均采取sp2杂化，分别与氢原子及相邻碳原子形成σ键，键角均为120°，碳碳键的键长相等，介于单键和双键之间。

每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。

(3)苯不存在单双键交替结构，可以从以下几个方面证明：

①结构上：苯分子中六个碳碳键均等长，六元碳环呈平面正六边形。

②性质上：苯不能发生碳碳双键可发生的反应，如使酸性KMnO4溶液褪色等。

③二氯代苯的结构：邻二氯苯只有一种结构，而若为单双键交替应有两种结构(和)。

考点8 苯的性质

1．取代反应

(1)卤化反应：用三卤化铁作催化剂，苯与氯单质或溴单质可发生取代反应，生成一卤代苯、二卤代苯等。生成的二卤代苯主要是邻位和对位的取代产物。

苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应：

+Br2+HBr。

溴苯()：无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。

(2)硝化反应：苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50~60℃时生成一取代硝基苯，100~110℃生成间二硝基苯。

+HO—NO2+H2O。

硝基苯()：无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。

2．加成反应

苯与H2在温度为180~250 ℃，压强为18 MPa，以Ni为催化剂的情况下发生加成反应生成环己烷：

+3H2。

考点9 苯的取代反应实验

1．苯与溴反应

(1)实验原理

+Br2+HBr

(2)实验现象：三颈烧瓶内反应剧烈，锥形瓶内有白雾(HBr遇水蒸气形成)出现，溶液底部有褐色油状液体出现，滴加NaOH溶液后三颈烧瓶中有红褐色沉淀形成。

(3)注意事项

①应该用纯溴；

②要使用催化剂FeBr3，需加入铁屑；

③锥形瓶中的导管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr极易溶于水。

(4)精制溴苯

水洗（除去可溶性杂质）→碱洗（除去Br2）→水洗（除去过量碱）→干燥（除去水）→蒸馏（提纯产物）

2．苯的硝化反应

(1)实验原理

+HNO3+H2O

(2)实验现象：将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有黄色油状物质(溶有NO2)生成，然后用NaOH(5%)溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤后得无色油状、有苦杏仁味、密度比水大的液体。

(3)注意事项

①试剂添加顺序：浓硝酸+浓硫酸+苯

②浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂

③必须用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度

考点10 芳香烃及其来源

1．芳香烃

(1)芳香烃是分子里含有一个或多个苯环的烃。

2．芳香烃的来源

芳香烃最初来源于煤焦油中，现代工业生产中芳香烃主要来源于石油化学工业中的催化重整和裂化。

考点11 苯的同系物

1．组成和结构特点

(1)结构特点：只含有一个苯环，且侧链均为烷基的芳香烃。

(2)通式：CnH2n-6(n≥7)。如甲苯()、乙苯()、对二甲苯()等。

2．物理性质

具有类似苯气味的无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。

3．化学性质

(1)氧化反应

①可燃性：CnH2n-6+O2nCO2+(n-3)H2O

②苯的同系物中，如果与苯环直接相连的碳原子上连接有氢原子，可使酸性高锰酸钾溶液褪色，与苯环相连的烷基通常被氧化为羧基。

应用：区别苯和苯的同系物。

(2)取代反应

①卤代反应：

+Br2(或)+HBr

+Cl2

②硝化反应：

+3HNO3+3H2O　

(3)加成反应

+3H2

4．乙苯的制取

乙苯是制苯乙烯的原料，苯乙烯是制聚苯乙烯、丁苯橡胶的原料。

化学方程式：+CH2CH2。

考点12 多环芳烃

1．概念

分子中含有多个苯环的芳香烃称为多环芳烃。

2．分类

苯环之间通过脂肪烃基连接的称为多苯代脂肪烃，苯环之间通过碳碳单键直接相连的称为联苯或联多苯；苯环之间通过共用苯环的若干条环边而形成的称为稠环芳烃。

3．简单的多环芳烃的结构简式

二苯甲烷()、联苯()、萘()、蒽()等。