不饱和烃烯烃炔烃

本章目錄5-1化學鍵

5-1A離子鍵

5-1B共價鍵

5-1C金屬鍵5-2碳氫化合物的鍵結

5-2A碳－氫單鍵與碳－碳單鍵

5-2B碳－碳雙鍵

5-2C碳－碳參鍵5-3烷烴

5-3A簡單的烷烴

5-3B烷烴的命名法

5-3C烷烴的性質與反應

5-4不飽和烴

烯與炔烴

5-4A烯烴

5-4B炔烴5-5芳香烴

5-5A簡單的芳香烴

5-5B芳香烴的來源

5-5C芳香烴的製備與反應5-1化學鍵化學鍵離子鍵共價鍵金屬鍵5-2碳氫化合物的鍵結碳氫化合物碳

氫單鍵與碳

碳單鍵碳

碳雙鍵碳

碳參鍵5-3烷烴烷烴簡單的烷烴烷烴的命名法烷烴的性質與反應5-4不飽和烴

烯與炔烴不飽和烴烯烴炔烴5-5芳香烴芳香烴簡單的芳香烴芳香烴的來源芳香烴的製備與反應TheEndThanksforYourListening化學鍵的定義定義：

當原子結合成新物質時，為了獲得穩定電子排列，原子間會重新調整外層電子或彼此分享電子，以達到每個原子均具有和其鄰近鈍氣相同的電子組態此時原子間產生吸引力，使它們結合成新物質，此吸引力稱為化學鍵

離子鍵(1)價電子：

原子核外的最外層電子稱為價電子研究化學反應最重要的部分

同族元素具有類似的化學性質，即因具有相同的價電子數（或價電子組態）週期表第三列元素的價電子數

離子鍵(2)八隅體法則（octetrule）提出者：路易斯（G.N.Lewis，美國）

內容：原子相互結合時，它們會傾向失去、得到或共用電子，以滿足與鈍氣(He除外)相同的八個價電子數

原因：鈍氣的化學性質穩定，是因最外層電子已經填滿，不易得到或失去電子而再與其他原子結合離子鍵(3)八隅體法則的實例1：週期表最左邊一行的元素稱為鹼金屬或鹼金族：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鍅(Fr)化學性質類似：金屬置於水中，會瞬間放出巨大熱量，甚且產生火花價電子組態：ns1

價電子數：均為1化學反應：傾向失去1個電子，形成與鄰近鈍氣相同的電子組態鹼金屬置於水中的反應離子鍵(4)八隅體法則的實例2：週期表最右邊的第二行元素鹵素：又稱為第17族(VIIA族)價電子組態：ns2np5

價電子數：均為7化學反應：傾向得到1個電子，而擁有與鄰近鈍氣相同的電子組態

例題5-1參照週期表寫出下列原子的價電子數：(1)B

(2)N

(3)O

(4)CaAns：

B、N、O及Ca的價電子數分別為3、5、6及2

離子鍵(5)離子鍵(ionicbond)：由陽離子(cation)及陰離子(anion)

所形成的靜電吸引力稱為離子鍵離子化合物(ioniccompound)：以離子鍵結合而成的化合物陽離子：失去電子的原子陰離子：得到電子的原子離子鍵(6)離子化合物的形成：以NaCl為例系統命名「氯化鈉」，俗稱食鹽無色晶體：將Na(s)加入裝有Cl2(g)容器時，化學反應瞬時產生，並放出巨大熱量及強光反應式：依據八隅體的概念

鈉金屬與氯氣的劇烈反應▲鈉金屬與氯氣反應形成氯化鈉的示意圖離子鍵(7)氧化鎂(MgO)

Mg容易放出2個電子成為Mg2+，而O易吸收2個電子成為O2－

離子鍵(8)常見離子化合物的性質

：熔點及硬度：大於分子化合物固態不能導電，熔融態(液態)及水溶液可以導電離子的化學性質與原來的元素不同，例：Na+在水中穩定

Na與水則會產生劇烈反應Cl－無色、無臭且沒有毒性

Cl2具有毒性的黃綠色氣體

離子鍵(9)離子化合物組合：週期表左邊的金屬原子與右邊的非金屬原子所組成。此外，離子化合物中的陰、陽離子亦可由多原子的離子所組成常見陽離子：

IA+、IIA2+、NH4+(銨根)常見陰離子：氫氧根（OH－）碳酸根離子（CO32－）草酸根離子（C2O42－）硫酸根離子（SO42－）硝酸根離子（NO3－）離子鍵(10)化學式名稱用途NaCl氯化鈉調味品Mg(OH)2氫氧化鎂胃藥NaHCO3碳酸氫鈉蘇打粉、滅火劑Na2CO3碳酸鈉清潔劑、造紙、玻璃與陶器KOH氫氧化鉀肥皂及清潔劑的原料NaNO2亞硝酸鈉食物保存劑NH4NO3硝酸銨肥料CaSO4硫酸鈣石膏CaHPO4磷酸氫鈣肥料Al2(SO4)3硫酸鋁水的淨化劑例題5-2下列各項中均含兩種元素，試預測此兩種元素形成離子化合物的實驗式。(1)鋁、氧(2)鎂、溴(3)鈉、氫(4)鈣、氫Ans：

(1)鋁為第3族的元素，可以放出3個電子，而氧為第16族的元素，可以接受2個電子，兩者的最小公倍數為6，因此其形成的氧化鋁應為Al2O3(2)MgBr2(3)鈉為第1族的元素，放出1個電子，氫可以接受1個電子而得到與氦相同的電子組態，因此鈉與氫形成NaH(4)CaH2

5-1共價鍵(1)提出者：路易斯（1916年）內容：共價鍵是由相同或相異的兩個原子共同擁有電子對而形成，由於電子對受兩個帶正電的原子核所吸引，而使兩原子結合在一起鍵結電子對：分子中原子共用的電子對未鍵結電子對或孤電子對：分子中不共用的電子對適用範圍：大多是週期表右邊的非金屬(14~17族)。八隅體學說通常適用於週期表第二、第三列元素所形成的化合物室溫下(25℃)：

許多分子是氣體、液體或是低熔點的固體

共價鍵(2)氫分子（H2）的形成以路易斯電子點式表示氯分子（Cl2）的形成以路易斯電子點式表示共價鍵(3)氫化氫（HCl）形成以路易斯電子點式表示H與Cl共同擁有一對電子，使得H的價電子數與He相同，而Cl擁有與Ar同樣的電子組態

共價鍵

(4)銨根（NH4＋）形成以路易斯電子點式表示由NH3提供孤電子對與不帶電子的氫離子（H＋）結合而成，且正電荷平均分布於4個H上，所以4個N－H鍵都相同，都以共價鍵的形式鍵結共價鍵(5)兩原子間共價鍵的數目：單鍵(singlebond)：兩個原子共同擁有一對電子，例：H2、Cl2、HCl雙鍵(doublebond)：兩個原子共同擁有兩對電子，例：CO2

參鍵(triplebond)：兩個原子共同擁有三對電子，例：N2二氧化碳（CO2）形成以路易斯電子點式表示氮分子（N2）形成以路易斯電子點式表示氫分子（H2）的形成以路易斯電子點式表示例題5-3試以路易斯電子點式表示一氧化碳（CO）及氫氰酸（HCN）的鍵結Ans：5-1金屬鍵(1)

定義：金屬中電子海的電子與原子核(陽離子)間的吸引力

電子海(electronsea)：金屬價電子游動於金屬原子核(陽離子)間的現象金屬高導電性：價電子不會固定在特定的陽離子外，當金屬兩端外接直流電時，金屬的價電子即可循固定之方向移動而造成導電▲鈉與鎂的電子海示意圖

金屬鍵(2)

金屬延展性：金屬受外力時，電子海的電子仍包圍金屬陽離子，因此沒有破壞金屬鍵而使金屬具延展性金屬離子固體5-15-2有機化合物定義：含碳化合物稱為有機化合物

例外：含碳的無機物一氧化碳(CO)二氧化碳(CO2)二硫化碳(CS2)碳酸(H2CO3)碳酸鹽氰化物(HCN及其鹽類)

碳

氫單鍵與碳

碳單鍵(1)

碳原子：可接4個鍵氫原子：僅接1個鍵甲烷：分子式CH4

電子點式

結構式

填充模型

球棒模型

碳

氫單鍵與碳

碳單鍵(2)

乙烷：分子式C2H6

電子點式

結構式

填充模型

球棒模型

5-2碳

碳雙鍵

碳

碳雙鍵：兩個碳原子共用二對電子以乙烯(C2H4)為例：5-2碳

碳參鍵

碳

碳參鍵：兩個碳原子共用三對電子以乙炔(C2H2)為例：電子點式結構式5-25-3球棒模型填充模型烴

烴類：碳氫化合物烷烴：僅含碳－碳單鍵，為飽和烴

烯烴：含碳－碳雙鍵，為不飽和烴

炔烴：含碳－碳參鍵，為不飽和烴

芳香烴：含苯及苯的衍生物，為不飽和烴烴的分類

簡單的烷烴

烷烴：通式：CnH2n+2的碳氫化合物，為僅含碳

碳單鍵及碳

氫鍵的飽和烴，即氫數與碳數的比例最高甲烷(CH4)：最簡單的烷烴，天然氣的主成分，沸點為

162℃乙烷(C2H6)：沸點為

88.5℃丙烷(C3H8)：沸點為

42℃丙烷的表示法

結構式球棒模型填充模型結構異構物

定義：分子式相同而原子間連接方式不同的異構物以丁烷與異丁烷為例：分子式皆為C4H10

mp(℃)bp(℃)d(g/mL)正丁烷－138－10.599異丁烷－160－120.557正丁烷異丁烷罐裝瓦斯的成分主要為丁烷

5-3鏈狀烷烴的命名結構異構物的俗名命名法：正（n－）表示直鏈異（iso或i－）表示支鏈新（neo）表示第三異構物

以戊烷（C5H12）為例：三種不同異構物

102836沸點℃球棒模型新戊烷異戊烷正戊烷命名常見的烷烴及烷基的對應表CH3

CH3CCH3

三級丁基CH3CH(CH3)CH2－

CH3異丁基CH3CH(CH3)CH3異丁烷CH3CHCH2CH3

二碳丁基CH3CH2CH2CH2－正丁基CH3CH2CH2CH3正丁烷CH3CHCH3

異丙基CH3CH2CH2－正丙基CH3CH2CH3丙烷CH3CH2－乙基CH3CH3乙烷CH3－甲基CH4甲烷R烷基RH烷IUPAC系統命名法：烷烴(1)

中文系統的命名法：以天干(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸)代表碳的數目，若超過十個碳，則以十一、十二、十三等依次表示支鏈的原子團稱為取代基，例：烷基尋找最長的連續碳鏈，此碳鏈即為主鏈從主鏈上最接近取代基的一端開始標號，並以阿拉伯數字表示取代基的位置，標號與取代基名稱之間須以短線分開若取代基相同時，則以中文表示個數IUPAC系統命名法：烷烴(2)

以上圖為例：主鏈有五個碳取代基為甲基，位置在2號及3號碳取代基相同，甲基前以中文「二」表示個數答案：2,3

二甲基戊烷例題5-4戊烷的分子式為C5H12，試寫出戊烷之所有異構物的俗名及其中文系統命名法之名稱?Ans：2,2－二甲基丙烷2－甲基丁烷戊烷中文命名(3)新戊烷(2)異戊烷(1)正戊烷俗名環烷烴

(1)環烷烴：僅含C、H兩種原子及碳－碳單鍵的環狀化合物通式：CnH2n（n3）

最簡單為環丙烷－12℃－33℃沸點球棒類型C4H8C3H6分子式環丁烷環丙烷名稱簡單環烷烴的分子式、結構及其沸點

118℃81℃49℃沸點球棒模型C7H14C6H12C5H10分子式環庚烷環己烷環戊烷名稱環烷烴的命名(1)

與一般直鏈烷烴相似確定環上的碳原子數，若為六個碳，則為環己烷。若含有取代基，則將此化合物命名為含烷基的環己烷，而非含環己基的烷烴從支鏈連接的碳開始編號，且使取代基的數目總和最小。有不同取代基時，按天干次序排列環烷烴的命名(2)試以IUPAC命名法命名之：甲基環己烷

1,4

二甲基環庚烷

1

甲基

4

乙基環庚烷

例題5-5以中文系統命名法命名下列分子：Ans：

(1)乙基環丙烷；(2)異丙基環己烷

(3)1,3－二甲基環戊烷

(A)(B)(C)5-3烷烴的性質(1)常溫、常壓下：碳原子數為1～4：氣體碳原子數為5～17：液體碳原子數＞18：固體，例：蠟燭的原料

石蠟即為碳數＞18的烷烴混合物，因此烷烴又稱為石蠟烴烷烴均不溶於水，易溶於乙醚、氯仿及苯等有機溶劑烷烴的沸點隨碳數的增加而增高

烷烴的性質(2)▲正烷類的碳原子數與沸點的關係

烷烴的反應反應活性：烷烴的化學活性低，常溫常壓下不與強氧化劑、濃硫酸或強鹼作用適當條件時，可進行：氧化反應鹵化反應硝化反應裂煉反應脫氫反應

烷烴的反應:氧化反應氧化反應：以甲烷(CH4)燃燒為例，完全燃燒生成CO2及H2O

CH4(g)+2O2(g)

CO2(g)+2H2O(l)ΔH＝

890kJ

亦屬於取代反應，即C

H鍵中的H為O所取代取代反應：二反應物中的原子或原子團相互交換而得新產物的過程

烷烴的反應:鹵化反應可與Cl2或Br2在照光或加熱下行取代反應H3C

H+X

X───→H3C

X+H

X

X=Cl或Br陽光或加熱過量的氯氣與甲烷反應

CH4+Cl2───→CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2───→CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2───→CHCl3+HClCHCl3+Cl2───→CCl4+HCl陽光或加熱陽光或加熱陽光或加熱陽光或加熱一氯甲烷

二氯甲烷

三氯甲烷(氯仿)四氯化碳

例題5-6當丙烷與溴在照光下，產生單一的溴化反應時，可能產生多少種溴丙烷？Ans：兩種單一取代的溴丙烷：

Br

|

CH3CH2CH2Br或CH3CHCH3

1－溴丙烷2－溴丙烷烷烴的反應:硝化反應烷類不與濃硫酸反應，在高溫下(＞475℃)，可與濃硝酸行硝化反應，產生硝烷類。此外，硝化反應也是取代反應的一種：

CH4+HNO3──→CH3NO2+H2O

硝甲烷＞475℃烷烴的反應:烷類的裂煉高沸點烷類在隔絕空氣、高溫及催化劑下裂煉(cracking，又稱裂解)，為經濟價值較高的低沸點烴類裂煉：高沸點的大分子烷類在隔絕空氣、高溫及催化劑的幫助下，可分解為分子小的低沸點烷及烯類▲實驗室裂煉實驗裝置示意圖

▲十六烷裂煉圖

烷烴的反應:烷類的脫氫

1mol烷類在800~900℃，隔絕空氣加熱，可以脫去1molH2，得到烯類，以乙烷為例：H3C

CH3───→H2C=CH2+H2

800～900℃乙烷乙烯▲石油分餾示意圖

5-35-4烯烴

烯烴：含碳－碳雙鍵的烴類通式：CnH2n(只含1雙鍵)，與環烷烴相同最簡單烯烴：乙烯(C2H4)塑膠中的聚乙烯(PE)乙烯氣可用來使水果熟成丙烯(C3H6)：製備聚丙烯(俗稱

PP)烯烴的命名(1)

與烷烴相似選取含有雙鍵的最長鏈作為主鏈以最近雙鍵的一端依序將碳編號，以決定雙鍵及支鏈的位置烯烴的命名(2)(A)(B)(C)(D)(E)Ans：(A)丙烯，(B)2

甲基丙烯(C)1

丁烯，(D)2

丁烯，(E)5甲基2己烯環烯烴

環內含有碳－碳雙鍵的環狀碳氫化合物其中僅含一個雙鍵的環烯烴通式為CnH2n－2

▲環己烯的結構式

幾何異構物

定義：原子連接次序相同，而相關幾何位置不同的異構物，又稱順反異構物適用範圍：烯類及環烷類以丁烯為例：分子式：C4H8

雙鍵的位置不同，丁烯可能有：1－丁烯（即雙鍵位於C1及C2之間）2－丁烯（即雙鍵位於C2及C3之間）順

2

丁烯

反

2

丁烯

結構異構物幾何異構物順、反

2

丁烯的構造及其物理性質

1－106反

2

丁烯4－139順

2

丁烯沸點(℃)熔點(℃)構造幾何異構物1,2－二甲基環戊烷的順反異構物順

1,2

二甲基環戊烷(二甲基在環的同一邊)反

1,2

二甲基環戊烷(二甲基不在環的同一邊)例題5-7正丁烷在高溫下行脫氫反應時，可能形成哪些烯烴？Ans：

1－丁烯、順2－丁烯及反2－丁烯三種例題5-8二氯乙烯的異構物有哪些？它們互為何種異構物？Ans：

1,1

二氯乙烯、順

1,2

二氯乙烯、反

1,2

二氯乙烯互為結構異構物；順

1,2

二氯乙烯、反

1,2

二氯乙烯互為幾合異構物1,1

二氯乙烯順

1,2

二氯乙烯反

1,2

二氯乙烯烯烴的性質

烯烴不溶於水，而易溶於有機溶劑如四氯化碳(CCl4)、氯仿(CHCl3)、苯(C6H6)及乙醚（(C2H5)2O）烯烴的沸點隨碳原子數的增加而上升烯烴含有雙鍵，可行聚合、加成及氧化反應

常見烯烴的熔點及沸點

名稱熔點（℃）沸點（℃）名稱熔點（℃）沸點（℃）乙烯－169－104反

2

丁烯－1061丙烯－185－471

戊烯－138301

丁烯－130－61

己烯－13864順

2

丁烯－1394環己烯－10483例題5-9環丁烯（C4H6）的結構異構物中含有兩個雙鍵的直鏈化合物有幾種？Ans：

H2C=CH

CH=CH2

與H2C=C=CHCH3

烯烴的製備工業法：烷烴裂煉所得的烯烴實驗室法：脫去反應

醇類在濃硫酸的催化下脫去水

鹵烷在乙醇鈉（強鹼）中脫去鹵化氫

例題5-101－丙醇在濃硫酸的催化下脫水的反應方程式為何？Ans：

CH3CH2CH2OH──→CH3CH=CH2+H2OH2SO4180℃烯類的反應烯類具有活性較大的不飽和雙鍵，所以反應大多發生在雙鍵上，其反應有：加成反應聚合反應氧化反應烯類的加成反應(1)

定義：將分子中的原子或原子團分別加在雙鍵或參鍵兩端的反應檢驗烯烴：常溫時，溴可與乙烯在四氯化碳中反應生成1,2

二溴乙烷，由於Br2為紅棕色而1,2

二溴乙烷無色，因此，此種顏色變化通常為檢驗烯烴的方法:CH2＝CH2+Br2

BrH2C

CH2Br

乙烯

溴(紅棕色)1,2

二溴乙烷(無色)烯類的加成反應(2)

CH2＝CH2+HBr

CH3CH2Br

乙烯

溴化氫溴乙烷乙烯與鹵化氫如溴化氫反應，可得溴乙烷：

乙烯與水在酸的催化下，生成乙醇：CH2＝CH2+H2O

CH3CH2OH

乙烯

乙醇H+乙烯與氫氣在Pt催化下，生成乙烷：CH2＝CH2+H2

C2H6

乙烯

乙烷Pt烯類的聚合反應

莫耳質量約為5104~1.5106克的聚乙烯(polyethylene,簡稱PE)烯類的氧化反應

燃燒反應與過錳酸鉀的氧化反應，以1－己烯為例：(約0℃、鹼性的條件下反應)(A)紫色KMnO4(aq)，(B)滴入烯烴(如1

己烯)攪動溶液後，產生棕色MnO2沉澱

馬可尼可夫定則

定義：當丙烯與HBr或H2O行加成反應時，H原子通常加在雙鍵上較多氫的碳上，此一規則稱為馬可尼可夫定則例題5-11加入下列何種化合物，可以用顏色變化來區別烯類和烷類？(A)溴(B)氯化氫(C)水(D)氫(E)過錳酸鉀Ans：

(A)、(E)。由於烯類可以在較低的溫度下，使溴褪色及紫色的過錳酸鉀變為棕色的二氧化錳，而烷類在相同的條件下，無法與此二化合物反應，因此較適合用來區別烯類及烷類例題5-12下列化合物何者可與氫氣生成2－甲基己烷？(A)(CH3)2CHCH2CH＝CH2(B)CH3CH2CH(CH3)CH2CH＝CH2(C)CH2＝C(CH3)(CH2)3CH3(D)CH3(CH2)4CH＝CH2(E)(CH3)2CH(CH2)2CH＝CH2

Ans：(C)、(E)5-4炔烴

烯烴：含碳－碳參鍵的烴類通式：CnH2n-2(只含1參鍵)，與環烯烴相同最簡單炔烴：乙炔(C2H2)乙炔氧焰：乙炔與氧的混合氣體，其燃燒的溫度高達3000℃簡單的炔烴及其沸點名稱結構式沸點乙炔HC≡CH－84℃丙炔CH3C≡CH－23℃1－丁炔CH3CH2C≡CH8℃1－戊炔CH3CH2CH2C≡CH40℃炔烴的命名(1)

與烯烴類似選取含有參鍵的最長鏈為主鏈，再以烯烴的方式予以命名，將字尾的烯改為炔取代基與參鍵的位置均予標號，並以最近參鍵的一端算起炔烴的命名(2)Ans：(A)2－戊炔

(B)3－甲基－1－丁炔

(A)(B)炔烴的性質

炔與烷、烯相似，不溶於水，而溶於有機溶劑如氯仿、乙醚、四氯化碳及苯炔烴具有參鍵，其化學活性與烯烴接近，容易進行：加成反應聚合反應氧化反應炔的製備乙炔的製備

CaO+3C────→CaC2+CO

2000～3000℃焦碳

CaC2+2H2O

Ca(OH)2+H

C≡C

H

乙炔

炔的反應(1)

溴+乙炔

反

1,2

二溴乙烯1,2

二溴乙烯+溴

1,1,2,2

四溴乙烷

炔的反應(2)

乙炔的氫化反應H

C≡C

H+2H2──→H3C

CH3

H

C≡C

H+H2──→H2C＝CH2

催化劑催化劑炔的反應(3)

乙炔+鹵化氫

鹵乙烯

氯乙烯

炔的反應(4)

乙炔在稀硫酸及硫酸汞催化下，與水反應生成乙醛：

H

C≡C

H+H2O──→CH3CHOH2SO4HgSO4乙醛

炔的反應(5)

乙炔與氰化氫（HCN）反應，生成聚合物奧綸的單體丙烯腈

：

H－C≡C－H+HCN

H2C＝CHCN

丙烯腈

炔的反應(6)

檢驗末端炔：碳

碳參鍵位於直鏈末端的炔類(末端炔)，末端炔可與硝酸銀(AgNO3)或氯化亞銅(CuCl)在氨溶液中產生金屬炔化合物的沉澱，反應如下：R

C≡C

HR

C≡C

Ag

AgNO3(aq)/NH3(aq)白色沉澱

R

C≡C

HR

C≡C

Cu

CuCl(aq)/NH3(aq)紅色沉澱

炔的反應(7)

炔烴的加成反應遵守馬可尼可夫定則：例題5-13下列分子何者與HBr

反應可得2

溴

2

丁烯？

(A)CH3－C≡C－CH3

(B)HC≡C－CH2CH3(C)H2C＝C＝C＝CH2(D)H2C＝CHCH2CH3Ans：(A)5-45-5簡單的芳香烴(1)芳香烴：苯及苯的衍生物，此類化合物具有芳香味而得名苯(benzene)分子式：C6H6，