高中二年级化学选择性必修三 烃 知识清单

高中二年级化学选择性必修三烃知识清单一、脂肪烃——烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃的结构与性质（一）烷烃的结构与性质【基础】▲烷烃是饱和链烃，其通式为CnH2n+2（n≥1）。烷烃分子中，所有碳原子均采取sp3杂化，以碳碳单键（σ键）连接成链状，碳原子的剩余价键全部与氢原子结合。由于σ键较为稳定，且分子中无官能团，因此烷烃的化学性质通常比较稳定，是各类烃中性质最惰性的。在物理性质方面，随着分子中碳原子数目的增加，烷烃的熔沸点呈现规律性递增，密度也逐渐增大，但均小于水的密度。常温下，碳原子数小于等于4的烷烃一般为气态（新戊烷也为气态），是重要的气体燃料（如天然气、油田气的主要成分）。烷烃的化学特征反应是取代反应，例如在光照条件下与氯气发生自由基取代反应，生成氯代烷和氯化氢，该反应机理复杂，产物多为混合物。此外，烷烃均可燃烧，在氧气充足时完全燃烧生成二氧化碳和水，放出大量热，这是其作为燃料的基础。需要特别注意的是，烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不能与溴水或溴的四氯化碳溶液反应，这一性质常用于烷烃与不饱和烃的鉴别。（二）烯烃的结构与性质【重要】▲★烯烃是含有碳碳双键（C=C）的不饱和链烃，单烯烃的通式为CnH2n（n≥2）。碳碳双键是烯烃的官能团，其中一个为σ键，另一个为π键。π键键能较小，易断裂，因而烯烃的化学性质非常活泼。参与形成双键的碳原子采取sp2杂化，键角约为120°，与之直接相连的原子共平面，这是分析烯烃分子结构的基础。烯烃的化学性质主要围绕双键展开，核心是加成反应、氧化反应和加聚反应。加成反应是π键断裂，双键两端的碳原子与其他原子或基团结合生成饱和化合物的反应。例如，烯烃能使溴的四氯化碳溶液（或溴水）褪色，生成邻二卤代烷，这一反应常用于不饱和键的检验【高频考点】。与氢气在催化剂（如Ni、Pt、Pd）作用下发生加成生成烷烃，与卤化氢（HX）或水（H2O）在酸催化下加成生成卤代烷或醇，且当烯烃结构不对称时，加成方向遵循马氏规则（Markovnikov规则），即氢原子加到含氢较多的双键碳原子上。氧化反应方面，烯烃不仅能在空气中燃烧，还能被酸性高锰酸钾溶液氧化，使高锰酸钾溶液褪色，同时双键断裂，生成酮、羧酸或二氧化碳等氧化产物，据此可推断原烯烃的结构【难点】。加聚反应则是烯烃在引发剂作用下，双键打开相互连接成高分子化合物的过程，如聚乙烯、聚丙烯的合成。（三）二烯烃的特性与共轭效应【难点】▲★二烯烃是含有两个碳碳双键的烯烃，通式为CnH2n2。根据双键相对位置的不同，分为累积二烯烃、孤立二烯烃和共轭二烯烃。其中，共轭二烯烃（如1,3丁二烯）因两个双键之间隔有一个单键，形成独特的共轭体系，电子云分布发生离域，体系能量降低，表现出特殊的稳定性与反应性能，在理论上和工业上尤为重要。共轭效应使得1,3丁二烯在发生加成反应时，不仅可以发生1,2加成（类似普通烯烃），还可以发生1,4加成，即在两个共轭体系的末端形成新键，中间形成一个新双键。1,4加成产物是共轭二烯的特征产物，受温度影响，高温时往往更有利于1,4加成【高频考点】。共轭二烯烃也是合成橡胶的重要单体，例如1,3丁二烯通过1,4加聚反应得到聚丁二烯橡胶（顺丁橡胶）。顺反异构现象在二烯烃及其加成产物中也普遍存在，是立体化学的重要内容。（四）炔烃的结构与性质【重要】▲炔烃是含有碳碳三键（C≡C）的不饱和链烃，单炔烃的通式为CnH2n2（n≥2）。碳碳三键是炔烃的官能团，由一个σ键和两个π键构成，键能较大但π键仍不稳定，使得炔烃也能发生类似烯烃的加成反应。参与三键形成的碳原子采取sp杂化，键角为180°，因此与三键碳直接相连的两个原子处于同一直线上，赋予了炔烃分子良好的线性结构。炔烃的化学性质也以加成、氧化和聚合为主，但具体表现与烯烃有异同。加成反应是炔烃的主要反应，可逐步进行。例如，乙炔与溴分步加成，先使溴的四氯化碳溶液褪色生成1,2二溴乙烯，进而生成1,1,2,2四溴乙烷。与氢气加成时，使用特殊催化剂（如Lindlar催化剂，Pd/PbO或Pd/CaCO3加喹啉）可控制在烯烃阶段，得到顺式烯烃；而用钠或锂在液氨中还原则得到反式烯烃。与HX、H2O等极性试剂加成时，也遵循马氏规则。工业上乙炔在汞盐或铜盐催化下水合生成乙醛，是一个重要的历史性反应。炔烃的氧化反应中，可使酸性高锰酸钾溶液褪色，三键断裂最终生成羧酸或二氧化碳，据此可推断三键位置【高频考点】。端基炔（如乙炔、丙炔）具有独特的酸性，三键碳上的氢原子略显酸性，可与银氨溶液或亚铜氨溶液反应生成白色的炔化银沉淀或红色的炔化亚铜沉淀，这是鉴别端基炔的特效方法【重要考点】。乙炔在高温下还能聚合生成乙烯基乙炔、苯等。二、芳香烃——苯及其同系物的结构与性质（一）苯的结构与芳香性【基础】▲苯（C6H6）是芳香烃的母体，其结构高度不饱和但性质稳定。苯分子为平面正六边形结构，所有碳碳键长完全相等（约为140pm），介于典型的单键和双键之间。每个碳原子采取sp2杂化，剩余的一个p轨道侧面重叠形成一个闭合的、离域的、包含6个电子的共轭大π键（π66）。这种特殊的结构赋予了苯极大的热力学稳定性，使其表现出与烯烃截然不同的化学性质——不易发生加成和氧化，易发生取代反应，这种性质被称为“芳香性”。理解苯的大π键是掌握芳香烃化学性质的理论基础。（二）苯的化学性质——亲电取代反应【核心】▲★苯的典型反应是芳香亲电取代反应（electrophilicaromaticsubstitution）。反应机理是：亲电试剂（E+）进攻苯环，生成一个带正电荷的中间体（σ络合物），然后中间体失去一个质子恢复稳定的苯环结构。主要反应类型包括：卤代反应（与液溴在铁或三溴化铁催化下生成溴苯和溴化氢）、硝化反应（与浓硝酸和浓硫酸的混酸在5060℃下生成硝基苯）、磺化反应（与浓硫酸或发烟硫酸加热生成苯磺酸）以及傅克烷基化和酰基化反应（在路易斯酸催化下引入烷基或酰基）。这些反应是合成各种芳香族化合物的基础。苯环上已有的取代基会对后续取代反应的速率和位置产生重大影响，即“定位效应”，这是有机合成的核心规律之一【难点、高频考点】。（三）苯的同系物与侧链性质【重要】▲★苯的同系物是指苯环上的氢原子被烷基取代所得到的产物，通式为CnH2n6（n≥6），如甲苯、二甲苯等。由于烷基侧链与苯环的相互影响，苯的同系物表现出一些不同于苯的特殊性质。一方面，苯环影响侧链，使得与苯环直接相连的碳原子（α碳）上的氢（αH）变得活泼。例如，甲苯在光照或加热条件下与氯气反应，发生的是侧链上的自由基取代反应（生成苄氯），而不是苯环上的取代【重要考点】。另一方面，侧链也影响苯环，烷基是邻对位定位基，能使苯环活化，使得硝化、卤代等反应比苯更容易进行，且主要生成邻位和对位产物。例如，甲苯硝化主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯，并可用于制备TNT（三硝基甲苯）。此外，苯的同系物（如甲苯、乙苯）能使酸性高锰酸钾溶液褪色，被氧化为苯甲酸，而苯本身不能。这是鉴别苯和苯的同系物（或者说鉴别含有αH的烷基苯）的常用方法【高频考点】。（四）稠环芳香烃简介【基础】稠环芳香烃是由两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃，典型代表有萘（卫生球的主要成分）、蒽、菲等。它们也具有芳香性，但芳香性比苯略低，也能发生亲电取代反应，反应位置具有一定的选择性。三、烃的来源、制备与应用【拓展】（一）化石燃料与烃的来源【基础】烃类物质主要来源于石油、天然气和煤。石油主要由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成，通过分馏、催化裂化、催化重整等加工过程，可以获得不同沸点范围的燃料（如汽油、柴油）和化工原料（如乙烯、丙烯、苯、甲苯等）。天然气的主要成分是甲烷，是清洁的气体燃料。煤通过干馏（炼焦）可以得到焦炭、煤焦油和焦炉气，煤焦油是获取芳香烃的重要来源。（二）重要烃的实验室制法【实验与探究】▲★1.乙烯的实验室制法：原理是乙醇在浓硫酸作用下发生分子内脱水。反应方程式为CH3CH2OH→CH2=CH2↑+H2O（浓硫酸，170℃）。关键点在于：①浓硫酸作催化剂和脱水剂，反应液需迅速升温至170℃，防止在140℃时生成乙醚（副反应）；②温度计水银球插入反应液液面以下，以监测液温；③反应液加沸石或碎瓷片防暴沸；④生成的乙烯中可能混有SO2、CO2等杂质（浓硫酸使乙醇碳化后进一步被还原），需用氢氧化钠溶液洗气除去，再行收集或性质验证。2.乙炔的实验室制法：原理是电石（碳化钙）与水反应。反应方程式为CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑。关键点在于：①为了减缓反应速率，便于控制，常用饱和食盐水代替水，逐滴加入；②该反应剧烈且放热，不能用启普发生器；③电石中常含有CaS、Ca3P2等杂质，会使生成的乙炔中含有H2S、PH3等臭味气体，可用硫酸铜溶液洗气除去；④乙炔易燃易爆，实验时要注意通风，远离明火。（三）烃的燃烧规律与计算【方法】▲★烃类（CxHy）完全燃烧的通式为：CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O。解题时需掌握如下规律：（1）等物质的量的烃完全燃烧，耗氧量取决于(x+y/4)的值，该值越大，耗氧越多。（2）等质量的烃完全燃烧，耗氧量取决于烃分子中氢元素的质量分数（或y/x值），氢含量越高，耗氧越多（因为每4克H就消耗32克O2，而每12克C才消耗32克O2）。（3）最简式相同的烃，无论以何种比例混合，只要总质量一定，完全燃烧生成的CO2和H2O的量以及耗氧量均恒定。（4）烃完全燃烧前后气体体积变化（温度高于100℃，水为气态）：ΔV=V后V前=y/41。当y=4时，ΔV=0，体积不变；当y>4时，ΔV>0，体积增大；当y<4时，ΔV<0，体积减小。四、核心素养与高阶思维【综合与提升】（一）结构决定性【观念建构】学习本章，首要建立的观念是“结构决定性”。从碳原子的杂化方式（sp3、sp2、sp）出发，理解饱和烃、烯烃、炔烃、芳香烃的成键特点、空间构型（四面体、平面、直线）的差异。从官能团（碳碳双键、三键、苯环）的角度出发，预测并理解烃的主要化学性质（取代、加成、氧化、聚合）。特别是对比烯烃的易加成和苯的易取代，深刻理解大π键的稳定性对性质的决定作用，以及苯的同系物中侧链与苯环的相互影响。（二）守恒思想与方程计算【能力训练】在有关烃的燃烧、混合烃组成的确定、反应中量的关系等问题上，需熟练运用守恒法（原子守恒、电子守恒）、差量法、平均值法（如平均分子式、平均相对分子质量）进行快速而准确的计算。例如，利用燃烧产物CO2和H2O的量推断烃的分子式，或利用烃混合物与氢气加成的量推断不饱和度等，均是高考中的经典题型【必考能力】。（三）有机反应中的辩证关系理解不同反应类型之间的竞争与选择。例如，烯烃中加成反应与取代反应的竞争条件（光照取代，催化剂加成）；共轭二烯烃中1,2加成与1,4加成的竞争（动力学控制与热力学控制）；苯及其同系物中侧链取代与苯环取代的条件差异（光照/加热与催化剂）。这种对反应条件、催化剂、反应物结构的综合考虑，体现了化学反应的调控思想。（四）聚合反应的拓展与高分子视角从加聚反应的机理（链引发、链增长、链终止）理解聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙炔（导电高分子）以及橡胶（顺丁橡胶、天然橡胶）的合成。掌握由单体书写聚合物结构，以及由聚合物链节反推单体的方法。特别要注意二烯烃的1,4加聚反应生成的高分子链中往往还残留一个双键，这为后续的交联改性（如硫化）提供了结构基础。五、考点、考向与解题策略【应试指南】（一）核心考点与考查方式【高频考点】★（1）典型代表物的结构与性质：考查甲烷的正四面体结构、乙烯的平面结构、乙炔的直线结构、苯的平面正六边形结构及键的均等性。常在选择题中结合原子共面问题、同分异构体数目进行考查【必考】。（2）同系物与同分异构体：判断给定物质是否为同系物，书写或数算烷烃、烯烃、芳香烃的简单同分异构体（包括碳链异构、位置异构、官能团类型异构、顺反异构），特别是含苯环的化合物的一元或二元取代产物的异构体数目【必考难点】。（3）有机反应类型的判断：根据有机物的结构或转化流程，判断反应属于取代、加成、氧化、加聚或消去等类型。（4）重要有机实验：考查乙烯、乙炔的实验室制法、除杂、收集、性质验证及注意事项，如温度计位置、反应液配比、防暴沸、除杂试剂等【实验题常考】。（5）有机物的鉴别与除杂：运用特征反应（如使溴水/高锰酸钾褪色、生成银镜/炔化物沉淀）鉴别饱和烃与不饱和烃、苯与苯的同系物等。选择正确的除杂试剂和方法（如甲烷中混有乙烯，用溴水洗气）。（6）有机推断与合成：以烃为起点或桥梁，结合官能团转化，设计合成路线或推断未知物结构【压轴题核心】。（二）解题步骤与易错点剖析（1）原子共面、共线问题：解题步骤是，先明确已知的“模型”结构（甲烷正四面体（最多3点共面）、乙烯6点共面、乙炔4点共线、苯12点共面）。再将目标分子进行“切割”，看成这些模型片段通过单键连接。最后，结合单键可旋转的特点，判断最多或最少有多少原子共面。易错点在于忽略单键旋转可能导致平面重叠，错误地认为所有平面都被固定在一个平面上。（2）同分异构体数目判断：常用方法为“减链法”和“等效氢法”。确定“等效氢”是核心：同一碳上的