7.2 不饱和烃-讲义-2021-2022学年上海市高中化学沪科版(2020)必修第二册.docx
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1、第7章 常见的有机化合物7.2 不饱和烃一、石油化工1石油的成分组成石油的基本元素是碳、氢(两者的质量分数之和可达97%98%),同时还含有少量的硫、氧、氮等,它主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。石油的化学成分主要是各种液态的烃,其中还溶有气态和固态的烃。2石油炼制和加工的主要目的(1)将石油中烃的混合物进行一定程度的分离,使它们各尽其用,如石油的分馏。(2)将石油中含碳原子多的烃转变成含碳原子较少的烃,以提高石油的利用价值,如石油的裂化和裂解。3石油的分馏(1)石油分馏的原理:工业上通过常压分馏和减压分馏的方法,把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物而分离出来。分子中碳原子数不同,烃的
2、沸点就不同。通常情况下,随着烃分子里碳原子数的增多,烃的沸点也相应升高。加热石油,沸点低的烃(分子中碳原子数较少)先汽化,经冷凝液化后分离出来,随着温度的升高,较高沸点的烃再汽化,经过冷凝液化后又分离出来;这样,不断地加热汽化和冷凝液化,就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,这一过程在石油工业中是在分馏塔内进行的,称为石油分馏。(2)石油分馏的产品:分馏出来的各种成分叫做馏分。(3)石油分馏的设备:分馏塔。(4)石油分馏的装置。工业上对石油的分馏既有常压分馏又有减压分馏,往往是常压分馏、减压分馏在一起连续进行。(如下流程图)石油分馏工艺流程示意图(5)减压分馏的原因、原理及目的。减压分馏原因
3、:随着石油中烃分子里含碳原子数的增大,其沸点会逐渐升高;要把它们从混合物中分离出来,就必须再升高温度。但是,在高温下,高沸点的烃会分解,更严重的还会出现炭化结焦,损坏设备、影响生产。为了解决这一问题,故采用减压分馏。减压分馏原理:利用外界压强对物质沸点的影响。因为外界压强越大,物质的沸点就越高;外界压强越小,物质的沸点就越低。通过降低分馏塔内的压强,使重油在较低温度沸腾,这种过程称为减压分馏。减压分馏目的:防止炭化结焦,从重油中分离出润滑油、石蜡等成分。减压分馏的原料是重油。【思考】石油的各种馏分有无固定的沸点?为什么?石油的各种馏分仍然是多种烃的混合物,所以没有固定的沸点。4石油的裂化和裂解
4、(1)石油的裂化裂化的目的:获得较多的轻质油,特别是提高汽油的产量。裂化的原理:采用催化的方法,在一定条件下,将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃。(2)石油的裂解裂解的目的:获得乙烯、_丙烯_、丁烯等基本有机化工原料。裂解的原理:裂解即深度裂化。(3)直馏汽油和裂化汽油的比较获得方法主要化学成分燃烧质量鉴别方法直馏汽油原油直接分馏,物理变化含C5C11的烷烃、环烷烃及少量的芳香烃等,性质稳定差,爆震性强能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化,化学变化含有较多的C5C11的烷烃、烯烃、二烯烃等,性质活泼好,爆震性弱(4)石油的各种炼制方法的比较石油
5、的炼制方法分馏裂化石油的裂解石油的催化重整常压减压热裂化催化裂化原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在加热或催化剂存在的条件下,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成相对分子质量小的烃在高温下,把石油产品中具有长链分子的烃断裂成为各种短链的气态烃或液态烃石油在加热和催化剂作用下,通过结构的重新调整使链状烃转化为环状烃主要原料原油重油重油含直链烷烃的石油分馏产品(含石油气)石油主要产品溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油等润滑油、凡士林、石蜡、沥青等抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、丁二烯等苯或甲苯等【思考】烷烃催化裂化或裂解的产物类别有什么规律?一般地,烷
6、烃 烷烃烯烃如:C16H34催化剂 C8H18 + C8H16 十六烷 辛烷 辛烯二、煤化工1煤的组成和种类(1)煤的组成煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤除了主要含碳外,还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。(2)煤的种类煤可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤,它们的含碳量不同(见下表),发热量也不同,一般含碳量高的,发热量也高。各种煤的含碳量范围煤的种类无烟煤烟煤褐煤泥煤碳的质量分数/%859570855070约502煤的干馏(1)煤的干馏原理: 将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫做煤的干馏,也叫焦化。(2)煤的干馏产品主要有三类: 焦炉气、煤焦油和焦炭干馏产品主要成分主要
7、用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭碳冶金、合成氨造气、电石、燃料【提示】煤的干馏发生的条件有两个:一是隔绝空气以防止煤燃烧;二是加强热。煤的干馏发生了复杂的物理、化学变化。3煤的气化和液化(1)煤的气化含义:煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。主要反应:CH2O COH2。(2)煤的液化含义:煤的液化是把煤转化为_液体燃料的过程。分类:直接液化:如“煤制油”间接液化:关键是催化剂的选择(3)煤的气化与液
8、化对比煤的气化煤的液化产品低热值气中热值气高热值气直接液化产品间接液化产品电炉 25003000cC 原理煤在空气中燃烧:2CxHyxO2高温 2xCOyH2煤在氧气中燃烧:2CxHyxO2高温 2xCOyH2将中热值气进行催化合成:3H2CO催化剂 CH4H2O煤H2高温 高压 液体燃料煤气化 CO和H2催化合成 液体燃料主要成分CO、H2、N2CO、H2、CH4CH4芳香烃等甲醇(CH3OH)等目的获得高效清洁燃料【思考】煤的干馏和石油的分馏都是化学变化,煤的液化和气化都是物理变化。对吗?不对。煤的干馏、煤的液化和气化都是化学变化,石油的分馏是物理变化。(4)煤化工的重要产物(碳化钙) C
9、aO + 3C 25003000 电炉 CaC2 + CO CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 乙炔三、不饱和烃中碳原子的成键特点1不饱和烃的概念烃类某些化合物分子中的碳原子数所结合的氢原子数少于饱和烃里的氢原子数,我们把这类烃称为不饱和烃2乙烯中碳原子的成键特点(1)乙烯的组成乙烯的分子式为C2H4。比较C2H4与C2H6(乙烷)可知,乙烯分子比碳原子数相同的乙烷分子少两个氢原子,我们可以这样理解:即乙烯分子中碳碳之间为双键,乙烷分子中碳原子是“饱和”的,乙烯分子中碳原子是“不饱和”的。(2)乙烯分子组成各种表示方式分子式电子式结构式结构简式球棍模型空间充填模型C2H4CH
10、2=CH2结构特点乙烯的结构是平面形结构,2个C原子和4个H原子在同一个平面上,键角120(3)分子共线、共面问题类型结构式结构特点共线、共面情况甲烷型正四面体结构5个原子最多有3个原子共平面,中的原子不可能共平面规律:凡是碳原子与其他4个原子形成共价单键时,与碳原子相连的4个原子组成四面体结构。有机物分子结构中只要出现一个饱和碳原子,则分子中的所有原子不可能共面乙烯型平面形结构所有原子共平面,与碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面规律:有机物分子结构中每出现1个碳碳双键,则整个分子中至少有6个原子共面分析丙烯(CH3CHCH2)原子共面情况情况分析三个氢原子()和三个碳原子()六原子
11、一定共面。根据三角形规则(C,C,H构成三角形),H也可能在这个平面上即:丙烯分子最多7个原子共平面,至少有6个原子共平面3乙炔中碳原子的成键特点乙炔的分子式为C2H2,球棍模型为,比例模型为。根据模型,乙炔的分子组成和结构汇总如下分子式电子式结构式结构简式空间结构C2H2HCCHHCCH直线形(四个原子处在同一条直线上)空间构型为直线形,即乙炔分子中4个原子在同一直线上,键角(键与键之间的夹角)为180。乙炔和乙烯相比:碳碳叁键比碳碳双键的键长短,键能大,其中有两个键容易断裂,化学性质较活泼。4苯分子中碳原子的成键特点(1)苯的分子组成和表示方法分子式结构式结构简式凯库勒式比例模型球棍模型C
12、6H6(2)苯的空间构型:苯分子具有平面正六边形结构,六个碳原子、六个氢原子在同一平面上,键角120。(3)苯的结构特征六元环上碳碳之间的键长相同,键能也相同。苯环上碳碳间的键不是一般的碳碳单键,也不是一般的碳碳双键,而是一种介于单键和双键之间的独特的键,六个碳碳键是等同的,所以用 来表示苯的结构简式更恰当。四、乙烯的物理及应用1物理性质乙烯为无色、稍有气味的气体,密度比空气的略小,难溶于水,易溶于四氯化碳等有机溶剂2应用(1)乙烯是石油化工重要的基本原料,通过一系列反应,乙烯可以合成有机高分子材料、药物等。乙烯产量可以用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平(2)乙烯还是一种植物生长调节剂,果
13、实催熟剂五、乙烯的化学性质:乙烯分子中含有碳碳双键,使乙烯表现出较活泼的化学性质1乙烯的氧化反应实验过程实验现象(1)点燃纯净的乙烯,观察燃烧时的现象火焰明亮且伴有黑烟,同时放出大量的热(2)将乙烯通入盛有酸性高锰酸钾溶液的试管中,观察现象酸性高锰酸钾溶液褪色(1)与氧气的燃烧反应:C2H43O22CO22H2O (乙烯中的碳碳键、碳氢键全部破坏)实验现象:火焰明亮且伴有黑烟(比甲烷要明亮),同时放出大量的热 原因:产生黑烟是因为乙烯中碳的质量分数(85.7%)比较大,燃烧不完全产生的碳的小颗粒造成的;火焰明亮是由于碳微粒受灼热成炽热状态而发光所致乙烯具有可燃性,点燃乙烯之前一定要检验乙烯纯度
14、(2)乙烯可使酸性高锰酸钾溶液褪色反应方程式: 5CH2=CH212KMnO418H2SO4 10CO212MnSO46K2SO428H2O反应现象:酸性高锰酸钾溶液紫色褪去反应机理:碳碳双键易被酸性高锰酸钾溶液氧化,乙烯被氧化为CO2,高锰酸钾溶液被还原为无色的Mn2应用:高锰酸钾溶液可用于鉴别乙烷和乙烯,但不能用于除去乙烷中的乙烯 2乙烯的加成反应实验过程实验现象将乙烯通入盛有溴的四氯化碳溶液的试管中,观察现象溴的四氯化碳溶液褪色(1)乙烯与溴的四氯化碳溶液(或溴水)反应的化学方程式: CH2=CH2Br2 CH2BrCH2Br (1,2二溴乙烷)反应的实质:乙烯分子双键中的一个键易于断裂
15、,两个溴原子分别加在两个价键不饱和碳原子上,生成了1,2二溴乙烷乙烯与溴加成的机理该反应的原理是乙烯分子中碳碳双键中的一个键易于断裂,断开之后每个碳原子就有一个未成对的电子,而Br2分子中Br-Br键断开后形成两个带一个未成对电子的溴原子,两个溴原子分别与两个碳原子结合形成共价键。此反应的过程可表示为:加成反应a定义:有机物分子里不饱和的碳原子(碳碳双键或碳碳三键)跟其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应,叫做加成反应 (有进无出)b特点:断一(断双键中的一个键),加二(加两个原子或原子团),只上不下。像“化合反应”乙烯与溴水或溴的CCl4溶液反应现象的比较 溴水溴的CCl4溶液反应现象
16、褪色,褪色后溶液会分层褪色,褪色后溶液不分层应用鉴别乙烯和乙烷,除去乙烷中的乙烯气体,可以将混合气体通过溴水的洗气瓶,但不能用溴的四氯化碳溶液,因为乙烷能够溶于四氯化碳溶液中(2)乙烯与其它加成试剂反应:H2、卤化氢、H2O、卤素单质乙烯在一定条件下与H2加成:CH2=CH2H2CH3CH3乙烯在一定条件下与HCl加成: CH2=CH2HClCH3CH2Cl 制取纯净的氯乙烷乙烯在一定条件下与H2O加成:CH2=CH2H2OCH3CH2OH 制取乙醇乙烯在一定条件下与Cl2加成:CH2=CH2Cl2 CH2ClCH2Cl3乙烯的加聚反应:乙烯分子自身发生加成反应(1)乙烯的加聚反应机理CH2=
17、CH2CH2=CH2CH2=CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2(2)反应的方程式:nCH2=CH2聚乙烯是一种重要的塑料,如用作食品保鲜膜、水管材料等。生成聚乙烯的这种反应我们称为聚合反应。由于n的值可能不同,聚合物是混合物聚合反应:由相对分子质量小的化合物分子(单体)相互结合成相对分子质量大的聚合物(高分子化合物)的反应叫聚合反应。由不饱和的相对分子质量小的单体分子以加成反应的形式结合成相对分子质量大的高分子化合物的反应叫做加成聚合反应,简称加聚反应生活中用来包装食品的塑料袋是聚乙烯,如果将乙烯分子中的一个氢原子用氯原子代替,聚合后成为聚氯乙烯,它
18、就不能用来包装食品了,因为有毒。塑料在高温或长期光照情况下,容易老化,变脆。反应如下: nCHClCH2聚合反应中的单体、链节和聚合度 a单体:能合成高分子的小分子物质称为单体 b链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位称为 c聚合度:链节的数目n叫做聚合度,由于n不同因此高聚物都是混合物 如:聚乙烯()中乙烯为单体,CH2CH2为链节,n为聚合度六、有机高分子化合物1概念由许多小分子化合物通过共价键结合成的,相对分子质量很高(104106)的一类化合物2特点(1)相对分子质量很大,由于高分子化合物都是混合物,无固定的熔、沸点,其相对分子质量只是一个平均值(2)合成原料都是低分子化合
19、物(3)每个高分子都是由若干个重复结构单元组成的3、与高分子化合物有关的概念(1)单体:能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物(2)链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位(3)聚合度:高分子链中含有链节的数目,通常用n表示如:(4)聚合物的平均相对分子质量链节的相对质量n【典型例题】类型一:石油化工例1下列关于石油的说法中正确的是( )A石油属于可再生矿物能源 B石油主要含有碳、氢两种元素C石油的裂化是物理变化 D石油分馏的各馏分均是纯净物例2下图是石油分馏塔的示意图。a、b、c三种馏分中( )Aa的沸点最高Bb的熔点最低Cc的平均相对分子质量比a和b的大D每一种馏分都是纯
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