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协调科学(双奖) · 课程

把有机结构与指定的转化联系起来

题目告诉你一种烃变成了什么,你要说出这说明了它的结构是怎样的。

本页内容
  1. 这个转化告诉你什么?
  2. 例题
  3. 要小心的错误
  4. 自我检测
  5. 接下来

要把结构与转化联系起来,先配平原子,再判断结构是饱和还是不饱和,然后用现象支持你的判断。分子式给你线索,实验给你证据。

这一课接在解释电化学现象之后,属于综合化学推理模块,用的仍是同一种技能:把现象与背后的粒子联系起来。

这个转化告诉你什么?

有两种转化反复出现。**裂化(cracking)**把大的烷烃分解成较小的烷烃和烯烃。加成发生在烯烃与溴等物质在双键处反应时。

  • 烷烃分子式:CₙH₂ₙ₊₂(饱和,只有单键)。
  • 烯烃分子式:CₙH₂ₙ(不饱和,含一个 C=C 双键)。
  • 溴水测试:烯烃使溴水褪色,烷烃不会。

工业上的裂化在高温下进行,常常使用催化剂。在学校阶段,你只需理解原理和方程式,不需要亲自操作。

例题

以下细节是为练习而虚构的。癸烷 C₁₀H₂₂ 发生裂化。

其中一个产物是辛烷 C₈H₁₈。第二个产物是气体,能使溴水褪色。

第 1 步,通过配平找出第二个产物: C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ + ?

碳:10 − 8 = 2。氢:22 − 18 = 4。所以缺少的产物是 C₂H₄,即乙烯。

第 2 步,检查结构: C₂H₄ 在 n = 2 时符合 CₙH₂ₙ,所以它是含 C=C 双键的烯烃。

第 3 步,联系现象: 烯烃是不饱和的,所以会加成溴,溴水从橙褐色变为无色。

第 4 步,写出加成方程式: C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂

第 5 步,用质量检查: C₁₀H₂₂ 的 Mr = (10 × 12) + 22 = 142。C₈H₁₈ 的 Mr = 96 + 18 = 114。C₂H₄ 的 Mr = 24 + 4 = 28。而 114 + 28 = 142,所以质量守恒。

要小心的错误

错误答案: C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ + C₂H₆

数一下氢就能发现问题:18 + 6 = 24,但左边只有 22。方程式不平衡。

此外,C₂H₆ 是乙烷,属于烷烃,不会使溴水褪色,与实验现象矛盾。正确做法是先配平,得到 C₂H₄,再用实验确认。如果分子式和现象不一致,说明其中一个被看错了。

自我检测

以下分子式是为练习而虚构的。

1. 烃 P 的分子式为 C₅H₁₀,能使溴水褪色。烃 Q 的分子式为 C₅H₁₂。哪个是烯烃?Q 遇到溴水会怎样?

显示答案

P 是烯烃,因为 C₅H₁₀ 符合 CₙH₂ₙ。Q 符合 CₙH₂ₙ₊₂,所以是烷烃。Q 是饱和的,不会使溴水褪色,混合物仍是橙褐色。

2. 完成裂化方程式:C₁₂H₂₆ → C₈H₁₈ + ?

显示答案

碳:12 − 8 = 4。氢:26 − 18 = 8。缺少的产物是 C₄H₈,属于烯烃。

3. 写出溴与 C₃H₆ 加成的方程式。

显示答案

C₃H₆ + Br₂ → C₃H₆Br₂。一个溴分子加成到双键上。

接下来

本模块最后一课把两种测试的证据放在一起:比较两种分析方法的证据。之后再做综合练习题。科学探究评论工具可以帮你检查一个观察结果是否足以支持某个结构。

不数原子就急着解释的学生,常常在原理上明白的题目里丢分。Co-ordinated Sciences 线上一对一补习的老师可以教你把简短的检查流程放进每一道化学题的答案里。

常见问题

怎样从分子式判断一种烃是烷烃还是烯烃?

对于链状分子,烷烃符合 CₙH₂ₙ₊₂,含一个双键的烯烃符合 CₙH₂ₙ。C₅H₁₂ 符合烷烃的规律,C₅H₁₀ 符合烯烃的规律。分子式只是第一个线索,溴水褪色这类实验结果才是更有力的证据。

溴水变成无色说明什么?

说明这种烃是不饱和的,也就是含有碳碳双键。溴加成到双键上,橙褐色就消失了。饱和烃(烷烃)在一般条件下不会这样,所以颜色不变。

题目只问产物,为什么还要配平裂化方程式?

配平正是找出未知产物的方法。数两边的碳原子和氢原子,差值就是缺少的分子式。它也能发现错误,因为不平衡的方程式违反了原子不会凭空产生或消失的规则。

更新于:

下一步

如果你知道烷烃和烯烃的知识,却难以用在陌生的分子式上,一对一的老师可以帮你养成写任何解释前先数原子的习惯。

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