9烷烃的化学性质.ppt

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1、第第第第 33篇篇篇篇烃和卤代烃的化学性质烃和卤代烃的化学性质烃和卤代烃的化学性质烃和卤代烃的化学性质第第第第9 9章章章章烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃的化学性质9.19.1 烷烃的取代反应烷烃的取代反应烷烃的取代反应烷烃的取代反应9.29.2烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应9.39.3烷烃的异构化反应烷烃的异构化反应烷烃的异构化反应烷烃的异构化反应9.49.4烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应AlkaneAlkane,asaclass,arecharacte

2、rizedbyageneral,asaclass,arecharacterizedbyageneralinertnessinertnesstomanychemicalreagents.tomanychemicalreagents.Carbon-carbonandcarbon-hydrogenbondsarequiteCarbon-carbonandcarbon-hydrogenbondsarequitestrong;theydonotbreakunlessstrong;theydonotbreakunlessalkanesalkanesareheatedtoareheatedtoveryhig

3、htemperatures.veryhightemperatures.BecausecarbonandhydrogenatomshavenearlytheBecausecarbonandhydrogenatomshavenearlythesamesameelectronegativityelectronegativity,thecarbon-hydrogenbondsof,thecarbon-hydrogenbondsofalkanesalkanesareonlyslightlypolarized.Asaconsequence,areonlyslightlypolarized.Asaconse

4、quence,theyaregenerallyunaffectedbymostbases.Moleculestheyaregenerallyunaffectedbymostbases.Moleculesofofalkanesalkaneshavenounsharedelectronstoofferassiteshavenounsharedelectronstoofferassitesforattackbyacidsforattackbyacids烷烃的卤代反应烷烃的卤代反应Halogenation of Alkane F2Cl2Br2I2FlorinationChlorinationBromi

5、nationIodination总反应活性：总反应活性：F2Cl2Br2I2甲烷的氯代Chlorination of Methane烷烃：烷烃：烷烃：烷烃：ClCl2 21010：1 11 1：4 4主产物主产物主产物主产物CH3ClCH3ClCCl4CCl4控制原料配比，光照时间，反应温度等，可控制产物比例控制原料配比，光照时间，反应温度等，可控制产物比例控制原料配比，光照时间，反应温度等，可控制产物比例控制原料配比，光照时间，反应温度等，可控制产物比例烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理-自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反

6、应机理甲烷氯化反应事实甲烷氯化反应事实甲烷氯化反应事实甲烷氯化反应事实（1 1）2525，暗，暗，暗，暗，（2 2）250250，（3 3）2525，光，光，光，光，（4 4）每吸收一个光子产生几千个）每吸收一个光子产生几千个）每吸收一个光子产生几千个）每吸收一个光子产生几千个CHCH3 3ClCl（5 5）有能捕捉自由基的杂质存在时，有诱导期）有能捕捉自由基的杂质存在时，有诱导期）有能捕捉自由基的杂质存在时，有诱导期）有能捕捉自由基的杂质存在时，有诱导期诱导期长短与杂质的量有关诱导期长短与杂质的量有关诱导期长短与杂质的量有关诱导期长短与杂质的量有关烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理烷烃氯化

7、反应的机理烷烃氯化反应的机理-自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反应机理链引发链引发链引发链引发链链链链终终终终止止止止链链链链增增增增长长长长 a237.57.5-105.4-105.4E E16.716.7a1E E能量（KJ/mol)8.38.3链链链链传递过程（传递过程（传递过程（传递过程（2 2）（）（）（）（3 3）的能量变化曲线）的能量变化曲线）的能量变化曲线）的能量变化曲线反应热反应热反应热反应热活化能活化能活化能活化能过渡态过渡态过渡态过渡态动画演示3 30 0H:2H:20 0H:1H:10 0H=H=22%/122%/1:33%/233%/2

8、:(15%+30%)/9(15%+30%)/9烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理烷烃氯化反应的机理-自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基取代反应机理自由基的稳定性自由基的稳定性自由基的稳定性自由基的稳定性:卤化反应活化能：卤化反应活化能：卤化反应活化能：卤化反应活化能：3 3 3 30 0 0 0H 2H 2H 2H 20 0 0 0H 1H 1H 1H 10 0 0 0HCHHCHHCHHCH4 4 4 4当当当当T300T300,氢的活性差别缩小。氢的活性差别缩小。氢的活性差别缩小。氢的活性差别缩小。T T T T越高，差别越小，最后基本上无差别

9、越高，差别越小，最后基本上无差别越高，差别越小，最后基本上无差别越高，差别越小，最后基本上无差别烷烷烃烃中中氢氢的的活活性性溴化反应氢的活性溴化反应氢的活性溴化反应氢的活性溴化反应氢的活性 3 30 0H:2H:20 0H:1H:10 0H=1600:82:1H=1600:82:1氯化反应的活性氯化反应的活性氯化反应的活性氯化反应的活性3 30 0 H:2H:20 0H:1H:10 0H=5.0:3.7:1H=5.0:3.7:1溴化反应比氯化反应活性低，选择性高溴化反应比氯化反应活性低，选择性高溴化反应比氯化反应活性低，选择性高溴化反应比氯化反应活性低，选择性高X=Br(T=127X=Br(T

10、=127)3%97%3%97%ClCl(T=25(T=25)45%55%)45%55%X=Br(T=127X=Br(T=127)痕量痕量痕量痕量99%99%ClCl(T=25(T=25)64%36%)64%36%烷烃的溴化反应烷烃的溴化反应烷烃的溴化反应烷烃的溴化反应烷烃与烷烃与烷烃与烷烃与F F自动发生反应，甚至在自动发生反应，甚至在自动发生反应，甚至在自动发生反应，甚至在8080也可进行也可进行也可进行也可进行用用用用CoFCoF3 3代替代替代替代替F F2 2除去除去除去除去HIHI才能顺利进行才能顺利进行才能顺利进行才能顺利进行卤素的活泼性卤素的活泼性卤素的活泼性卤素的活泼性FFCl

11、ClBrIBrI烷烃的氟代和碘代反应烷烃的氟代和碘代反应烷烃的氟代和碘代反应烷烃的氟代和碘代反应烷烃与烷烃与烷烃与烷烃与F F2 2烷烷烷烷烃烃烃烃与与与与碘碘碘碘特点特点特点特点:(1)(1)烷烃中任何的一个烷烃中任何的一个烷烃中任何的一个烷烃中任何的一个C-HC-H键都可以断裂键都可以断裂键都可以断裂键都可以断裂,氢被硝基取代氢被硝基取代氢被硝基取代氢被硝基取代,遵循遵循遵循遵循 3 3 3 30 0 0 0H 2H 2H 2H 20 0 0 0H 1H 1H 1H 10 0 0 0H H H H的的的的活性规律；活性规律；活性规律；活性规律；T ,T ,T ,T ,活性差别缩小活性差别缩

12、小活性差别缩小活性差别缩小.(2)(2)(2)(2)烷烃中任何一个烷烃中任何一个烷烃中任何一个烷烃中任何一个C-CC-CC-CC-C键都可以断裂键都可以断裂键都可以断裂键都可以断裂,烷基被硝基取代烷基被硝基取代烷基被硝基取代烷基被硝基取代(3)HNO(3)HNO(3)HNO(3)HNO3 3 3 3为强氧化剂为强氧化剂为强氧化剂为强氧化剂,伴随有氧化反应的产物醇、醛、酮、羧酸和伴随有氧化反应的产物醇、醛、酮、羧酸和伴随有氧化反应的产物醇、醛、酮、羧酸和伴随有氧化反应的产物醇、醛、酮、羧酸和COCOCOCO2 2 2 2烷烃的硝化反应烷烃的硝化反应烷烃的硝化反应烷烃的硝化反应1 1磺化反应磺化反

13、应磺化反应磺化反应2 2氯磺化反应（氯磺化反应（氯磺化反应（氯磺化反应（ReedReed反应）反应）反应）反应）（1 1）丙烷及以上的烷烃生成的是烷基磺酰氯的混合物）丙烷及以上的烷烃生成的是烷基磺酰氯的混合物）丙烷及以上的烷烃生成的是烷基磺酰氯的混合物）丙烷及以上的烷烃生成的是烷基磺酰氯的混合物（2 2）有副产物）有副产物）有副产物）有副产物R-R-ClCl和多磺酰氯，和多磺酰氯，和多磺酰氯，和多磺酰氯，SO2SO2过量，过量，过量，过量，RClRCl的量减少的量减少的量减少的量减少（3 3）TT，主产物烷基磺酰氯的量主产物烷基磺酰氯的量主产物烷基磺酰氯的量主产物烷基磺酰氯的量烷烃的磺化反应和

14、氯磺化反应烷烃的磺化反应和氯磺化反应烷烃的磺化反应和氯磺化反应烷烃的磺化反应和氯磺化反应烷烃的燃烧反应（完全氧化）烷烃的燃烧反应（完全氧化）烷烃的燃烧反应（完全氧化）烷烃的燃烧反应（完全氧化）燃烧热燃烧热燃烧热燃烧热爆炸极限爆炸极限爆炸极限爆炸极限：低级烷烃的蒸汽与与空气混合达到一定比例时，低级烷烃的蒸汽与与空气混合达到一定比例时，低级烷烃的蒸汽与与空气混合达到一定比例时，低级烷烃的蒸汽与与空气混合达到一定比例时，遇明火迅速燃烧，放出的大量热不能迅速消散，同时产生的遇明火迅速燃烧，放出的大量热不能迅速消散，同时产生的遇明火迅速燃烧，放出的大量热不能迅速消散，同时产生的遇明火迅速燃烧，放出的大量

15、热不能迅速消散，同时产生的CO2CO2和水蒸气突然膨胀，发生爆炸。这个混合物的比例称为和水蒸气突然膨胀，发生爆炸。这个混合物的比例称为和水蒸气突然膨胀，发生爆炸。这个混合物的比例称为和水蒸气突然膨胀，发生爆炸。这个混合物的比例称为爆爆爆爆炸极限。炸极限。炸极限。炸极限。CH4CH4的爆炸极限为的爆炸极限为的爆炸极限为的爆炸极限为5.35.31414（体积比）（体积比）（体积比）（体积比）纯粹烷烃完全燃烧放出的热称为燃烧热纯粹烷烃完全燃烧放出的热称为燃烧热二二二二、烷烃的部分氧化、烷烃的部分氧化、烷烃的部分氧化、烷烃的部分氧化石蜡（石蜡（石蜡（石蜡（C C2020C C6060）复杂产物，难分离

16、，用作肥皂，表面活性剂等的原料复杂产物，难分离，用作肥皂，表面活性剂等的原料复杂产物，难分离，用作肥皂，表面活性剂等的原料复杂产物，难分离，用作肥皂，表面活性剂等的原料烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应烷烃的燃烧和氧化反应 由于烷烃的制取成本较高（一般要用烯烃催化加氢），所由于烷烃的制取成本较高（一般要用烯烃催化加氢），所由于烷烃的制取成本较高（一般要用烯烃催化加氢），所由于烷烃的制取成本较高（一般要用烯烃催化加氢），所以在工业上不制取烷烃，而是直接从石油中提取。以在工业上不制取烷烃，而是直接从石油中提取。以在工业上不制取烷烃，而是直接从石油中提取。以在工业上不制取烷

17、烃，而是直接从石油中提取。烷烃的作用主要是做燃料。天然气和沼气（主要成分为甲烷烃的作用主要是做燃料。天然气和沼气（主要成分为甲烷烃的作用主要是做燃料。天然气和沼气（主要成分为甲烷烃的作用主要是做燃料。天然气和沼气（主要成分为甲烷）是近来广泛使用的清洁能源。石油分馏得到的各种馏烷）是近来广泛使用的清洁能源。石油分馏得到的各种馏烷）是近来广泛使用的清洁能源。石油分馏得到的各种馏烷）是近来广泛使用的清洁能源。石油分馏得到的各种馏分适用于各种发动机：分适用于各种发动机：分适用于各种发动机：分适用于各种发动机：C1C4C1C4(40(40以下时的馏分以下时的馏分以下时的馏分以下时的馏分)是是是是石油气石

18、油气石油气石油气，可作为燃料；，可作为燃料；，可作为燃料；，可作为燃料；C5C11C5C11(40200(40200时的馏分时的馏分时的馏分时的馏分)是是是是汽油汽油汽油汽油，可作为燃料，也可作为化工原料；，可作为燃料，也可作为化工原料；，可作为燃料，也可作为化工原料；，可作为燃料，也可作为化工原料；C9C18C9C18(150250(150250时的馏分时的馏分时的馏分时的馏分)是是是是煤油煤油煤油煤油，可作为燃料；，可作为燃料；，可作为燃料；，可作为燃料；C14C20C14C20(200350(200350时的馏分时的馏分时的馏分时的馏分)是是是是柴油柴油柴油柴油，可作为燃料；，可作为燃料

19、；，可作为燃料；，可作为燃料；C20C20以上的馏分是重油以上的馏分是重油以上的馏分是重油以上的馏分是重油，再经减压蒸馏能得到润滑油、沥青等物质。，再经减压蒸馏能得到润滑油、沥青等物质。，再经减压蒸馏能得到润滑油、沥青等物质。，再经减压蒸馏能得到润滑油、沥青等物质。此外，烷烃经过裂解得到烯烃这一反应已成为近年来生产此外，烷烃经过裂解得到烯烃这一反应已成为近年来生产此外，烷烃经过裂解得到烯烃这一反应已成为近年来生产此外，烷烃经过裂解得到烯烃这一反应已成为近年来生产乙烯的一种重要方法。乙烯的一种重要方法。乙烯的一种重要方法。乙烯的一种重要方法。石油利用的三个阶段石油利用的三个阶段石油是植物遗体在地

20、壳中经过复杂的变化而形成的.1855年,美国耶鲁大学化学教授西利曼通过分析石油的化学成分确定石油是多种碳氢化合物的混合物.第一阶段第一阶段从石油中提取煤油供照明用从石油中提取煤油供照明用.19世纪初,根据分离酒和水的方式将石油蒸馏得到煤油,这时汽油没有得到充分的利用,因易燃并容易发生爆炸,当时人们视它为危险的废料,不知道如何处理.第二阶段第二阶段汽油变废为宝汽油变废为宝到19世纪末,内燃机和汽车相继问世,内燃机需要易燃的液体作燃料,汽油正好符合它的要求.随着汽车飞机等相继出现,而同时,随着电灯的出现,煤油的需求量大减,促使人们尽快研究能否从石油中提取更多的汽油,减少煤油产量.20世纪初,从煤油

21、变汽油变成了现实.1913年美国化学家伯顿把汽油放在锅里加热,使煤油在一定压力下裂解成较小的分子汽油.随着大型客机和超音速飞机的出现,汽油的需求不断增加,提出两个要求:1 从石油中提取更多的汽油2 提高汽油的质量,减少爆震现象爆震现象爆震现象:汽油的蒸汽与空气的混合物在内燃机的汽缸中燃烧时在点火前就进行爆炸性的燃烧.造成浪费损坏内燃机汽缸.爆震过程与汽油的成分有关爆震过程与汽油的成分有关:直链烷烃,爆震程度最大;支链或环烃爆震程度最小尺度:正庚烷的辛烷值为0,异辛烷的辛烷值为100通常所说的汽油的辛烷值或多少号汽油是把它们在燃烧时发生的爆震现象与正庚烷和异辛烷的混合物比较得到的.如何通过化学加

22、工的方法提高汽油的辛烷值?热裂解:得到较大份额的汽油和副产气体.催化裂解:提高辛烷值加氢裂解:增加汽油的产量重整(异构化):将汽油中所含直链烃转变成带支链的烃和环状结构的烃,提高辛烷值.第三个阶段第三个阶段:裂解过程得到的低碳烯烃裂解过程得到的低碳烯烃(重要化工原料重要化工原料)工业上用于改善油品质量工业上用于改善油品质量工业上用于改善油品质量工业上用于改善油品质量伴随异构化反应有裂解、聚合等副反应伴随异构化反应有裂解、聚合等副反应伴随异构化反应有裂解、聚合等副反应伴随异构化反应有裂解、聚合等副反应烷烃的异构化反应烷烃的异构化反应热裂化：热裂化：热裂化：热裂化：500500600600 进行，

23、裂化石油高沸点馏分生产轻质油。进行，裂化石油高沸点馏分生产轻质油。进行，裂化石油高沸点馏分生产轻质油。进行，裂化石油高沸点馏分生产轻质油。裂裂裂裂 解解解解：700700以上，以上，以上，以上，石油工业中生产低级烯烃（乙烯、丙稀和丁烯），石油工业中生产低级烯烃（乙烯、丙稀和丁烯），石油工业中生产低级烯烃（乙烯、丙稀和丁烯），石油工业中生产低级烯烃（乙烯、丙稀和丁烯），催化裂化：较低温度，生产乙烯、丙稀和丁烯催化裂化：较低温度，生产乙烯、丙稀和丁烯催化裂化：较低温度，生产乙烯、丙稀和丁烯催化裂化：较低温度，生产乙烯、丙稀和丁烯烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应烷烃的裂化、裂解和脱氢反应键能键能键能键能 C-C347KJ/molC-H414KJ/molC-C347KJ/molC-H414KJ/mol天然气怎么合成尿素天然气怎么合成尿素天然气怎么合成尿素天然气怎么合成尿素 天然气的主要成分是天然气的主要成分是天然气的主要成分是天然气的主要成分是CH4CH4，过程：过程：过程：过程：CH4+H2O=CO+2H2CH4+H2O=CO+2H2CO+H2O=CO2+H2CO+H2O=CO2+H23H2+2N2=2NH33H2+2N2=2NH3CO2+NH3=CO2+NH3=尿素尿素尿素尿素