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碳化合物的化学性质:乙醇和乙酸

碳化合物在氧气中燃烧,生成二氧化碳、水、热和光(燃烧);强氧化剂能把醇变成酸(氧化);不饱和化合物在镍催化下与氢气结合(加成);饱和化合物在光照下,氢原子被氯原子替换(取代)。乙醇能与钠反应放出氢气,也能脱水生成乙烯;乙酸是弱酸,能与醇生成酯,与碳酸盐反应放出二氧化碳。

🎬 分步故事

  1. 燃烧。一个甲烷分子遇到两个氧分子。化学键断开,原子重新组合,生成二氧化碳、两个水分子,同时放出热和光。
  2. 氧化。碱性高锰酸钾把氧给了乙醇。–CH₂OH 一端变成 –COOH,乙醇就变成了乙酸。
  3. 加成。乙烯有一个 C=C 双键。有镍做催化剂时,一个氢分子把双键打开,两个氢原子都连上去。乙烯就变成了乙烷。
  4. 取代。甲烷没有多余的键,所以在阳光下,一个氯原子顶替了一个氢原子的位置,得到一氯甲烷和 HCl。
  5. 乙醇遇到钠。钠替换了 –OH 中的氢,生成乙醇钠,同时冒出氢气泡。这是检验醇的一种方法。
  6. 轮到你了。选一个反应,也可以选酯化反应(酸 + 醇 → 有香味的酯),按“运行”看原子如何重新组合。

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🤔 常见疑问,一次讲清

燃烧和氧化是一回事吗?

燃烧是放出热和光的快速氧化。乙醇氧化成酸要慢得多,由氧化剂来控制。

为什么甲烷不能发生加成反应?

甲烷只有单键,没有可以打开的双键。所以它只能把 H 换成 Cl。

乙酸中多出来的氧是从哪里来的?

来自氧化剂(KMnO₄ 或 K₂Cr₂O₇),方程式里写成 [O]。

氢化时镍会被消耗掉吗?

不会。催化剂只是加快反应,反应结束时它还是原来的样子。

把钠放进乙醇里,冒出来的是什么?

氢气。钠替换了 –OH 中的 H,所以放出 H₂,留下乙醇钠。

酯化反应为什么用双向箭头?

这个反应是可逆的;酯和水也能反过来反应。酸催化剂和加热有助于让反应向生成酯的方向进行。

燃烧

碳和碳化合物在氧气中燃烧,生成二氧化碳、水、热和光:CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 热 + 光;C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + 热 + 光。

煤和石油含有氮和硫,所以燃烧时还会放出硫和氮的氧化物,它们会造成酸雨。

氧化反应

燃烧是氧化的一种,但醇还可以被“温和地”氧化。碱性高锰酸钾(KMnO₄)或酸化的重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)是氧化剂:它们能把氧给别的物质。

CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O(与碱性 KMnO₄ 一起加热)。

高锰酸钾的粉红色在被消耗时会褪去;等乙醇全部被氧化后,多出来的 KMnO₄ 会让溶液保持粉红色。

加成反应

不饱和化合物的双键或三键可以接上别的原子。有氢气和催化剂(镍或钯)时,乙烯变成乙烷:CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃。

催化剂能改变反应的快慢,但自己不会被消耗。

油脂氢化

植物油含有长长的不饱和碳链。在镍催化下加氢,它们就变成固态的饱和脂肪(人造黄油)。不饱和油一般认为更健康;饱和脂肪吃多了与心脏病有关。

取代反应

饱和烃很不活泼,但在阳光下,氯会把它的氢原子一个一个替换掉:CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl。氯更多时,还会生成 CH₂Cl₂、CHCl₃ 和 CCl₄。

加成与取代的区别:加成需要双键或三键,只生成一种产物;取代是换掉一个原子,生成两种产物。

乙醇(酒精)

乙醇 C₂H₅OH 在室温下是无色液体,能以任意比例与水互溶,是很好的溶剂(酊剂、止咳糖浆里都有)。它是酒的有效成分;即使少量也会影响身体和大脑,而甲醇(有时被非法掺入)可能导致失明甚至死亡。工业酒精会加入甲醇和蓝色染料进行变性,使人无法饮用。

乙醇的反应

乙醇与汽油混合可作为更清洁的燃料(用甘蔗制乙醇掺入汽油)。

乙酸(醋酸)

乙酸 CH₃COOH 是弱酸(只有一部分电离)。纯乙酸在约 290 K(17 °C)就会凝固,天冷时像冰一样,叫作冰醋酸。食醋是它的5–8%水溶液。

重点公式和概念

例题讲解

1. 写出乙烷完全燃烧的配平方程式。

2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 热 + 光。(先配碳:4;再配氢:12 个 H → 6H₂O;最后配氧:8 + 6 = 14 个原子 = 7O₂。)

2. 为什么饱和烃的火焰干净,而萘的火焰却冒黑烟?

萘是不饱和的,含碳量高。氧气不够把所有的碳都烧掉,没烧完的碳颗粒就形成了黄色、冒黑烟的火焰。

3. 乙烯 + H₂ 和甲烷 + Cl₂,哪个是加成反应?为什么?

乙烯 + H₂ 是加成:两个 H 原子接在 C=C 上,只生成一种产物(乙烷)。甲烷 + Cl₂ 是取代:Cl 换掉 H,生成两种产物(CH₃Cl + HCl)。

4. 化合物 X,C₂H₆O,与钠反应放出一种气体,点燃时发出“噗”声。用碱性 KMnO₄ 氧化后得到 Y,C₂H₄O₂。请判断 X、Y 和这种气体。

X 是乙醇(C₂H₅OH),气体是氢气(“噗”声检验),Y 是乙酸(CH₃COOH)。

5. 怎样用小苏打区分乙醇和乙酸?

加入 NaHCO₃。乙酸会冒泡并放出 CO₂(使澄清石灰水变浑浊);乙醇没有气泡。

6. 把 Y(C₂H₄O₂)与 X(C₂H₆O)和几滴浓 H₂SO₄ 一起加热,闻到甜香味。写出反应名称和产物,再说明产物怎样能变回 X。

酯化反应:CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O;产物是乙酸乙酯。用 NaOH 加热(皂化)会得到乙醇 + 乙酸钠。

常见错误

练习测验

1. 植物油氢化用的是哪种催化剂?
2. 阳光下 CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl 属于:
3. 乙醇与钠反应生成:
4. 碱性 KMnO₄ 把乙醇转化成:
5. 酸和醇反应生成有甜香味的物质,这种反应叫:

练习:自己动手回答

输入或选择你的答案,然后点“检查”。卡住了就看提示;回答后会显示完整解答。

常见问题

加成反应和取代反应有什么区别?

加成发生在不饱和化合物中:原子接到双键/三键上,只生成一种产物。取代发生在饱和化合物中:一个原子被另一个原子替换,生成两种产物。

什么是酯化反应?

羧酸与醇在酸催化剂存在下反应,生成有甜香味的酯和水。

为什么乙酸叫冰醋酸?

纯乙酸在约 17 °C 就会凝固,在寒冷的地方看起来像冰(冰川)。

哪里会学到

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIHydrocarbon derivatives
Ukraine9 класOrganic substances
CBSE (India)Class 10Chemical Substances – Nature and Behaviour
England (GCSE, A level)Year 114.7 Organic chemistry
China高一Ch.7 Organic compounds

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