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。
- 饱和烃通常燃烧时火焰是干净的蓝色。
- 不饱和烃燃烧时火焰是黄色、冒黑烟的(含碳多,燃烧不完全)。
- 如果空气不足,饱和燃料也会冒黑烟,所以灶具的进气孔被堵住时,锅底会被熏黑。
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
- 与钠反应:2CH₃CH₂OH + 2Na → 2CH₃CH₂ONa + H₂↑(乙醇钠 + 氢气)。
- 脱水:与过量浓 H₂SO₄ 在 443 K 下加热会脱去水:CH₃CH₂OH → CH₂=CH₂ + H₂O。
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。
- 酯化反应:CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O(加浓 H₂SO₄)。生成的酯叫乙酸乙酯,有甜甜的水果香味。
- 皂化反应:酯 + NaOH → 醇 + 酸的钠盐。肥皂就是这样做出来的。
- 与碱反应:CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O。
- 与碳酸盐/碳酸氢盐反应:2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂;CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂(使澄清石灰水变浑浊)。
重点公式和概念
- 燃烧:CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 热 + 光
- 氧化:CH₃CH₂OH → CH₃COOH(碱性 KMnO₄ 或酸化 K₂Cr₂O₇,加热)
- 加成:CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃CH₃(镍催化)
- 取代:CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl(阳光)
- 2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂
- C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O(热的浓 H₂SO₄,443 K)
- CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O(酸催化)
- CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa(皂化)
- CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂
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
- 说饱和烃能发生加成反应。只有不饱和化合物(含 C=C 或 C≡C)才能加成;饱和的只能取代。
- 忘了反应条件:加成需要镍/钯催化剂,取代需要阳光,酯化需要酸催化剂。
- 把乙醇与钠反应放出的气体写成氧气。它是氢气,点燃时发出“噗”声。
- 说乙酸是强酸。它是弱酸:在水中只有一小部分电离。