一、甲烷的结构和性质
1．甲烷的存在和用途
（1）甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。
2．甲烷的分子结构
（1）组成与结构
分子式 电子式 结构式 球棍模型 比例模型
CH4
（2）空间结构
空间结构示意图 结构特点及空间构型
4 个 C—H 键的长度和强度相同，夹角相等，是正四面体结
构；碳原子位于正四面体的中心，4 个氢原子位于 4 个顶点
（1）用短线“—”来表示一对共用电子的图式叫做结构式。省略了部分或全部短线“—”的结构式叫做结
构简式。甲烷的结构简式为 CH4(它也是甲烷的分子式)。
（2）甲烷分子中 4 个 C—H 键完全等同，5 个原子不在同一平面上，其中最多有 3 个原子在同一平面
上。
（3）CH4 的电子式和结构式表示了分子中原子间的连接顺序和成键方式；结构简式是结构式的简化形
式，它们不能表示分子真实的空间结构；球棍模型和比例模型以逼真的形式表示了分子中原子间的连接方
式以及原子的相对体积和空间分布。
3．甲烷的性质
（1）物理性质
颜色 气味 状态 水溶性 密度
无色 无味 气态 难溶 比空气的小
（2）化学性质
在通常情况下，甲烷性质比较稳定，与酸性 KMnO4 等强氧化剂以及强酸、强碱都不反应。但在特定条
件下也会发生某些反应。
①甲烷的氧化反应——可燃性
CH4+2O2 CO2+2H2O
现象：燃烧时放出大量的热，还伴有淡蓝色火焰。
注意：
（1）CH4 属于可燃性气体，在点燃之前一定要验纯，防止出现爆炸事故。
（2）根据 CH4 的物理性质，CH4 可采用排水法和向下排空气法收集。
（3）在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，内壁有水珠生成说明可燃物中含有 H 元素；将小烧杯迅速倒转
过来，向其中加入少量澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明可燃物中含有 C 元素。
②甲烷的取代反应
a.甲烷与氯气的取代反应
实验操作
实验现象
(A)装置
a.色变浅：试管内气体的颜色逐渐变浅，最终变为无色；
b.出油滴，生白雾：试管内壁有油状液滴出现，同时试管中有少量白雾；
c.水上升：试管内液面逐渐上升。
(B)装置：无明显现象
现象分析
a.色变浅：说明氯气参与了反应，导致混合气体的黄绿色变浅；
b.出油滴：说明反应后有难溶于水的有机物生成；
c.生白雾：说明有 HCl 生成；
d.水上升：说明反应后气体体积减小而使水位上升
实验结论
光照条件下，甲烷与 Cl2 发生反应：
CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl
CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl
CHCl3+Cl2 CCl4+HCl
b.甲烷的四种氯代产物
名称 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯甲烷
状态 常温时呈气态 常温时均呈液态
俗称 —— —— 氯仿 四氯化碳
结构式
空间构型 均是四面体(不是正四面体) 正四面体
水溶性 均不溶于水
密度 —— 均比水的大
用途 —— —— 有机溶剂 有机溶剂、灭火剂
注意：
（1）CH3Cl、CH2Cl2 、CHCl3 的结构为四面体，而非正四面体。
（2）CH2Cl2 只有一种结构的实质可说明 CH4 为正四面体结构，而非平面结构。
4．注意事项
（1）有机反应比较复杂，常伴随很多副反应发生，因此有机反应方程式常用“―→”。
（2）CH4 与 Cl2 的反应逐步进行，应分步书写。
（3）当 n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1 时，反应并不只发生 CH4+Cl2 光照 CH3Cl+HCl，其他反应仍发生。
5．取代反应与置换反应的比较
取代反应 置换反应
可与化合物发生取代，生成物中不一定有单质 反应物、生成物中一定都有单质
反应能否顺利进行受催化剂、温度、光照等外界
条件的影响较大。
在水溶液中进行的置换反应遵循金属或非
金属活动性顺序
分步取代，很多反应是可逆的 反应一般是单向进行
二、烷烃的结构和性质
1．烷烃
（1）烷烃的概念
烃分子中的碳原子之间只以碳碳单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，从而使每个碳原子的化
合价都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃，也称为烷烃。
（2）烷烃的通式
CnH2n+2(n 为正整数)，符合此通式的烃一定是烷烃。相邻烷烃分子在组成上相差一个 CH2 原子团。
（3）烷烃的结构特点
a.烷烃分子中 C 原子间只以单键相连接，每个 C 原子都是以 4 个共价单键与其他 C (或 H)原子相连，
如
乙烷 丙烷 正丁烷
b.烷烃结构的表示方法(以乙烷为例)
表示方法 含义 实例
分子式 用元素符号表示物质分子组成的化学式 C2H6
结构式 用短线来代替原子间的共用电子对
结构简式
把结构式中表示共价单键的“—”删去，把碳原
子连接的氢原子与碳原子合并为碳氢原子团
CH3CH3
球棍模型 用球和棍表示原子间的结合方式
比例模型 用大小不同的小球表示原子间的连接方式
注意：
①烷烃分子为链状分子，可以是直链，也可以含有支链。
②烷烃都是立体结构，当碳原子数≥3 时，碳原子不在一条直线上，烷烃的空间构型呈折线形或锯齿形。
③烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的原子团叫做烃基，烷烃失去一个氢原子剩余的原子团叫做烷
基，一般用—R 表示。如“—CH3”叫做甲基，“—CH2CH3”叫做乙基。
④1 mol —CH3 含有 9 mol 电子，1 mol CH4 含有 10 mol 电子。
（4）烷烃的性质
①烷烃的物理性质
递变性
烷烃的熔、沸点较低，且随碳原子数的增加，烷烃的熔、沸点逐渐升高；
碳原子数≤4 的烷烃在常温常压下是气体，其他烷烃在常温常压下是液体或固体；
烷烃的相对密度都较小，且随碳原子数的增加，烷烃的相对密度逐渐增大
相似性 烷烃不溶于水而易溶于有机溶剂，液态烷烃的密度均小于 1 g·cm−3
②烷烃的化学性质
稳定性
烷烃通常较稳定，不能被酸性 KMnO4 溶液氧化，也不能与强酸、强碱发生反应，性质与
甲烷相似
氧化反应
烷烃都具有可燃性，在空气或氧气中完全燃烧生成 CO2 和 H2O
CnH2n+2+ 3 1
2
n
O2 nCO2+(n+1)H2O
取代反应 取代反应是烷烃的特征反应，在光照条件下，烷烃与 Cl2、Br2 等卤素单质可发生取代反应
2．烃类的熔、沸点规律
（1）有机物一般为分子晶体，在有机同系物中，随着碳原子数增加，相对分子质量增大，分子间作用
力增大，熔、沸点逐渐升高。
（2）常温下，n≤4 的烃呈气态，新戊烷也呈气态。
（3）分子式相同的烃，支链越多，熔、沸点越低。例如沸点：CH3(CH2)3CH3>(CH3)2CHCH2CH3>C(CH3)4。
（4）互为同分异构体的芳香烃及其衍生物的熔、沸点，一般来说，邻位>间位>对位。
三、乙烯的结构与性质
1．乙烯的结构
（1）乙烯的组成与结构
分子式 电子式 结构式 结构简式 球棍模型 比例模型 空间构型
C2H4 CH2=CH2
6 个原子在同 1 个平
面上
注意：
①乙烯的结构特点
②乙烯的结构简式不可以写成 CH2CH2，而应写成 CH2=CH2，即必须把其中的碳碳双键体现出来，碳碳
双键一定不能省略。
③由于乙烯碳碳双键中的两个碳碳键不完全相同，其中一个键不稳定，发生化学反应时易断裂，因此
乙烯化学性质活泼。
2．乙烯的物理性质
颜色 气味 状态 溶解性 密度
无色 稍有气味 气态 难溶于水，易溶于有机溶剂 比空气的略小
3．乙烯的化学性质
（1）氧化反应
在空气中燃烧 火焰明亮，伴有黑烟，放出大量的热。化学方程式为 CH2=CH2+3O2 2CO2+2H2O
与酸性 KMnO4
溶液反应
酸性 KMnO4 溶液褪色，说明乙烯比较活泼，易被强氧化剂氧化
乙烯能被酸性 KMnO4 溶液氧化为 CO2，因此，除去甲烷中混有的乙烯，不能用酸性 KMnO4 溶液，应
该用溴水或溴的四氯化碳溶液。
（2）乙烯的加成反应
有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应叫加成反应。
CH2=CH2+Br2 CH2BrCH2Br (将乙烯通入溴水中，溴水褪色)
CH2=CH2+H2O CH3CH2OH (工业上用于制取乙醇)
CH2=CH2+HCl CH3CH2Cl (用于制备氯乙烷)
注意：
①用酸性 KMnO4 溶液可鉴别甲烷(烷烃)和乙烯，但不能用于除去甲烷(烷烃)中含有的乙烯，酸性 KMnO4
溶液将乙烯最终氧化为 CO2 和 H2O，因此当甲烷中混有乙烯时，不能用酸性 KMnO4 溶液除去，也不能用乙
烯与 H2 反应转化为乙烷除去，因为该反应的条件不易控制，且无法保证乙烯与 H2 能恰好完全反应。
②溴水不仅可以区别乙烯和甲烷(或烷烃)，也可以除去 CH4(或气态烷烃)中混有的 C2H4。
③乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色与使酸性 KMnO4 溶液褪色的原理不同．．．．，前者发生的是加成反应，后者
发生的是氧化还原反应。
（3）加聚反应
在适宜的温度、压强和有催化剂存在的条件下，乙烯可以通过加成聚合反应生成高分子化合物——聚
乙烯，化学方程式为 nCH2=CH2 。
注意：①因聚乙烯、聚丙烯等高分子化合物中不含碳碳双键，故这些物质不能使酸性 KMnO4 溶液或溴
水褪色。②加聚产物中因 n 不同，所得物质为混合物，无固定的熔、沸点。
4．乙烯的来源和用途
（1）乙烯的来源
从石油中获得乙烯，已成为目前工业上生产乙烯的主要途径。乙烯是石油的裂解产物，乙烯的产量可
以用来衡量一个国家的石油化工发展水平。
（2）乙烯的用途
①乙烯是重要的化工原料，可用来制造聚乙烯塑料、聚乙烯纤维、乙醇等。
②在农业生产中，可用作植物生长调节剂和催熟剂。
四、苯的结构与性质
1．苯的分子结构
（1）苯的分子结构
分子式 结构式 结构简式 比例模型
C6H6 或
（2）苯分子的结构特点
①苯分子中不存在一般的碳碳双键，也不存在一般的碳碳单键，分子中的 6 个碳原子之间的键完全相
同，是一种介于单键与双键之间的独特的键，所以 、 表示的是同一种物质。
②苯的空间构型是平面正六边形，苯分子中的 6 个碳原子和 6 个氢原子都在同一个平面上。
③用结构简式 或 表示苯分子的结构形式叫做“键线式”。键线式以线段表示碳碳键，以线
段的拐点或终点表示 C 原子，H 原子及 C 原子全部省略，其他原子及相应的键不能省略，如丙烯可表示为
。
2．苯的物理性质
色态 气味 水溶性 毒性 密度 熔点 沸点
无色液体 特殊气味 不溶于水 有毒 比水的小 5.5 ℃ 80.1 ℃
特别提醒：
（1）苯是一种重要的化工原料，也是一种重要的有机溶剂和萃取剂，当温度低于 5.5 ℃时，苯会凝结
成无色晶体。
（2）苯有毒，使用时应注意防护，并保持良好的通风条件。
（3）苯是常用的有机溶剂，能与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油等混溶。
3．苯的化学性质
反应类型 性质 化学方程式或现象
氧化反应
可燃性
苯的含碳量很高，故燃烧时产生明亮的火焰和浓
烟。化学方程式为 +15
2 O2 6CO2+3H2O
不能被酸性 KMnO4 溶液氧化 酸性 KMnO4 溶液不褪色
取代反应 能发生卤代反应 +Br2 +HBr
能发生硝化反应 +
加成反应 能与氢气发生加成反应 +3H2
特别提醒：
（1）苯只能与液溴发生取代反应，不能与溴水反应，溴水中的溴只能被苯萃取。
（2）反应生成的溴苯是无色液体，密度大于 H2O。实验室制得的溴苯由于溶有 Br2 而呈褐色，欲得到
纯溴苯，其提纯方法是将溶有溴的溴苯倒入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，振荡，用分液漏斗分离出溴苯。
（3）证明苯和溴在 FeBr3 催化作用下发生取代反应而不是加成反应的方法：发生加成反应时不会产生
HBr，而发生取代反应时生成 HBr，所以可用 AgNO3 溶液检验反应中挥发出来的无色气体(需先用苯或 CCl4
等吸收挥发出的 Br2)，若有淡黄色沉淀生成，说明有 HBr 生成，发生了取代反应。
考向一 几类烃的性质比较
典例 1 下列关于几种有机物的性质的描述不正确的是
A.烷烃的取代反应和烯烃的加成反应均能生成卤代烃
B.乙烯使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色的反应类型相同
C.乙烷和丙烯的物质的量共 1mol，完全燃烧生成 3molH2O
D.苯分子的六个碳碳键完全相同，能发生加成反应和取代反应
【答案】B
1．下列叙述中，错误的是
A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持 55～60 ℃反应生成硝基苯
B．苯乙烯( )在合适的条件下催化加氢可生成
C．乙烯和溴的四氯化碳溶液反应生成 BrCH2CH2Br
D．甲苯( )与氯气在光照条件下主要生成
过关秘籍
1．甲烷、乙烯、苯的性质比较
甲烷 乙烯 苯
结构
特点
碳 原 子 的 化 合 价 已 达 “ 饱
和”，正四面体形分子
(双键)碳原子
的化合价未达“饱和”，平面
形分子
苯环中的碳碳键是一种介于碳碳
单键和碳碳双键之间的独特的
键，平面正六边形分子
含碳
质量
分数
12
16 ×100%=75% 24
28 ×100%≈85.7% 72
78 ×100%≈92.3%
活泼
性
稳定 活泼 活泼性介于烷烃和烯烃之间
取代
反应
卤代 不能发生取代反应 能与 Br2、浓硝酸发生取代反应
加成
反应
不能发生加成反应
能与 H2、X2、HX、H2O 等
发生加成反应
能与 H2、X2、HX 等发生加成反
应，但较难
氧化
反应
不能使酸性 KMnO4 溶液褪
色
能使酸性 KMnO4 溶液褪色 不能使酸性 KMnO4 溶液褪色
燃烧时火焰明亮并呈淡蓝色 燃烧时火焰明亮，带有黑烟
燃烧时火焰很明亮，带浓烈的黑
烟
鉴别
溴水不褪色或酸性 KMnO4
溶液不褪色
溴水褪色或酸性 KMnO4 溶
液褪色
溴水加入苯中振荡分层，上层为
橙红色，下层为无色
2．甲烷、乙烯和苯分别与液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性 KMnO4 溶液反应的比较
物质 甲烷 乙烯 苯
与 Br2
反应
Br2 试剂 溴蒸气 溴水 液溴
反应条件 光照 无 FeBr3
反应类型 取代反应 加成反应 取代反应
燃烧 燃烧时火焰呈淡蓝色
燃烧时火焰明亮并
产生黑烟
燃烧时火焰明亮并产生浓烟
溴水 不能褪色 反应而褪色
不能反应，但能使溴水因萃取
而褪色
KMnO4(H+，aq) 不能褪色 反应而褪色 不能褪色
溴的四氯
化碳溶液
不反应、互溶、
不褪色
加成褪色 不反应、互溶、不褪色
考向二 有机反应类型
典例 1 下列反应中前者属于取代反应，后者属于加成反应的是
A．甲烷与氯气混合后光照反应；乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应；苯与氢气在一定条件下反应生成环己烷
C．苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液反应生成油状液体；乙烯与水生成乙醇的反应
D．乙烯与溴水反应；乙酸与乙醇的酯化反应
【解析】甲烷和氯气混合光照发生的是取代反应，乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色发生的是氧化反应，A
错误；乙烯和溴发生的是加成反应，苯和氢气发生的也是加成反应，B 错误；苯与 HNO3 在浓 H2SO4 存在加
热条件下，发生的是取代反应，乙烯和水发生的是加成反应，C 正确；乙烯与溴水发生的是加成反应，乙酸
与乙醇的酯化反应是取代反应，D 错误。
【答案】C
2．下列反应属于取代反应的是
A．CH3CH CH2+Br2 CH3CHBrCH2Br
B．nCH2 CH2
C．C6H6+HNO3 C6H5NO2+H2O
D． +3H2
取代反应、加成反应的特点
（1）加成反应的特点是“断一，加二，都进来”。“断一”是指双键中的一个不稳定键断裂；“加二”是指
加两个其他原子或原子团，一定分别加在两个不饱和碳原子上，此反应类似于无机反应中的化合反应，理
论上原子利用率为 100%。
（2）取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的置换反应或复分解反应，注意在书
写化学方程式时，防止漏写次要产物。
考向三 烃燃烧的计算
典例 1 现有 CH4、C2H4、C2H6 三种有机化合物：
（1）等质量的以上物质完全燃烧时耗去 O2 的量最多的是________。
（2）同状况、同体积的以上三种物质完全燃烧时耗去 O2 的量最多的是________。
（3）等质量的以上三种物质燃烧时，生成二氧化碳最多的是________，生成水最多的是________。
（4）在 120 ℃、1.01×105 Pa 下时，有两种气态烃和足量的氧气混合点燃，相同条件下测得反应前后
气体体积没有发生变化，这两种气体是________。
【解析】（1）等质量的烃(CxHy)完全燃烧时， y
x
越大，耗氧量越大。CH4、C2H4、C2H6 中的 y
x
依次为
4、2、3，故等质量的 CH4、C2H4、C2H6 完全燃烧时耗去 O2 的量最多的是 CH4。
（2）等物质的量的烃(CxHy)完全燃烧时，(x＋
4
y )的值越大，耗氧量越大。由于同状况、同体积的 CH4、
C2H4、C2H6 的物质的量相同，且三种物质中的(x＋
4
y )依次为 2、3、3.5，故同状况、同体积的以上三种物
质完全燃烧时耗去 O2 的量最多的是 C2H6。
（4）由题意可知，在 120℃、1.01×105Pa 下，
CxHy＋(x＋
4
y )O2 xCO2＋
2
y H2O(g)
1 x＋
4
y x
2
y
由于ΔV＝0，则 1＋x＋
4
y ＝x＋
2
y ，得 y＝4，即温度≥100℃条件下，当烃分子中含有 4 个氢原子时，
该烃完全燃烧前后气体体积不变。故符合要求的两种烃为 CH4 和 C2H4。
【答案】（1）CH4
（2）C2H6
（3）C2H4 CH4
（4）CH4 和 C2H4
3．25℃和 101 kPa 时，乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃 32 mL，与过量氧气混合并完全燃烧，除去水蒸气，
恢复到原来的温度和压强，气体总体积缩小了 72 mL，原混合烃中乙炔的体积分数为
A．12.5% B．25% C．50% D．75%
烃的燃烧规律
气态烃完全燃烧在水为气态时，反应前后气体体积的变化规律
CxHy＋(x＋
4
y )O2――→
点燃
xCO2＋
2
y H2O(g) ΔV
1 (x＋
4
y ) x
2
y
4
y －1
①当 y＝4 时，ΔV＝0，反应后气体的体积不变。符合要求的烃有：CH4、C2H4 和 C3H4。
②当 y>4 时，ΔV>0，反应后气体的体积增大，分子中氢原子数大于 4 的气态烃都符合要求。如 C2H6、
C3H8 等。
③当 y
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