# 烷烃与烯烃

> 化学 · CIE IGCSE 0620
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u11-alkanes-and-alkenes/

本指南涵盖CIE IGCSE化学0620考纲要求的烷烃和烯烃的结构、通式、关键性质和特征反应，包括溴水不饱和度测试，完全符合2026-2028年核心和拓展教学大纲的要求。

**先修:** [有机化学入门、同系列与官能团相关知识](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u11-introduction-to-organic-chemistry/)

## 学习目标

- 描述烷烃和烯烃的通式以及同系列的特征
- 绘制碳原子数不超过4的无支链烷烃/烯烃的结构式和展开式
- 解释饱和烃与不饱和烃的区别
- 描述烷烃和烯烃的核心反应，包括溴水不饱和度测试
- 识记仅拓展阶段要求的烯烃加成反应（氢化、水合）以及裂化过程
- 通过化学测试和结构性质区分烷烃和烯烃

## 核心内容：烷烃与烯烃的结构和分类

烷烃和烯烃是两类最简单的烃同系物系列，烃是仅由碳原子和氢原子构成的化合物。

**饱和烃** — 所有碳原子之间仅以单共价键相连的烃类，其结构中无法再接入额外的原子。

*例:* 甲烷 ($CH_4$)、乙烷 ($C_2H_6$)

烷烃是通式为 $C_nH_{2n+2}$ 的饱和烃，其中 $n$ 为碳原子数（$n \geq 1$）。烯烃是含有一个 C=C 双键官能团的不饱和烃，通式为 $C_nH_{2n}$，其中 $n \geq 2$（形成双键至少需要2个碳原子）。

**例题:** 写出丙烷（含3个碳原子的烷烃）和丙烯（含3个碳原子的烯烃）的分子式。

1. 对于丙烷（烷烃）：使用通式 $C_nH_{2n+2}$，取 $n=3$。代入计算：$2(3)+2=8$，因此分子式为 $C_3H_8$。
2. 对于丙烯（烯烃）：使用通式 $C_nH_{2n}$，取 $n=3$。代入计算：$2(3)=6$，因此分子式为 $C_3H_6$。

> **考试提示:** 请记住烯烃比对应的烷烃少两个氢原子，原因是 C=C 双键取代了一个 C-C 单键和两个 C-H 单键。

## 核心内容：烷烃的核心反应

烷烃的反应活性较低，你只需要牢记两类核心反应：完全燃烧，以及在紫外线（UV）照射下与卤素发生的取代反应。

- **完全燃烧**：烷烃在过量氧气中燃烧生成二氧化碳和水，同时释放大量能量，因此被广泛用作家用燃料和交通燃料。
- **与卤素的取代反应**：在紫外线照射下（例如直射阳光），烷烃可与氯、溴等卤素发生反应。烷烃中的一个氢原子被卤素原子取代，生成卤代烃和卤化氢。

**例题:** 写出甲烷完全燃烧的文字方程式，以及甲烷与氯气在紫外线照射下反应的文字方程式。

1. 甲烷的完全燃烧：$\text{methane + oxygen} \rightarrow \text{carbon dioxide + water}$
2. 甲烷与氯气的取代反应：$\text{methane + chlorine} \rightarrow \text{chloromethane + hydrogen chloride}$

> **考试提示:** 如果氧气不足，不完全燃烧会生成一氧化碳或炭黑而非二氧化碳，但在核心层级的考题中你只需要掌握完全燃烧的反应方程式即可。

## 核心内容：烯烃的核心反应与不饱和度检验

由于 C=C 双键的存在，烯烃的反应活性比烷烃更高：双键可以断裂形成单键，接入新的原子，该过程被称为加成反应。

**加成反应** — 小分子在双键（或三键）两端发生加成，断裂双键中的一根键形成两个新的单键，最终仅生成一种饱和产物的反应。

- **燃烧反应**：烯烃在过量氧气中燃烧生成二氧化碳和水，但由于其碳氢比更高，燃烧时的火焰比烷烃更黄、烟更浓。
- **溴水不饱和度检验**：橙色的溴水可以在烯烃的 C=C 双键两端发生加成，生成无色的二溴代烷，因此溴水与烯烃混合后橙色会褪去。溴水与烷烃不发生反应，因此橙色会保持不变。

**例题:** 一名学生向两支试管中分别加入溴水，两支试管分别盛有己烷（烷烃）和己烯（烯烃）。描述两支试管中的现象，并解释发生的反应。

1. 盛有己烷的试管：橙色溴水保持橙色。由于烷烃是饱和烃，无法发生加成反应，因此没有反应发生。
2. 盛有己烯的试管：橙色溴水变为无色。发生加成反应，溴在己烯的 C=C 双键两端加成，生成无色的二溴己烷。

> **考试提示:** 描述烯烃的阳性检验结果时，你必须明确说明溴水*从橙色变为无色*。仅说明溴水“变澄清”无法拿到全部分数，因为澄清的溶液仍然可能带有颜色。

## 仅拓展内容：烯烃的其他反应与裂化过程

> **仅拓展层级内容**
>
> 本部分涵盖补充考纲内容，仅选择参加卷2和卷4（拓展层级）考试的学生需要掌握。核心层级的学生可以跳过本节。

对于拓展层级的考试，你需要牢记另外两类烯烃加成反应，以及从大分子烷烃制备烯烃的工业裂化工艺。

- **氢化反应（加氢加成）**：烯烃在150°C、镍催化剂的条件下与氢气反应，生成对应的烷烃。该反应用于将液态的不饱和植物油转化为固态人造黄油。
- **水合反应（加蒸汽加成）**：烯烃在300°C、60-70大气压、磷酸催化剂的条件下与水蒸气反应，生成醇。这是工业上由乙烯制备乙醇的方法。
- **裂化反应**：原油中提取的利用率较低的大分子烷烃，在600-700°C、氧化铝催化剂（或仅高温）的条件下分解为更小的烷烃和烯烃。裂化生成的烯烃可用于生产塑料和其他工业化学品。

**例题:** 写出乙烯氢化反应和乙烯水合反应的文字方程式，同时注明每个反应所需的条件。

1. 乙烯的氢化反应：$\text{ethene + hydrogen} \rightarrow \text{ethane}$。反应条件：150°C，镍催化剂。
2. 乙烯的水合反应：$\text{ethene + steam} \rightarrow \text{ethanol}$。反应条件：300°C，60-70大气压，磷酸催化剂。

> **考试提示:** 回答拓展层级的工业反应相关问题时，务必写出完整的反应条件，这类条件通常在考题中单独占1-2分。

## 常见错误

- **错误做法:** 将通式$C_nH_{2n}$用于烷烃而非烯烃
  - 原因: 混淆了两个同系列的通式
  - 正确做法: 记住烷烃是饱和的（氢原子数达到最大值），因此使用$C_nH_{2n+2}$；烯烃含有一个C=C双键，因此使用$C_nH_{2n}$
- **错误做法:** 描述不饱和度测试时称溴水'变澄清'而非'从橙色变为无色'
  - 原因: 考官要求明确提及颜色变化，'澄清'无法确认发生了颜色改变
  - 正确做法: 始终写出完整的颜色变化：烯烃测试阳性的现象是*橙色变为无色*
- **错误做法:** 将一氧化碳或炭黑写为完全燃烧的产物
  - 原因: 混淆了完全燃烧和不完全燃烧反应
  - 正确做法: 完全燃烧在氧气充足的条件下发生，仅生成二氧化碳和水；一氧化碳/炭黑是氧气不足时不完全燃烧的产物
- **错误做法:** 认为烯烃可以发生取代反应
  - 原因: 烯烃含有高活性的C=C双键，发生的是加成反应而非取代反应
  - 正确做法: 烷烃在紫外光条件下与卤素发生取代反应；烯烃无需紫外光即可与卤素发生加成反应
- **错误做法:** 忘记拓展阶段要求的氢化/水合反应所需的催化剂和反应条件
  - 原因: 考试中反应条件单独占分
  - 正确做法: 熟记每个拓展阶段工业反应的精确温度、压力和催化剂要求

## 速查表

| 性质 | 烷烃 | 烯烃 |
| --- | --- | --- |
| 通式 | $C_nH_{2n+2}$ ($n \geq 1$) | $C_nH_{2n}$ ($n \geq 2$) |
| 键型 | 仅含C-C单键（饱和） | 含一个C=C双键（不饱和） |
| 反应活性 | 相对不活泼 | 更活泼 |
| 燃烧火焰 | 明亮蓝色火焰 | 带烟黄色火焰 |
| 溴水测试 | 无变化（保持橙色） | 橙色→无色 |
| 核心反应 | 燃烧、取代（紫外光条件） | 燃烧、加成（溴单质） |
| 拓展反应 | 裂化原料 | 氢化、水合、聚合 |

## 下一步

在你掌握了烷烃和烯烃的结构与反应之后，就可以进入有机化学的下一个同系列内容：醇与羧酸，这部分内容建立在你已经学到的官能团反应原理之上。对于拓展层级的学生，你还可以将烯烃相关知识应用到聚合反应中，小分子烯烃单体连接形成长聚合物链，用于制造塑料和工业材料。请务必练习绘制碳原子数不超过4的无支链烷烃和烯烃的展开式，书写所有核心和拓展反应的文字方程式，这些内容在第3卷（核心）和第4卷（拓展）考试中都高频出现。定期复习溴水测试相关内容，这是两个层级考试中都常见的2-3分考题。

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