# 烯烃（Edexcel IAL 化学 U1）

> 化学 · Edexcel IAL
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-ial-chemistry-u1-alkenes/

本指南覆盖 Edexcel IAL U1 所有烯烃相关内容：结构、几何异构、加成反应、亲电加成机理、聚合反应与废弃物处置，完全对应考纲 5.1–5.8 考点。

**先修:** [基础共价键知识（σ 键、杂化）](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-ial-chemistry-u1-bonding/); [有机分子式与构造异构](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-ial-chemistry-u1-organic-intro/)

## 学习目标

- 牢记烯烃的通式，描述 C=C 双键是 σ 键和 π 键的组合
- 识别烯烃的顺反和 E-Z 几何异构体
- 描述并预测常见烯烃加成反应的产物，包括不饱和性测试
- 绘制 Br₂ 和 HBr 与乙烯/丙烯反应的完整亲电加成机理，通过碳正离子稳定性解释马氏规则
- 实现烯烃单体和加聚反应重复单元的互转，评价聚合物的处置方法

## 烯烃结构与几何异构

**烯烃** — 非环烯烃通式为 CₙH₂ₙ，环烯烃通式为 CₙH₂ₙ₋₂，至少含有一个 C=C 双键的不饱和烃。

*例:* 乙烯 (C₂H₄)、丙烯 (C₃H₆)

C=C 双键由一个强 σ 键（sp² 轨道头碰头重叠）和一个较弱的 π 键（p 轨道侧面重叠）组成。π 键限制了 C=C 键轴方向的旋转，因此产生几何异构现象。

> **note**
>
> 当双键的两个碳共享一个共同取代基时，可使用顺反异构命名。若不存在共同取代基，则使用 E-Z 命名体系，根据相连原子的原子序数分配优先级。

**例题:** 画出并标注丁-2-烯的顺式和反式异构体，解释此处无需使用 E-Z 命名的原因。

1. 1. 丁-2-烯的结构为 CH₃CH=CHCH₃：双键的两个碳分别连接一个 CH₃ 基团和一个 H 原子。
2. 2. 顺式异构体：两个 CH₃ 基团位于 C=C 双键的同一侧：
3. $$CH_3\qquad CH_3\\diagdown\quad\diagup\\quad C=C\\diagup\quad\diagdown\H\qquad H$$
4. 3. 反式异构体：两个 CH₃ 基团位于双键的两侧：
5. $$CH_3\qquad H\\diagdown\quad\diagup\\quad C=C\\diagup\quad\diagdown\H\qquad CH_3$$
6. 4. 此处无需 E-Z 命名，因为双键的两个碳具有完全相同的取代基，顺反标记不存在歧义。

> **考试提示:** 绘制几何异构体时，需清晰展示 C=C 双键周围基团的平面排布，才能拿到全部分数。

## 烯烃加成反应与不饱和性测试

烯烃可发生加成反应，弱 π 键断裂后形成两个新的 σ 键，原子加成到双键两端生成饱和产物。U1 单元要求掌握的核心反应如下：

- 氢化：H₂ 气体，Ni 催化剂，150°C → 烷烃
- 卤化：卤素（如 Br₂），室温，避光 → 二卤代烷
- 氢卤化：卤化氢（如 HBr），室温 → 一卤代烷
- 水合：水蒸气，浓 H₃PO₄ 催化剂，300°C，60 atm → 醇
- 氧化：冷稀酸性 KMnO₄ → 二醇（两个相邻 -OH 基团）

**C=C 不饱和性测试** — 室温下向烯烃中加入橙色溴水，无需紫外光即可立即观察到橙色褪为无色，同时生成 1,2-二溴代烷。

**例题:** 预测丙烯与冷稀酸性 KMnO₄ 反应的有机产物，写出其结构式。

1. 1. 该反应将 C=C 双键氧化生成二醇，不会发生碳链断裂。
2. 2. 双键的每个碳各连接一个 -OH 基团。丙烯结构为 CH₂=CHCH₃，因此产物为丙烷-1,2-二醇：
3. $$HOCH_2CH(OH)CH_3$$

> **考试提示:** 冷稀 KMnO₄ 反应仅要求掌握生成二醇的产物：热浓 KMnO₄ 氧化的断链产物不属于 U1 考纲范围。

## 亲电加成机理

亲电加成的过程是富电子的 C=C π 键进攻缺电子的亲电试剂。双弯箭头表示一对电子的移动，起点必须是化学键或孤对电子，不能是单个原子。

**碳正离子** — 亲电加成过程中生成的带正电碳中间体。稳定性随给电子烷基数量增加而升高：3° > 2° > 1° > 甲基。

*例:* CH₃CH⁺CH₃ 是二级碳正离子，比一级 CH₃CH₂CH₂⁺ 更稳定。

**例题:** 画出 HBr 与丙烯反应的完整亲电加成机理，结合碳正离子稳定性解释主产物。

1. 1. HBr 是极性分子：H 带 δ⁺（亲电），Br 带 δ⁻。C=C π 键进攻 δ⁺ 的 H 原子，H-Br 键断裂生成 Br⁻ 离子：
2. $$CH_3CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3CH^+CH_3 + Br^-$$
3. 2. 可以生成两种碳正离子：更稳定的二级碳正离子（CH₃CH⁺CH₃，主产物前体）和稳定性更低的一级碳正离子（CH₃CH₂CH₂⁺，副产物前体）。
4. 3. Br⁻ 进攻二级碳正离子的带正电碳，生成主产物 2-溴丙烷：
5. $$CH_3CH^+CH_3 + Br^- \rightarrow CH_3CHBrCH_3$$
6. 4. 该过程符合马氏规则：氢原子加到双键上氢原子更多的碳上，生成最稳定的碳正离子。

> **考试提示:** 绘制机理时，弯箭头必须从 C=C 键中心（代表 π 电子）或孤对电子出发，避免失分。

## 加聚反应

加聚反应中烯烃单体互相加成形成长聚合物链，无其他副产物生成。每个单体的 C=C 双键断裂，相邻单体单元之间形成新的单键。

**重复单元** — 聚合物链中最小的重复片段，绘制时需将延伸键伸出方括号外，右下角标注下标 'n' 表示大量重复。

**例题:** 由单体氯乙烯（CH₂=CHCl）画出聚氯乙烯（PVC）的重复单元。

1. 1. 从单体结构开始，标出 C=C 双键：
2. $$H_2C=CHCl$$
3. 2. 断裂 C=C 双键，在两个碳的两侧向外延伸单键，用方括号括起后标注下标 'n'：
4. $$\left[ -CH_2-CHCl- \right]_n$$

> **考试提示:** 绘制重复单元时，必须保证延伸出的单键超出方括号边界，才能拿到全部分数。

## 聚合物处置

大多数加聚产物不可生物降解，其强非极性 C-C 键无法被环境微生物分解。常见的处置方法如下：

- 填埋：成本低但占用大量空间，数百年都不会分解
- 焚烧：释放的热能可用于发电，但可能产生有毒气体（例如 PVC 焚烧释放 HCl）
- 回收：降低化石燃料消耗，但需要人工分类不同类型的聚合物

> **info**
>
> 现代聚合物废弃物解决方案包括可生物降解的植物基聚合物，以及焚烧厂中的气体洗涤器，可在排放前中和有毒酸性气体。

**例题:** 写出焚烧 PVC 废弃物的一个优点和一个缺点。

1. 优点：焚烧释放的热能可用于发电，降低对化石燃料的依赖。
2. 缺点：PVC 含有氯元素，未经处理的焚烧会释放有毒 HCl 气体，引发酸雨和呼吸道损伤。

## 常见错误

- **错误做法:** 机理绘制时将弯箭头的起点画在单个原子上，而非 C=C π 键或孤对电子上
  - 原因: 弯箭头代表电子对的移动，电子对位于化学键或孤对电子中，不在原子核上
  - 正确做法: 所有弯箭头的起点都要放在 C=C 键中心，或者负离子（如 Br⁻）的孤对电子上
- **错误做法:** 将溴水测试的现象描述为‘透明’而非‘无色’
  - 原因: 透明描述的是透光性，不是颜色：橙色溶液也可以是透明的。阳性测试的核心是颜色变化
  - 正确做法: 不饱和性测试的颜色变化必须明确表述为橙色 → 无色
- **错误做法:** 将 HBr 和丙烯反应的主产物预测为 1-溴丙烷
  - 原因: 主产物由最稳定的碳正离子中间体决定：二级碳正离子比一级更稳定
  - 正确做法: 先识别最稳定的碳正离子，再将亲核试剂连接到带正电的碳上得到主产物
- **错误做法:** 绘制聚合物重复单元时，在单体的两个碳之间保留双键
  - 原因: 加聚反应过程中单体的 C=C 双键完全断裂
  - 正确做法: 重复单元中两个单体碳之间仅保留单键，延伸键伸出方括号外
- **错误做法:** 双键两个碳上没有共同取代基的烯烃使用顺反命名
  - 原因: 顺反命名要求至少有一个共享基团才能判断同侧/异侧位置
  - 正确做法: 这类情况使用 E-Z 命名，根据相连原子的原子序数分配优先级

## 速查表

| 反应 | 试剂与条件 | 产物 |
| --- | --- | --- |
| 氢化 | H₂，Ni 催化剂，150°C | 烷烃 |
| 卤化 | Br₂，室温，避光 | 二卤代烷 |
| 氢卤化 | HBr，室温 | 一卤代烷 |
| 水合 | 水蒸气，H₃PO₄，300°C，60 atm | 醇 |
| KMnO₄ 氧化 | 冷稀酸性 KMnO₄ | 二醇 |
| 不饱和性测试 | Br₂(aq)，室温 | 橙色 → 无色 |

## 下一步

现在你已经掌握了 Edexcel IAL 化学 U1 的核心烯烃内容，接下来可以学习卤代烷的亲核取代反应，这类反应的机理也使用完全相同的弯箭头表示法。结合烯烃反应和其他官能团转化巩固有机合成技能，完成历年真题熟悉机理和异构题的评分标准。重点复习碳正离子稳定性和马氏规则，这两个是高频高分考点。

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