高中有机化学1.为什么甲烷不能被高锰酸钾等强氧化剂却能燃烧?2.CH4与CL2在光照条件下的反应过程究竟是怎么样?比方说10小时可以反应完全CH4,那么在5小时的情况生成的CH3CL与CH2CL2与CHCL3与CCL

Question

高中有机化学
1.为什么甲烷不能被高锰酸钾等强氧化剂却能燃烧?
2.CH4与CL2在光照条件下的反应过程究竟是怎么样?比方说10小时可以反应完全CH4,那么在5小时的情况 生成的 CH3CL与CH2CL2与CHCL3与CCL4究竟大概怎样?
如果弄不出来讲讲过程也可.

Answer 1

1.
因为CH4都是单键,不能被直接加层,必须要打断C-H键后才能进行反应.在常温下,环境温度低,C-H键不容易获得足够的能量而断开,所以比较稳定.一般的饱和烃都不能在常温下被氧化.再加上CH4是正四面体,极性小,不溶于水,与溶液接触的面积小,与溶质接触更少,所以高锰酸根没有机会与它接触,即使接触了,由于C-H键在常温下稳定不容易断开,也不能反应.同理H2也不能在常温下被高锰酸钾氧化.
饱和烃的衍生物即使能溶于水,遇到高锰酸根也只是特定的结构被氧化（如醛基 -CHO）.饱和烃部分不会被改变.
燃烧需要较高的温度（着火点）,温度足够高,能提供足够的能量让C-H键断开,键断开后,反应自然能够进行.光照也是一种提供能量的方式.
2.
基本上是随机取代,Cl2的Cl-Cl键能很小,在光照下会断开成氯原子.氯原子是自由基,有一个成单电子,会设法与其他原子形成共价键.C-H键的极性并不强（由碳、氢的电负性可以看出）,所以氢原子不缺电子,电子云大部分还是在自己周围,氯原子就会试图吸引氢原子的电子,一旦成功,就形成键能较大较稳定的H-Cl,剩下的的H3C-结构便处于不稳定状态,有成单电子,它便会与其他的Cl原子结合成CH3Cl,同理CH3Cl的其他氢原子可以通过同样的方式被取代.但有可能游离的H3C-会遇到另一个游离的-CH3,两个也会结合在一起,形成H3C-CH3,即乙烷,当然这种可能性很小.乙烷还可以被继续取代,最终变成氯乙烷.
总之,取代氢原子是随机的,而氯原子一旦与碳原子结合,就不能再被H原子取代.所以,反应可以认为是单向的.如果假设1molCH4 经过10小时全部被取代,不考虑碳链变长的可能,那最终产物就只有CCl4,有4molH原子被取代.如果认为反应是匀速的,那在5小时时,有2molH原子被取代.如果认为在不同物质中取代的趋势是一样的（其实不一样,但为了方便,暂时认为他们一样）,可以通过排列组合计算他们的分布.过程我就不说了,结果是：CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,的物质的量占整体物质的比例分别是1/16、4/16、6/16、4/16、1/16.当然这个结果忽略了很多因素,忽略了其他的副产物,还忽略了在不同物质上取代难易程度的不同,还忽略了,随着Cl2浓度降低反应越变越慢的情况（变化情况根据Cl2过量的程度有关）.在反应时间进行到一半时,被取代的H原子已经超过一半了,而这与Cl2的过量程度直接相关所以无法进行判断.如果反应时匀速的,进行到一半时,最多的CH2Cl2,其次是CH3Cl和CHCl3,CH4和CCl4最少.