Mg(HCO3)2MgCO3↓+CO2↑+H2O
当继续加热煮沸时，少量溶于水的碳酸镁发生水解，生成更难溶的氢氧化镁： MgCO3+H2OMg(OH)2↓+CO2↑这样，水里溶解的 Ca2+、Mg2+相当一部分就以沉淀析出，从而使水的硬度降 低，使硬水得以软化。如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起 的，这种硬度叫做永久硬度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多 同时具有暂时硬度和永久硬度，因此水的硬度是泛指这两种硬度的总和。高 硬度的水对生活和生产都有危害。它不适宜饮用，因为容易引起肠胃不舒适， 还能诱发疾病；它也不利于洗涤，因为它会造成肥皂的浪费，并使衣物丧失 鲜艳的色泽。在生产上它不能做锅炉用水，因为它使锅炉结垢，降低热效率， 浪费燃料，甚至能引起锅炉爆炸。
硬水的软化
除去或减少天然水中的钙、镁盐类等的过程，叫做硬水的软化。软化硬 水主要有药剂法和离子交换法两种方法。
1.药剂软化法。向硬水中加入适当的化学药剂，促使溶在水中的钙，镁 离子以沉淀的形式从水中分离出来，以达到软化的目的。常用的药剂有石灰、 纯碱或磷酸三钠等。根据水的硬度和对水质的要求，决定使用某种药剂或同 时使用几种药剂。如果对水的软化程度要求不高，或者仅为其它软化法做预 处理，可以使用石灰，它能消除水的暂时硬度：CaO+H2O Ca(OH)2
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2
Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O
如果对水的软化程度要求高一些，可以使用石灰和纯碱的混合物，它既能消 除水的暂时硬度，也可以消除水的永久硬度：
CaCl2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Na2CO3=MgCO3↓+Na2SO4
MgSO4+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaSO4
CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4
2.离子交换法。离子交换法是用离子交换剂软化水的一种方法。离子交 换剂是一种在水溶液中能与具有相同电荷的离子进行交换的物质，它分阳离 子交换剂和阴离子交换剂两类。工业上用于软化水的离子交换剂有磺化煤、 离子交换树脂等。它们都是具有复杂结构的物质，为简便起，用 NaR 表示。 当硬水通过装有离子交换剂的装置时，发生离子交换作用：2NaR+Ca2+ CaR2+2Na+
2NaR+Mg2+ MgR2+2Na+
硬水中的 Ca2+、Mg2+被离子交换剂吸附而离开溶液，因此从装置中流出的水 就成为软水。离子交换剂因离子交换作用的不断进行而逐步丧失功能，因此 需要在一定时间内进行再生，即用 Na+把它所吸附的 Ca2+、Mg2+置换出来，从 而恢复它软化水的能力。铁的物理性质铁为银白色金属。熔点 1535℃，沸点2750℃，密度 7.86 克/厘米 3；磁化和去磁都很快；有延展性，是可锻金属中除钴、镍以外最坚韧的。铁在红热时变软，可锻造和拉长，在白热时可锻 接。纯铁在空气中不起变化，可用于制发电机和电动机的铁心，还原铁粉可 用于粉末冶金。
铁的化学性质
活泼，为强还原剂，化合价有 0、+2、+3、+6，最重要的价态是+2 和+3。在室温下，铁可缓慢地从水中置换出氢，在 500℃以上反应速度增大：3Fe+4H2OFe3O4+4H2↑ 铁在干燥空气中很难跟氧气反应，但在潮湿空气中很容易腐蚀，若在酸性气 体或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。铁可以从溶液中还原金、铂、银、汞、铜或 锡等离子。与非氧化性稀酸反应，形成 Fe2+并放出氢气；在冷的稀硝酸中则 形成 Fe2+和 NH4NO3：4Fe+10HNO3(稀)4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O 在热的或较浓的硝酸中，生成 Fe(NO3)3 和氮的氧化物。在冷的浓硝酸或浓硫 酸中，铁的表面形成一层致密的氧化薄膜而被钝化，贮运罐车的贮酸罐和蛋 形升酸器就是利用这一性质来盛贮和输送浓酸。铁与氯气在加热时反应剧 烈，也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮气不能直接化合，但与氨作用， 形成氮化铁(Fe2N)。(参看铁、二价铁离子和三价铁离子的相互转化。)
铁的氧化物
有氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3)、和四氧化三铁*(Fe3O4)三种。氧化亚 铁为黑色粉末，熔点 1369±l℃，密度 5.7 克/厘米 3，不溶于水，与酸发生 反应，跟碱溶液不反应；极不稳定，易被氧化成 Fe2O3。在空气中加热会迅速 氧化生成 Fe3O4。氧化亚铁可在隔绝空气的条件下，加热草酸亚铁制得：氧化铁是棕红(红)色粉末，俗称铁红。熔点 1565℃，密度 5.24 克/厘米 3， 在自然界以赤铁矿形式存在。与酸作用生成三价铁盐，与强碱作用得 [Fe(OH)6]3-。在强碱介质中，可被强氧化剂氧化。铁红遮盖力和着色力都很 大，有优越的耐光、耐高温性能，并耐大气影响、耐污浊气体、耐一切碱类， 普遍用于建筑、橡胶、塑料、油漆等工业。四氧化三铁为黑色晶体，俗称铁 黑，加热至熔点(1594±5℃)时则分解，密度 5.18 克/厘米 3，具有很好的磁 性，故又称为磁性氧化铁，是天然产磁铁矿的主要成分；在有充分空气的条 件下煅烧，容易被氧化成铁红，在潮湿状态下，在空气中也容易氧化成 Fe2O3； 不溶于水，能与酸反应。铁黑主要用于制底漆和面漆，也用于建筑工业作防 锈剂。高纯度的四氧化三铁是优良的磁性材料，用于涂敷录音带等。由亚铁 盐溶液加碱氧化，或将铁盐与亚铁盐的溶液按一定比例混合后加碱沉淀而制 得。
铁的氢氧化物
有氢氧化亚铁[Fe(OH)2]和氢氧化铁[Fe(OH)3]两种。Fe(OH)2 为白色无定 形沉淀，往亚铁盐溶液中加入稀碱溶液并保持无氧的条件，即可制得；不稳 定，遇氧气或空气很快发生氧化反应，颜色从白变为浅绿色、绿色，最后会 变成红棕色。反应的化学方程式主要是：4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 为红棕色絮凝沉淀，密度 3.4～3.9 克/厘米 3，加热时逐渐分解而成氧化铁。新制得的氢氧化铁易溶于无机酸和有机酸，不溶于水和乙醇。由氯 化铁溶液或硝酸铁溶液加氨水而制得；供制颜料、药物，也可作砷的解毒药。
铁、二价铁离子和三价铁离子的相互转化
这被简称为“铁三角”。从铁元素原子的结构特征上来认识它们之间的 相互转化，可以起到以简驭繁的作用。铁元素为过渡元素，原子的特征电子 构型为 3d64s2。遇弱氧化剂(如 S、I2、Cu2+、非氧化性稀酸等)时失去 2 个电 子，形成 Fe2+；遇强氧化剂(如 Cl2、Br2、热的和较浓的 HNO3、热的浓 H2SO4 等)时，失去 3 个电子，形成 Fe3+。在酸性介质中，Fe2+可被强氧化剂(如 Cl2、 Br2、H2O2、KMnO4、K2Cr2O7 等)氧化成 Fe2+；在碱性介质中，Fe2+的还原性增 强：4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
Fe3+在酸性介质中，表现出较强的氧化性，可转化为 Fe2+：2FeCl3+2KI 2FeCl2+2KCl+I2
FeCl3+H2S 2FeCl2+2KCl+S↓
2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2
Fe2(SO4)3+Fe 3FeSO4
二价铁和三价铁的氧化物在高温被还原，可制得铁单质。(参看生铁冶炼。)
生 铁
铁碳合金。一般把含碳量定为 1.7～4.3%，低于 1.7%的为钢。生铁的 产量约 90%用于炼钢，10%用于铸造。根据生铁里碳存在形态不同，又可分 为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等。炼钢生铁中，碳主要以碳化铁(Fe3C) 的形态存在，断口呈白色，又叫白口铁；铸造生铁中，碳是以片状的石墨形 态存在，断口呈灰色，又叫灰口铁；球墨铸铁，又称高强度铸铁，是把铸造 生铁熔化后，加入球化剂(如镁合金或稀土合金，如铈合金)使铁碳合金里的 石墨从片状变为球状，机械性能便大大提高，可以代替一部分钢材用于制造 曲轴、齿轮、阀门等。
生铁冶炼
生铁主要是用高炉冶炼的。生铁是铁元素与碳元素的合金，熔点 1100～1200℃，含碳量一般为 1.7～4.3%，此外尚有少量硅、锰、硫、磷等杂质。 熔化的生铁流动性好，适宜铸造，但质硬而脆，不便轧制和焊接。经过熔化 冶炼后，含碳量低于 1.7%的铁碳合金，叫做钢，具有韧性，易于压力加工。 未加熔化炼制的，含碳更低、含杂质较多的就是熟铁。高炉炼铁的任务是把 铁矿石炼成生铁。铁矿石在高炉中经过还原作用(排除氧化铁中的氧)、造渣 作用(将铁与杂石分开)、渗碳作用(铁吸收碳素)等一系列复杂变化，形成铁 水和炉渣。铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭(或铸件)；炉渣可以作为水泥、 渣砖等的原料。从高炉炉顶放出的高炉煤气(主要含一氧化碳、二氧化碳和氮 气、灰尘和某些有害气体)经过净化处理，可作为气体燃料。
炼铁的主要原料是铁矿石(含铁低于 45%的矿石，须经过选矿和烧结， 才能入高炉冶炼)、焦炭(固定碳含量在 80～90%，灰分一般在 10～20%，且 须强度好)、石灰石(氧化钙含量高，二氧化硅及氧化铝含量低，硫磷含量低， 块度适宜)和空气(经过热风炉变成热风再鼓入高炉内，见图)。高炉内的化学 反应，自下(炉腹部位)而上(经过炉腰到炉身)主要是：
C+O2 CO+Q1
CO2+C 2CO-Q2
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CaCO3CaO+CO2↑ CaO+SiO2CaSiO3
在冶炼过程中，混在铁矿石里的锰、硅、硫、磷等元素也会被还原出来。少 量的碳、锰、硅、硫、磷等在高温下熔合在铁里，成为生铁。
炼 钢
根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素 的含量减少或增加到规定范围的过程。简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、 调硅锰含量的过程。这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如 空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。化 学反应主要是：2FeO+Si 2Fe+SiO2
FeO+MnFe+MnO 反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。生成的二氧化硅、 氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。生铁中硫、磷这两种元 素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。在炼钢炉中 加入石灰(CaO)，可以去除硫、磷：2P+5FeO+3CaO 5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)
在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使 钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰 铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn+FeOMnO+Fe
Si+2FeOSiO2+2Fe
Al+3FeOAl2O3+3Fe
同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成钢锭。 炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的 20～50%的废钢)，原料适应性强，但冶炼时间多。我国目前主要采用平炉炼钢。转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉(见图)， 生产速度快(1 座 300 吨的转炉吹炼时间不到 20 分钟，包括辅助时间不超过 1 小时，而 300 吨平炉炼 1 炉钢要 7 个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢， 也可炼合金钢。电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。可以炼制化学工业需要 的不锈耐酸钢，电子工业需要的高牌号硅钢、纯铁，航空工业需要的滚珠钢、 耐热钢，机械工业用轴承钢、高速切削工具钢，仪表工业需要的精密合金等。
铁合金
炼钢用原料，或叫做合金生铁，如硅铁、锰铁、铬铁等。在炼钢时，加 入铁合金作脱氧剂或合金元素添加剂，以改善钢的性能。铁合金比纯金属有 熔点低、比重大，易于加入钢水中等特点。用量一般占钢产量的 2～3%。(参 看生铁、炼钢。)
不锈钢
能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢。①主要是含铬合金钢。铬钢中加 入镍、钼、钛、锰等元素可以改善耐腐蚀性和工艺性能。不锈钢中铬的含量 都在 13%以上，如高铬不锈钢(Cr14%，Fe85.6%，C0.35%)、铬镍不锈钢 (Cr18%，Ni8%)等。
① 合金钢是含有一定量合金元素的钢。常用的合金元素有铬、钼、钨、钒、钛、钽、铜、铝、镍、钴、锰、硼等。这些合金元素能显著提高并改善钢的机械性能，还赋予钢许多新的特性，如耐腐蚀、耐磨、耐热、 高强度等。
铁的天然资源
铁是地壳中含量最丰富的元素之一，相对丰度为 4.75%，占第四位，在 金属中仅次于铝，占第二位。在自然界分布很广，常以氧化物的形式存在，①
有赤铁矿(主要成分 Fe2O3
)、磁铁矿(Fe3O4)、褐铁矿(2 Fe2O3·3H2O)、菱铁
矿(FeCO3)，另有黄铁矿(FeS2)、钛铁矿(FeTiO3)、铬铁矿[Fe(CrO2)2]、镍黄铁矿[(Ni，Fe)9S8]等。前几种铁矿石是炼铁的原料，后几种用于提炼硫黄(或制硫酸)、冶炼钛、铬、镍等。我国铁矿资源丰富，1982 年底已探明的保存 储量为 443 亿吨，其中工业储量占 54%，居世界前列。不利之处，主要是贫 矿多、富矿少，一般都要经过选矿富集才能利用②。
① 矿石名称后面括号中的化学式，均指该矿石所含的主要成分。
② 一般工业要求含铁量在 30%以上的矿石有开采价值，含铁 40%以上是良好的铁矿，含铁 45%以下的矿 石，采出后需经选矿和烧结（富集和造块，品位可达含铁 60%左右）。
铝的天然资源
铝在地壳中含量为 7.73%，是含量最多的金属元素。广泛分布于岩石、 泥土和动植物体内。岩石中的铝主要以硅酸铝的形式存在。岩石风化时，硅 酸铝沉积为粘土或脱水成铝土矿。含铝矿物有冰晶石(主要成分 Na3AlF6)和铝 土矿(主要成分 Al2O3·nH2O)等。刚玉是天然结晶氧化铝。我国的铝土矿储量 丰富、品位高，用于电解制铝，或制硫酸铝和明矾。现代电解制铝是将氧化 铝(处理过的铝土矿粉)溶于熔融的冰晶石中，以钢制电解槽的石墨衬里作阴 极，石墨棒作阳极，于 1000℃进行电解，在阴极得到液态金属铝(纯度可达99.8%)。冰晶石在农业上用作杀虫剂；硅酸盐工业用于制造玻璃和搪瓷的乳 白剂。高品位的铝土矿粉用于制研磨剂，用于烧制坩埚、瓷器、耐火材料及 制造人造宝石等。我国驰名中外的高岭土 (又称瓷土 )，主要成分为 Al2O3·2SiO2·2H2O，系由铝硅酸盐矿物(长石、云母等)经风化或水热变而成。 (参看氧化铝、硅酸盐、硅酸盐工业。)
钢铁的锈蚀和防护
钢铁的锈蚀，损耗惊人。据估计，全世界每年因锈蚀而损失的钢铁，约 占全年总产量的 1/4。钢铁锈蚀的原因主要是化学腐蚀和电化学腐蚀(参看化 学腐蚀、电化学腐蚀)。排除造成锈蚀的原因，就可以达到防锈和防护的目的。 防锈措施有：(1)在钢铁表面涂覆保护层，如表面喷漆、涂搪瓷，或涂布矿物 油；(2)镀防护性镀层，如在铁皮上镀锌(称为“白铁皮”)、镀锡(称为“马 口铁”)；(3)用化学方法处理使钢铁制品“发蓝”，在制品表面形成一层蓝 黑色或深蓝色四氧化三铁薄膜，用于机器和钟表零件、枪炮等表面处理；(4) 使用缓蚀剂，例如，在硫酸酸洗过程中，在酸洗液里加入少量的缓蚀剂，可 保护酸洗设备基本不被腐蚀，在蒸汽锅炉中注入多磷酸盐可防止锅炉中水垢 的生成与氧的腐蚀作用。最彻底的防护法还是在钢铁中添加合金元素制成抗 腐蚀合金。例如，抗化学腐蚀和抗电化学腐蚀的不锈钢。(参看不锈钢。)
离子交换剂
能与溶液中的阳离子或阴离子进行交换的物质。无机离子交换剂有天然 或人造沸石、磷酸锆等，有机离子交换剂有磺化煤、各种离子交换树脂等： 按交换性能不同，又可分为阳、阴离子型两类。一般不溶于酸、碱和多种溶 剂中，使用后交换性能逐渐消失，可经过处理使之再生。离子交换分离广泛 用于(1)实验室制备去离子水、工业上水的软化及高纯水的制备；(2)试剂的 制备，例如制备过氧化氢、次磷酸等；(3)溶液和物质的纯化，例如从酸、碱 和盐电解质中除去金属离子；(4)除去干扰离子，例如，测定阴离子时，用阳 离子交换树脂除去干扰的金属离子；(5)金属离子的分离与核能材料的提取， 例如从碱金属中分离过渡金属离子；(6)痕量离子的浓缩；(7)环境保护中含 有害金属离子废水、有机废水的净化等。
水的净化
根据用水的需要对自然界中的淡水进行处理的方法。水库里的水或未被 污染的河水、井水，经过沉降法可以除去泥砂和悬浮物，再经过过滤、用氯 气消毒(每吨水需氯气 0.4 克)，即可供饮用。工业用水，如锅炉用水、漂染 用水等，应该除去水里的钙盐和镁盐(参看硬水的软化)。
工业污水的处理
工业污水和废水性质复杂，应当尽量设法消除其中的有害物质，力求不 排或少排放。处理污水的方法有：(1)物理法，利用物理的机械法处理，如重 力分离法、过滤法、热处理法、曝气法等；(2)化学法，主要通过化学反应改 变废水中污染物的化学性质或物理性质，进而从水中除去，如中和处理法、 混凝处理法、化学沉淀法、氧化处理法、革取处理法等；(3)物理化学法，运 用物理化学方法使废水得到净化，通常指由物理方法和化学方法组成的废水 处理系统，或物理化学过程的单项处理方法，如吸附、萃取、电解、离子交 换等；(4)生物法，利用微生物的代谢作用来处理废水，如需氧生物处理法和 厌氧生物处理法。处理后的污水，达到国家颁发的水质标准时，可作冷却用 水，冲洗卫生间、喷洒街道、浇灌绿地等。
电解食盐水
(参看氯碱工业。)
氯碱工业
由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基础化 学工业之一。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺。
1.隔膜法
电解在立式隔膜电解槽中进行，如图 a 所示。电解槽的阳极用涂有 TiO2
-RuO2 涂层的钛或石墨制成，阴极由铁丝网制成，网上附着一层石棉绒做隔膜，这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。将已除去 Ca2+、Mg2+、 SO2- 等杂质的精制食盐水从电解槽的上部加入。由于食盐水中进行着如 下两种电离方程：NaCl Na++Cl?
H2O H++OH?
所以，食盐水中含有 Na+、H+、Cl? 和 OH? 四种离子。当接通电源后，在电场 的作用下，带负电的 Cl? 和 OH? 移向阳极，带正电的 Na? 和 H? 移向阴极，在 这种条件下，电极上发生如下反应：在阳极 2Cl? -2e 2Cl
2Cl Cl2↑
在阴极 2H? +2e 2H
2H H2↑
即在阳极室放出 Cl2，阴极室放出 H2。由于阴极上有隔膜，而且阳极室的液位比阴极室高，所以可以阻止 H2 跟 Cl2 混合，以免引起爆炸。由于 H? 不断放电，破坏了水的电离平衡，促使水不断电离，造成溶液中 OH? 的富集。这样 在阴极室就形成了 NaOH 溶液，它从阴极室底部流出。电解食盐水的总反应可 以表示如下：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 用这种方法生产的碱液比较稀，其中含有多量未电解的 NaCl ，需要经过分 离、浓缩，才能得到固态 NaOH。
2.离子交换膜法
离子交换膜法电解食盐水的原理如图 b 所示。在这种电解槽中，用阳离 子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同，它具有选 择透过性。它只让 Na? 带着少量水分子透过，其它离子难以透过。电解时从 电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl 溶液，往阴极室注入水。在阳极室中 Cl? 放电，生成 C12，从电解槽顶部放出，同时 Na? 带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中 H? 放电，生成 H2，也从电解槽顶部放出。但是剩余的 OH? 由于受阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室， 这样就在阴极室里逐渐富集，形成了 NaOH 溶液。随着电解的进行，不断往阳 极室里注入精制食盐水，以补充 NaCl 的消耗；不断往阴极室里注入水，以补 充水的消耗和调节产品 NaOH 的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳 离子交换膜能阻止 Cl? 通过，所以阴极室生成的 NaOH 溶液中含 NaCl 杂质很 少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯度高，而 且能耗也低，所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。
* 近代测试表明，四氧化三铁实际是铁的混合价态化合物，分子式应为 FeIIFeIII[FeIIIO4]。在中学可以将 Fe3O4 分入“复杂氧化物”类。
三、有机化学基础知识
有机物的特点
有机化合物与无机化合物相比，一般具有如下特点： (1)目前从自然界发现的和人工合成的有机物已超过一千万种 (1990
年)，而无机物却只有十来万种。这是由于碳原子跟碳原子之间能通过共价键 相结合，形成长的碳链。例如，碳、氢两种原子可形成很多种碳氢化合物甲 烷、乙烷、丙烷等等。这是有机物种类繁多的主要原因之一。在各种各样的 天然有机物中，它们通常是由少数几种元素组成的，除碳外，几乎总含氢， 往往含氧、氮，有的还含有硫、磷等。
(2)有机物中的同分异构现象是很普遍的，而无机物却不多见。许多有机 物的分子式和分子量都相同，但物理性质和化学性质往往差异很大。如乙醇和二甲醚的分子式都是 C2H6O，分子量都是 46.07，但它们由于分子中的原子排列顺序不同，它们是两种性质不同的化合物。
同分异构现象是导致有机物种类繁多的又一重要原因。 (3)固态有机物的熔点不高，一般不超过 623.2～673.2K。在空气存在下，绝大多数有机物能燃烧，其中碳元素转化成 CO2，氢元素转化成 H2O，氮元素转化为氮气。 (4)有机物分子中原子间具有明显的共价键性质。因此，大多数有机物属于非电解质；不容易溶于水而易溶于有机溶剂；有机物之间的反应往往很慢，常需使用催化剂。 (5)有许多有机化合物具有特殊的生理作用，是生命活动过程中的载体、成分或产物，如酶、激素、维生素等。
无机物转化成有机物
18 世纪至 19 世纪初，在生物学和有机化学领域中流行着一种“生命力 论”。生命力论者认为：动植物有机体具有一种生命力，依靠这种生命力才 能制造有机物质。因此，有机物只能在有机体内产生，在生产上和实验室， 人们只能合成无机物，不能合成有机物质，特别是不能从无机物质合成有机 物质。1824 年，德国有机化学家维勒(Friedrich W ?hler)首先从无机物人工 合成了有机物——尿素。
尿素的合成，是有机化学发展过程中的一个重大突破，它突破了无机化合物 和有机化合物之间的绝对界限，动摇了生命力论的思想基础，为有机合成开 辟了广阔的道路。1845 年，德国化学家柯尔柏(Hermann Kolbe，1818—1884) 利用木炭、硫黄、氯气及水作原料，合成了有机化合物醋酸，随后，人们又 合成了葡萄糖、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等一系列有机酸。这些有机酸过去 都是从动植物提取的。 1854 年，法国化学家贝特罗(Pierre E · Mar-cellin Berthelot， 1827—1907)成功地合成了属于油脂类的物质。1965 年，我国 科学工作者在世界上首次人工合成了蛋白质——结晶牛胰岛素，成为第一个 人工合成蛋白质的国家。牛胰岛素的合成在有机合成中又是一次突破，它突 破了合成简单有机物和生物高分子的界限，开创了人工合成生物高分子—— 蛋白质和核酸的新时期。
饱和烃
分子中碳原子间完全以单键结合的烃是饱和烃。按分子结构，可分为饱 和链烃和炮和环烃。饱和链烃即烷烃，如丙烷、丁烷等；饱和环烃即环烷烃， 如环戊烷、环己烷等。它们的化学性质、来源等(参看烷烃和环烷烃。)
取代反应
有机化合物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反 应。例如：此外，磺化、酯化、酯水解等也是取代反应。取代反应与置换反应是完全不 同的两类反应。置换反应都有单质参加反应，一般都涉及电子得失，并且反 应生成物一定有一种单质；而取代反应是因有机物分子里原子间都以共价键 结合，发生反应时仅是原子间的代换，不涉及电子得失，生成物一定没有单 质出现。如苯跟溴(Fe 为催化剂)本是取代反应，反应方程式如下写法则是错 误的：当然，有机物并不是不能发生置换反应，如：
2C2H5OH+2Na→2C2H5ONa+H2↑
则是置换反应。
烷 烃
即饱和链烃。烷烃分子里的碳原子之间以单键结合成链状(直链或含支链) 外，其余化合价全部为氢原子所饱和。烷烃包括一系列的化合物，有甲烷 (CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等。烷烃的通式为 cnH2n+2。烷 烃的物理性质，如沸点、熔点等随分子中碳原子数目依次增加而呈现有规律 性的变化。烷烃几乎不溶于水，化学性质较稳定，不跟酸性 KMnO4 溶液反应； 能燃烧；在一定条件能发生取代反应、裂解反应等。烷烃的主要工业来源是 石油和天然气。天然气有干气、湿气之分，主要成分是甲烷。干气除用做燃 料外，还可以生产碳黑以及生产合成氨、甲醇和其它有机化学工业品的原料 气。湿气中含有较大量的乙烷、丙烷、丁烷等，除直接用作燃料外，也可经 裂解生产乙烯做化工原料。石油经分馏，除获得大量燃料油、润滑油外，相 当大的一部分进行化学加工，如 C7—C9 馏分经催化重整可得芳香烃，重质油 经催化裂化再进行分离可得乙烯、丙烯、丁二烯等重要化工原料，用以生产 塑料、橡胶等。
同系物
结构相似，在分子组成上相差 1 个或几个 CH2 原子团的物质，互称为同 系物。如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等，其中甲烷与 正丁烷互为同系物，甲烷与异丁烷也互为同系物。乙烯、丙烯、丁烯等互为 同系物。乙烯(CH2=CH2)和丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)的分子虽都呈链状，都 有双键，但分子组成不符合相差 2 个 CH2 原子团，故不属同系物。又如乙酸 乙酯和三乙酸甘油酯虽都属于酯类，但分子组成不符合相差若干个 CH2 原子 团，故也不属同系物。同系物的物理性质，如沸点、熔点等，一般是随分子 中碳原子数的增多，呈现有规律的变化。同系物的分子结构相似，它们的化 学性质也相似。
同分异构现象
化合物具有相同的分子式但结构不同的现象，叫同分异构现象。具有同 分异构现象的化合物互为同分异构体。在烷烃分子里，随着碳原子数目的增 加，碳原子之间的结合方式也就越多样化，同分异构体的数目也就越多。如 丁烷有两种同分异构体，己烷有 5 种同分异构体，庚烷有 9 种，癸烷有 75 种之多。在有机化学中，常见的同分异构现象有：1.碳链异构 碳原子在分子中的排列不同，如丁烷和异丁烷2.位置异构 官能团在碳链中的位置不同，如丙醇和异丙醇3.官能团异构 如：
4.立体异构 具有相同分子式的化合物中，由于原子或原子团在空间排列 不同而引起的同分异构现象。有几何异构(也称顺反异构)和旋光异构(从 略)。由于双键或环的存在，某些原子或原子团在空间的排列不同而产生几何 异构。如：2—丁烯烷烃的命名
1892 年日内瓦国际化学会议规定了一个命名原则，这个命名原则称为日 内瓦命名法，也称国际命名法。我国的有机化合物命名原则是根据我国的文 字特点，参照国际命名法制定的，称为系统命名法。烷烃的系统命名法如下：1.从结构中选定最长的碳链为主链，根据这个碳链所含碳原子数称为 “某”烷，并以它作母体。将主链以外的其它烷基看作取代基(或称支链)。 但初学者容易出现的错误是习惯于把横向排列的碳链作为主链，其它作为支 链。如：
误认为主链含 4 个碳原子，而实际是 5 个碳原子。
2.由距离支链最近的一端开始，将主链上的碳原子用 1，2，3
，等 数字依次编号，以确定支链的位置。如：
3.把取代基的名称写在烷烃名称前面，在取代基的前面用阿拉伯数字注 明它在烷烃直链上的位置，并在号数后面连一短线。如：4.如含有几个相同的取代基，则在取代基的前面用中文数字二、三、四 等表明相同基的数目；如取代基不同，就把简单的写在前面，复杂的写在后 面。如：环烷烃
组成烃分子的碳原子相互连接成环状的，叫环烃，在环烃分子中，碳原 子之间全是单键相互结合的叫环烷烃，也叫饱和脂环烃。由三个、四个碳原 子组成的环烷烃，环的稳定性较差，在一些试剂的作用下易发生开环反应。 五个以上碳原子构成的环较稳定。这些环烷烃的性质与饱和链烃相似。以下 是几种环烷烃的结构简式：环烷烃的通式为 cnH2n，它们与相应的烯烃属同分异构体。在环烷烃中，目前 使用较多的是环己烷，常用为树脂的有机溶剂以及制尼龙—6 的原料。
不饱和烃
分子中含双键或叁键的烃。有双键的称烯烃(一个双键)或二烯烃(两个双 键)，有叁键的称炔烃。如：不饱和烃的化学性质活泼，易受酸性 KMnO4 溶液氧化，易发生加成反应和加 聚反应。加成反应有机物分子中的双键或叁键发生断裂，加进(结合)其它原子或原子团的 反应。如
CH2 CH2+Br2→CH2Br—CH2Br
CH CH+H2CH2 CH2 醛羰基和酮羰基的双键与烯烃的碳碳双键一样，其中一个键易断裂而发生加 成反应，如：如加成试剂为简单化合物时，分子中带正电性的原子加到羰基带负电性的氧 原子上，带负电性的原子(或原子团)加到羰基的碳原子上，如：用结构简式表示加成反应时，不饱和化合物一定变得相对饱和，并且两个不 饱和碳原子要分别结合某种原子或原子团。如：此外，丙烯的结构简式，其中双键须表示出来，应写为 CH3—CH==CH2，不能 写成 CH3CHCH2。
加聚反应
小分子的烯烃或烯烃的取代衍生物在加热和催化剂作用下，通过加成反 应结合成高分子化合物的反应，叫做加成聚合反应，简称加聚反应。如：单体可以是两种以上的不同物质，如：
在工业上，通过加聚反应制造合成塑料、合成橡胶等。
高分子
高分子化合物的简称。高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所 含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分 子化合物由于分子量很大，分子间作用力的情况与小分子大不相同，从而具 有特有的高强度、高韧性、高弹性等。高分子化合物中的原子连接成很长的 线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。这种高分子在加热时可以熔 融，在适当的溶剂中可以溶解。高分子化合物中的原子连接成线状但带有较 长分支时，也可以在加热时熔融，在适当溶剂中溶解。如果高分子化合物中 的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构， 所以也叫体型高分子。体型高分子加热时不能熔融，只能变软；不能在任何 溶剂中溶解，只能在某些溶剂中溶胀。高分子化合物在自然界中大量存在， 这种高分子叫天然高分子。在生物界中，构成生物体的蛋白质，纤维素；携 带生物遗传信息的核酸；食物中的淀粉，衣服原料的棉、毛、丝、麻以及木 材、橡胶等等，都是天然高分子。非生物界中，如长石、石英、金刚石等， 都是无机高分子。天然高分子可以通过化学加工成天然高分子的衍生物，从 而改变其加工性能和使用性能。例如，硝酸纤维素、硫化橡胶等。完全由人 工方法合成的高分子，在高分子科学中占有重要的地位。这种高分子是由一 种或几种小分子作原料，通过加聚反应或缩聚反应生成的，故也叫聚合物。 用做原料的小分子称为单体，如由乙烯(单体)经加聚反应得聚乙烯(聚合 物)；由乙二醇(单体)和对苯二甲酸(单体)经缩聚反应生成聚对苯二甲酸乙二 酯(聚合物)。
乙烯的结构
实验表明，乙烯分子里的 C=C 双键的键长是 1.33×10-10 米，乙烯分子里 的 2 个碳原子和 4 个氢原子都处在同一个平面上。它们彼此之间的键角约为120°。乙烯双键的键能是 615 千焦/摩，实验测得乙烷 C—C 单键的键长是1.54×10-10 米，键能 348 千焦/摩。这表明 C=C 双键的键能并不是 C—C 单键 键能的两倍，而是比两倍略少。因此，只需要较少的能量，就能使双键里的 一个键断裂。这是乙烯的性质活泼，容易发生加成反应等的原因。
在形成乙烯分子的过程中，每个碳原子以 1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂 化形成 3 个等同的 sp2 杂化轨道而成键。这 3 个 sp2 杂化轨道在同一平面里， 互成 120°夹角。因此，在乙烯分子里形成 5 个σ键，其中 4 个是 C—H 键(sp2
—s)1 个是 C—C 键(sp2—sp2)；两个碳原子剩下未参加杂化的 2 个平行的 p 轨道在侧面发生重叠，形成另一种化学键：π键，并和σ键所在的平面垂直。 如：乙烯分子里的 C=C 双键是由一个σ键和一个π键形成的。这两种键的轨 道重叠程度是不同的。π键是由 p 轨道从侧面重叠形成的，重叠程度比σ键 从正面重叠要小，所以π键不如σ键牢固，比较容易断裂，断裂时需要的能 量也较少。
烯 烃
是指分子中含一个碳碳双键的链烃。通式为 cnH2n。与碳原子数目相同的 环烷烃互为同分异构体。C2—C4 的烯烃在常温常压下是气体，C5—C15 的烯烃 是液体，分子中含碳原子数更多的烯烃是固体。都可燃，火焰明亮。它们的 物理性质，一般地随分子中碳原子数目增加而有规律地变化。烯烃分子中因 含有双键，化学性质比烷烃活泼，容易发生氧化反应、加成反应和加聚反应 等。从工业生产角度说，重要的是乙烯和丙烯，它们是制造合成纤维、合成 树脂等的基础原料，工业上是由石油裂解生产的。
二烯烃
是分子中含两个双键的不饱和烃。按分子结构，有环状二烯烃(如 1，3- 环戊二烯)和链状二烯烃。通常，二烯烃是指分子中含两个双键的不饱和链 烃。二烯烃分子中，由于两个双键的位置不同，有三种情况：1.聚集双键二烯烃 如丙二烯 CH2=C=CH2。这是一种无色气体，加热时，异构化成丙炔。
2.共轭双键二烯烃 两个双键被一个单键隔开的二烯烃。如 1，3-丁二 烯，1，3-戊二烯和异戊二烯。共轭二烯烃除具有和烯烃相似的化学性质外， 主要特点是能发生 1，4 加成、聚合反应。
3.隔离双键二烯烃 两个双键被两个以上单键隔开的二烯烃。如 1，4-己二烯(CH2=CH-CH2-CH=CH—CH3)。在二烯烃中，共轭双键二烯烃是最重要的一类，其中丁二烯和异戊二烯是合成橡胶的重要原料。
1，3-丁二烯的性质
