甲烷及其氯化物中元素化合价分析.docx

甲烷及其氯化物中元素化合价分析众所周知，甲烷（CH4）能与氯气（CI2）发生取代反应（有机物分子里的某些原子或 原子团被其他原子或原子团所代替的反应，类似于无机中的置换反应），生成一氯甲烷 （CH3CI）、二氯甲烷（CH2CI2）、三氯甲烷（CHCI3）、四氯甲烷（CCI4,又叫“四氯化 碳”），它们的结构几乎相同，都是甲烷分子中的H原子被CI原子取代所成然而，在这四 种甲烷氯化物以及甲烷本身中，碳元素的化合价却有所差别，鉴于许多人将其混淆，故在本 文加以说明有些地方需要用一点高中的知识，不过会尽量回避首先说一下甲烷，它是最简单的有机物，其结构式为1个碳原子分别与4个氢原子以共 价键（两个或多个原子共同使用它们的外层电子，简而言之就是共用电子对）的方式“相连”， 由于H原子核外只有1个电子，所以H只能显±1价（不考虑0价），因为C的电负性（两 个不同原子形成化学键时吸引电子能力的相对强弱，其数值越大，表示其原子在化合物中吸 引电子的能力越强）为2.55，大于H的2.20，所以C—H键的共用电子对偏向C原子因 为每个电子带一单位负电荷，故每个C—H键会给C原子提供1单位负电荷（共用电子对由 二者分别提供1 个电子组成，为了方便、通俗地说明，这里采取了这种较不规范的说法）， 甲烷分子中共有4个C—H键，因此C原子共接受了 4个共用电子对，也就是4单位负电荷。

所以甲烷分子中的C显-4价，H显+1价接下来是一氯甲烷，一氯甲烷的是甲烷分子中的一个H原子被CI2中的CI原子取代所 生成的（CH4+CI2==光照==CI—CH3+HCI）看起来其与甲烷分子结构相同，所以元素的化 合价也应相同，其实不然，原因在于CI的电负性为3.16,远大于C的2.55，所以C—CI键 中，共用电子对反而偏向CI原子，因此会给C原子提供1正电荷（相反地，给CI原子提供 1单位负电荷）其余三个C—H键分别给C原子提供1单位负电荷，这样C原子共有（3-1=）2 单位负电荷因此一氯甲烷分子中，C显-2价，H显+1价，Cl显-1价二氯甲烷中,2个C—CI键带给C原子的正电荷恰好被2个C—H键带来的负电荷抵消 故在二氯甲烷分子中，C显0价，H显+1价，Cl显-1价三氯甲烷则是有 3 个 C—CI 键， 1 个 C—H 键，所以 C 原子共有 2 个正电荷所以在三 氯甲烷分子中，C显+2价，H显+1价，CI显-1价四氯甲烷（CCI4）是 CH4中的H原子全部被CI2中的CI原子取代而成，四个键均为C—CI 键因此在四氯甲烷分子中，C显+4价，Cl显-1价综上所述，在甲烷及其氯化物中，H均显+1价，CI均显-1价，而C存在-4、-2、0、 +2、4的变价，不能因为结构相似就混为一谈，对于初中生，通常只需掌握CH4及CCI4即 可，但这种方法，在今后的学习中，却经常使用到。