烷烃与卤素的取代

烷烃是只有 C-C 和 C-H 单键的饱和烃，这使它们相当不活泼。在中五碳化合物一章里，它除了燃烧之外唯一的特征反应，就是与卤素的取代。

理解它、并把它与烯烃的加成反应对比，是非常常见的考试主题。

取代的含义

在取代反应里，分子中的一个原子（或基团）被另一个原子取代。这里烷烃的一个氢原子被一个卤素原子逐一取代，被换出的氢与一个卤素原子结合，以卤化氢的形式离开。

配平方程式

甲烷与氯（在紫外光下）

CH₄(g) + Cl₂(g) → CH₃Cl(g) + HCl(g)

如果有更多氯存在，产物一氯甲烷可以继续被取代：

CH₃Cl(g) + Cl₂(g) → CH₂Cl₂(g) + HCl(g)

CH₂Cl₂(g) + Cl₂(g) → CHCl₃(g) + HCl(g)

CHCl₃(g) + Cl₂(g) → CCl₄(g) + HCl(g)

乙烷与氯

C₂H₆(g) + Cl₂(g) → C₂H₅Cl(g) + HCl(g)

甲烷与溴

CH₄(g) + Br₂(g) → CH₃Br(g) + HBr(g)

每一步里，一个氢被换成一个卤素原子、并生成一分子卤化氢，所以方程式保持配平。

所需条件

紫外光（阳光）不可或缺。 在黑暗中，烷烃和卤素不反应。

光提供引发反应的能量。不需要催化剂、也不需要强热，光是关键条件，这是考官最爱的一分要点。

现象

• 氯的黄绿色（或溴的红棕色）随着卤素被耗尽，在阳光下慢慢褪去。
• 生成有雾状、带酸性的卤化氢气体；它使湿润的蓝色石蕊试纸变红，并在潮湿空气中冒烟。
• 与烯烃的瞬时反应相比，这个反应很慢。

烷烃与烯烃：关键对比

这个反应是区分烷烃与烯烃的经典方法。烯烃在室温、黑暗中就能通过加成迅速使溴水褪色，因为它是不饱和的。

烷烃只能与溴（不是溴水）缓慢反应，而且只在紫外光下，通过取代进行。考官年复一年设这个对比，所以要同时记住条件（有光或无光）和反应类型（取代或加成）。

常见错误

不要忘了说明需要紫外光，漏掉就会失分。不要写出像 CH₄Cl₂ 这样的加成产物；烷烃通过取代而非加成反应，所以总会放出卤化氢。

每取代一个氢就生成一分子 HCl，使方程式保持配平。

在 SPM 考试中的出现方式

在 试卷二 (4541/2) 里，你可能被要求写出取代方程式、说出必要条件、描述颜色变化，并解释取代与烯烃加成有何不同。在 试卷一 (4541/1) 里，客观题会考光的作用和产物的身份。

正确说出条件和反应类型，就能拿下这些分数。