碳化合物导论

本页讲解中五碳化合物一章的第一条内容标准：碳化合物导论。它奠定了后面所有内容，同系列、烷烃、烯烃、醇、羧酸与酯，所以在这里把定义与分类弄对，会让本章其余部分容易得多。

什么是碳化合物？

碳化合物是分子中含有碳原子的化合物，几乎总是与氢结合，也常与氧结合。绝大多数碳化合物称为有机化合物，因为在历史上它们最早取自有生命（有机）的物质，植物、动物，以及由它们形成的化石燃料。

今天我们知道有机化合物也可以在实验室里制备，但这个名称沿用至今。

并非所有含碳化合物都是有机物。按惯例，有一小组简单的碳化合物被视为无机物：二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、碳酸盐如碳酸钙（CaCO₃），以及碳酸氢盐。

你应能说出这些就是众所周知的例外，因为常见的考题会要你从一份清单中挑出无机碳化合物。

关键定义。 有机化合物是碳的化合物（含氢，常含其他元素如氧），一般取自生物或石油，燃烧时生成二氧化碳和水。

碳化合物从何而来

课程标准要你知道有机化合物的主要来源：

• 生物，植物与动物体内的碳水化合物、蛋白质、脂肪与油全都是有机化合物。
• 石油（原油）与天然气，化石来源，由此经分馏得到汽油、柴油、煮食用气等燃料，以及制造塑料的原料。

碳为何能形成如此众多的化合物

已知的碳化合物有数百万种，比其他所有元素的化合物加起来还要多。碳原子的两项性质解释了这一点：

1. 碳形成四个共价键。 碳原子有四个价电子，因此共享四对电子、形成四个强共价键。这让每个碳能与多达四个其他原子相连。
2. 碳原子彼此成键（链接／catenation）。 碳–碳键强而稳定，因此碳原子能连成长的直链、支链与环。链长与排列不同，得到的化合物就不同。

两者合起来，意味着碳能构建几乎无限多样的稳定分子。

烃与非烃

有机化合物首先分成两类：

• 烃是只含碳和氢的化合物。烷烃（例如甲烷 CH₄）与烯烃（例如乙烯 C₂H₄）都是烃。
• 非烃有机化合物含碳和氢再加上至少一种其他元素，通常是氧。醇、羧酸与酯都是非烃，因为它们含氧。

饱和与不饱和化合物

第二种有用的分类描述碳–碳之间的成键：

• 饱和化合物只含碳–碳单键（C–C）。烷烃是饱和的。
• 不饱和化合物含至少一个碳–碳双键（C=C）或三键。烯烃是不饱和的。

这个区别贯穿全章，因为不饱和化合物会发生饱和化合物不会发生的反应（加成反应、使溴水褪色）。

例题

问题。 从下列清单中，把每种物质归类为「有机烃」、「有机非烃」或「无机碳化合物」：乙烷（C₂H₆）、乙醇（C₂H₅OH）、碳酸钙（CaCO₃）。

第一步，乙烷（C₂H₆）。 它只含碳和氢。

只含 C 与 H 的化合物是烃，而烃属有机物。所以乙烷是有机烃。

第二步，乙醇（C₂H₅OH）。 它含碳、氢以及氧。

因为含有 C、H 以外的元素，它不是烃；但它是取自生物／植物来源的碳化合物，所以是有机非烃。

第三步，碳酸钙（CaCO₃）。 虽然含碳，碳酸盐是公认的例外之一，所以它是无机碳化合物。

答案。 乙烷，有机烃；乙醇，有机非烃；碳酸钙，无机碳化合物。

练习题

问题。 解释碳为何能形成数量极多的不同化合物。

给出两个原因。

答案。 第一，碳原子有四个价电子、形成四个共价键，因此能与多达四个其他原子相连。第二，碳原子能与其他碳原子成键，通过强而稳定的 C–C 键形成长直链、支链与环（链接／catenation）。因为长度与形状不同的链会给出不同的分子，这两项性质使得种类极多的稳定化合物得以存在。

考试提示

这条开篇标准反复考两个答案。当问到碳为何形成这么多化合物时，务必给出两个原因，四个共价键和碳与碳成键（链接），因为只给一个通常会丢一分。

当要你辨认无机碳化合物时，记住那份短短的例外清单：CO₂、CO、碳酸盐和碳酸氢盐。把烃（只有 C 和 H）与非烃（C、H 再加其他元素如 O）这两个词说准，绝不要把醇或酸叫作烃。

前后如何衔接

本章的一切都建立在这里所定的分类之上。烃分成你接下来会遇到的烷烃与烯烃两大族；非烃则包括本章稍后的醇、羧酸与酯。

饱和／不饱和的观念解释了为何烯烃活泼而烷烃不活泼。因为这些类别会在整个 SPM化学 的每一个实验里再次出现，现在把它们巩固好，会在整个中五里回报你。

本节定位

这是 碳化合物 一章的内容标准 10.1，支撑全章的地基。用本章 复习笔记 巩固定义，并用 例题 练习把化合物归入正确的类别。

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快速回顾

• 碳化合物含碳，通常含氢、常含氧。
• 大多是有机物；无机例外为 CO₂、CO、碳酸盐、碳酸氢盐。
• 来源：生物与石油／天然气。
• 碳形成众多化合物，因为它形成四个共价键并与其他碳原子成键（链接）。
• 烃 = 只含 C 和 H；非烃 = 还含其他元素（通常是 O）。
• 饱和 = 只有 C–C 单键；不饱和 = 含 C=C 双键。