Алкены — углеводороды с двойной связью
Задачи на присоединение к несимметричным алкенам встречаются и в цепочках превращений, и в расчётах. Сначала нужно понять, какой атом углерода получит водород, а какой — галоген, и только потом считать.
Задача 1. Вычисли массу основного продукта, который образуется при взаимодействии 8,4 г пропена с избытком хлороводорода. Назови продукт.
По правилу Марковникова водород присоединяется к крайнему атому CH2, где водорода больше, а хлор — к среднему: CH2=CH–CH3 + HCl → CH3–CHCl–CH3.
M(C3H6) = 3 · 12 + 6 · 1 = 42 г/моль, n = 8,4 / 42 = 0,2 моль.
M(C3H7Cl) = 3 · 12 + 7 · 1 + 35,5 = 78,5 г/моль.
m = 0,2 · 78,5 = 15,7 г.
Ответ: 15,7 г 2-хлорпропана.
Правило, которым решена задача, Владимир Васильевич Марковников сформулировал в 1869 году: при присоединении галогеноводорода к несимметричному алкену водород идёт к более гидрогенизированному атому углерода. Школьное объяснение короткое. Первым к двойной связи подходит ион H+, положительный заряд остаётся на среднем атоме, где он устойчивее, и туда же потом присоединяется Cl−.
Двойная связь состоит из σ-связи и π-связи
Общая формула алкенов CnH2n, простейший представитель — этилен CH2=CH2 с молярной массой 28 г/моль. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации: три σ-связи лежат в одной плоскости под углом 120°, а негибридная p-орбиталь образует π-связь над и под этой плоскостью.
Из двух связей π-связь слабее, и в реакциях рвётся именно она. Отсюда типичные для алкенов реакции присоединения. Отсюда же цис-транс-изомерия бутена-2: вокруг двойной связи молекула не вращается.
Алкены вступают в реакции присоединения по двойной связи
гидрирование: CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3 (t, Ni);
бромирование: CH2=CH2 + Br2 → CH2Br–CH2Br;
гидрогалогенирование: CH2=CH2 + HCl → CH3–CH2Cl;
гидратация: CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2–OH (t, p, H3PO4);
полимеризация: nCH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n (t, p, катализатор).
Бромная вода с алкенами обесцвечивается сразу, без нагревания и без света. Полиэтилен высокого давления впервые получили в 1933 году в лаборатории британской компании ICI, и сегодня это самый привычный пластик вокруг: пакеты, плёнка, канистры.
Перманганат калия окисляет алкены до двухатомных спиртов
Вторая качественная реакция на двойную связь — обесцвечивание раствора KMnO4. В нейтральной среде этилен превращается в этиленгликоль, а фиолетовый раствор теряет окраску и мутнеет от бурого осадка MnO2: 3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2 + 2KOH.
Горят алкены светящимся пламенем, ярче метана: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O.
Подготовка к контрольной и экзамену в малой группе
Правило Марковникова и цепочки с алкенами проще отработать, когда учитель проверяет каждое уравнение по ходу решения. Онлайн-школа «Моя школа LS» ведёт химию 10 класса на живых уроках в малых группах и готовит к контрольным и ЕГЭ.
Этилен получают отщеплением воды от спирта или галогеноводорода от галогеналкана
В лаборатории этилен получают из этанола. При нагревании с концентрированной серной кислотой выше 140 °C спирт теряет воду: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O (H2SO4 конц., t > 140 °C). Ниже этой температуры образуется диэтиловый эфир, и на контрольной это частая ловушка.
Галогеналкан превращают в алкен спиртовым раствором щёлочи: CH3–CH2Cl + KOH → CH2=CH2 + KCl + H2O (спирт, t). Если отщепление может пойти в две стороны, водород уходит от того соседнего атома углерода, где водорода меньше. Это правило Зайцева, сформулированное в 1875 году, и по нему из бутанола-2 получается в основном бутен-2.
Чаще всего ошибаются в продукте присоединения к пропену
Классическая ошибка — присоединить бромоводород к пропену «против» правила 1869 года. Остальные три тоже стоят баллов, хотя ошибка в них выглядит мелкой.
❌ CH2=CH–CH3 + HBr → CH2Br–CH2–CH3 → ✅ основной продукт CH3–CHBr–CH3, 2-бромпропан.
❌ у бутена-1 есть цис-транс-изомеры → ✅ они есть только у бутена-2, а у первого атома бутена-1 два одинаковых атома водорода.
❌ этилен от этана отличают по продуктам горения → ✅ продукты у обоих одни и те же, CO2 и H2O; различают по бромной воде или раствору KMnO4, которые обесцвечивает только этилен.
❌ в этилене атомы углерода в состоянии sp3 → ✅ sp2, угол между связями 120°.
Формулу алкена находят по объёму присоединённого водорода
Задача 2. Алкен массой 7 г присоединяет 2,24 л водорода (н. у.). Выведи его формулу и составь структурную формулу неразветвлённого алкена этого состава, гидратация которого по правилу Марковникова даёт преимущественно пентанол-2.
n(H2) = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль, алкен реагирует с водородом один к одному, его тоже 0,1 моль.
M = 7 / 0,1 = 70 г/моль.
Для CnH2n молярная масса 14n = 70, отсюда n = 5, формула C5H10.
Двойная связь должна стоять у первого атома: CH2=CH–CH2–CH2–CH3 + H2O → CH3–CH(OH)–CH2–CH2–CH3 (H+, t). По Марковникову водород уходит к CH2, группа –OH — ко второму атому.
Пентен-2 не подходит: при гидратации он дал бы смесь пентанола-2 и пентанола-3.
Ответ: C5H10, пентен-1 CH2=CH–CH2–CH2–CH3.
Задача 3. Составь уравнения реакций по схеме хлорэтан → этилен → этанол → этилен → полиэтилен. Укажи условия и тип каждой реакции.
CH3–CH2Cl + KOH → CH2=CH2 + KCl + H2O (спирт, t).
CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2–OH (t, p, H3PO4).
CH3–CH2–OH → CH2=CH2 + H2O (H2SO4 конц., t > 140 °C).
nCH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n (t, p, катализатор).
Ответ: первая и третья реакции — отщепление, вторая — присоединение, четвёртая — полимеризация.
В молекуле алкена есть одна двойная связь C=C, общая формула CnH2n. Из-за π-связи алкены вступают в реакции присоединения и обесцвечивают бромную воду, а алканы в обычных условиях этого не делают.
По уравнению CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3 этилен и водород реагируют один к одному, поэтому n(H2) = 0,3 моль.
Объём V(H2) = 0,3 · 22,4 = 6,72 л.
В лаборатории оба газа пропускают через бромную воду или раствор перманганата калия. Этилен обесцвечивает оба раствора, этан не меняет окраску ни одного из них.
Оцените урок:

