鹵烷是飽和的碳化合物，它是由碳\(-\)氫鍵 \(\text{(C}-\text{H)}\)、碳\(-\)碳鍵 \(\text{(C}-\text{C)}\) 和碳\(-\)鹵鍵 \(\text{(C}-\text{X)}\) 建構而成。
鹵烷的化學反應主要是碳\(-\)鹵鍵的化學反應。由於鹵素的電負性較碳高，因此碳\(-\)鹵鍵是極性的：碳原子帶部分正電荷 (δ+)，鹵素原子則帶部分負電荷 (δ−)。這導致碳\(-\)鹵鍵中的碳原子比較缺電子，從而吸引帶負電荷的物種（例如氫氧離子）參與反應。
本節，我們就來學習鹵烷的典型化學反應——與水溶液中的氫氧離子所產生的取代反應。
小知識：常見的鹵烷除了三氯甲烷（別稱哥羅芳，分子式 \(\text{CHC}{{\text{l}}_{\text{3}}}\)）外，還包括三氟溴甲烷（別稱溴代三氟甲烷，分子式 \(\text{CBr}{{\text{F}}_{\text{3}}}\)，多用作氣體滅火劑）。
取代反應是鹵烷的典型化學反應。看看以下的化學反應式：鹵烷與水反應，生成醇；鹵烷在過程中被水解。
\[\text{R}-\text{X(l) + }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O(l)}\xrightarrow{{}}\text{R}-\text{OH(l) + }{{\text{H}}^{\text{+}}}\text{(aq) + }{{\text{X}}^{-}}\text{(aq)}\]
由於水分子在 \({25}^{\rm{o}}{\rm{C}}\) 時會解離成氫離子和氫氧離子，而氫離子又不參與反應，
\[{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\text{(l) }\rightleftharpoons {{\text{H}}^{\text{+}}}\text{(aq) + O}{{\text{H}}^{-}}\text{(aq)}\]
因此，化學反應式可進一步簡化為：
\[\text{R}-\text{X(l) + O}{{\text{H}}^{-}}\text{(aq)}\xrightarrow{{}}\text{R}-\text{OH(l) + }{{\text{X}}^{-}}\text{(aq)}\]
鹵烷與氫氧離子 \(\text{(O}{{\text{H}}^{-}}\text{)}\) 產生取代反應，生成醇和鹵離子。因此，鹵烷與氫氧離子的取代反應稱為「水解」。簡單而言，鹵烷的水解包括了碳\(-\)鹵鍵的斷裂和碳\(-\)氧鍵的成鍵。
例如：1\(-\)氯丁烷與氫氧化鈉溶液一同回流加熱，生成丁\(-1-\)醇。
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{Cl(l) + NaOH(aq)}\xrightarrow{\text{回流加熱}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH(l) + NaCl(aq)}\]
不同的鹵烷的水解速率有分別嗎？其實，我們可以透過實驗，了解鹵烷的水解速率。看看以下的化學方程式：
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{X(l) + }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O(l)}\xrightarrow{\text{回流加熱}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH(l) + }{{\text{H}}^{\text{+}}}\text{(aq) + }{{\text{X}}^{-}}\text{(aq)}\]
\(1-\)氯丁烷與氫氧化鈉溶液一同回流加熱，生成丁\(-1-\)醇。但請留意，不論是反應物 \(1-\)氯丁烷和氫氧化鈉溶液，還是生成物丁\(-1-\)醇和氯化鈉溶液，都是無色液體。因此，我們很難憑肉眼判斷反應的進度。
那麼，我們要怎樣做才可判斷反應的進度呢？
有見及此，我們可在實驗開始前，把稀硝酸銀溶液 \(\text{(AgN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\text{)}\) 加入反應混合物中。銀離子 \(\text{(A}{{\text{g}}^{\text{+}}}\text{)}\) 與氯離子 \(\text{(C}{{\text{l}}^{-}}\text{)}\)、溴離子 \(\text{(B}{{\text{r}}^{-}}\text{)}\) 和碘離子 \(\text{(}{{\text{I}}^{-}}\text{)}\) 反應，分別生成不溶於水的氯化銀 \(\text{(AgCl)}\)、溴化銀 \(\text{(AgBr)}\) 和碘化銀 \(\text{(AgI)}\)。
\[\text{A}{{\text{g}}^{\text{+}}}\text{(aq) + C}{{\text{l}}^{-}}\text{(aq)}\xrightarrow{{}}\text{AgCl(s)}\]
\[\text{A}{{\text{g}}^{\text{+}}}\text{(aq) + B}{{\text{r}}^{-}}\text{(aq)}\xrightarrow{{}}\text{AgBr(s)}\]
\[\text{A}{{\text{g}}^{\text{+}}}\text{(aq) + }{{\text{I}}^{-}}\text{(aq)}\xrightarrow{{}}\text{AgI(s)}\]
由於 \(1-\)氯丁烷的水解會生成丁\(-1-\)醇及氯離子，而氯離子與銀離子則反應生成沉澱物。因此，當反應混合物中越來越多氯化銀沉澱物，即反映反應混合物中也越來越多丁\(-1-\)醇。但要注意，氟化銀 \(\text{(AgF)}\) 可溶於水。因此，這個方法不適合於判斷氟烷水解的進度。
此外，銀離子 \(\text{(A}{{\text{g}}^{\text{+}}}\text{)}\) 與氫氧離子反應，生成沉澱物。因此，要避免把稀硝酸銀溶液加入鹼性溶液中。
我們挑選具有相同烷基的鹵烷，來比較它們水解速率的分別，從而得知它們的相對活潑性。
以下就以 \(1-\)氯丁烷、\(1-\)溴丁烷和 \(1-\)碘丁烷為例，說明不同鹵烷水解速率的分別。
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{X(l) + }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O(l)}\xrightarrow{\text{乙醇溶劑}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH(l) + }{{\text{H}}^{\text{+}}}\text{(aq) + }{{\text{X}}^{-}}\text{(aq)}\]
一般來說，有機化合物的互相轉化都是緩慢的。在處理液態或溶於溶劑的有機化合物的反應時，為了增加反應速率，我們最常用的方法就是提升反應溫度。但由於有機化合物的沸點一般都比較低，因此，提升反應溫度除了會增加反應速率外，同時亦會加快有機化合物的氣化速率（沸騰和揮發），「逃離」反應瓶。
有見及此，我們可以在反應瓶的出口安裝一個回流冷凝器，並不斷供應活水，使回流冷凝器保持恆溫（活水的溫度）。
當有機化合物受熱而氣化「逃離」反應瓶時，它們必須經過回流冷凝器。由於回流冷凝器的溫度比較低，因此，當氣化了的有機化合物接觸到回流冷凝器的管壁時，它們便會先流失熱能，然後轉化成液態，最後回流到反應瓶內。