高中化學(xué)選修五第二節(jié)芳香烴

選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第二章烴和鹵代烴第二節(jié)芳香烴問題:將下列物質(zhì)分類,并說明分類標(biāo)準(zhǔn)?

烷烴：①⑤烯烴：②⑥炔烴：③⑦芳香烴：④⑧⑨⑩十九世紀(jì)初，由于冶金工業(yè)的發(fā)展，需要大量焦碳，生產(chǎn)焦碳的主要方法是煤的干餾即對(duì)煤隔絕空氣加強(qiáng)熱。煤的干餾除得到焦碳外還能獲得有用的煤氣，但同時(shí)卻生成一種黑糊糊，粘乎乎有特殊臭味的油狀液體！人們把它稱作煤焦油。【芳香烴的來源】歷史回顧當(dāng)時(shí)，煤焦油被當(dāng)作廢物扔掉，污染環(huán)境，造成公害。隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，煤焦油的堆積也愈來愈嚴(yán)重，煤焦油的利用就成為當(dāng)時(shí)生產(chǎn)中迫切需要解決的一個(gè)重要的環(huán)境和社會(huì)問題。后來，以法拉第為代表的科學(xué)家對(duì)煤焦油產(chǎn)生了興趣，并從煤焦油中分離出了以芳香烴為主的多種重要芳香族化合物，又以這些芳香族化合物為原料合成了多種染料、藥品、香料、炸藥等有機(jī)產(chǎn)品。到十九世紀(jì)中葉，形成了以煤焦油為原料的有機(jī)合成工業(yè)。芳香烴及其化合物的來源自從1845年人們從煤焦油內(nèi)發(fā)現(xiàn)苯及其它芳香烴，很長(zhǎng)時(shí)間里煤是一切芳香烴的主要來源。但是，從1噸煤中僅可以提取1Kg苯和2.5Kg其它芳香烴。由于芳香烴的需要在不斷增長(zhǎng)，僅從煤中提煉芳香烴遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，通過石油化學(xué)工業(yè)中的催化重整等工藝可以獲得芳香烴。歷史回顧大約到了1930年，由煤生產(chǎn)苯已經(jīng)發(fā)展成為世界性的大噸位工業(yè)。1940年以來，通過石油催化重整生成苯、甲苯、二甲苯等；烴裂解制乙烯時(shí)，裂解汽油副產(chǎn)物中含芳烴達(dá)40——48%，因此石油也成為芳香烴的重要來源。芳香烴及其化合物的來源——煤的干餾，石油的催化重整歷史回顧【復(fù)習(xí)】什么叫芳香烴？最簡(jiǎn)單的芳香烴是哪種物質(zhì)？什么是苯及其同系物？分子中含有一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)的一類烴屬于芳香烴。最簡(jiǎn)單的芳香烴是：苯

苯甲苯萘蒽C7H8C10H8C14H10一、苯(benzene)的結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)【復(fù)習(xí)】請(qǐng)同學(xué)們回憶苯的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和主要的化學(xué)性質(zhì).1、苯的結(jié)構(gòu)

苯分子比例模型苯分子的大π

鍵模型苯分子中的σ鍵模型【苯的分子結(jié)構(gòu)】(1)分子式：C6H6

最簡(jiǎn)式(實(shí)驗(yàn)式)：CH（2）苯分子為平面正六邊形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°。苯為平面形分子。（3）苯分子中碳碳鍵鍵長(zhǎng)完全相等，是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊的化學(xué)鍵。(4)結(jié)構(gòu)式(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式（凱庫(kù)勒式）或【認(rèn)識(shí)到】苯屬于不飽和烴，苯的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)與烯烴和炔烴明顯不同。苯在一定條件下，可以發(fā)生取代和加成反應(yīng)。2、苯的物理性質(zhì)

(1)無(wú)色、有特殊氣味的液體。(2)密度比水小（0.88g/ml），不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。（常用做有機(jī)溶劑）

(3)熔點(diǎn)為5.5℃，沸點(diǎn)為80.1℃。熔沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，用冷水冷卻，苯凝結(jié)成無(wú)色晶體(4)苯有毒。【復(fù)習(xí)】回憶苯的物理性質(zhì)？3、苯的化學(xué)性質(zhì)

在通常情況下比較穩(wěn)定，在一定條件下能發(fā)生氧化、加成、取代等反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)表明】苯不能使高錳酸鉀酸性溶液和溴的四氯化碳溶液褪色。（結(jié)構(gòu)特殊性及穩(wěn)定性）1.苯的化學(xué)性質(zhì)與烷烴、烯烴、炔烴有何異同點(diǎn)?為什么?苯燃燒時(shí)產(chǎn)生的黑煙為什么比乙烯多？原因？2.分別寫出苯與氧氣反應(yīng)，與氫氣加成，與溴和濃硝酸發(fā)生取代的化學(xué)方程式。（P37）思考與交流苯與溴不反應(yīng)，但溴水層卻變?yōu)闊o(wú)色？此液體位于上層嗎？2）苯的取代反應(yīng)（鹵代、硝化、磺化）1）苯的氧化反應(yīng)：在空氣中燃燒2C6H6+15O212CO2+6H2O點(diǎn)燃火焰明亮伴有濃煙+Br2Br+HBrFeBr3說出反應(yīng)條件？*溴苯是密度比水大的無(wú)色液體*硝基苯為無(wú)色、具有苦杏仁味的油狀液體，其密度大于水+HNO3（濃）NO2+H2O濃H2SO450~60℃*濃硫酸作用：催化劑、吸水劑*加熱方式：水浴加熱苯的磺化反應(yīng)（取代）

－SO3H叫磺酸基。苯分子里的氫原子被硫酸分子里的磺酸基所取代的反應(yīng)叫磺化反應(yīng)。苯磺酸濃硫酸3）苯的加成反應(yīng)

（與H2、Cl2)（環(huán)己烷）+3H2Ni+3Cl2紫外線ClClClClClClHHHHHH加熱加壓【總結(jié)】苯分子中碳碳原子結(jié)合是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊的鍵，所以其化學(xué)性質(zhì)就既能像烷烴那樣易發(fā)生取代、硝化反應(yīng)等，也能像烯烴那樣發(fā)生加成反應(yīng)。能燃燒易取代難加成難氧化

2Fe+3Br2=2FeBr3+Br2Br+HBrFeBr3AgNO3+HBr=AgBr↓+HNO3

設(shè)計(jì)制備溴苯實(shí)驗(yàn)方案【主要儀器】圓底燒瓶、長(zhǎng)導(dǎo)管、錐形瓶、鐵架臺(tái)等【藥品】苯、液溴、鐵粉、硝酸銀溶液【反應(yīng)原理】取代反應(yīng)。實(shí)際起催化作用的是FeBr3.

【苯與溴的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)思考】1、試劑的加入順序怎樣？各試劑在反應(yīng)中所起到的作用？A、為防止溴的揮發(fā)，先加入苯后加入溴，然后加入鐵粉。B、溴應(yīng)是純溴，而不是溴水。加入鐵粉起催化作用，實(shí)際上起催化作用的是FeBr3。2、導(dǎo)管為什么要這么長(zhǎng)？其末端為何不插入液面？C、伸出燒瓶外的導(dǎo)管要有足夠長(zhǎng)度，其作用是導(dǎo)氣、冷凝。D、導(dǎo)管未端不可插入錐形瓶?jī)?nèi)水面以下，因?yàn)镠Br氣體易溶于水，以免倒吸。3、反應(yīng)后的產(chǎn)物是什么？如何分離？E、純凈的溴苯是無(wú)色的液體，而燒瓶中液體倒入盛有水的燒杯中，燒杯底部是油狀的褐色液體，這是因?yàn)殇灞饺苡袖宓木壒省３ヤ灞街械匿蹇杉尤隢aOH溶液，振蕩，再用分液漏斗分離。

導(dǎo)管口附近出現(xiàn)的白霧，是溴化氫遇空氣中的水蒸氣形成的氫溴酸小液滴。

4、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

液體輕微翻騰，有氣體逸出.導(dǎo)管口有白霧，溶液中生成淺黃色沉淀。燒瓶底部有褐色不溶于水的液體5.哪些現(xiàn)象說明發(fā)生了取代反應(yīng)而不是加成反應(yīng)？苯與溴反應(yīng)生成溴苯的同時(shí)有溴化氫生成。1.燒瓶中的試劑順序能夠顛倒嗎？為什么？能用濃溴水代替液溴嗎？為什么？2.該反應(yīng)的催化劑是FeBr3,而反應(yīng)時(shí)加的是Fe屑，F(xiàn)e屑是怎樣轉(zhuǎn)化為FeBr3的？反應(yīng)的速度為什么一開始較緩慢，一段時(shí)間后明顯加快？【再思考】3.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而苯、液溴均易揮發(fā)，為了減少放熱對(duì)苯及液溴揮發(fā)的影響，裝置上有哪些獨(dú)特的設(shè)計(jì)和考慮？4.生成的HBr中?；煊袖逭魵猓藭r(shí)用AgNO3溶液對(duì)HBr的檢驗(yàn)結(jié)果是否可靠？為什么？如何除去混在HBr中的溴蒸氣？苯與溴的反應(yīng)

設(shè)計(jì)制備溴苯實(shí)驗(yàn)方案——改進(jìn)【資料】硝基苯，無(wú)色，油狀液體，苦杏仁味，有毒，密度大于水，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。硝基苯蒸氣有毒性。設(shè)計(jì)苯的硝化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案

1.苯與硝酸的反應(yīng)在50℃--60℃

時(shí)產(chǎn)物是硝基苯，溫度過高會(huì)有副產(chǎn)物。

2.硫酸是該反應(yīng)的催化劑，和硝酸混合時(shí)劇烈放熱。

3.反應(yīng)過程中硝酸會(huì)部分分解。

4.苯和硝酸都易揮發(fā)。

在一個(gè)大試管里，先加入1.5毫升濃硝酸和2毫升濃硫酸，搖勻，冷卻到50—600C以下，然后慢慢地滴入1毫升苯，不斷搖動(dòng)，使混和均勻，然后放在600C的水浴中加熱10分鐘，把混和物倒入另一個(gè)盛水的試管里。[實(shí)驗(yàn)方案和裝置圖]觀察到燒杯中有黃色油狀物質(zhì)生成。用蒸餾水和氫氧化鈉溶液洗滌，得純硝基苯?！颈降南趸磻?yīng)——實(shí)驗(yàn)思考】1、如何混合硫酸和硝酸的混合液？①先將濃硝酸注入大試管中，再慢慢注入濃硫酸，并及時(shí)搖勻和冷卻。②向冷卻到50-60℃后的混酸中逐滴加入苯，充分振蕩，混和均勻。切不可將濃硝酸注入濃硫酸中，因混和時(shí)要放出大量的熱量，以免濃硫酸濺出，發(fā)生事故。2、為何要水浴加熱，并將溫度控制在60℃？②水浴的溫度一定要控制在60℃以下，溫度過高，苯易揮發(fā)，且硝酸也會(huì)分解，同時(shí)苯和濃硫酸反應(yīng)生成苯磺酸等副反應(yīng)。③濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。

④反應(yīng)裝置中的溫度計(jì)，應(yīng)插入水浴液面以下，以測(cè)量水浴溫度。3、濃硫酸的作用？4、溫度計(jì)的位置？⑤把反應(yīng)的混合物倒入一個(gè)盛水的燒杯里，燒杯底部聚集淡黃色的油狀液體，這是因?yàn)樵谙趸街腥苡蠬NO3分解產(chǎn)生的NO2的緣故。除去雜質(zhì)提純硝基苯，可將粗產(chǎn)品依次用蒸餾水和NaOH溶液洗滌，再用分液漏斗分液。5、如何得到純凈的硝基苯？

【觀察下列5種物質(zhì)，分析它們的結(jié)構(gòu)回答】其中①、③、⑤的關(guān)系是____________.

其中②、④、⑤的關(guān)系是_________.

同分異構(gòu)體同系物CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

H3C鄰-二甲苯間-二甲苯對(duì)-二甲苯沸點(diǎn)：144.40C沸點(diǎn)：139.10C沸點(diǎn)：138.40C同分異構(gòu)體二、苯的同系物1、苯的同系物：具有苯環(huán)（1個(gè)）結(jié)構(gòu)，且在分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè)CH2原子團(tuán)的有機(jī)物。通式：CnH2n-6(n≥6)CH3

CH2CH3

甲苯乙苯苯環(huán)上的氫原子被烷基取代的產(chǎn)物。（一）氧化反應(yīng)⑴可燃性⑵可使酸性高錳酸鉀溶液褪色2、苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)KMnO4(H+)溶液-R-COOH現(xiàn)象結(jié)論苯+酸性高錳酸鉀甲苯+酸性高錳酸鉀二甲苯+酸性高錳酸鉀你觀察到了什么現(xiàn)象？完成下表。酸性高錳酸鉀溶液褪色（較慢）酸性高錳酸鉀溶液褪色（較快）酸性高錳酸鉀溶液不褪色苯不能被酸性高錳酸鉀氧化？？苯的同系物的特性——可使KMnO4(H+)溶液褪色注意：不能使溴水褪色！因萃取使水層顏色變淺?！驹O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】：如何鑒別苯、甲苯、己烯、CCl4?事實(shí)上還有：等能使酸性高錳酸鉀溶液褪色綜上所述：你又能找到什么規(guī)律？等不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色與酸性高錳酸鉀的反應(yīng)（使高錳酸鉀溶液褪色）反應(yīng)機(jī)理：

|—C—H|

O||C—OH|酸性高錳酸鉀溶液烷基上與苯環(huán)直接相連的碳直接連氫原子

H|—C—H|H

H||—C—C—||H

C|—C—C|C×（可鑒別苯和甲苯等苯的同系物）㈡取代反應(yīng)1.苯的同系物的硝化反應(yīng)一種淡黃色的晶體，不溶于水。不穩(wěn)定，易爆炸。它是一種烈性炸藥，廣泛用于國(guó)防、開礦、筑路、興修水利等。2,4,6-三硝基甲苯CH3CH3NO2-NO2O2N-+3HO-NO2

3H2O+濃H2SO430℃-40℃TNT

炸藥爆炸時(shí)的場(chǎng)景2.苯的同系物的鹵化反應(yīng)已知：請(qǐng)問：條件一和條件二分別指的是什么條件？條件一：光照條件二：FeCl3從上組反應(yīng)中我們看到甲基受苯環(huán)影響使得甲基易被氧化；那么苯環(huán)的化學(xué)性質(zhì)有沒有受到甲基的影響呢？遷移閱讀思考:閱讀課本P38實(shí)驗(yàn)以下的內(nèi)容填表溫度生成物苯甲苯50℃-60℃30℃硝基苯鄰、對(duì)位硝基甲苯甲苯的硝化反應(yīng)比苯更容易進(jìn)行苯的同系物的苯環(huán)易發(fā)生取代反應(yīng)。比較苯和甲苯與KMnO4溶液的作用，以及硝化反應(yīng)的條件產(chǎn)物等，你從中得到什么啟示?側(cè)鏈和苯環(huán)相互影響：側(cè)鏈?zhǔn)鼙江h(huán)影響易被氧化；苯環(huán)受側(cè)鏈影響易被取代。【結(jié)論】㈢苯的同系物加成反應(yīng)

苯的同系物也和氫氣可以發(fā)生加成反應(yīng)請(qǐng)寫出甲苯與氫氣加成的化學(xué)方程式：1、來源：三、芳香烴的來源及其應(yīng)用a、煤的干餾

b、石油的催化重整應(yīng)用：簡(jiǎn)單的芳香烴是基本的有機(jī)化工原料。2、稠環(huán)芳香烴【概念】由兩個(gè)或兩個(gè)以上的苯環(huán)共用相鄰的2個(gè)碳原子而成的一類芳香烴，稱為稠環(huán)芳香烴。萘蒽C10H8C14H10萘是無(wú)色片狀晶體，具有特殊的氣味，易升華，曾經(jīng)用來防蛀、驅(qū)蟲，但因它有一定的毒性，現(xiàn)已禁止使用。萘是一種主要的化工原料。蒽也是一種無(wú)色的晶體，易升華，是生產(chǎn)染料的主要原料。菲苯并芘已知分子式為C12H12的物質(zhì)A結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

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