人教版高中化學選修五第6講：芳香烴(教師版)

芳香烴____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．認識芳香烴的組成、結(jié)構(gòu)；2．了解苯的鹵代、硝化及加氫的反應，知道苯的同系物的性質(zhì)、苯的同系物與苯性質(zhì)的差異；3．結(jié)合生產(chǎn)、生活實際了解某些烴、烴的衍生物的重要作用及對環(huán)境和健康可能產(chǎn)生的影響，芳香烴類物質(zhì)在有機合成和有機化工中的重要作用。知識點一.苯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分子中含有一個或多個苯環(huán)的碳氫化合物都屬于芳香烴。我們已學習過最簡單、最基本的芳香烴——苯。1．分子結(jié)構(gòu)。苯的分子式為C6H6，結(jié)構(gòu)式為，結(jié)構(gòu)簡式為或。大量實驗表明，苯分子里6個碳原子之間的價鍵完全相同，是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的鍵。苯分子里的所有原子都在同—平面內(nèi)，具有平面正六邊形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，是非極性分子。2．物理性質(zhì)。苯是無色有特殊氣味的液體，不溶于水，密度比水小，熔點5.5℃，沸點80.1℃，苯用冰冷卻可凝結(jié)成無色的晶體，苯有毒。3．化學性質(zhì)。苯的化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，但在一定條件下，如在催化劑作用下，苯可以發(fā)生取代反應和加成反應。（1）取代反應。（溴苯是無色液體，不溶于水，密度比水大）（硝基苯是無色，有苦杏仁味的油狀液體，密度比水大，不溶于水，有毒）（2）加成反應。（3）氧化反應。①苯在空氣中燃燒發(fā)出明亮的帶有濃煙的火焰：2+15O212CO2+6H2OA②苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能將溴從溴水中萃取出來。4．苯的用途。苯是一種重要的化工原料，它廣泛應用于生產(chǎn)合成纖維、合成橡膠、塑料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料和香料等，苯也常用作有機溶劑。特別提示（1）苯的結(jié)構(gòu)簡式：并不能反映苯的真實分子結(jié)構(gòu)，只是由于習慣才沿用至今。實際上苯分子中的碳碳鍵是完全相同的。（如與是同種物質(zhì)）（2）由于苯環(huán)結(jié)構(gòu)的特殊性，在判斷苯體現(xiàn)什么性質(zhì)時要特別注意反應條件和反應物的狀態(tài)。知識點二.苯的同系物1．苯的同系物是苯環(huán)上的氫原子被烷基取代的產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)特點是：分子中只有一個苯環(huán)，苯環(huán)上的側(cè)鏈全部為烷基。甲苯、二甲苯是較重要的苯的同系物。2．苯的同系物的分子通式為CnH2n－6（n≥6，n∈N）。苯的同系物由于所連側(cè)鏈的不同和不同的側(cè)鏈在苯環(huán)上的相對位置的不同而具有多種同分異構(gòu)體，如分子式為C8H10的對應的苯的同系物有下列4種同分異構(gòu)體。3．簡單的苯的同系物（如甲苯、二甲苯、乙苯等），在通常狀況下都是無色液體，有特殊的氣味，不溶于水，密度比水小，易溶于有機溶劑，其本身也是有機溶劑。4．由于苯環(huán)與側(cè)鏈的相互影響，使苯的同系物與苯相比，既有相似之處也有不同之處。（1）苯的同系物與苯在化學性質(zhì)上的相似之處：①都能燃燒，燃燒時發(fā)出明亮的帶濃煙的火焰，其燃燒通式為：CnH2n－6+O2+nCO2+(n－3)H2O。②都能與鹵素單質(zhì)（X2）、硝酸、硫酸等發(fā)生取代反應。③都能與氫氣等發(fā)生加成反應。（2）苯的同系物與苯在化學性質(zhì)上的不同之處：①由于側(cè)鏈對苯環(huán)的影響，使苯的同系物的苯環(huán)上氫原子的活性增強，發(fā)生的取代反應有所不同。②由于苯環(huán)對側(cè)鏈的影響，使苯的同系物的側(cè)鏈易被氧化。在苯的同系物中，如果側(cè)鏈烴基中與苯環(huán)直接相連的碳原子上有氫原子，它就能被熱的酸性KMnO4溶液氧化，側(cè)鏈烴基通常被氧化為羧基（—COOH）。要點三.芳香烴的來源及其應用1．通常煤是獲取一切芳香烴的主要來源，現(xiàn)在還通過石油化學工業(yè)中的催化重整等工藝獲得芳香烴。2．一些簡單的芳香烴，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有機原料?？捎糜诤铣烧ㄋ?、染料、農(nóng)藥、藥品、合成材料等。類型一：苯及苯的同系物的結(jié)構(gòu)例1.下列分子中的14個碳原子不可能處在同一平面上的是（）。A．①②B．②③C．③④D．②④解析：②中—(CH3)3的中心碳位于一個四面體的中心，故—C(CH3)3的4個碳原子不可能在同一平面上。此外，④中同時連接兩個苯環(huán)上的那個碳原子，如果它跟苯環(huán)共平面，與它連接的—CH3上的碳原子和H原子，必然一個在環(huán)前、一個在環(huán)后，因此該甲基碳原子不可能在苯環(huán)平面上。請注意③項中的兩個甲基的碳原子是可以同時處在兩個苯環(huán)所共有的平面上的。有人懷疑兩個甲基過于擁擠，必須翹起一個，但如果我們以連接兩個苯環(huán)的單鍵為軸旋轉(zhuǎn)180°，由此“空間擁擠”現(xiàn)象就可以消除，也就是兩個甲基一個在上、一個在下，都在苯環(huán)平面上。綜上可知該題應選②④。答案：D例2.苯環(huán)結(jié)構(gòu)中不存在C-C單鍵與C=C雙鍵的交替結(jié)構(gòu)，可以作為證據(jù)的是 ①苯不能使溴水褪色②苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色③苯在一定條件下既能發(fā)生取代反應，又能發(fā)生加成反應④經(jīng)測定，鄰二甲苯只有一種結(jié)構(gòu)⑤經(jīng)測定，苯環(huán)上碳碳鍵的鍵長相等，都是1.40×10-10A．①②④⑤ B．①②③⑤C．①②③ D．①②解析:該題考查了苯的結(jié)構(gòu)，苯當中的碳碳鍵是介于單雙鍵中間一種特殊的化學鍵，六個碳碳鍵完全相同，因此它不具有碳碳雙鍵的性質(zhì)。答案：A類型二：苯及其同系物的性質(zhì)例3.對于苯乙烯（）的下列敘述：①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可發(fā)生加聚反應；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能與濃硝酸發(fā)生取代反應；⑥所有的原子可能共平面，其中正確的是（）。A．僅①②④⑤B．僅①②⑤⑥C．僅①②④⑤⑥D(zhuǎn)．全部正確解析：物質(zhì)的性質(zhì)推測可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)的相似性來分析解答，苯乙烯分子中含有苯環(huán)和碳碳雙鍵，其性質(zhì)應與苯、乙烯有相似之處，從分子結(jié)構(gòu)看，是兩個平面結(jié)構(gòu)的組合，而這兩個平面有可能重合，故⑥的說法正確；苯環(huán)上可發(fā)生取代反應，故⑤的說法正確；碳碳雙鍵可被酸性KMnO4溶液氧化，也可發(fā)生加聚反應，故①②說法正確；苯乙烯屬于烴類，而烴類都難溶于水而易溶于有機溶劑，故③的說法不正確而④的說法正確答案：C類型三：苯及其同系物的同分異構(gòu)現(xiàn)象例4.某液態(tài)烴的分子式為C8H10，實驗證明它能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但不能使溴水褪色。（1）試判斷該有機物屬于哪類烴，并寫出其可能的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。（2）若苯環(huán)上的氫原子被溴原子取代，所得一溴代物有3種同分異構(gòu)體，則該烴的結(jié)構(gòu)簡式為________。解析:（1）由該烴能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但不能使溴水褪色，分子式為C8H10與烷烴C8H18相比少8個H，說明它應屬于苯的同系物，所以分子中應有1個苯環(huán)結(jié)構(gòu)，支鏈上有2個碳原子。書寫苯的同系物的同分異構(gòu)體時應首先按照支鏈的種類和數(shù)目的不同分別討論，2個碳原子形成一個支鏈（—CH2CH3）的情況；2個碳原子形成兩個支鏈的情況（—CH3），再根據(jù)支鏈的位置不同確定同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。（2）本題考查苯的同系物、苯環(huán)上的取代及同分異構(gòu)體種數(shù)的確定等知識。解決這類問題時，最好從苯環(huán)上碳原子的軸對稱性入手。如，當苯環(huán)上發(fā)生一溴取代時，雖然有5個位置上的H原子可被Br原子代替，但實際上與—C2H5相鄰的兩個位置上的H原子是等效的（即α—H），或者說這兩個位置上的H原子呈軸對稱，同理與—C2H5相間的兩個位置上的H原子也是等效的（即β—H），加上對位碳原子上的γ—H，的一溴代物的同分異構(gòu)體共有3種，分別為。同理中苯環(huán)上只有兩種不同位置的H原子，故其一溴取代產(chǎn)物有兩種。中苯環(huán)上有3種不同位置的H原子，其苯環(huán)上的一溴取代產(chǎn)物有3種同分異構(gòu)體，分別為、。中苯環(huán)上的一溴取代產(chǎn)物只有一種，即。答案：（1）該有機物屬于苯的同系物。支鏈為乙基時，，支鏈是2個甲基時，、或。（2）基礎(chǔ)演練一．選擇題1．能夠說明苯中不是單雙鍵交遞的事實是（）A．鄰二甲苯只有一種B．對二甲苯只有一種C．苯為平面正六邊形結(jié)構(gòu)D．苯能和液溴反應2．可用來鑒別乙烯、四氯化碳、苯的方法是（）A．酸性高錳酸鉀B．溴水C．液溴D．硝化反應3．下列物質(zhì)在相同狀況下含C量最高的是（）A．烷烴B．烯烴C．炔烴D．苯和苯的同系物4．（豐臺區(qū)2014—2015學年度第一學期期末練習）屬于苯的同系物是（）A．B．C．D．5．對右圖所示分子的描述正確的是（）A．該物質(zhì)的分子式為B．該物質(zhì)所有氫原子均在同一平面上C．此分子為含有極性鍵的極性分子D．該物質(zhì)的一氯化物有3種6．用式量為43的烷基取代甲苯苯環(huán)上的一個氫原子，所得芳香烴產(chǎn)物的種類數(shù)為（）A．3B．4C．5D．67．苯和甲苯相比較，下列敘述中不正確的是（）A．都屬于芳香烴B．都能使KMnO4酸性溶液褪色C．都能在空氣中燃燒D．都能發(fā)生取代反應8．已知分子式為C12H12的物質(zhì)A的結(jié)構(gòu)簡式為，A苯環(huán)上的二溴代物有9種同分異構(gòu)體，由此推斷A苯環(huán)上的四溴取代物的異構(gòu)體的數(shù)目有（）A．9種 B．10種 C．11種 D．12種9．已知二氯苯有三種同分異構(gòu)體，則四溴苯共有同分異構(gòu)體（）A．1種B．2種C．3種D．4種10．與鏈烴相比，苯的化學性質(zhì)的主要特征為（）A．難氧化、難取代、難加成B．易氧化、易取代、易加成C．難氧化、易取代、難加成D．易氧化、易取代、難加成二．填空題1．1mol某烴A和1mol苯完全燃燒，在相同條件下，生成CO2體積相同，烴A比苯多消耗1molO2，若A分子結(jié)構(gòu)中無支鏈或側(cè)鏈，則：(1)若A為環(huán)狀化合物，它能與等物質(zhì)的量的Br2發(fā)生加成反應，則A的結(jié)構(gòu)簡式為；(2)若A為鏈狀烯烴，1molA最多可和2molBr2發(fā)生加成反應且A與等物質(zhì)的量的Br2加成后的可能產(chǎn)物只有2種，則A的結(jié)構(gòu)簡式為。如下圖，A是制取溴苯的實驗裝置，B、C是改進后的裝置，請仔細分析，對比三個裝置，回答以下問題：（1）寫出三個裝置中所共同發(fā)生的兩個反應的化學方程式：________；________。寫出B的右邊試管中所發(fā)生反應的化學方程式：________。（2）裝置A和C均采用了長玻璃導管，其作用是____________________。（3）在裝置B、C裝好儀器及藥品后要使反應開始，應對裝置B進行的操作是________；應對裝置C進行的操作是____________________________。（4）裝置B、C較好地解決了A中加裝藥品和使裝置及時密封的矛盾，方便了操作。A裝置中這一問題在實驗中造成的后果是________________________。（5）B中采用了洗氣瓶吸收裝置，其作用是________，反應后洗氣瓶中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是_______________________________。（6）B裝置也存在兩個明顯的缺點，使實驗的效果不好或不能正常進行。這兩個缺點是_____________________________。鞏固提高一．選擇題1.（北京二中2014一2015學年度第一學段高二年級學段考試試卷）下列物質(zhì)中，既不能使溴的四氯化碳溶液因化學反應而褪色，又不能使高錳酸鉀酸性溶液因化學反應而褪色的 （ ）A． B、甲苯 C．苯 D．乙醇2．根據(jù)下列物質(zhì)的名稱，就能確認是純凈物的是（）A．溴乙烷 B．二溴乙烷 C．已烯 D．二甲苯3．下列烴中，苯環(huán)上的一氯代物沒有同分異構(gòu)體的是（）A．甲苯 B．鄰二甲苯 C．間二甲苯 D．對二甲苯4．下列物質(zhì)中，屬于芳香烴且屬于苯的同系物的是 （）A．B．C．D．5．下列關(guān)于甲苯的實驗中，能說明側(cè)鏈對苯環(huán)有影響的是（）A.甲苯硝化生成三硝基甲苯B.甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色C.甲苯燃燒帶有濃厚的黑煙D.甲苯與氫氣可以生加成反應6．下列變化屬于取代反應的是（）A.苯與溴水混合，水層褪色B.乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色C.甲苯制三硝基甲苯D.苯和氯氣在一定條件下生成六氯環(huán)已烷7．關(guān)于苯的下列說法中不正確的是（）A．組成苯的12個原子在同一平面上B．苯環(huán)中6個碳碳鍵鍵長完全相同C．苯環(huán)中碳碳鍵的鍵能介于C－C和C＝C之間D．苯只能發(fā)生取代反應8．（北京二中2014一2015學年度第一學段高二年級學段考試試卷）下列各組混合物，不能用分液漏斗分開的是 （ ）①四氯化碳和水 ②乙醇和甘油 ③乙醇和水 ④苯和水 ⑤己烷和水 ⑥環(huán)己烷和苯 ⑦溴苯和水A．①②③ B．②③⑥ C．①④⑤⑦ D．④⑤⑥二．填空題9．在瀝青中存在一系列稠環(huán)芳烴，按如下特點排列……n種ABC（1）該系列化合物的通式為，第25個分子的分子式為。（2）該系列化合物中，碳的質(zhì)量分數(shù)最小值為（填數(shù)值），最大值為。10．有5種烴：甲烷、乙炔、苯、環(huán)己烷、甲苯，分別取一定量的這些烴，完全燃燒后生成mmolCO2和nmolH2O。則（1）當m＝n時，該烴是； （2）當m＝2n時，該烴是； （3）當2m＝n時，該烴是； （4）當4m＝7n時，該烴是11．目前，化學家們已合成了一系列有機物：聯(lián)苯聯(lián)三苯聯(lián)四苯聯(lián)m苯根據(jù)這一系列有機物的規(guī)律，試回答：（1）寫出聯(lián)m苯的化學式（用m表示）（2）該系列有機物中，其中含碳量最高的化合物碳含量百分率約為（保留三位有效數(shù)字）（3）若聯(lián)苯中C—C能自由旋轉(zhuǎn)，那么聯(lián)苯的二氯取代物有種。一.選擇題1．某烴的分子式為C10H14它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，其分子結(jié)構(gòu)中只含有一個烷基，符合上述條件的烴有（）。A．2種B．3種C．4種D．5種2．下列事實中，能說明苯與一般烯烴在性質(zhì)上有很大差別的是（）。A．苯不與溴水發(fā)生加成反應B．苯不能被酸性KMnO4溶液氧化C．1mol苯能與3molH2發(fā)生加成反應D．苯能夠燃燒產(chǎn)生濃煙3．充分燃燒某液態(tài)芳香烴X，并收集產(chǎn)生的全部水，恢復到室溫時，得到水的質(zhì)量跟原來芳香烴的質(zhì)量相等。則X的分子式為（）。A．C10H10B．C11H14C．C12H18D．C13H4．下列說法中正確的是（）。A．芳香烴就是指苯和苯的同系物B．通常可從煤焦油中或通過石油的催化重整來獲取芳香烴C．乙苯分子中所有原子可以處于同一平面上D．苯和甲苯既能發(fā)生取代反應，又能發(fā)生加成反應5．中國石油某石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故，大量硝基苯泄漏，引起松花江水污染，安全生產(chǎn)和環(huán)保問題再次引起人們的關(guān)注。下列關(guān)于硝基苯的敘述正確的是（）。A．硝基苯是一種油狀物質(zhì)，會浮在水面上B．實驗室制硝基苯需要用水浴加熱C．硝基苯中毒是由蒸氣吸入或誤食引起，與皮膚接觸不會引起中毒D．硝基苯可由苯甲酸和硝酸直接反應制得6．化學上通常把原子數(shù)和電子數(shù)相等的分子或離子稱為等電子體，人們發(fā)現(xiàn)等電子體間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似（即等電子原理）。B3N3H6被稱為無機苯，它與苯是等電子體，則下列說法中不正確的是（）。A．無機苯是由極性鍵組成的非極性分子B．無機苯能發(fā)生加成反應和取代反應C．無機苯的二氯取代物有3種同分異構(gòu)體D．無機苯不能使酸性KMnO4溶液褪色7．有8種物質(zhì)：①甲烷；②乙烯；③苯；④聚乙烯；⑤丙炔；⑥環(huán)己烷；⑦鄰二甲苯；⑧環(huán)己烯（）其中既能使酸性KMnO4溶液褪色，又能與溴水反應使溴水褪色的是（）。A．②④⑤⑧B．②⑤⑧C．②④⑤⑦D．②④⑤⑦⑧8．在實驗室里，下列除去雜質(zhì)的方法正確的是（）。A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振蕩，用汽油萃取出溴B．乙烷中混有乙烯，通入氫氣在一定條件下反應，使乙烯轉(zhuǎn)化為乙烷C．硝基苯中混有濃硝酸和濃硫酸，將其倒入濃燒堿溶液中，靜置，然后分液D．乙烯中混有CO2，將其通入NaOH溶液中洗氣9.(北京市第四中學2014-2015學年高二下學期期末考試化學試題)下列各組物質(zhì)中，互為同系物的是()10．并五苯的結(jié)構(gòu)簡式為。關(guān)于它們下列說法中不正確的是（）。A．并五苯由22個碳原子和14個氫原子組成B．并五苯屬于芳香烴C．并五苯的一氯代物有4種同分異構(gòu)體D．并五苯是苯的同系物11．下列關(guān)于煤、石油、天然氣等資源的說法中正確的是（）。A．石油裂解得到的汽油是純凈物B．石油產(chǎn)品都可用于聚合反應C．天然氣是一種清潔的化石燃料D．水煤氣是通過煤的液化得到的氣體燃料二．填空題12.通常情況下，多個羥基連在同一碳原子上的分子結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，容易自動失水，形成碳氧雙鍵的結(jié)構(gòu)：下面是9個化合物的轉(zhuǎn)變關(guān)系圖：（1）化合物①是________，它跟氯氣發(fā)生反應的條件A是________；（2）化合物⑤和⑦可在酸的催化下去水生成化合物⑨，⑨的結(jié)構(gòu)簡式是________，名稱是________；（3）化合物⑨是重要的定香劑，香料工業(yè)上常用化合物②和⑧直接合成它，此反應的化學方程式是________。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________一．選擇題1．(北京市東城區(qū)普通中學2015年5月高二化學有機化學基礎(chǔ)練習題)下列有機物中屬于芳香化合物的是（）—NO2C.—CH3B.—CH—NO2C.—CH3B.—CH2—CH3D.A.2．在苯的同系物中加入少量KMnO4酸性溶液，振蕩后褪色，正確的解釋為()A．苯的同系物分子中的碳原子數(shù)比苯分子中的碳原子數(shù)多B．苯環(huán)受側(cè)鏈影響易被氧化C．側(cè)鏈受苯環(huán)影響易被氧化D．由于苯環(huán)和側(cè)鏈的相互影響均易被氧化3．(2015·南京市第五中學期中)能說明苯分子的平面正六邊形結(jié)構(gòu)中，碳原子間不是單鍵與雙鍵交替的事實是()A．苯的二元取代物無同分異構(gòu)體B．苯的鄰位二元取代物只有一種C．苯的間位二元取代物只有一種D．苯的對位二元取代物只有一種4．用一種試劑可將三種無色液體CCl4、苯、甲苯鑒別出來，該試劑是()A．硫酸溶液 B．水C．溴水 D．KMnO4酸性溶液5．在①丙烯②乙烯③苯④甲苯四種有機化合物中，分子內(nèi)所有原子均在同一平面的是()A．①② B．②③6．已知C—C鍵可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，對于結(jié)構(gòu)簡式為下圖所示的烴，下列說法中正確的是()A．分子中至少有8個碳原子處于同一平面上B．分子中至少有9個碳原子處于同一平面上C．該烴苯環(huán)上的一氯取代物最多有四種D．該烴是苯的同系物二、非選擇題(本題包括4小題，共30分)7．某烴含碳的質(zhì)量分數(shù)為90.6%，其蒸氣密度為空氣密度的3.66倍，則其分子式為________．(1)若該烴硝化時，一硝基取代物只有一種，則該烴的結(jié)構(gòu)簡式為________．(2)若該烴硝化時，一硝基取代物有兩種，則該烴的結(jié)構(gòu)簡式為________．(3)若該烴硝化時，一硝基取代物有三種，則這三種一硝基取代物的結(jié)構(gòu)簡式為________、________、________.8．實驗室用苯和濃硝酸、濃硫酸發(fā)生反應制取硝基苯的裝置如圖所示．回答下列問題：(1)反應需在50℃～60℃的溫度下進行，圖中給反應物加熱的方法是________，其優(yōu)點是________和________；(2)在配制混合酸時應將__________加入到________中去；(3)該反應的化學方程式是___________________________________________；(4)由于裝置的缺陷，該實驗可能會導致的不良后果是________．9．鹵代烴R—X與金屬鈉作用，可增長碳鏈，如R—X＋2Na＋X—R1―→R—R1＋2NaX，R、R1為烴基，可相同，也可不相同，X為鹵原子，試以苯、乙炔、Br2、HBr、鈉為原料合成聚苯乙烯．用反應式表示：(1)制溴苯__________________________________________________________．(2)制溴乙烯_________________________