蘇教版高中化學(xué)選擇性必修3專題3第二單元芳香烴課件

第二單元芳香烴專題3內(nèi)容索引010203自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)合作探究釋疑解惑課堂小結(jié)課標(biāo)定位素養(yǎng)闡釋1.能說出芳香烴的來源及它們在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。能描述苯及其同系物的性質(zhì),并正確書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式。2.會運用苯的結(jié)構(gòu)特點,認(rèn)識其化學(xué)性質(zhì)的特殊性,并預(yù)測芳香烴的化學(xué)性質(zhì)。3.宏觀辨識與微觀探析:從化學(xué)鍵的特殊性了解苯的結(jié)構(gòu)特點,進而理解苯性質(zhì)的特殊性。了解有機反應(yīng)類型與分子結(jié)構(gòu)特點的關(guān)系。證據(jù)推理與模型認(rèn)知:根據(jù)平面正六邊形模型,能判斷含苯環(huán)有機物分子中原子之間的空間位置關(guān)系。自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)一、苯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.苯的分子組成及結(jié)構(gòu)特點。(1)苯分子為平面正六邊形結(jié)構(gòu),分子中12個原子共平面。(2)苯的1H核磁共振譜圖中只有一組峰,故說明苯分子中6個氫原子是等效的,所處的化學(xué)環(huán)境是完全相同的。說明苯環(huán)上的6個碳碳鍵完全相同,是一種介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的獨特的鍵。2.常見性質(zhì)。

顏色狀態(tài)氣味密度溶解性沸點毒性無色液態(tài)特殊氣味比水小不溶于水,有機溶劑中易溶沸點較低,易揮發(fā)有毒3.苯的化學(xué)性質(zhì)。

【自主思考1】

苯的凱庫勒式能否全面反映苯分子的結(jié)構(gòu)?提示:不能,苯的凱庫勒式為

,而苯分子中碳碳鍵完全相同。

【自主思考2】

哪些事實能夠證明苯的分子結(jié)構(gòu)中不存在單、雙鍵交替?提示:苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性高錳酸鉀溶液褪色,苯的鄰位二元取代物只有一種,證明苯分子中的碳碳鍵不是單、雙鍵交替結(jié)構(gòu)。二、芳香烴的來源與應(yīng)用1.芳香烴的來源及其應(yīng)用。(1)芳香烴最初來源于煤焦油中,而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中主要通過石油化學(xué)工業(yè)中的催化重整和裂化等工藝獲得芳香烴。(2)在芳香烴中,作為基本有機原料應(yīng)用得最多的是苯、對二甲苯、乙苯等。生活中常見的包裝材料、泡沫塑料、透明水杯、五顏六色的兒童玩具等,大多是由苯乙烯為單體聚合而成的聚苯乙烯制品。2.苯的同系物。(1)定義:苯的同系物是苯環(huán)上的氫原子被烷基取代后的產(chǎn)物。(2)其分子中只有一個苯環(huán),側(cè)鏈都是烷基。3.苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)。(1)氧化反應(yīng)。①苯不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化,甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性高錳酸鉀溶液氧化。只有與苯環(huán)直接相連的碳原子上有氫原子,該有機物才能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。②苯的同系物均能燃燒,火焰明亮有濃煙,其完全燃燒的化學(xué)方程式的通式(2)取代反應(yīng)。甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合液在30℃時主要生成鄰硝基甲苯和對硝基甲苯兩種取代產(chǎn)物;在100℃時則生成三硝基甲苯,化學(xué)方程式為三硝基甲苯的系統(tǒng)命名為2,4,6-三硝基甲苯,它是一種不溶于水的淡黃色針狀晶體,是一種黃色烈性炸藥,俗稱TNT,常用于國防和民用爆破。(3)加成反應(yīng)。

4.芳香烴的分類和實例。

【自主思考3】

芳香烴、芳香族化合物以及苯的同系物之間是怎樣的關(guān)系?請畫圖表示。提示:芳香烴(A)是含有苯環(huán)的碳?xì)浠衔?。而芳香族化合?B)是含有苯環(huán)的化合物,不只含有碳、氫元素。苯的同系物(C)是芳香烴中的一大類。三者關(guān)系為【自主思考4】

如何鑒別苯和甲苯?提示:鑒別苯和甲苯的方法:滴加酸性高錳酸鉀溶液,溶液褪色的是甲苯。【效果自測】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)從苯的凱庫勒式()看,分子中含有碳碳雙鍵,所以苯屬于烯烴。(

)(2)苯、甲苯均可使溴水和酸性高錳酸鉀溶液褪色。(

)(3)在催化劑作用下,苯與液溴反應(yīng)生成溴苯,發(fā)生了加成反應(yīng)。(

)(4)苯的取代反應(yīng)比其加成反應(yīng)相對較容易。(

)(5)苯及苯的同系物中都含有苯環(huán),所以

是官能團。(

)(6)甲苯在一定條件下與濃硝酸反應(yīng)生成2,4,6-三硝基甲苯,說明苯環(huán)對甲基產(chǎn)生了影響。(

)×××√××√2.下列敘述中,錯誤的是(

)。A.苯與濃硝酸、濃硫酸在50~60℃下可反應(yīng)生成硝基苯B.甲苯與氯氣在光照下發(fā)生一元取代反應(yīng),主要生成2-氯甲苯或4-氯甲苯C.乙苯可被酸性高錳酸鉀溶液氧化為(苯甲酸)D.苯乙烯在合適條件下催化加氫可生成乙基環(huán)己烷

答案:B解析:甲苯與氯氣在光照下反應(yīng),甲基上的氫原子被取代而苯環(huán)上的氫原子不被取代,B項錯誤。3.(1)由于苯的含碳量與乙炔相同,人們認(rèn)為它是一種不飽和烴,寫出C6H6的一種含三鍵且無支鏈的鏈烴的結(jié)構(gòu)簡式:

。

(2)苯不能使溴水因反應(yīng)而褪色,性質(zhì)類似烷烴,但能與液溴、濃硝酸等一定條件下發(fā)生取代反應(yīng),寫出苯的硝化反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

(3)1866年凱庫勒提出了苯的單、雙鍵交替的正六邊形平面結(jié)構(gòu),解釋了苯的部分性質(zhì),但還有一些問題尚未解決,它不能解釋的下列事實是

(填字母)。

A.苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色B.苯能與H2發(fā)生加成反應(yīng)C.溴苯?jīng)]有同分異構(gòu)體D.鄰二溴苯只有一種(4)現(xiàn)代化學(xué)認(rèn)為苯分子中的碳碳鍵是一種

的鍵。

(5)現(xiàn)有下列六種物質(zhì):其中不屬于芳香族化合物的是

;屬于芳香烴的是

;屬于苯的同系物的是

。

答案:(1)CH≡C—C≡C—CH2—CH3(合理即可)(3)AD(4)介于單鍵和雙鍵之間的獨特(5)④

②③⑤

③解析:(1)苯的分子式為C6H6,與同碳原子數(shù)烷烴相比少了8個氫原子,故C6H6為鏈烴時其分子中含2個(5)分子中含有苯環(huán)的有機物都屬于芳香族化合物,④中不含苯環(huán),不符合要求;分子中含苯環(huán)且僅由C、H兩種元素組成的有機物屬于芳香烴,符合要求的有②③⑤;分子中含有一個苯環(huán),且側(cè)鏈為烷基的有機物屬于苯的同系物,符合要求的只有③。合作探究釋疑解惑探究任務(wù)1溴苯、硝基苯的制備問題引領(lǐng)1.實驗室制取溴苯(簡易裝置如圖)。

回答下列問題:(1)該實驗中能否用溴水代替液溴?提示:不能。苯與溴水不能發(fā)生取代反應(yīng)生成溴苯。(2)請設(shè)計一種能驗證苯與液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)而不是加成反應(yīng)的方案。利用上述裝置能否實現(xiàn)你的方案?若不能,應(yīng)做何改進?提示:苯和溴發(fā)生取代反應(yīng)能生成HBr氣體,而發(fā)生加成反應(yīng)不生成HBr氣體。因此只需用硝酸銀溶液檢驗產(chǎn)物中是否有HBr氣體即可。不能。根據(jù)題中裝置檢驗產(chǎn)物中的HBr,揮發(fā)出的Br2會產(chǎn)生干擾,應(yīng)在燒瓶和錐形瓶之間連接一個盛有CCl4的洗氣裝置,吸收HBr氣體中混有的Br2。2.實驗室制取硝基苯(裝置如圖)。

回答下列問題:(1)該反應(yīng)中濃硫酸的作用是什么?提示:催化劑和吸水劑。(2)實驗中為何需控制溫度在50~60℃?提示:溫度過低反應(yīng)速率慢,溫度過高會導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生。歸納提升1.苯的溴代反應(yīng)。

(1)實驗操作:①在三頸燒瓶中加入少量鐵粉,向三頸燒瓶上的一個分液漏斗中加入5mL苯和1mL液溴的混合物。②另一個分液漏斗中加入30mL10%的氫氧化鈉溶液。③錐形瓶中加入蒸餾水,干燥管中加入堿石灰。④連接好儀器,檢查裝置的氣密性。⑤先向三頸燒瓶中加入苯和液溴的混合物,觀察三頸燒瓶和錐形瓶中出現(xiàn)的現(xiàn)象。⑥反應(yīng)完畢,向三頸燒瓶中加入氫氧化鈉溶液。①三頸燒瓶內(nèi)充滿紅棕色氣體,液體呈現(xiàn)微沸狀態(tài)。②錐形瓶內(nèi)充滿白霧。(3)實驗結(jié)論:苯與液溴可以反應(yīng)并有溴化氫生成,進而說明苯可以與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)。(4)有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:(5)實驗注意事項:①加入鐵粉是為了生成FeBr3催化劑;有水存在會影響催化劑的作用,必須用液溴與苯反應(yīng)。②導(dǎo)管末端不可插入錐形瓶內(nèi)液面以下,否則易發(fā)生倒吸。③溴苯的沸點較高(156.43℃),則溴苯留在燒瓶中,產(chǎn)物HBr揮發(fā)出來。④產(chǎn)物呈褐色是因為溴苯中溶有雜質(zhì)溴,可用NaOH溶液洗滌產(chǎn)物除去溴,得到無色的溴苯。2.苯的硝化反應(yīng)。(1)實驗操作:①在試管中將1.5mL濃硝酸和2mL濃硫酸混合均勻。②混酸冷卻到50℃以下,在不斷振蕩下逐滴加入約1mL苯,塞好帶導(dǎo)管的橡皮塞,在50~60℃的水浴中加熱。③反應(yīng)完畢后,將混合物倒入盛有水的燒杯中,觀察生成物的狀態(tài)。(2)實驗現(xiàn)象:混合物在水中分層,下層油狀物質(zhì)有苦杏仁氣味。

(4)實驗注意事項:①要將濃硫酸逐滴滴入濃硝酸中,且邊加邊攪拌,而不能將濃硝酸加入濃硫酸中,其原理跟用水稀釋濃硫酸相同。②要向冷卻后的混合酸中逐滴滴加苯,且邊加邊振蕩,以防混合過程中產(chǎn)生大量的熱。③硝基苯中常因混有NO2而呈淡黃色,除去硝基苯中溶解的NO2的方法是用稀NaOH溶液洗滌,再用分液漏斗分液。④采用水浴加熱。⑤硝基苯有毒,應(yīng)水封觀察;若沾在皮膚上,應(yīng)迅速用酒精洗去。典型例題【例題1】

下圖中A是制取溴苯的實驗裝置,B、C是改進后的裝置。請仔細(xì)分析、對比三個裝置,回答以下問題:ABC(1)寫出三個裝置中共同發(fā)生的兩個反應(yīng)的化學(xué)方程式:

,

;

寫出B中右邊試管中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

(2)裝置A和C均采用了長玻璃導(dǎo)管,其作用是

。

(3)在裝置B、C裝好儀器及藥品后要使反應(yīng)開始,應(yīng)對裝置B進行的操作是

;

應(yīng)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(yīng)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

。

(2)導(dǎo)出HBr,兼起冷凝回流的作用(3)旋轉(zhuǎn)分液漏斗的活塞,使溴和苯的混合液滴到鐵粉上向下移動鐵絲,使鐵絲伸入溴和苯的混合液中(4)Br2和苯的蒸氣逸出,污染環(huán)境;使反應(yīng)物利用率降低(5)吸收反應(yīng)中隨HBr逸出的溴蒸氣和苯蒸氣CCl4由無色變成橙色(6)隨HBr逸出的溴蒸氣和苯蒸氣不能回流到反應(yīng)器中,原料利用率低;由于導(dǎo)管插入AgNO3溶液中,易產(chǎn)生倒吸解析:苯在FeBr3作用下可與液溴發(fā)生取代反應(yīng)生成HBr,同時生成

,故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)來檢驗反應(yīng)生成的HBr,進而證明確實發(fā)生了取代反應(yīng)。但該反應(yīng)放熱,Br2、苯又易揮發(fā),揮發(fā)出的Br2、苯進入空氣中會造成污染,同時也使反應(yīng)物的利用率降低。苯性質(zhì)實驗的關(guān)鍵點1.苯的溴代反應(yīng)。(1)反應(yīng)物一定是鹵素單質(zhì),如溴與苯的反應(yīng)一定是液態(tài)溴,而不是溴水,苯與溴水不反應(yīng)。(2)反應(yīng)用三鹵化鐵作催化劑,無催化劑不反應(yīng)。(3)該反應(yīng)放熱,常溫下即可進行。2.苯的硝化反應(yīng)。(1)反應(yīng)中濃硫酸作催化劑和吸水劑,而非脫水劑。(2)為方便控制反應(yīng)溫度,減少反應(yīng)物的揮發(fā),反應(yīng)中應(yīng)采用水浴加熱。【變式訓(xùn)練1】

實驗室制取硝基苯常用如右圖裝置:(1)苯的硝化反應(yīng)是在濃硫酸和濃硝酸的混合酸中進行的,混合酸的添加順序是先加

,后加

。

(2)請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

。

(3)被水浴加熱的試管口部都要帶一長導(dǎo)管,其作用是

。

(4)純凈的硝基苯是無色、密度比水大的油狀液體。實驗中制得的硝基苯呈黃色,其原因是

;如何除去?

。

答案:(1)濃硝酸濃硫酸

(3)使苯蒸氣冷凝回流,減少揮發(fā)(4)硝基苯中溶解了NO2用稀NaOH溶液洗滌后分液解析:濃硫酸和濃硝酸混合時,應(yīng)先將濃硝酸注入容器中,再慢慢加入濃硫酸,并不斷攪拌。由于濃硝酸受熱分解產(chǎn)生NO2,溶解了NO2的硝基苯呈黃色,用稀NaOH溶液洗滌后分液。探究任務(wù)2苯和苯的同系物化學(xué)性質(zhì)的比較問題引領(lǐng)1.哪些實驗事實說明在苯的同系物分子中,苯環(huán)與側(cè)鏈之間發(fā)生了相互影響?提示:(1)苯環(huán)對側(cè)鏈的影響,使得苯的同系物能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,而烷烴不能。(2)側(cè)鏈對苯環(huán)的影響,如甲苯與硝酸反應(yīng)使苯環(huán)上甲基的鄰位和對位的氫原子變得活潑,生成三硝基甲苯,而苯與硝酸反應(yīng)一般生成硝基苯。2.從苯分子結(jié)構(gòu)的角度解釋苯的加成反應(yīng)為什么比取代反應(yīng)要難。提示:苯的分子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定,加成反應(yīng)破壞苯環(huán)的結(jié)構(gòu),破壞了一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)需要外界提供更多的能量,因此苯的氫化加成需要較高的溫度、高壓和催化劑;而苯的取代反應(yīng)沒有破壞苯環(huán)的結(jié)構(gòu),所以比加成反應(yīng)要容易進行,如苯的溴化反應(yīng)在催化劑存在下即可發(fā)生。歸納提升苯和苯的同系物(以甲苯為例)化學(xué)性質(zhì)的比較。

典型例題【例題2】

苯的同系物中,有的側(cè)鏈能被酸性高錳酸鉀溶液氧化,生成芳香酸,反應(yīng)如下:(1)現(xiàn)有苯的同系物甲、乙,分子式都是C10H14。甲不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化為芳香酸,它的結(jié)構(gòu)簡式是

;乙能被酸性高錳酸鉀溶液氧化為分子式為C8H6O4的芳香酸,則乙可能的結(jié)構(gòu)有

種。

(2)有機物丙也是苯的同系物,分子式也是C10H14,它的苯環(huán)上的一溴代物只有一種。試寫出丙所有可能的結(jié)構(gòu)簡式:

。

解析:由題給信息知,能被氧化為芳香酸的苯的同系物有兩個共同點:①側(cè)鏈與苯環(huán)相連的碳原子上有氫原子,②產(chǎn)物中羧基數(shù)目等于苯的同系物分子中能被氧化的側(cè)鏈數(shù)目。若苯的同系物能被氧化為分子式為C8H6O4的芳香酸(二元酸),說明苯環(huán)上有兩個側(cè)鏈,可能是兩個乙基,也可能是一個甲基和一個丙基,而丙基又有兩種結(jié)構(gòu)[—CH2CH2CH3和—CH(CH3)2

],兩個側(cè)鏈在苯環(huán)上的位置又有鄰位、間位和對位3種可能,故分子式為C10H14、有兩個側(cè)鏈的苯的同系物有3×3=9種結(jié)構(gòu)。分子式為C10H14的苯的同系物苯環(huán)上的一溴代物只有一種,其苯環(huán)上可能只有2個相同側(cè)鏈且位于對位,或4個相同的側(cè)鏈。判斷芳香烴同分異構(gòu)