高中化學(xué) 專題3 第二單元 芳香烴學(xué)案 蘇教版選修

1、第二單元芳香烴學(xué)習(xí)目標定位1.認識苯的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，學(xué)會溴苯、硝基苯的實驗室制取。2.知道苯的同系物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，知道芳香烴的來源及其應(yīng)用。1苯是無色、有特殊氣味的液體，把苯倒入盛有少量碘水的試管中，振蕩，靜置，發(fā)現(xiàn)液體分層，上層呈紫紅色，下層呈無色，說明苯的密度比水小，而且不溶于水。加幾滴植物油于盛苯的試管中，振蕩，發(fā)現(xiàn)植物油溶于苯，說明苯是很好的有機溶劑。將盛有苯的兩個試管分別插入沸水和冰水中，將會發(fā)現(xiàn)前者沸騰，后者凝結(jié)成無色晶體。2苯的分子式是C6H6，結(jié)構(gòu)簡式是，其分子結(jié)構(gòu)特點：(1)苯分子為平面正六邊形結(jié)構(gòu)；(2)分子中6個碳原子和6個氫原子都在同一平面內(nèi)；(3)6個碳碳

2、鍵鍵長完全相同，是一種介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊化學(xué)鍵。3苯易發(fā)生取代反應(yīng)，能發(fā)生加成反應(yīng)，難被氧化，其化學(xué)性質(zhì)不同于烷烴和烯烴。(1)苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，在空氣中能夠燃燒，燃燒時產(chǎn)生明亮的火焰并有濃煙產(chǎn)生，燃燒的化學(xué)方程式為2C6H615O212CO26H2O。(2)苯不與溴水反應(yīng)，但在催化劑作用下能與液溴發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)方程式為苯與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為(3)一定條件下，苯能與H2發(fā)生加成反應(yīng)，反應(yīng)方程式為探究點一溴苯和硝基苯的實驗室制取1溴苯的實驗室制取(1)實驗裝置如圖所示。裝置中的導(dǎo)管具有導(dǎo)氣、冷凝回流作用。(2)將苯和少量液溴放入燒瓶中，同時加入少量鐵屑作催化劑

3、，用帶導(dǎo)管的塞子塞緊。觀察實驗現(xiàn)象：常溫下，整個燒瓶內(nèi)充滿紅棕色氣體，在導(dǎo)管口有白霧(HBr遇水蒸氣形成)；反應(yīng)完畢后，向錐形瓶中滴加AgNO3溶液，有淡黃色的AgBr沉淀生成；把燒瓶里的液體倒入盛有冷水的燒杯里，燒杯底部有褐色不溶于水的液體生成。2實驗室制備硝基苯的實驗裝置如下圖所示，主要步驟如下：配制一定比例的濃硫酸與濃硝酸形成的混合酸，加入反應(yīng)器中。向室溫下的混合酸中逐滴加入一定質(zhì)量的苯，充分振蕩，混合均勻。在5060 下發(fā)生反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束。除去混合酸后，粗產(chǎn)品依次用蒸餾水和5%NaOH溶液洗滌，最后再用蒸餾水洗滌。將用無水CaCl2干燥后的粗硝基苯進行蒸餾，得到純硝基苯。填寫下列空

4、白：(1)配制一定比例的濃硫酸與濃硝酸形成的混合酸時，操作注意事項是_。(2)步驟中，為了使反應(yīng)在5060 下進行，常用的方法是_。(3)步驟中洗滌和分離粗硝基苯應(yīng)使用的儀器是_。(4)步驟中粗產(chǎn)品用5%NaOH溶液洗滌的目的是_。(5)純硝基苯是無色、密度比水_(填“小”或“大”)、具有_味的油狀液體。答案(1)先將濃硝酸注入容器中，再慢慢注入濃硫酸，并及時攪拌和冷卻(2)將反應(yīng)器放在5060 的水浴中加熱(3)分液漏斗(4)除去粗產(chǎn)品中殘留的酸(5)大苦杏仁特別提醒濃硫酸與濃硝酸混合時，應(yīng)先將濃硝酸注入容器中，再慢慢注入濃硫酸，并及時攪拌和冷卻。如果先注入濃硫酸，再注入濃硝酸，會造成濃硝酸

5、受熱迸濺、揮發(fā)。反應(yīng)溫度是5060 ，為方便控制，所以用水浴加熱。歸納總結(jié)(1)苯與溴的反應(yīng)中應(yīng)注意的問題應(yīng)該用純溴，苯與溴水不反應(yīng)。要使用催化劑Fe或FeBr3，無催化劑不反應(yīng)。錐形瓶中的導(dǎo)管不能插入液面以下的原因是HBr極易溶于水，易發(fā)生倒吸。(2)苯的硝化反應(yīng)中應(yīng)注意的問題濃硫酸的作用是催化劑、吸水劑。必須用水浴加熱，且在水浴中插入溫度計測量溫度?；顚W(xué)活用1某化學(xué)課外小組用下圖裝置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再將混合液慢慢滴入反應(yīng)器A(A下端活塞關(guān)閉)中。(1)寫出A中反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(2)觀察到A中的現(xiàn)象是_。(3)實驗結(jié)束時，打開A下端的活塞，讓反應(yīng)液流入B中，充分振

6、蕩，目的是_，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(4)C中盛放CCl4的作用是_。(5)要證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)，而不是加成反應(yīng)，可向試管D中加入AgNO3溶液，若產(chǎn)生淡黃色沉淀，則能證明。另一種驗證的方法是向試管D中加入_，現(xiàn)象是_。答案(2)反應(yīng)液微沸，有紅棕色氣體充滿反應(yīng)器A(3)除去溶于溴苯中的溴Br22NaOH=NaBrNaBrOH2O(4)除去溴化氫氣體中的溴蒸氣(5)石蕊試液溶液變紅色(其他合理答案也可)解析本題主要考查溴苯制備過程中的細節(jié)問題。由于苯、液溴的沸點較低，且反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A中觀察到的現(xiàn)象為反應(yīng)液微沸，有紅棕色氣體充滿反應(yīng)器A。HBr中混有的Br2在經(jīng)過CCl4

7、時被吸收；在制備的溴苯中常混有Br2，一般加入NaOH溶液中，Br2因發(fā)生反應(yīng)Br22NaOH=NaBrNaBrOH2O而被除去。若該反應(yīng)為取代反應(yīng)則必有HBr生成，若為加成反應(yīng)則沒有HBr生成，故只需檢驗D中是否含有大量H或Br即可。理解感悟粗溴苯的提純：粗溴苯中往往因含少量Br2而呈褐色，將粗溴苯與NaOH溶液混合，振蕩，靜置后分液，可得無色的溴苯。Br2與NaOH溶液反應(yīng)后生成的無機酸鹽進入水層，溴苯不溶于水且比水重，振蕩，靜置后出現(xiàn)分層現(xiàn)象，下層為溴苯。探究點二苯的同系物、芳香烴及其來源1苯的同系物的組成和結(jié)構(gòu)特點(1)苯的同系物是苯環(huán)上的氫原子被烷基取代后的產(chǎn)物，其分子中只有一個苯環(huán)

8、，側(cè)鏈都是烷基，通式為CnH2n6(n6)。(2)分子式C8H10對應(yīng)的苯的同系物有4種同分異構(gòu)體，分別為。2苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)(1)氧化反應(yīng)苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化，實質(zhì)是苯環(huán)上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化。苯的同系物均能燃燒，火焰明亮有濃煙，其燃燒的化學(xué)方程式的通式為CnH2n6O2nCO2(n3)H2O。鑒別苯和甲苯的方法：滴加酸性KMnO4溶液，使酸性KMnO4溶液褪色的是甲苯。(2)取代反應(yīng)甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合液在一定條件下反應(yīng)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，又叫TNT，是一

9、種淡黃色針狀晶體，不溶于水。它是一種烈性炸藥，廣泛用于國防、開礦、筑路等。(3)加成反應(yīng)3芳香烴及其來源(1)芳香烴是分子里含有一個或多個苯環(huán)的烴。下列物質(zhì)中為芳香烴的是。(2)1845年至20世紀40年代，煤是芳香烴的主要來源。20世紀40年代以后，通過石油化學(xué)工業(yè)中的催化重整等工藝獲得芳香烴。歸納總結(jié)(1)苯的同系物分子中，苯環(huán)與側(cè)鏈相互影響，苯環(huán)影響側(cè)鏈，使側(cè)鏈烴基(與苯環(huán)直接相連碳上有“H”)性質(zhì)活潑而被氧化。苯的同系物被氧化時，不論它的側(cè)鏈長短如何，氧化都發(fā)生在跟苯環(huán)直接相連的碳原子上。(2)側(cè)鏈對苯環(huán)的影響，使苯環(huán)上與甲基鄰、對位上的H原子變得活潑，甲苯與硝酸反應(yīng)時，生成三硝基甲苯

10、，而苯與硝酸反應(yīng)只生成硝基苯?；顚W(xué)活用2下列說法中，正確的是()A芳香烴的分子通式是CnH2n6(n6，且n為正整數(shù))B苯的同系物是分子中僅含有一個苯環(huán)的所有烴類化合物C苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色D苯和甲苯都能與鹵素單質(zhì)、硝酸等發(fā)生取代反應(yīng)答案D解析芳香烴是分子中含一個或多個苯環(huán)的烴類化合物，而苯的同系物僅指分子中含有一個苯環(huán)，且苯環(huán)的側(cè)鏈全部為烷基的烴類化合物，苯的同系物的通式為CnH2n6(n6，且n為正整數(shù))；苯和甲苯都能與鹵素單質(zhì)、硝酸等發(fā)生取代反應(yīng)，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，這是由于苯環(huán)與側(cè)鏈之間的相互影響所致。3下列有關(guān)甲苯的實驗事實中，能說明側(cè)鏈對苯環(huán)

11、性質(zhì)有影響的是()A甲苯通過硝化反應(yīng)生成三硝基甲苯B甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色C甲苯燃燒時產(chǎn)生很濃的黑煙D1 mol甲苯與3 mol氫氣發(fā)生加成反應(yīng)答案A解析側(cè)鏈對苯環(huán)的影響，應(yīng)是原來無側(cè)鏈時沒有的性質(zhì)，現(xiàn)在因為有側(cè)鏈而有了相應(yīng)的性質(zhì)。A選項中甲苯硝化反應(yīng)生成三硝基甲苯，和沒有支鏈時苯的硝化反應(yīng)不一樣，所以A正確；B選項中是苯環(huán)對甲基的影響，造成甲基被氧化；C選項中產(chǎn)生黑煙是苯環(huán)中碳的含量高造成的；D選項中無論是苯還是苯的同系物均能與H2發(fā)生加成反應(yīng)并且比例為13。苯與苯的同系物在分子組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的異同苯苯的同系物相同點結(jié)構(gòu)組成分子中都含有一個苯環(huán)都符合分子通式CnH2n6(n6)化學(xué)

12、性質(zhì)燃燒時現(xiàn)象相同，火焰明亮，伴有濃煙都易發(fā)生苯環(huán)上的取代反應(yīng)都能發(fā)生加成反應(yīng)，都比較困難不同點取代反應(yīng)易發(fā)生取代反應(yīng)，主要得到一元取代產(chǎn)物更容易發(fā)生取代反應(yīng)，常得到多元取代產(chǎn)物氧化反應(yīng)難被氧化，不能使酸性KMnO4溶液褪色易被氧化劑氧化，能使酸性KMnO4溶液褪色差異原因苯的同系物分子中，苯環(huán)與側(cè)鏈相互影響，苯環(huán)影響側(cè)鏈，使側(cè)鏈烴基性質(zhì)活潑而易被氧化。側(cè)鏈烴基影響苯環(huán)，使苯環(huán)鄰、對位的氫更活潑而被取代1下列有關(guān)芳香烴的說法中，正確的是()A苯是結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴B芳香烴的通式是CnH2n6(n6)C含有苯環(huán)的有機化合物一定屬于芳香烴D芳香烴就是苯和苯的同系物答案A解析苯的同系物的通式是CnH

13、2n6(n6)，而芳香烴沒有固定的通式，B項錯；芳香烴要滿足兩點：苯環(huán)和碳氫化合物，所以含有苯環(huán)的有機物不一定屬于芳香烴，C、D項錯。2下列分子中所有碳原子不一定在同一平面上的是()A2丁烯 B甲苯C1丁烯 D答案C解析構(gòu)成雙鍵的2個碳原子及與它們相連的4個原子一定在同一平面內(nèi)；苯環(huán)上的12個原子是共面的；構(gòu)成叁鍵的2個碳原子及每個碳原子所連的1個原子在同一直線上。3與鏈烴相比，苯的化學(xué)性質(zhì)的主要特征是()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、難加成答案C解析苯中的碳碳鍵比較特殊，是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的一種特殊的化學(xué)鍵，難氧化也難加成

14、，但是在一定條件下易發(fā)生取代反應(yīng)。4下列說法不正確的是()A在有機物中碳原子與其他原子最多形成4個共價鍵B用溴水既可以鑒別甲烷和乙烯，也可以除去甲烷中的乙烯C煤中含有大量的苯、甲苯、二甲苯等有機物，可以通過干餾的方法將其提純出來D用酸性高錳酸鉀溶液可以鑒別己烷和甲苯答案C解析碳原子最外層有4個電子，最多與其他原子形成4個共價鍵；乙烯可以使溴水褪色并被溴水吸收，而甲烷不能使溴水褪色也不被溴水吸收；煤中并非含有大量的苯、甲苯、二甲苯，而其干餾產(chǎn)物煤焦油中含有大量以上三種物質(zhì)，通過分餾得到它們；甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，而己烷不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。5烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化成

15、。但若烷基R中直接與苯環(huán)連接的碳原子上沒有CH鍵，則不容易被氧化得到，現(xiàn)有分子式是C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化的異構(gòu)體有7種，其中的兩種是：。請寫出其他五種的結(jié)構(gòu)簡式。解析該題實質(zhì)是考查戊烷的同分異構(gòu)體問題，先寫出戊烷的同分異構(gòu)體，再用環(huán)取代其中的氫即可，再除去與苯環(huán)相連的碳上無氫的情況?；A(chǔ)過關(guān)一、苯的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1苯環(huán)實際上不具有碳碳單鍵和雙鍵的簡單交替結(jié)構(gòu)，可以作為證據(jù)的事實有()苯的間位二取代物只有一種苯的鄰位二取代物只有一種苯分子中碳碳鍵的鍵長均相等苯不能使酸性KMnO4溶液褪色苯在加熱和催化劑存在條件下，與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)苯在FeBr3存在的條件下，與液溴發(fā)生取代

16、反應(yīng)，但不能因化學(xué)反應(yīng)而使溴水褪色A BC D全部答案B解析苯不能因化學(xué)反應(yīng)使溴水褪色、不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，都說明苯分子中沒有典型的碳碳雙鍵。若苯環(huán)上具有單鍵和雙鍵交替的結(jié)構(gòu)，碳碳鍵的鍵長應(yīng)該不等(雙鍵鍵長比單鍵鍵長短)，其鄰位二氯代物應(yīng)該有兩種，而間位二氯代物只有一種。2下列關(guān)于苯的性質(zhì)的敘述中，不正確的是()A苯是無色帶有特殊氣味的液體B常溫下苯是一種不溶于水且密度小于水的液體C苯在一定條件下能與溴發(fā)生取代反應(yīng)D苯不含真正的雙鍵，故不可能發(fā)生加成反應(yīng)答案D解析苯是沒有顏色，帶有特殊氣味的液體，苯有毒，不溶于水，密度比水小，熔點為5.5 ，沸點為80.1 。苯在三氯化鐵作催化劑的條件

17、下和液溴發(fā)生取代反應(yīng)，在一定條件下，苯還可以和氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成環(huán)己烷。3下列有關(guān)苯的敘述中錯誤的是()A苯在催化劑作用下能與液溴發(fā)生取代反應(yīng)B在一定條件下苯能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)C在苯中加入酸性高錳酸鉀溶液，振蕩并靜置后下層液體為紫紅色D在苯中加入溴水，振蕩并靜置后下層液體為橙紅色答案D解析苯能萃取溴水中的溴，由于苯的密度比水小，所以振蕩并靜置后上層液體為橙紅色。4除去溴苯中少量溴的方法是()A加入苯使之反應(yīng)B加入KIC加NaOH溶液后靜置分液D加CCl4萃取后靜置分液答案C二、苯的同系物的性質(zhì)5若用一種試劑可將四氯化碳、苯及甲苯三種無色液體鑒別出來，則這種試劑是()A硫酸 B水C溴水 D酸

18、性高錳酸鉀溶液答案D解析能使酸性KMnO4溶液褪色的是甲苯；液體分層，上層為無色層的是苯，下層為無色層的是CCl4。6下列變化屬于取代反應(yīng)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)己烷答案C三、苯的同系物的同分異構(gòu)體7間二甲苯苯環(huán)上的一個氫原子被NO2取代后，其一元取代產(chǎn)物有()A1種 B2種 C3種 D4種答案C解析判斷因取代基位置不同而形成的同分異構(gòu)體時，通常采用“對稱軸”法。即在被取代的主體結(jié)構(gòu)中，找出對稱軸，取代基只能在對稱軸的一側(cè)，或是在對稱軸上而不能越過對稱軸(針對一元取代物而言)。如二甲苯的對稱軸如下(虛線表示)

19、：鄰二甲苯(小圓圈表示能被取代的位置)，間二甲苯，對二甲苯H3C。因此，鄰、間、對二甲苯苯環(huán)上的一元取代物分別有2、3、1種。8已知甲苯的一氯代物有4種同分異構(gòu)體，將甲苯完全氫化后，再發(fā)生氯代反應(yīng)，其一氯代物的同分異構(gòu)體數(shù)目有()A4種 B5種 C6種 D7種答案B解析將甲苯完全氫化得到甲基環(huán)己烷：，在CH3上、與CH3相連的碳原子的鄰、間、對位及與CH3相連的碳原子上的氫原子可以被氯原子取代而得到5種一氯代物，圖示為。9下列烴中苯環(huán)上的一氯代物的同分異構(gòu)體數(shù)目最少的是()A鄰二甲苯 B間二甲苯C對二甲苯 D乙苯答案C解析四種物質(zhì)苯環(huán)上的一氯代物的同分異構(gòu)體數(shù)分別為2、3、1、3。哪種分子的對

20、稱性越強，其一氯代物的同分異構(gòu)體數(shù)目越少。能力提升10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_。答案(1)該有機物屬于苯的同系物。支鏈為乙基時，為，支鏈為2個甲基時，為解析有機物分子中，位置等同的氫原子叫等效氫，顯然有多少種等效氫，其一元取代物就有多少種。這種通過等效氫來確定一元取代物同分異構(gòu)體數(shù)目的方法，叫等效氫法。11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：(R，R

21、表示烷基或氫原子)(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(1)本題以分子式為C10H14的苯的同系物可能具有的結(jié)構(gòu)展開討論。題中信息沒有說明什么樣的結(jié)構(gòu)不能被酸性KMnO4溶液氧化為芳香酸，但仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，能被氧化為芳香酸的苯的同系物都有一個共同點側(cè)鏈與苯環(huán)直接相連的碳原子上都有氫原子，產(chǎn)物中羧基數(shù)目等于苯的同系物分子中能被氧

22、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)，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339種可能的結(jié)構(gòu)。(2)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個相同的側(cè)鏈且位于對位，或4個相同的側(cè)鏈，且兩兩處于對稱位置。12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(yīng)的化學(xué)方程式：_；_。寫出B中盛有AgNO3溶液的試管中所發(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)在按裝置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_。答案(1)2F