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第二章 烃
第三节 芳香烃
教学目标
1、教学目标
1) 通过实验活动，预测、验证并分析苯及其同系物的化学性质。
2) 通过对比、类比等方法，说出苯和苯的同系物的性质的异同，举例说明有机化合物中官能团之间的相互影响。
2、教学重点和难点
1) 重点：苯及其同系物的结构与性质。
2) 难点：苯的结构与性质。
一、芳香烃
颜色：
无色
气味：
特殊气味
状态：
液体
熔点：
5.5℃
沸点：
80.1℃
密度：
比水小
毒性：
有毒
溶解性：
其他：
1、苯的物理性质
不溶于水
易挥发、标况下为固体、是一种常见的有机溶剂
一、芳香烃
2、苯的分子结构
[猜测] 依据苯的分子式C6H6可推测其分子的不饱和程度很大，应与烯烃、炔烃等不饱和烃具有相似的化学性质。
教材P41·实验2 1
向盛有2 mL苯的试管中加入酸性高锰酸钾溶液，用力振荡，观察现象。
向盛有2 mL苯的试管中加入溴水，用力振荡，观察现象。
实验操作
实验现象
实验结论
一、芳香烃
教材P41·实验2 1
一、芳香烃
2、苯的分子结构
教材P41·实验2 1
向盛有2 mL苯的试管中加入酸性高锰酸钾溶液，用力振荡，观察现象。
向盛有2 mL苯的试管中加入溴水，用力振荡，观察现象。
实验操作
实验结论
实验现象
液体分层，上层为无色，下层为紫色
液体分层，上层呈橙红色，下层无色
苯不能被高锰酸钾酸性溶液氧化
苯不能与溴水发生加成反应
实验结果：说明苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
一、芳香烃
2、苯的分子结构
研究表明：
1) 苯分子为平面正六边形结构，其中的6个碳原子均采取sp2杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合，键间夹角均为120o，连接成六元环状。
2) 每个碳碳键的键长相等，都是139pm，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。
3) 每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。分子中的所有原子处在同一平面。
一、芳香烃
2、苯的分子结构
①分子式：
②结构简式：
③空间结构：
C6H6
或
一、芳香烃
3、苯的化学性质
在通常情况下不易发生烯烃和炔烃所容易发生的加成反应，在一定条件下可发生氧化、加成和取代反应。
1) 氧化反应：能燃烧、不能使酸性KMnO4溶液褪色
现象:
火焰明亮，伴有浓重的黑烟 (与乙炔相同)
方程式:
2C6H6 ＋ 15O2 12CO2 ＋ 6H2O
点燃
一、芳香烃
3、苯的化学性质
2) 取代反应：苯与溴在FeBr3催化下，可将苯环上的H取代
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
纯净的溴苯是一种无色液态，有特殊的气味，不溶于水，密度比水大，常因溶有溴单质而呈褐色。
卤代反应
一、芳香烃
3、苯的化学性质
2) 取代反应：在浓硫酸、50~60oC，可与浓硝酸发生硝化反应
＋ HO NO2
＋ H2O
NO2
浓硫酸
50~60oC
纯净的硝基苯是一种无色液态，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大，常因溶有NO2而呈微黄色。
硝化反应
＋ HO SO3H
＋ H2O
SO3H
Δ
补: 苯的磺化反应
苯磺酸易溶于水的强酸
一、芳香烃
3、苯的化学性质
3) 加成反应：在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下，苯能与H2发生加成反应
＋ 3H2
Ni

环己烷
一、芳香烃
制取溴苯的实验设计
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
已知：①苯、液溴在铁屑作用下剧烈反应生成溴苯，且放出热量；②液溴、苯等有挥发性。
注意：
I) 实验中需使用液溴，不能使用溴水
II) 反应中加入的是铁粉，实际起催化作用的是FeBr3
III) 苯与Br2只发生一元取代反应
IV) 长导管的作用：导气兼起冷凝回流作用
V) 导管末端不能伸入到液面中(防止倒吸)
一、芳香烃
制取溴苯的实验设计
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
实验现象：
I) 导管口有白雾产生
II) 锥形瓶中出现浅黄色沉淀
III) 反应结束后烧瓶中液体倒入盛有水的烧杯中，烧杯底部有油状的褐色液体
生成的HBr遇水蒸气
产生AgBr沉淀
溴苯中混有溴
一、芳香烃
思考：如何获得纯净的溴苯？
产物中可能含
有溴苯、苯、
HBr和Br2
试剂：
操作：
目的：
水
分液
除HBr
HBr水溶液
溴苯
苯、溴
试剂：
操作：
目的：
NaOH
分液
除Br2
NaBr溶液
NaBrO溶液
溴苯
苯、水
试剂：
目的：
MgSO4
除水
操作：
目的：
溴苯
苯
蒸馏
除苯
溴苯
苯
一、芳香烃
思考：如何改进？
冷凝回流导气
吸收HBr防止污染
防倒吸
除溴苯中溶解的溴
一、芳香烃
(19国Ⅰ)实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述错误的是( )
A. 向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开K
B. 实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色
C. 装置c中的碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢
D. 反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶，得到溴苯
一、芳香烃
制取硝基苯的实验设计
＋ HO NO2
＋ H2O
NO2
浓硫酸
50~60oC
思考：
1) 为何要严格控制温度？
2) 水浴加热的优点？
3) 浓硫酸的作用？
反应放热，温度过高，苯易挥发、硝酸会分解，同时苯和浓硫酸在70 ~ 80℃时发生副反应
容易控制温度，受热均匀
催化剂
一、芳香烃
思考：如何获得纯净的硝基苯？
产物中可能含有
硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2
试剂：
操作：
目的：
水
分液
除酸
酸液
硝基苯
苯
残余酸
试剂：
操作：
目的：
NaOH
分液
除酸
盐溶液
硝基苯
苯、水
操作：
目的：
硝基苯
苯
蒸馏
除苯
一、芳香烃
思考：如何获得纯净的硝基苯？
产物中可能含有
硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2
试剂：
操作：
目的：
水
分液
除酸
酸液
硝基苯
苯
残余酸
试剂：
操作：
目的：
NaOH
分液
除酸
盐溶液
硝基苯
苯、水
试剂：
目的：
MgSO4
除水
操作：
目的：
硝基苯
苯
蒸馏
除苯
硝基苯
苯
二、苯的同系物
1、苯的同系物
1) 概念：
苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物
2) 苯的同系物结构特点：
分子中只有一个苯环
与苯环相连接的全部是烷基
CH3
CH2CH3
CH=CH2
CH3—CH—CH—CH3
OH
3) 苯及其同系物的通式：
CnH2n-6 (n≥6)
二、苯的同系物
4) 苯的同系物的同分异构体
问：试写成分子式为C9H12属于苯的同系物的同分异构体？
分析：一个丙基: _______
一个甲基＋一个乙基: _______
三个甲基: _______
两种
三种
三种
1、苯的同系物
二、苯的同系物
2、苯的同系物的物理性质
一般具有类似苯的气味的无色液态，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
二、苯的同系物
表2 2 常见的苯的同系物及其部分物理性质
苯的同系物
CH3
C2H5
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
名称
熔点/℃
沸点/℃
密度/(g·cm 3)
甲苯
乙苯
邻二甲苯
(1,2-二甲苯)
间二甲苯
(1,3-二甲苯)
对二甲苯
(1,4-二甲苯)
95
95
25
48
13
111
136
144
139
138
0.867
0.867
0.880
0.864
0.861
二、苯的同系物
3、苯与苯的同系物的性质比较
1) 都能燃烧 (火焰明亮并伴有浓重的黑烟→都含有苯环)
CnH2n 6 ＋ O2 nCO2＋ (n 3)H2O
(3n 3)
2
点燃
3) 组合性 (体现烷烃与苯的性质的综合)
2) 都能加成 (都含有苯环)
+ 3H2
催化剂
Δ
CH3
CH3
二、苯的同系物
3、苯与苯的同系物的性质比较
3) 组合性 (体现烷烃与苯的性质的综合)
Cl2/Fe
Cl2/hv
CH3
Cl
CH3
CH3
Cl
CH3
Cl
CH2Cl
CHCl2
CCl3
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化学性质
4) 相互影响 (苯环与烷基的相互影响)
二、苯的同系物
教材P44·实验2 2 苯和甲苯的性质比较
实验内容
实验现象
解释
(1)向两只分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入几滴溴水，静置
(2)将上述试管用力振荡，静置
(3)向两只分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入酸性高锰酸钾溶液，静置
(4)将上述试管用力振荡，静置
两支试管中的液体均分层，上层为无色的有机层，下层均是溴水
苯和甲苯都不溶于水，密度都比水小
两支试管中的液体均分层，上层为橙色，下层无色
溴在苯和甲苯中的溶解度比在水中的大
两支试管中的液体均分层，上层为无色的有机层，下层均是紫色的酸性高锰酸钾溶液
苯和甲苯都不溶于水，密度都比水小
盛有甲苯的试管中溶液褪色，而盛有苯的试管中无明显变化
甲苯可以酸性高锰酸钾溶液反应，而苯不与其反应
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化学性质
4) 相互影响 (苯环与烷基的相互影响)
①烃基对苯环的影响：
受烃基的影响，苯环的活动性有所增强，较易发生多元取代反应，同时 CH3会使苯环上位于甲基邻、对位上的H原子易于取代。
＋3HNO3
浓硫酸
Δ
＋ 3H2O
CH3
CH3
NO2
NO2
O2N
2,4,6-三硝基甲苯又叫TNT，是一种淡黄色晶体，不溶于水，它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、建筑等。
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化学性质
4) 相互影响 (苯环与烷基的相互影响)
②苯环对烃基的影响：
受苯环的影响，苯的同系物中作为侧链的烃基的活动性有所增强，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，该烃基就能被酸性高锰酸钾溶液氧化，且与烷基的多少和大小无关。
即：
C
H
酸性高锰酸钾溶液
COOH
二、苯的同系物
4) 相互影响 (苯环与烷基的相互影响)
②苯环对烃基的影响：
受苯环的影响，苯的同系物中作为侧链的烃基的活动性有所增强，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，该烃基就能被酸性高锰酸钾溶液氧化，且与烷基的多少和大小无关。
CH2CH3
CH3
C(CH3)3
酸性高锰酸钾溶液
COOH
COOH
C(CH3)3
应用：鉴别苯和部分苯的同系物
二、苯的同系物
练、芳香化合物A是一种基本化工原料，可以从煤和石油中得到。A、B、C、D、E转化关系如图所示：
回答下列问题：
(1)A的化学名称是___________
E属于_________(填“饱和烃”或“不饱和烃”)。
(2)A→B的反应类型是__________
在该反应的副产物中，与B互为同分异构体的结构简式为___________
(3)A→C的化学方程式为____________________。
(4)A与酸性KMnO4溶液反应可得到D，写出D的结构简式：_________。
邻二甲苯
(1,2 -二甲基苯)
饱和烃
取代反应
CBr3
CH2Br
COOH
COOH
＋ Br2
FeBr3
CH3
CH3
＋ HBr
Br
CH3
CH3
Br
CH3
CH3
二、苯的同系物
资料卡片：稠环芳香烃
萘
蒽
菲
C10H8
C14H10
C14H10
思考：萘的二氯代物有 种
二、苯的同系物
思考：萘的二氯代物有 种
方法一：“定一移一”
Cl
Cl
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
方法二：“组合法”
α
β
α
α
α
β
β
β
①α＋α组合： 种
②β＋β组合： 种
③α＋β组合： 种
3
3
4
三、有机分子里的共线、共面问题
练、某有机物分子结构如下
关于该分子结构的说法正确的是( )
A. 除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B. 除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上
C. 12个碳原子不可能都在同一平面上
D. 12个碳原子一定都在同一平面上
C≡C CH3
CH3 HC═CH
解决该类问题时还应注意：
1、认真审题：如分子中最多有多少个原子共面？可能共面的原子有多少个？一定共面的原子有多少个？最多有多少个碳原子共面？
2、单键可以旋转，而双、三键不能旋转。
三、有机分子里的共线、共面问题
甲烷 乙烯 乙炔 苯
空间充填模型
正四面体形
平面长方形
直线形
平面正六边形
三、有机分子里的共线、共面问题
类比迁移规律
(1) CH4型：四面体结构
凡是碳原子与其他四个原子形成共价单键时，空间结构为四面体结构
结论：结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面。
三、有机分子里的共线、共面问题
(2)乙烯型：平面结构
当乙烯分子中某氢原子被其他原子或原子团取代时，则代替该氢原子的原子一定在乙烯的平面内
结论：结构中每出现一个碳碳双键，至少有6个原子共面
三、有机分子里的共线、共面问题
(3)乙炔型：直线结构
当乙炔分子中的一个氢原子被其他原子或原子团取代时，代替该氢原子的原子一定和乙炔分子的其他原子共线
结论：结构中每出现一个碳碳三键，至少有4个原子共线
三、有机分子里的共线、共面问题
(4)苯型：平面型结构
当苯分子中的一个氢原子被其他原子或原子团取代时，代替该氢原子的原子一定在苯分子所在平面内
结论：结构中每出现一个苯环，至少有12个原子共面
三、有机分子里的共线、共面问题
练、某有机物分子结构如下
关于该分子结构的说法正确的是( )
A. 除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B. 除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上
C. 12个碳原子不可能都在同一平面上
D. 12个碳原子一定都在同一平面上
C≡C CH3
CH3 HC═CH

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