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(共64张PPT)
第三节　芳香烃
素养·目标定位
目标素养
1.认识苯及苯的同系物的组成、结构特点和化学键的特殊性,能列举其主要性质,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养
2.结合生产、生活实际了解苯及苯的同系物在日常生活、化工生产中的重要作用,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养
知识概览
课前·基础认知
一、苯的结构与性质
1.苯的常见性质。
2.苯分子的结构。
(1)分子组成和结构。
(2)空间结构:平面正六边形。
(3)成键特点。
杂化及键的特点 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120°,连接成六元环。每个碳碳键的键长相等,都是139 pm,介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间
大π键 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
微解读1 苯的邻二取代物只有一种,说明苯分子内不存在单双键交替的结构。
微思考1 苯的结构简式为 或 ,苯分子结构中是否含有典型的碳碳双键或碳碳单键 如何通过实验证明
提示:不含碳碳双键或碳碳单键。苯不与酸性高锰酸钾溶液反应,也不与溴水反应,说明苯分子结构中不存在碳碳双键。
3.苯的化学性质。
苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,也不能与溴水发生化学反应,但在一定条件下,苯也可以与某些物质反应。
(1)取代反应和加成反应。
(2)氧化反应。
苯能燃烧,在空气中燃烧会产生浓重的黑烟,化学方程式为
2C6H6+15O2 12CO2+6H2O　。
微判断1 (1)苯不能与溴水反应,属于饱和烃。(　　)
(2)等物质的量的苯与氢气可发生完全加成反应。(　　)
(3)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃,所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色。(　　)
×
×
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二、苯的同系物
1.结构特点:苯的同系物是苯环上的氢原子被　烷基　取代所得到的一系列的产物,其通式一般表示为CnH2n-6(n>6)。
2.物理性质:一般具有类似苯的气味的无色液体,　难　溶于水,易溶于　有机　溶剂,密度比水的　小　。
3.常见的苯的同系物:
微思考2 有机化合物 属于苯的同系物吗 为什么
提示:不属于。该有机化合物中含有碳碳双键,与苯及苯的同系物结构不相似,不属于苯的同系物。
4.化学性质。
(1)氧化反应。
①甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,这是甲苯上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化的结果。
②燃烧的化学方程式通式为
(2)取代反应。
甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下反应生成三硝基取代物的化学方程式为
产物2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是一种烈性炸药。
(3)加成反应。
×
×
课堂·重难突破
一 苯的取代反应实验
问题探究
溴苯是难溶于水的液体,常温下不与酸、碱反应,可用如图装置制取(该反应放出热量)。
1.制取时,在A中可观察到什么现象
提示:观察到A中有大量红棕色气体。
2.装置图中长直玻璃导管的作用是什么 C中盛放CCl4的作用是什么
提示:长导管的作用是导气和冷凝回流。苯和溴在FeBr3的作用下反应剧烈,可以达到沸腾,使苯和溴成为蒸气,在经过长导管时,可以将它们冷凝并回流下来。C中盛放的CCl4用来除去溴化氢气体中的溴和苯。
3.如何证明苯与液溴发生的是取代反应,而不是加成反应
提示:一种方法是向试管D中加入AgNO3溶液,若产生浅黄色沉淀,则证明为取代反应;另一种方法是向试管D中加入石蕊溶液,若溶液变红色,则证明为取代反应。
归纳总结
1.苯的溴代反应。
2.苯的硝化反应。
典型例题
【例1】 苯的硝化反应的实验装置如图所示,苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50~60 ℃时生成硝基苯,当温度升高至100~110 ℃时,生成二硝基苯。
下列说法正确的是(　　)。
A.长玻璃导管的主要作用是冷凝回流
B.添加试剂的先后顺序为浓硫酸、苯、浓硝酸
C.图示装置的生成物主要为二硝基苯
D.硝化反应属于加成反应
答案:A
解析:长玻璃导管可使液体冷凝回流,可提高原料利用率,A项正确。浓硫酸的密度大于浓硝酸的,应将浓硝酸倒入烧杯中,浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入,并不断搅拌,如果将苯、浓硝酸加到浓硫酸中可能发生液体飞溅,B项错误。水浴加热温度不超过100 ℃,在50~60 ℃时生成硝基苯,当温度升高至100~110 ℃时,生成二硝基苯,故图示装置的生成物主要为硝基苯,C项错误。硝化反应是苯上的氢原子被硝基取代,属于取代反应,故D项错误。
【例2】 对实验室制得的粗溴苯[含溴苯(难溶于水,易溶于有机溶剂,沸点156.2 ℃)、Br2和苯(沸点80 ℃)]进行纯化,下列装置未涉及的是(　　)。
答案:C
解析:除去Br2可以用SO2,原理是Br2+SO2+2H2O══ H2SO4+2HBr,A项不符合题意。苯和溴苯的混合液与无机溶液互不相溶,分液可得苯和溴苯的混合液,B项不符合题意。分析可知,纯化过程不涉及过滤操作,C项符合题意。溴苯的沸点是156.2 ℃,苯的沸点是80 ℃,分离出溴苯用蒸馏,D项不符合题意。
二 苯的同系物
问题探究
科学家在研究天然妥卢香脂的热降解产物时,发现了甲苯这种物质。甲苯可用于制造TNT(2,4,6-三硝基甲苯)炸药。
提示:甲苯和乙苯均属于苯的同系物。萘中含有两个苯环,苯乙烯中含有碳碳双键,与苯的结构不相似,所以不属于苯的同系物。
2.分别向盛有苯和甲苯的试管中加入酸性KMnO4溶液,用力振荡,静置,观察到的现象是什么 出现不同现象的原因是什么
提示:盛苯的试管,上层无色,下层仍为紫色;盛甲苯的试管,上层无色,下层无色。苯不能被酸性KMnO4溶液氧化。甲苯中苯环使甲基活化,能被酸性KMnO4溶液氧化,紫色褪去。
3.对比苯与甲苯的结构,以及两者发生硝化反应的产物,你能得出什么结论
提示:甲苯分子中的—CH3对苯环的影响:硝基取代的位置均以甲基的邻、对位为主。
4.某芳香烃的分子式为C9H12,其中属于苯的同系物的有几种结构
提示:属于苯的同系物,含有苯环,除苯环外有三个饱和碳原子。
归纳总结
1.苯及其同系物在分子组成、结构和性质上的异同。
分类 苯 苯的同系物
相同点 结构
组成 ①分子中都含有一个苯环
②都符合分子通式CnH2n-6(n≥6)
化学
性质 ①燃烧时现象相同,伴有浓烟
②都易发生苯环上的取代反应
③都能发生加成反应,都比较困难
分类 苯 苯的同系物
不同点 取代
反应 易发生取代反应,主要得到一元取代产物 更容易发生取代反应,常得到多元取代产物
氧化
反应 难被氧化,不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 侧链易被氧化剂氧化,部分能使酸性高锰酸钾溶液褪色
差异
原因 苯的同系物分子中,苯环与侧链相互影响。苯环影响侧链,使侧链烃基性质活泼而易被氧化;侧链烃基影响苯环,使苯环上烃基邻、对位的氢更活泼而易被取代
2.苯的同系物中苯环与支链的相互影响的反应。
具体实例(以甲苯为例):
①甲苯分子中甲基和苯环的相互影响。
②反应条件不同,反应产物不同。
3.含有苯环的有机化合物同分异构体的判断技巧。
(1)对称法:苯分子中所有的氢原子的化学环境相同,含有多条对称轴,但是如果苯环上连有取代基,其对称性就会受到影响,如邻二甲苯有1条对称轴,间二甲苯有1条对称轴,而对二甲苯有2条对称轴,故邻二甲苯苯环上的一氯代物有2种,而间二甲苯苯环上的一氯代物有3种,对二甲苯苯环上的一氯代物有1种。
(2)换元法:对于芳香烃,若苯环上氢原子数为m,且有a+b=m,则该芳香烃苯环上的a元卤代物和b元卤代物的同分异构体种类相同。如对二甲苯苯环上的一氯代物共有1种,则其苯环上的三氯代物也为1种。
(3)定一(或二)移一法:苯环上连有两个取代基时,可固定一个,移动另一个,从而写出邻、间、对三种同分异构体;苯环上连有三个取代基时,可先固定两个取代基,得到几种结构,再逐一插入第三个取代基,从而确定出同分异构体的数目。
(4)示例:分子式为C8H10的苯的同系物及一氯代物同分异构体种数的确定。
分类 乙苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
苯环上一氯
代物种数 3 2 3 1
一氯代
物种数 5 3 4 2
典型例题
【例3】 一种生产聚苯乙烯的流程如图:
下列叙述正确的是(　　)。
A.苯乙烯与苯互为同系物
B.乙苯的一氯代物有3种
C.反应①的反应类型是加成反应
D.鉴别苯、乙苯、聚苯乙烯可用Br2的四氯化碳溶液
答案:C
解析:苯乙烯与苯结构不相似,因此不互为同系物,A项错误。乙苯的一氯代物有5种,分别是乙基上的2种和苯环上的3种,B项错误。苯与乙烯反应,乙烯中的碳碳双键断裂,苯分子中的一个碳氢键断裂,氢原子和碳原子分别加在乙烯的两个碳原子上,发生的是加成反应,C项正确。苯、乙苯、聚苯乙烯均不能使Br2的四氯化碳溶液褪色,所以无法鉴别,D项错误。
【例4】 某烃的分子式为C10H14,属于芳香族化合物,它不能使溴水褪色,但可使酸性KMnO4溶液褪色,分子结构中只含有两个不相同的烷基,符合条件的烃有(　　)。
A.3种 B.4种
C.5种 D.6种
答案:D
解析:该烃不能使溴水褪色,可使酸性KMnO4溶液褪色,可判断该烃为苯的同系物;分子结构中含有两个不相同的烷基,则一个为甲基,另一个为丙基(—CH2—CH2—CH3、 ),而两个烷基在苯环上有邻、间、对三种位置,故符合条件的烃共有6种。
成 果 验 收 站
1.下列关于苯的叙述正确的是(　　)。
A.1 mol苯最多可与3 mol H2发生加成反应
B.苯在光照条件下可以与Cl2发生取代反应
C.苯分子中含有不饱和键,可以使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色
D.苯和Br2的四氯化碳溶液混合,能发生加成反应且溶液分为两层
答案:A
解析:1 mol苯最多可与3 mol H2发生加成反应生成环己烷,A项正确。苯在铁作催化剂的条件下可以与Cl2发生取代反应, B项错误。苯能使溴水褪色,是因为萃取,苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项错误。苯和Br2的四氯化碳溶液不反应,苯和四氯化碳互溶,混合后也不会分层,D项错误。
2.苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构,下列可以证明该结论的事实是(　　)。
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　②苯分子中碳碳键的键长完全相等　③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生反应生成环己烷　④经实验测得对二甲苯只有一种结构　⑤苯在溴化铁作催化剂条件下与液溴可发生取代反应,但不能因发生化学反应而使溴水褪色
A.②③④ B.②④⑥
C.①②⑤ D.①③⑤
答案:C
解析:①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明苯分子中不含碳碳双键,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;②苯分子中碳碳键的键长完全相等,说明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷,假如苯分子中是碳碳单键与碳碳双键的交替结构,也能发生加成反应;④对二甲苯只有一种结构,无法通过该事实判断苯分子中是否存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;⑤苯在FeBr3存在下与液溴可发生取代反应,生成溴苯,苯不能因发生化学反应而使溴水褪色,说明苯分子中不含碳碳双键,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。
3.下列实验事实中,能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响的是(　　)。
A.甲苯使酸性高锰酸钾溶液褪色
B.甲苯和浓硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯
C.甲苯与氯气在光照条件下生成
D.甲苯与氢气加成生成甲基环己烷
答案:B
解析:烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而甲苯被酸性高锰酸钾溶液氧化时,氧化的位置是甲基,故能说明苯环使甲基活化,A项错误。甲苯与浓硝酸、浓硫酸发生取代反应,侧链对苯环有影响,使得苯环上的氢原子变得活泼,生成2,4,6-三硝基甲苯,能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响,B项正确。甲苯与氯气在光照条件下发生取代反应,Cl原子取代甲基上的氢原子,故不能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响,C项错误。甲苯中苯环含有大π键,能与氢气发生加成反应,故不能说明苯环上的取代基对苯环的性质造成影响,D项错误。
4.某有机化合物的结构简式如图所示,则下列说法正确的是
(　　)。
A.该物质为苯的同系物
B.该物质的一氯代物有4种
C.该物质的分子式为C12H14
D.在FeBr3作催化剂时,该物质可以与溴水发生取代反应
答案:B
解析:该物质中含有两个苯环,不属于苯的同系物,A项错误。
该物质分子结构对称,故该物质的一氯代物有4种( ),B
项正确。由该物质的分子结构可知,其分子式为C12H12,C项错误。在FeBr3作催化剂时,该物质可以与液溴发生取代反应,而不是溴水,D项错误。
5.实验室制备硝基苯的主要步骤如下:
①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混合酸,加入反应器中;
②向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混合均匀;
③在50~60 ℃下发生反应,直至反应结束;
④除去混合酸后,粗产品依次用蒸馏水和5%
的NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤;
⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,
得到纯净硝基苯。
请填写下列空白。
(1)配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸混合酸时,具体操作是
　 。
(2)步骤③中,为了使反应在50~60 ℃下进行,常用的方法是　　　　　　　　。
(3)装置中常在试管上连接玻璃管,作用是　 　　。
(4)步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是　　　　　　　　。
(5)步骤④中粗产品用5%的NaOH溶液洗涤的目的是　 。
答案:(1)把浓硫酸慢慢注入浓硝酸中并不断搅拌
(2)水浴加热
(3)冷凝兼回流挥发的苯和浓硝酸
(4)分液漏斗
(5)洗去粗产品中的酸性杂质
解析:(1)配制一定比例浓硫酸与浓硝酸混合酸时:把浓硫酸慢慢注入浓硝酸中并不断搅拌。(2)在50~60 ℃下发生反应,温度小于100 ℃,采取水浴加热,受热均匀,便于控制反应温度。(3)苯与浓硝酸易挥发,用玻璃管冷凝兼回流挥发的苯和浓硝酸,减少损失。(4)分离互不相溶的液体采用分液方法,使用的仪器是分液漏斗。(5)氢氧化钠溶液具有碱性,能中和未反应的酸,所以氢氧化钠的作用是洗去粗产品中的酸性杂质。

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