2.3.1 苯的结构与性质 课件 (共32张PPT) 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

(共32张PPT)
1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊性，
培养宏观辨识与微观探析的能力。
2.了解苯在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。
网
科
第三节 芳香烃
第二章 烃
2.3.1 苯
学习目标
教材内容：P41-43
柑橘类水果表面凹凸不平，密密麻麻分布着许多小孔，这些小孔可产生芳香烃，可溶解橡胶。
芳香烃：分子中含有苯环的碳氢化合物。
新课导入
芳香烃的来源——煤的干馏
石油的催化重整和裂解
—CH3
CH CH2
—
—CH3
—CH3
C6H6
C8H10
C7H8
C12H10
C10H8
C8H8
一起来认识这几种有机物：
分子中含有一个或多个苯环的一类烃叫做芳香烃。
甲苯
联 苯
萘
邻二甲苯
苯乙烯
知识回顾
1.下列有机物属于芳香族化合物的是______________
2.下列有机物属于芳香烃的是_____________
—OH
—Cl
—CH3
—CH3
—NO2
⑦
①
②
③
④
⑤
⑥
①②④⑥⑦⑧⑨
④⑦⑨
⑧
C ≡ CH
—CH3
—CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
⑨
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
对点训练
烃
烷烃
烯烃
炔烃
芳香烃
烃类物质可以分为四类，我们已经学习过烷烃、烯烃、炔烃的结构与性质。
那么，芳香烃物质具有怎样的结构，其性质又是怎样的？
最简单的芳香烃是：苯
知识回顾
1825年，
[英]法拉第从煤焦油中分离出“苯”，并向皇家学会报告：略带香味，常温为液态…
18世纪中期，
[法]热拉尔等测得苯相对分子质量为78，确定分子式为C6H6，
奥地利化学家洛施密特提出苯具有环状结构。
不饱和程度很大
三元环？四元环？五元环？
六元环？
一、苯的结构
那晚他工作了一夜，按照他梦中的启示做了各种推理，又和之前的数据、记录对应起来互相验证终于，他发现梦竟然是对的！当他提出苯的环形结构后，全世界的化学家都惊呆了。
睡梦中，凯库勒看到碳原子在他面前蹦迪，忽前忽后，像极了跳大神。不一会，这些碳原子竟然一个挨一个，手牵手变成了“长链”。凯库勒看着这条“碳链”，越看越像条蛇。紧跟着，它竟然真的变成了蛇，还冲他呲出毒牙，“碳链蛇”绕着他来回飞，凶得很。不过它的威风并没有持续多久，突然咬住了它自己的尾巴，一边咬还一边转圈。
苯的漫画故事
(1) 苯的六个碳原子形成闭合环状，即平面六边形
(2) 每个碳原子均连接一个氢原子
(3) 各碳原子间存在着单、双键交替形式
凯库勒在1866年提出三点假设：
说明苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
实验操作
实验现象
结 论 液体分层，上层 色，
下层_____色
液体分层，上层 色，
下层___色
无
紫红
橙红
无
→该实验证明苯分子中 碳碳双键和碳碳三键
无
实验探究
苯不被酸性KMnO4溶液氧化，也不与溴水反应，但能萃取溴
1、苯不能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色
2、邻二氯苯只有一种结构
Cl
Cl
Cl
Cl
结论：苯分子结构中不存在碳碳单键和双键交替结构
如苯环为单键和双键的交替结构，则两者结构不同。
凯库勒的观点不能解释：
类型 碳碳单键 苯分子中碳碳键 碳碳双键
键长 1.54pm 1.39pm 1.34pm
④所有原子（6个C、6个H）共平面， 处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，在同一条直线上。
①苯中所有C采取sp2杂化,6个碳碳键键长完全相同,形成平面正六边形结构,
②是碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键.
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。 (六个C-C键/六个C-H键完全相同).
③苯的6个H原子位置等效，苯的一取代物只有一种。
1.苯的结构特点
2.苯的结构
苯
分子式
结构式
结构简式
最简式
C6H6
CH
成键特点
6个碳原子均采用 杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以 键结合。碳原子剩余P轨道形成大 键
苯分子中 双键，苯分子为
结构， 个原子共面，
核磁共振氢谱有 组峰
球棍模型
比例模型
sp2
σ
π
不含
平面正六边形
12
1
结构简式
为了纪念凯库勒，凯库勒式，现仍被使用。
(凯库勒式）
（鲍林式）
拓展提升
哪些事实可证明苯分子中不存在单双键交替的结构
1.苯的邻位二元取代物只有一种
2.苯不能使溴水褪色
3.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
4.经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m
5.经测定，苯环中碳碳键的键能均相等
思考：苯的邻、间、对位二元取代物都只有一种，
均能证明苯分子中不存在单、双键交替结构？
×
思考与讨论
苯
物理性质
颜色
气味
毒性
水溶性
挥发性
熔点
沸点
密度
无色
有特殊气味
有毒
不溶于水
易挥发
80.1℃
5.5℃
0.88g/cm3
苯是一种重要的化工原料和有机溶剂
有毒:对人的神经系统、造血系统有伤害，
可导致白血病。
环保油漆采用无苯溶剂
一、苯的物理性质
一、苯
氧化反应
加成反应
取代反应
①可燃性
纯卤素
√
②使酸性KMnO4溶液褪色
×
√
硝酸
硫酸
H2、X2、HX、H2O
√
大π键使苯环结构稳定，不易断裂
①不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
②不能与溴水反应而使其褪色（萃取）
二、苯的化学性质
(1)可燃性
O2
12CO2+6H2O
2C6H6+15
火焰明亮，并伴有浓烟
1.苯的氧化反应
(2)苯不能使酸性高锰酸钾褪色
甲
烷
乙
烯
苯
烃CH4(1:4)、C2H4(1:2)、C2H2及C6H6(1:1)碳的质量分数越高，黑烟越明显。
C%=92.3%
装有苯的罐车因车祸发生燃烧
FeBr3作催化剂，苯环上氢原子被溴原子所取代
(1)卤代反应
溴苯
纯净的溴苯是一种无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度大于水
液溴（不能用溴水）
↑
——断裂C-H键
苯与Br2只发生一元取代反应
烧瓶中：液体轻微沸腾，充满红棕色气体；
锥形瓶中：导管口有白雾；
烧瓶底部：有褐色不溶于水的液体。
2.苯的取代反应
试剂的加入顺序：
长导管的作用：
a、导气：因为苯和溴都易挥发
b、冷凝回流：该反应为放热反应
产物的位置：
溴苯由于其沸点高不容易挥发，所以留在反应的原烧瓶内；
溴化氢由于其易挥发，挥发到锥形瓶中
①必须用纯液溴，不能用溴水，苯与溴水只会萃取；
②催化剂FeBr3不能遇水，否则会水解，失去催化作用；
③也可用Fe粉代替FeBr3，因为Fe会与溴反应生成FeBr3。
导管末端不插入液面下：
溴化氢易溶于水，防止倒吸。
试剂：
反应类型：
苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。
AgNO3 +HBr = AgBr↓ +HNO3
现象:有浅黄色沉淀生成
作用:证明发生的是取代反应而不是加成反应
知识链接
先加苯，再加溴，最后加铁粉(密度：先小后大)
取代反应(不是加成反应)
苯
液溴
混合
长导管口处
锥形瓶内
①滴入AgNO3溶液
烧瓶内液体
倒入烧杯内水中
Fe屑
互溶、
不反应
深红棕色
剧烈
反应
大量白雾
淡黄色沉淀
烧杯底部有
褐色油状物、
不溶于水
取溶液：
②加入镁粉
产生大量气体
加入NaOH搅拌
得到无色油状物
上层清液中加入KSCN(aq)溶液变血红色
(HBr与水蒸汽的小液滴)
说明瓶内有H+ 和Br—
说明Fe被Br2氧化成了Fe3+
生成了有机物溴苯
实验小结
如何得到纯净的溴苯？
目标物：溴苯
杂质：
1.蒸馏水洗后分液，除去溶于水的HBr、FeBr3 。
2.10%的NaOH溶液洗涤后分液，除去未反应完的溴。
3.蒸馏水洗后分液，除去NaOH及与其反应生成的盐。
4.加入无水氯化钙或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水分。
5.蒸馏，除去苯。
Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O
未反应完的苯、Br2、FeBr3、反应生成的HBr
纯净的溴苯是无色的液体，但因常含有溴而显褐色。
思考与讨论
除去溴苯
中的溴
除去溴蒸汽，
净化HBr气体
检验HBr酸性
检验HBr
除去HBr尾气
防倒吸
①有分液漏斗,控制液溴的量。
②加装一个用苯(CCl4)除溴蒸气的装置。
③倒扣的漏斗可以防倒吸,还有利于尾气吸收
生成的HBr中常混有溴蒸气，此时用AgNO3溶液对HBr的检验结果是否可靠？
为什么？如何除去混在HBr中的溴蒸气？
不可靠，因为溴易挥发。
溴蒸气溶于水，
也能生成HBr
与AgNO3溶液
反应生成淡黄色沉淀。
将产生的气体
①通过苯(CCl4)洗气
(除去其中的溴)
②再通入AgNO3溶液中
AgNO3 +HBr = AgBr↓ +HNO3
实验装置
HBr
在浓硫酸的作用下，
苯在50~60℃时与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。
纯净的硝基苯是一种无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度大于水
+ HNO3（浓）
NO2
+ H2O
浓H2SO4
50~60℃
HO－NO2
硝基苯
——断裂C-H键
催化剂和吸水剂
(2)硝化反应
1.试剂的加入顺序：
先加浓硝酸，再加浓硫酸，等混合液冷却到50-60℃后，再加苯
3.用水浴加热，控制温度在50-60℃，温度计放在水浴中。温度过高，苯挥发，硝酸分解。 水浴加热的优点：容易控制温度，受热均匀
2.浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂
5.试管上方的长导管的作用是导气、冷凝回流，减少反应物的挥发。
6.产物：纯净的硝基苯是无色、有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，有毒，难溶于水；但实验室制得的硝基苯呈淡黄色，原因：硝酸部分分解产生的NO2气体溶于硝基苯
4.为什么硝化反应控制在50--60℃？温度计的作用及其水银球的位置？
温度低于50℃，不易反应；温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解，同时苯和浓硫酸反应生成苯磺酸等副反应；温度计的水银球位于水浴中，控制水浴温度，温度计的水银球插入水浴中测量温度，水银球不能触及烧杯底部及烧杯壁。
知识链接
如何得到纯净的硝基苯？
杂质：
目标物：硝基苯
①依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤后分液，除去硝酸和硫酸。
②蒸馏水洗后分液，除去NaOH及与其反应生成的盐。
③加入无水氯化钙或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水分。
未反应完的苯
H2SO4
反应生成的水
HNO3
④蒸馏，除去苯。
沸点℃
硝基苯 210.9℃
苯 80.1
除杂：产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→无水CaCl2→纯物质
分液法，蒸馏法
思考与讨论
苯与浓硫酸在70~80℃时可以发生磺化反应，生成苯磺酸。
苯磺酸
＋HO—SO3H
SO3H
＋H2O
△
——断裂C-H键
磺酸基
(易溶于水的有机强酸)
→该反应可用于制备合成洗涤剂。
苯的溴代反应、硝化反应、磺化反应都属于取代反应。
(3)磺化反应
+ H2
催化剂(Ni)
△
环己烷
3
六氯环己烷
或
(农药六六六)
苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应
(Pt或Ni作为催化剂并且加热)
6个C共面
当选择性加氢时，苯环往往不加氢。
1 : 3
3.苯的加成反应(难)
(1)苯与H2加成：
6个C不共面
(2)苯与Cl2在紫外线作用下加成：
注意：反应条件不同，反应原理相差很大。
+ Cl2
Cl
+ HCl
FeCl3
取代反应
加成反应
苯的化学性质：
2.易取代：
3.难加成：
磺化反应
与氢气、氯气加成
卤代反应
硝化反应
+ HO-NO2
浓H2SO4
500C—600C
NO2
+ H2O
+HO－SO3H
70℃~80℃
－SO3H
+ H2O
+ Br2
FeBr3
Br
+ HBr
总体来说，苯的化学性质是“易取代，能加成，难氧化”
1.氧化反应：可燃性（注：不能使酸性高锰酸钾溶液褪色）
（注：不能和溴水发生加成反应）
↑
归纳小结
各类烃的性质比较
烃 溴单质 溴水 溴的CCl4溶液 酸性KMnO4溶液
烷烃 与溴蒸气在光照条件下发生取代反应 不反应,液态烷烃与溴水可以发生萃取从而使溴水褪色 不反应, 互溶不褪色 不反应
烯烃 加成 加成,褪色 加成,褪色 氧化,褪色
炔烃 加成 加成,褪色 加成,褪色 氧化,褪色
苯 一般不反应,催化条件下可取代 不反应,发生萃取而使溴水褪色 不反应, 互溶不褪色 不反应
分析对比
1、 正误判断
(1)苯的结构简式可写为“ ”，说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排列的(　　)
(2)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(　　)
(3)苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色原理相同(　　)
(4)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法(　　)
(5)苯和乙烯都是不饱和烃，所以燃烧现象相同(　　)
×
×
×
√
×
对点训练
2.下列关于苯的叙述正确的是( )
A.反应①为取代反应，有机产物的密度比水小
B.反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟
C.反应③为取代反应，有机产物是一种烃
D.反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应，因为苯分子中含有三个碳碳双键
B