2.3 芳香烃课件(共60张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修3

(共60张PPT)
第三节　芳香烃
第二章　烃
1．认识芳香烃的组成和结构特点，比较这些有机化合物的组成、结构和性质的差异。了解烃类在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。
2．能描述和分析芳香烃的典型代表物的重要反应，能书写相应的反应式。认识取代反应的特点和规律，了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。
学习目标
宏观辨识与微观探析：
能说明物质的组成和微粒间作用力的差异对物质性质的影响；能运用宏观、微观、符号等方式描述、说明物质转化的本质和规律。
证据推理与模型认知：
能根据物质的类别、组成、微粒的结构、微粒间作用力等说明或预测物质的性质，评估所做说明或预测的合理性。
核心素养
情境引入
猜字谜：
有人说我笨，其实并不笨，脱去竹笠换草帽，化工生产逞英雄。
苯的漫画故事
19世纪的英国很强大。权一大，钱一多，人就容易要要要。可时代限制在那，很多东西想要，它也出现不了。
比如照明灯，这个时候最先进的照明灯是“煤气灯”，当时煤气不只能用来点灯，还能用来开车、做饭、供暖，简直是居家旅行必备。
但是煤气不是煤炭的独生子，它还有个孪生兄弟叫“"煤焦油”，一出生就被城里人骂“垃圾”。
英国大科学家法拉第看不过去，他想知道，煤焦油真的百无一用是废物吗？
想到就做，结果法拉第就成了世界上第一个从煤焦油中分离出“苯”的人。
不对，这个时候还不能叫“苯”。从长相来看，它叫“无色液体物质”，还给它起了个大名叫“氢的重碳化合物”。法拉第看着这个被自己发现的新物质，下意识用鼻子闻了闻，别说，它还好香。
到了1833年，德国化学家米希尔里希也提炼出了和法拉
第发现的物质一样的东西。他闻着很像“安息香”
（ benzoin）的气味，相似就是缘，于是这个“氢的重碳
化合物”就有了个学名叫“苯”。安息香（ benzoin）是
一种名贵香料，是安息香属植物的树脂。
“苯”虽然有了学名，但它究竟是个什么结构式，没有化学家能够说的明白。之后，苯的分子式才被确认是C6H6。
化学家们一看分子式，苯分子中碳的相对含量也太高了，分子结构咋画都不对啊!苯的碳、氢比值如此之大，表明苯是高度不饱和的化合物，但它又不具有典型的不饱和化合物应具有的易发生加成反应的性质。
苯的分子结构问题让化学家们头秃了几十年，直到凯库勒做了一个梦。
睡梦中，凯库勒看到碳原子在他面前跳跃，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。
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。
在苯环的研究过程中除了凯库勒式和鲍林式，还有克劳斯结构式Ⅰ，克劳斯结构式Ⅱ，拉登堡结构式Ⅰ，拉登堡结构式Ⅱ，阿姆斯特朗结构式等形式。
活动探究
1．苯分子为 结构，其中的6个碳原子均采取 杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以 键结合，键间夹角均为 ，连接成六元环；每个碳碳键的键长 ，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。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 重叠形成 键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。
[思考交流]
平面正六边形
sp2
σ
120°
相等
平行
大π
2．如何证明苯的分子结构中碳碳键不是单、双键交替？
提示：苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性KMnO4溶液褪色，苯的邻位二元取代物只有一种，证明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替结构。
3．苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色的原理是否相同？
提示：苯因萃取溴水中的Br2而使溴水褪色，而乙烯与Br2发生加成而使溴水褪色，二者褪色的原理不相同。
4．纯净的溴苯是一种无色密度比水大的油状液体，但实验得到的溴苯呈褐色，其原因是什么？如何除去褐色？
提示：溴苯中溶解了Br2而使溴苯呈褐色；除去的方法是用NaOH溶液洗涤。
1．苯的分子结构
(1)苯中碳原子采取sp2杂化，除σ键外还含有大π键。苯分子为平面正六边形结构，分子中的6个碳原子和6个氢原子共平面。
(2)苯不存在单、双键交替结构，可以从以下几个方面证明：
①结构上：苯分子中六个碳碳键均等长，六元碳环呈平面正六边形；
②性质上：苯不能发生碳碳双键可发生的反应，如使酸性KMnO4溶液褪色等；
③二氯代苯的结构：邻二氯苯只有一种结构，而若为单、双键交替应有两种结构( 和 )。
一、苯
归纳总结
2．苯的化学性质
反应 化学方程式 反应类型
燃烧 2C6H6＋15O2 12CO2＋6H2O 氧化反应
① 取代(卤代)反应
点燃
反应 化学方程式 反应类型
② 取代(硝化)反应
③ 取代(磺化)反应
④ 加成(还原)反应
(1)苯的溴代反应
实验装置
实验原理
实验现象 烧瓶充满红棕色气体，在导管口有白雾(HBr遇水蒸气形成)；反应完毕后，向锥形瓶中滴加AgNO3溶液，有浅黄色的AgBr沉淀生成；把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里，烧杯底部有褐色(溶有Br2)不溶于水的液体
注意事项 ①应该用纯溴；
②要使用催化剂FeBr3，需加入铁屑；
③锥形瓶中的导管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr极易溶于水
产品处理 (精制溴苯)
(2)苯的硝化反应
实验装置
实验原理
实验现象 将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有黄色油状物质(溶有NO2)，然后用NaOH(5%)溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤后得无色油状、有苦杏仁味、密度比水大的液体
注意事项 ①试剂添加顺序：浓硝酸＋浓硫酸＋苯
②浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂
③必须用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度
说明 精制硝基苯的流程同上述精制溴苯的流程
1．有关苯分子中的化学键描述不正确的是(　　)
A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键
B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键
C．碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键
D．苯分子中六个碳碳键完全相同，键角均为120°
巩固练习
A
【解析】苯分子中，每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成3个σ键，同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子，这些2p轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大π键，分子中六个碳碳键完全相同，键角均为120°，故A错误。
2．苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构，可以作为证据的事实有(　　)
①苯的间位二取代物只有一种 ②苯的邻位二取代物只有一种
③苯分子中碳碳键的键长均相等 ④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色
⑤苯在加热和催化剂存在条件下，与氢气发生加成反应
⑥苯在FeBr3存在的条件下，与液溴发生取代反应，但不能因化学变化而使溴水褪色
A．①②③④ B．②③④⑥
C．③④⑤⑥ D．全部
B
【解析】苯不能因化学变化使溴水褪色、不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，都说明苯分子中没有典型的双键。若苯环上具有单键和双键交替的结构，碳碳键的
键长应该不等(双键键长比单键键长短)，其邻位二氯代物应该有 和
两种。
3．某化学课外小组用如图所示的装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞关闭)中。下列说法正确的是(　　)
A．A中，只发生反应
B．B中，NaOH溶液用以溶解溴苯
C．C中，CCl4用以吸收挥发的HBr和Br2
D．D中，加入AgNO3溶液或石蕊溶液，均能证明苯和液
溴发生的是取代反应
D
【解析】铁与溴反应生成溴化铁，在溴化铁催化作用下，苯与溴发生取代反应生成溴苯和HBr，C装置用于除去溴，D吸收HBr，为检验HBr，可加入硝酸银溶液或石蕊溶液，反应完后，打开活塞，氢氧化钠与溴反应，可除去溴苯中的溴。
空气清新剂是芳香烃类(如二甲苯)的化学物质，频繁使用对人类有害，会影响呼吸道系统、内分泌系统以及免疫系统。由于宠物对此类化学物质更为敏感，所以尽量不要在宠物在的时候使用此类物品。
活动探究
1．二甲苯是苯的同系物吗？
提示：二甲苯只有一个苯环，且侧链为饱和烃基，故二甲苯是苯的同系物。
[思考交流]
2．怎样鉴别苯和甲苯？
提示：可用酸性KMnO4溶液进行鉴别，能使酸性KMnO4溶液褪色的是甲苯。
3．哪些实验事实说明在苯的同系物分子中，苯环与侧链之间发生了相互影响？
提示：苯环对侧链的影响，使苯的同系物能使酸性KMnO4溶液褪色，而烷烃不能。侧链对苯环的影响，如甲苯与硝酸反应使苯环上甲基的邻位和对位的氢原子变得活泼，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。
4．分子式为C8H10且属于芳香烃的同分异构体有多少种？写出其结构简式。
提示：4种。其结构简式为
1．苯的同系物的组成和结构特点
(1)结构特点：只含有一个苯环，且侧链均为烷基的芳香烃。
(2)通式：CnH2n－6(n≥7)
2．苯的同系物的性质
(1)物理性质：具有类似苯的气味的无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
二、苯的同系物
归纳总结
氧化反应 ①可燃性：CnH2n－6＋O2 nCO2＋(n－3)H2O
②苯的同系物可使酸性高锰酸钾溶液褪色
应用：区别苯和苯的同系物
(2)化学性质
点燃
取代反应 ①卤代反应：
②硝化反应：
加成反应
(1)甲苯与Cl2反应的条件不同，产物也可能不同。
(2)并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色，如 ，由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。
[名师点拨]
苯的同系物的命名
(1)习惯命名法
苯的同系物的命名是以苯作母体的，其他基团作为取代基。如 命名为甲苯。苯分子中两个H原子被两个甲基取代后生成二甲苯，有三种同分异构体，
分别用邻、间、对表示。如 、 和 命名分别为邻二甲苯、
间二甲苯和对二甲苯。
[知识拓展]
(2)系统命名法
将苯环上的6个碳原子编号，可以某个甲基所在的碳原子的位置为1号，选取最
小位次号给另一甲基编号。如 名称为1,2 -二甲苯； 名称
为1,4 -二甲基- 2 -乙基苯。
1．下列说法中正确的是(　　)
A．芳香烃的分子通式是CnH2n－6(n≥6，且n为正整数)
B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物
C．苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色
D．苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应
巩固练习
D
【解析】芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物；而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环，且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，苯的同系物的通式为CnH2n－6(n>6，且n为正整数)；苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。
2．下列有关甲苯的实验事实中，能说明侧链对苯环性质有影响的是(　　)
A．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
C．甲苯的硝化反应生成三硝基甲苯
D．1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应
C
【解析】甲苯属于芳香烃，苯环影响了甲基，使甲基易被酸性高锰酸钾溶液氧化成羧基，导致酸性高锰酸钾溶液褪色；甲苯能够燃烧生成二氧化碳和水，属于氧化反应，不能说明侧链对苯环性质有影响；甲基影响了苯环，使苯环邻、对位上的氢原子活泼性增强，易被硝基取代；甲苯含有苯环，能够与氢气发生加成反应，最多消耗3 mol 氢气，不能说明侧链对苯环性质有影响。
3．在一定条件下，工业上可由苯和丙烯合成异丙苯，下列说法不正确的是(　　)
A．异丙苯分子中所有碳原子可能在同一平面内
B．异丙苯分子的一氯代物共有5种
C．可以用溴水鉴别异丙苯和丙烯
D．合成异丙苯的反应符合原子经济性，属于加成反应
A
【解析】异丙基中连有两个甲基的碳原子是四面体结构，异丙苯分子中所有碳原子不可能在同一平面内， A错误； 异丙苯分子中共有5种不同的氢原子，苯环上3种，异丙基上2种，一氯代物共有5种， B正确；丙烯中有碳碳双键，可以发生加成反应而使溴水褪色，异丙苯与溴水混合后溴被萃取到有机层中，有机层呈现橙红色，可以用溴水鉴别异丙苯和丙烯， C正确；合成异丙苯的反应属于加成反应，符合原子经济性，原子利用率达到100%, D正确。
二甲苯的苯环上的一溴代物有6种同分异构体，这些一溴代物与生成它们的对应二甲苯的熔点分别如下：
一溴代二甲苯 234 ℃ 206 ℃ 213.8 ℃ 204 ℃ 214.5 ℃ 205 ℃
对应二甲苯 13 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃
(1)C8H10属于苯的同系物的结构有几种？分别写出其结构简式。
能力提升
提示：有4种。分别为
(2)二甲苯的一溴代物有几种？
提示：邻二甲苯的一溴代物有3种(苯环上2种，烃基上1种)。
间二甲苯的一溴代物有4种(苯环上3种，烃基上1种)。
对二甲苯的一溴代物有2种(苯环上1种，烃基上1种)。因此二甲苯的一溴代物有9种。
(3)写出上表中熔点为234 ℃的一溴代二甲苯的结构简式。熔点为－27 ℃的二甲苯的名称是什么？
提示：熔点为234 ℃的一溴代二甲苯对应的二甲苯熔点为13 ℃，此二甲苯对应的苯环上的一溴代二甲苯只有一种，故该二甲苯为对二甲苯，其一溴代二甲苯的结构简式为 ；熔点为－27 ℃的二甲苯对应的苯环上的一溴代物有2种，
故为邻二甲苯。
一溴代二甲苯 234 ℃ 206 ℃ 213.8 ℃ 204 ℃ 214.5 ℃ 205 ℃
对应二甲苯 13 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃
1．苯的同系物的一元取代物同分异构体数目的判断
等效氢法：分子中完全对称的氢原子称为“等效氢”原子，判断一元取代物同分异构体的数目关键是要找出“等效氢”原子的数目，如C8H10苯的同系物的一溴代物种数的判断。
归纳总结
乙苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
结构简式
烃基上一溴代物
苯环上的一溴代物
一溴代物
2
3
5
1
4
2
2
1
1
1
3
3
2．“定一移一”法确定苯的同系物同分异构体的种数
(1)苯环上连有两个取代基时，可固定一个，移动另一个，从而得出邻、间、对三种同分异构体。
(2)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，从而确定同分异构体的种数。如二甲苯苯环上的一氯代物种
数共6种，分别为 (2种)、 (3种)、 (1种)(①、②、③表示氯原子的位置)。
1．有机物 含有三个侧链的可能的结构种数有(不考虑立体异构) (　　)
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
【解析】有机物 含有三个侧链的可能的结构有 、 、
共三种结构。
举一反三
C
2．已知甲苯的一氯代物有4种，则甲苯完全氢化后的环烷烃的一氯代物有(　　)
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
C
【解析】甲苯完全氢化后得到甲基环己烷，它的一氯代物除了和甲苯相似的四种外，还多了一种，即在甲基与环己烷相连的碳原子上也有一个H原子可以被取代，C正确。
1．下列有关苯的说法中正确的是(　　)
A．是一种无色无毒的液体
B．分子中碳碳单键和碳碳双键交替存在
C．在一定条件下发生取代反应生成溴苯
D．在空气中燃烧只能生成二氧化碳和水
【解析】苯有毒，故A错误；苯中不含碳碳双键，为介于单键和双键之间的特殊化学键，故B错误；苯在催化剂条件下与液溴发生取代反应生成溴苯，故C正确；若燃烧不完全，生成CO和水，完全燃烧生成二氧化碳和水，故D错误。
当堂检测
C
2．将等体积的苯、甲苯和水在试管中充分混合后静置，图示现象正确的是(　　)
【解析】苯、甲苯结构相似，能够相互溶解，苯与甲苯均不溶于水，则将等体积的苯、甲苯和水在试管中充分混合后静置，出现两种互不相溶的液体，且有机层密度小，在上层，结合体积关系，答案为D。
D
3．实验室制备溴苯的反应装置如图所示，关于实验操作或叙述不正确的是(　　)
A．向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需关闭K
B．装置a中发生的反应属于取代反应
C．实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色
D．装置c中的碳酸钠溶液的作用主要是吸收溴化氢
A
【解析】向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需打开K，平衡气压，故A错误；苯和液溴发生反应的类型为取代反应，故B正确；烧瓶中挥发出的溴蒸气溶于CCl4呈浅红色，故C正确；装置c中的碳酸钠溶液的作用主要是吸收溴化氢，故D正确。
4．对伞花烃( )常用作染料、医药、香料的中间体，下列说法正确的是(　　)
A．对伞花烃的一氯代物有6种
B．对伞花烃分子中最多有8个碳原子共平面
C．对伞花烃属于芳香烃，也属于苯的同系物
D．对伞花烃密度比水大
C
【解析】对伞花烃有一条对称轴，如图所示， ，有5种等效氢，其一氯代物有5种， A错误；根据选项A中所示，1号碳原子取代苯环上的氢原子，1号碳原子与苯环共面，利用三点确定一个平面，4号碳右边相连的两个碳原子有一个碳原子可能在这个平面上，因此最多有9个碳原子共平面， B错误；对伞花烃中含有苯环，且只含有C、H两种元素，对伞花烃属于芳香烃，苯环侧链上只含有烷基，对伞花烃属于苯的同系物， C正确；对伞花烃属于烃，其密度比水小， D错误。
5．苯、甲苯是重要的芳香烃，在有机合成中有重要的广泛的用途。
(1)写出苯的结构简式________________，甲苯的结构简式______________。
(2)证明苯分子中的碳碳键不是碳碳单键和碳碳双键交替存在的共价键，而是处在碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键的事实是________。
A．只有一种一氯苯 B．只有一种邻二氯苯
C．只有一种间二氯苯 D．只有一种对二氯苯
(3)甲苯在铁的催化作用下与液溴反应生成一溴代物，主要有机产物的结构简式
是________________________；甲苯在光照条件下与溴蒸气反应生成一溴代物的化学方程式为_________________________________________________。
B
、
(4)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而甲苯可以，反应生成的产物是苯甲酸，该反应的反应类型是____________。
(5)下列苯和苯的同系物中苯环上的一氯代物只有一种的是________。
A．甲苯　　B．乙苯　　C．邻二甲苯　　D．间二甲苯　E．对二甲苯
F．1,2,3-三甲苯　　G．1,2,4-三甲苯　H．1,3,5-三甲苯
氧化反应
E、H
【解析】(1)苯的结构简式为 ，甲苯结构简式为 。
(2)无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的一氯取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单、双键交替结构，故A错误；若苯的结构中存在单、双键交替结构，苯的邻位二元取代物有两种，但实际上无同分异构体，所以能说明苯不是单、双键交替结构，故B正确；无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的间位二元取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单、双键交替结构，故C错误；无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的对位二元取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单、双键交替结构，故D错误。
(3)甲苯在铁的催化作用下与液溴主要发生苯环上甲基的邻、对位取代反应，结构
简式为 、 ，甲苯在光照条件下与溴蒸气发生取代反应，
Br取代甲基上的H原子，化学方程式为
(4)甲苯能被酸性高锰酸钾溶液氧化生成苯甲酸。
(5)对二甲苯、1,3,5-三甲苯中只有一种等效氢，一氯代物只有一种。
本节内容结束