3.2.1　苯的结构和性质课件(共43张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修3

(共43张PPT)
专题3
第二单元　第1课时　苯的结构和性质
素养 目标
1.能运用宏观和微观相结合的方法推测苯的结构,了解其化学键的特殊性,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系,能通过实验探究苯的化学性质,培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、芳香烃及苯的结构
1.芳香化合物、芳香烃、苯的同系物的关系图解
2.苯的分子组成及结构特点
C6H6
(1)苯分子为平面　　　　　　　结构,分子中　　　个原子共平面。
(2)苯分子中　　　存在独立的碳碳单键(C—C)和碳碳双键(C==C),6个碳碳键　　　　　　　,是一种介于　　　　　　　和　　　　　　　　之间的独特的共价键。
(3)苯分子中,每个碳原子都采取　　　　杂化,分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键。6个碳原子除了通过6个C—C σ键连接成环外,每个碳原子还分别提供1个p轨道和1个电子,由6个碳原子共同形成大π键。
正六边形
12
不
完全相同
碳碳单键
碳碳双键
sp2
教材阅读想一想阅读教材“拓展视野·苯环的大π键”。烷烃中脱去2 mol H形成1 mol双键要吸热,但1,3-环己二烯( )脱去H变成苯却放热,可推断乙烷和乙烯、1,3-环己二烯和苯谁更稳定 请从结构角度解释原因。
提示 化学反应中放热越多生成物的状态越稳定,即苯比1,3-环己二烯更稳定;反之,吸热越多反应物的状态越稳定,即乙烷比乙烯稳定。乙烷分子中只有σ键,乙烯分子中有σ键和π键,π键不如σ键键能高;苯分子中的大π键键能更大,苯更稳定。
易错辨析判一判
(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)苯的一氯代物只有一种结构,说明苯分子中的碳碳键完全相同,不存在单双键交替排列的形式。(　　)
(3)苯分子中6个碳碳键键长、键能都相等,说明苯分子中不存在单双键交替结构。(　　)
(4) 和 为同一物质,说明苯环中的碳碳键完全相同。
(　　)
提示 如果苯环是单双键交替结构,苯的一氯代物也只有一种结构。
×
×
√
√
二、苯的性质
1.取代反应
(1)卤化反应:在三卤化铁作催化剂时,苯与Cl2或Br2取代生成一卤代苯、二卤代苯等。二卤代苯主要是邻位和对位的取代产物。
苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应: 　。
溴苯( ):无色液体,有特殊气味,不溶于水,密度比水的大。
(2)硝化反应:苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50~60 ℃时生成一取代产物: 　。
硝基苯( ):无色液体,有苦杏仁气味,不溶于水,密度比水的大。
当温度升高至100~110 ℃时,则生成二取代产物间二硝基苯,结构简式
为　　　　　　　　　　。
2.加成反应
苯与H2在温度为180~250 ℃,压强为18 MPa,Ni催化剂存在情况下发生加成反应生成环己烷: 　。
教材阅读想一想自学教材“实验探究”。纯净的硝基苯是无色、密度比水大的油状液体,而实验得到的硝基苯呈黄色,其原因是什么 如何除去
提示 原因是硝基苯中溶解了NO2,可以用稀NaOH溶液洗涤除去。
易错辨析判一判
(1)苯的分子式为C6H6,不能使酸性KMnO4溶液褪色。(　　)
(2)从苯的凯库勒式( )看,苯分子应当和CH2==CH2具有相同的化学性质。(　　)
(3)苯在一定条件下可以和液溴及浓硝酸反应,反应类型相同。(　　)
(4)除去溴苯中溶有的少量溴,可用NaOH溶液洗涤除去。(　　)
提示 苯的化学性质与乙烯差别较大,苯容易发生取代反应,不易发生加成反应。
√
×
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　苯的分子结构与化学性质
情境探究
1866年凯库勒提出了苯的单双键交替的正六边形平面结构,解释了苯的部分性质,但还有一些问题尚未解决。
1.凯库勒的苯的结构能否解释苯不能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色 能否解释苯能与H2发生加成反应
提示 不能解释苯不能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色,因为如果苯为单双键交替结构,则碳碳双键可与溴加成,可被酸性KMnO4溶液氧化。能解释苯与H2的加成反应。
2.凯库勒的苯的结构能否解释邻二溴苯、间二溴苯、对二溴苯都只有一种
3.现代化学认为苯分子中的碳碳键有什么特点
提示 能解释间二溴苯、对二溴苯都只有一种,但不能解释邻二溴苯只有
一种,因为如果苯分子为单双键交替结构,则 和 将是不同
的物质。
提示 苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的共价键。
方法突破
1.苯的结构特点
(1)苯分子的成键特点:
(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;苯的邻二取代产物只有一种结构,如邻二氯苯只有一种结构,若苯环为单双键交替
②性质上:苯不能发生碳碳双键可发生的反应,如不能使酸性KMnO4溶液褪色,不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色。
2.苯的化学性质
应用体验
视角1苯的分子结构与化学性质
1.苯环结构中,不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构,可以作为证据的事实是(　　)
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　②苯分子中碳碳键的长度完全相等　③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气反应生成环己烷　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可与液溴发生取代反应,但不能因化学反应而使溴水褪色
A.②③④ B.②④⑥
C.①③⑤ D.①②⑤
D
解析 如果苯环为单双键交替结构,则其中的双键可被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色,可与Br2发生加成反应而使溴水褪色,分子中碳碳单键和碳碳双键长度不同,因此①②⑤可以作为苯环结构中不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构的证据。
2.下列有机物不能以苯为原料一步制取的是(　　)
C
视角2苯和乙烯结构性质的比较
3.苯和乙烯相比较,下列叙述正确的是(　　)
A.都易与溴发生取代反应
B.碳原子均为sp2杂化,碳碳键既有σ键又有π键,都易发生加成反应
C.乙烯易发生加成反应,苯不能发生加成反应
D.乙烯易被酸性高锰酸钾溶液氧化,苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化
D
解析 苯与溴易发生取代反应,而乙烯与溴易发生加成反应,A、B项错误;一定条件下苯也可发生加成反应,C项错误;苯分子中不含有碳碳双键,不能被酸性KMnO4溶液氧化,D项正确。
思维点拨　苯和乙烯结构性质的异同点
(1)两种分子中碳原子均为sp2杂化,碳碳键既有σ键又有π键。不同点是乙烯中的π键存在于两个碳原子间;而苯中的π键存在于6个碳原子间,为大π键。
(2)两种分子均为平面结构,键角都是120°。
(3)一定条件下,乙烯和苯都可发生加成反应,但苯的加成反应较困难。
(4)乙烯和苯均可燃烧,完全燃烧均生成水和CO2。在空气中燃烧时,乙烯有黑烟生成,苯有浓烈黑烟生成。
(5)乙烯难以发生取代反应,苯易发生取代反应。
(6)乙烯可使溴水或酸性KMnO4溶液褪色,苯不能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色。
探究二　苯的取代反应实验
情境探究
苯是一种非常重要的有机化工原料,也常常用作有机溶剂。以下是三个关于苯的性质的实验。
提示 ①液体分层,下层为紫色,上层为无色。
②苯与四氯化碳互溶,溶液呈红棕色。
③苯与水互不相溶,且溴在苯中的溶解度比在水中的溶解度大得多,故苯将溴从溴水中萃取出来。液体分层,上层为红棕色,下层近于无色。
1.结合苯的物理性质和化学性质分析上述实验的现象。
2.从实验结果分析,苯分子中含有碳碳双键吗
3.取少量③中的上层液体于试管中,加入适量铁粉,可观察到管口有白雾生成,试结合反应的化学方程式解释白雾产生的原因。
提示 苯不能像乙烯一样能够使酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液褪色,说明苯分子中并不含碳碳双键。
提示 加入铁粉,Fe与Br2反应生成FeBr3,反应为2Fe+3Br2===2FeBr3;在FeBr3的催化下,苯与溴发生取代反应: ,生成的HBr极易溶于水,可结合空气中的水蒸气形成白雾。
方法突破
1.苯的溴化反应
(1)实验原理:
(2)实验现象:三颈烧瓶内反应剧烈,锥形瓶内有白雾(HBr遇水蒸气形成)出现,溶液底部有褐色油状液体出现,滴加NaOH溶液后三颈烧瓶中有红褐色沉淀形成。
(3)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;
④冷凝管的作用:除导气外还兼起冷凝回流作用;
⑤碱石灰的作用:吸收尾气,防止污染空气。
(4)产品处理(精制溴苯):
2.苯的硝化反应
(1)实验原理:
微点拨　HNO3结构简式的书写:HNO3应写成HO—NO2或O2N—OH,OH—NO2或NO2—OH均错误。硝基苯中注意硝基连在左侧的写法:
(2)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)生成,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。
(3)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: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。
应用体验
视角1苯的硝化实验
1.实验室制备硝基苯的一种实验装置如图所示(夹持装置、加热装置和温度计已略去)。下列说法不正确的是(　　)
A.水浴加热的优点为使反应物受热均匀、容易控制温度
B.仪器a的作用是冷凝回流,提高原料的利用率
C.浓硫酸、浓硝酸和苯混合时,应先向浓硫酸中缓缓加
入浓硝酸,待冷却至室温后,再将苯逐滴滴入
D.反应完全后,可用蒸馏的方法分离苯和硝基苯
C
解析 水浴加热的优点为使反应物受热均匀、容易控制温度,故A正确;仪器a的作用是冷凝回流,提高原料的利用率,故B正确;混合时,应向浓硝酸中加入浓硫酸,待冷却至室温后,再向所得混合物中加入苯,故C错误;苯和硝基苯相互溶解,可根据沸点差异利用蒸馏的方法分离苯和硝基苯,故D正确。
【变式设问】
(1)仪器a的名称是什么 其中水流方向如何
(2)反应温度控制在50~60 ℃的主要原因是什么 如果温度过高,主要得到哪种取代产物
提示 仪器a为球形冷凝管。水流方向:下口进入,上口流出。
提示 防止副反应发生。温度过高,主要得到间二硝基苯( )。
易错提醒　配制浓硫酸和浓硝酸的混合酸时,一定要将浓硫酸注入浓硝酸中,即将密度大的加入密度小的液体中,切不可将试剂的添加顺序颠倒。
2.60 ℃时,苯与浓硝酸在浓硫酸催化下可制取硝基苯。下列对该实验的描述错误的是(　　)
A.最好用水浴加热,并用温度计控温
B.可用长玻璃管起冷凝回流的作用
C.加入过量硝酸可以提高苯的转化率
D.提纯硝基苯时只需直接用蒸馏水洗涤,便可洗去混在硝基苯中的杂质
D
解析 该反应温度不超过100 ℃,所以用水浴加热,A正确;因反应物受热易挥发,所以可用长玻璃管起冷凝回流的作用,B正确;加入过量硝酸可以提高苯的转化率,C正确;用蒸馏水洗涤不能除去未反应完的苯,因为苯不易溶于水,D错误。
视角2苯的溴化实验
3.下图为苯和溴的取代反应的实验装置图,其中A为由具支试管制成的反应容器,在其下端开了一个小孔,塞好石棉绒,再加入少量铁屑粉。
填写下列空白:
(1)向反应容器A中逐滴加入溴和苯的混合液,几秒钟内就发生反应,写出A中所发生反应的化学方程式(有机物写结构简式):
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)试管C中苯的作用是　　　　　　　　　　　　。反应开始后,观察D和E两试管,看到的现象为D中　　　　　　　　,E中　　　 　　　　。
(3)反应2~3 min后,在B中的NaOH溶液里可观察到的现象是 　。
(4)在上述整套装置中,具有防倒吸作用的装置有　　　　　(填字母)。
吸收HBr气体中的Br2
石蕊溶液变红
产生浅黄色沉淀
NaOH溶液的底部有无色油珠产生(或分层,底部有无色油状液体)
DEF
解析 (1)苯和液溴在FeBr3作催化剂条件下能发生取代反应生成溴苯与HBr,
(2)溴易挥发,易溶于有机溶剂,用苯可除去HBr气体中混有的Br2,防止对D和E装置中反应的干扰。之后观察到D中紫色石蕊溶液变红,E中产生浅黄色沉淀。
(3)新生成的溴苯为无色油状液体,密度比水大,故反应2~3 min后,在B中可观察到的现象是瓶底有无色油状液体产生。
(4)C装置导管插入液面中,不能起到防倒吸功能,而D、E装置中,导管没有插入吸收液中,而是悬于上方,可起到防倒吸的作用;F装置中导管内压强减小,吸收液上升到漏斗中,由于漏斗容积较大,导致烧杯中液面下降,使漏斗口脱离液面,漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回烧杯内,从而防止吸收液的倒吸。
本 课 结 束