(共33张PPT)
人教版（2019）选择性必修3
第二章烃
第三节 芳香烃
第二课时 苯的同系物
1.了解苯的同系物的组成、结构及其性质，培养微观探析与变化观念的能力。
2．了解芳香烃的来源及应用。
2012年宁波某地32.5吨对二甲苯槽罐车侧翻泄漏事故报道
小知识：对二甲苯（Paraxylene），化学式为C8H10。常温下是具有芳香味的无色透明液体，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、氯仿等多数有机溶剂。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，二甲苯在3类致癌物清单中。
苯的同系物
1、组成与结构
(1)定义
苯环上的氢原子被烷基取代后所得到的一系列产物称为苯的同系物。
×
—CH3
②
—CH3
—CH3
③
C
O
OH
⑦
⑧
⑨
×
(2)结构特点
①侧链基团为烷烃基。
②有且仅有一个苯环。
⑤
×
以上有机物属于芳香族化合物的有 ，属于芳香烃的有 ，属于苯的同系物的有 。
①②③④⑥⑦⑧⑨
②③④⑧⑨
②③⑧
①
—OH
②
—CH3
③
—CH3
—CH3
④
CH = CH2
⑤
⑥
—NO2
⑦
C
O
OH
⑧
⑨
根据上一节所学内容，试试将以下有机物分类。
下表为常见的苯的同系物及其部分物理性质，思考讨论苯的同系物的物理性质特点。
随碳原子数增多，熔沸点依次升高，密度依次增大。
同分异构体中，侧链在苯环上分布越散，熔沸点越低。
三种二甲苯的熔、沸点与密度
熔点：对二甲苯＞邻二甲苯＞间二甲苯。
沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。
密度：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。
(1)苯的同系物一般为无色、有特殊气味的有毒液体；不溶于水，易溶于有机溶剂；密度比水小。
②随碳原子数增多，熔沸点依次升高，密度依次增大。苯环上的支链越多，溶沸点越低。
③同分异构体中，苯环上的侧链越短，侧链在苯环上分布越散，熔沸点越低。
2、物理性质
比较苯和甲苯结构上的异同点，推测甲苯的化学性质。
①都含有苯环结构，有相似的化学性质。
②甲苯中含有甲基-CH3，由于苯环和烷基的相互作用，苯的同系物化学性质有不同。
可燃性、易取代、能加成
氧化反应、溴代、硝化和催化加氢
「实验2-2」
实验内容 实验现象 解释
(1)向两支分别盛有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。
苯
甲苯
苯
甲苯
溴水的密度大于苯和甲苯的密度
苯、甲苯与溴水均不能发生化学反应，但能够萃取溴
「实验2-2」
实验内容 实验现象 解释
(3)向两支分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入几滴酸性高锰酸钾溶液，静置。
(4)将上述试管用力振荡，静置。
「实验2-2」
「实验2-2」
实验内容 实验现象 解释
(3)向两支分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入几滴酸性高锰酸钾溶液，静置。
(4)将上述试管用力振荡，静置。
苯
甲苯
苯
甲苯
高锰酸钾的密度大于苯和甲苯的密度
苯与高锰酸钾不反应，甲苯与之反应
通过结构对比，试着分析甲苯使高锰酸钾褪色的原因。
CH4
酸性高锰酸钾
不反应，无明显现象
酸性高锰酸钾
不反应，无明显现象
酸性高锰酸钾
反应生成苯甲酸
C
O
OH
苯环上的烷烃基比烷烃性质活泼
结论：
苯环影响侧链，使侧链甲基被酸性高锰酸钾氧化
苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色吗？
CH2-CH2-CH3
CH-CH2-CH3
CH3
C-CH3
CH3
CH3
C-CH2-CH3
CH3
CH3
苯的同系物能被酸性高锰酸钾氧化的条件：
与苯环直接相连的碳原子上必须连有氢原子。烷基均被氧化成羧基（-COOH）
通过以上探究，请小组讨论以下问题
1、如何鉴别苯和甲苯？
2、如何除去苯中溶解的少量甲苯？
取少量溶液于试管中，滴加适量酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色，则证明其为甲苯，反之则为苯。
取少量试液于试管中，滴加适量酸性高锰酸钾溶液，然后滴加适量NaOH溶液，静置，分液。
酸性高锰酸钾
C
O
OH
NaOH溶液
C
O
ONa
分液
（1）氧化反应
3、化学性质
①可燃性
CnH2n－6＋O2 nCO2＋(n－3)H2O
点燃
②使酸性高锰酸钾溶液褪色
C-H
R2
R1
酸性高锰酸钾
C
O
OH
体现了苯环对侧链的影响：苯环活化侧链，使侧链易被氧化。
（2）取代反应
①硝化反应
2，4，6-三硝基甲苯（TNT）
2，4，6-三硝基甲苯又叫梯恩梯（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、采矿、筑路、水利建设等。
体现了侧链对苯环的影响：烷基使与烷基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代。
+3HO-NO2
浓硫酸
△
NO2
NO2
O2N
+3H2O
H
H
H
NO2
NO2
NO2
②卤化反应
+Cl2
FeCl3
Cl
+H-Cl
+Cl2
+H-Cl
Cl
FeCl3
在FeX3的催化作用下，苯环上的氢原子被取代。
+Br2
FeBr3
Br
+H-Br
+Br2
+H-Br
Br
FeBr3
在光照条件下，烷基的氢原子被取代。
+Cl2
+H-Cl
光照
CH2Cl
+Br2
+H-Br
光照
CH2Br
（3）加成反应
+3H2
催化剂
△
CH3
苯和苯的同系物的比较
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都符合通式CnH(2n-6)
化学性质 ①燃烧时现象相同，火焰明亮，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
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，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 易被氧化，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，使侧链烃基性质变得活泼，而易被氧化。侧链烃基影响苯环，使苯环邻对位氢原子变得活泼，而易被取代
4、苯的同系物的命名
（1）习惯命名法
①苯的一元取代物
苯环的一个氢原子被烷基取代后，命名时以苯作母体，苯环上的烷基为侧链进行命名。先读侧链，后读苯环，称“某苯”。
CH3
CH2CH3
CHCH3
CH3
CH2CH2CH3
甲苯
乙苯
正丙苯
异丙苯
②苯的二元取代物
当有两个取代基时，取代基在苯环上有邻、间、对三种位置，所以取代基的位置可用“邻、间、对”来表示。
邻二甲苯
间二甲苯
对二甲苯
③苯的三元取代物
当有三个相同取代基时，取代基的位置可用“连、偏、均”来表示。
连三甲苯
偏三甲苯
均三甲苯
（2）系统命名法
①命名时以苯作母体，烷基作侧链，先“取代基”，后“苯”。
②当苯环上有两个或两个以上的取代基时，可将苯环上的6个碳原子编号，以某个最简单的取代基所在的碳原子的位置编为1号，并沿使取代基位次和较小的方向进行 (按顺时针或逆时针编号)
1，2-二甲苯
1，3-二甲苯
1，4-二甲苯
用系统命名法对下列有机物命名。
CH2CH3
CH3
CH3
①
②
③
④
⑤
⑥
1，4-二甲基-2-乙基苯
2，5-二甲基-4-乙基-3-苯基庚烷
注意：
苯环侧链较复杂时，或苯环上含有不饱和烃基时，命名时一般把苯环作取代基，将较长的碳链作主链进行命名。
现有苯的同系物C8H10，小组讨论如何找出其一氯代物的所有结构？
思路：去掉苯环六个碳原子，先一个侧链、再两个侧链，依次类推。
CH2 CH3
①
②
③
④
⑤
①
②
③
①
②
③
④
①
②
5、苯的同系物的同分异构体数目分析方法
（1）若苯环上有两个取代基（-R、-R ），则苯环上取代基的位置异构有三种。
R
R
R
R
R
R
（2）若苯环上有三个取代基，则苯环上取代基的位置异构数目由取代基种类数决定。
①三个取代基均相同（-R）
②三个取代基中有两个相同（ -R 、-R、 -R ）
③三个取代基均不同（ -R 、-R 、 -R″ ）
①三个取代基均相同（-R）
②三个取代基中有两个相同（ -R 、-R、 -R ）
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
共3种
共6种
③三个取代基均不同（ -R 、-R 、 -R″ ）
R
R
①
②
③
④
R
R
①
②
③
④
R
R
①
②
共10种
稠环芳香烃
1、定义
由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子的芳香烃。
2、常见的稠环芳香烃
分子式 结构简式 结构特点 物理性质 一氯代物
萘 C10H8 ①、④、⑤、⑧位相同，称为α位；②、③、⑦、⑥位相同，称为β位 无色片状晶体，有特殊气味，易升华，不溶于水
蒽 C14H10 ①、④、⑤、⑧位相同，称为α位 无色晶体，易升华，不溶于水，易溶于苯
2种
3种
B
(1)①②③之间的关系是 。
(2)按系统命名法命名,③⑥的名称分别为 、 。
(3)以上7种苯的同系物中苯环上的一氯代物只有一种的是 (填序号),④中苯环上的一氯代物有 种。
互为同分异构体
1,4-二甲苯
1,2,3-三甲苯
③⑤
3(共30张PPT)
第三节
芳香烃
第1课时
苯的结构与性质
人教版（2019）化学选择性必修三
第二章 烃
1.通过苯的化学键的特殊性的学习,了解苯的结构特点,进而理解苯性质的特殊性。
2.通过对比、类比等方法,能说出苯和苯的同系物的性质异同,并能举例说明有机化合物中官能团之间的相互影响。
3.通过苯的空间结构的学习,能判断含苯环有机化合物分子中原子之间的空间位置关系。
4.通过苯及其同系物的学习,能简单了解芳香烃的来源及其应用。
学习目标
新课导入
在之后科学家的研究中发现，有芳香气味的物质中的很多化合物有一个共同的特点：含有一个相同的结构单元——苯环。
在有机化学发展的初期，便有芳香族化合物这一分类，其是指具有芳香气味的物质。
科学史话
早在19世纪初，英国科学家法拉第
（M. Faraday，1791-1867）就发现了苯，并将其称为 “氢的重碳化合物”。
后来，法国化学家热拉尔(C.-F. Gerhardt, 1816-1856）等人又确定了苯的相对分子质量为78，分子式为C6H6
科学史话
苯分子中氢的相对含量如此之低，看上去是高度不饱和的化合物，应具有比较活泼的化学性质。然而实验事实却否定了以上推测，这使化学家们感到惊讶。苯到底具有怎样的特殊结构呢？
德国化学家凯库勒(F.A.Kekule,1829--1896）在分析了大量实验事实后认为，苯分子中6个碳原子之间的结合非常牢固，形成了一个很稳定“核”，可以与其他碳原子相连形成芳香族化合物；而这个稳定的“核”具有闭合的环状结构，由碳原子以单、双键相互交替结合而成。
（习惯上称之为凯库勒式，具有纪念意义）
阅读课本P43的内容，小组交流并回答以下问题
（1）苯作为一种重要的化工原料和有机溶剂，它的物理性质是怎样的？
思考讨论
苯的物理性质
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小于水的密度
知识点一
阅读课本P43的内容，小组交流并回答以下问题
（1）苯作为一种重要的化工原料和有机溶剂，它的物理性质是怎样的？
思考讨论
（2）苯分子中碳原子采取哪种杂化方式？苯分子具有怎样的结构特点？
1、苯的分子结构
球棍模型
空间填充模型
③结构简式
④空间构型
或
苯分子中6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，为平面正六边形，键角为120o 。
知识点二
苯的组成与结构
①分子式：
C6H6
②最简式: CH
C%=92.3%
阅读课本P43的内容，小组交流并回答以下问题
（1）苯作为一种重要的化工原料和有机溶剂，它的物理性质是怎样的？
思考讨论
（2）苯分子中碳原子采取哪种杂化方式？苯分子具有怎样的结构特点？
（3）苯分子（C6H6）中分子的不饱和程度也很高，那么苯分子中的化学键是否与烯烃中的不饱和键一样呢？
你能够利用哪些实验来证明两种分子中的不饱和键是不同的？那么苯分子中的化学键是怎样的呢？
P41【实验2-1】
向两只各盛有2 ml苯的试管中分别加入酸性高锰酸钾溶液和溴水，用力振荡，观察现象。
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
苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，也不能与溴水反应.
萃取
实验探究
苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
苯中的碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间一种特殊的化学键
2、苯的成键方式
知识点二
苯的组成与结构
键角 键能(KJ/mol) 键长(10-10 m)
C—C 109o28’ 348 1.54
C=C 120o 615 1.33
苯中碳碳键 120o 约494 1.39
苯分子结构是平面正六边形；每个碳碳键的键长相等，都是139 pm，介于碳碳单键与碳碳双键的键长之间。
120o
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。
2、苯的成键方式
知识点二
苯的组成与结构
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。
练一练
1.下列事实能说明苯不是单、双键交替结构的是( )
A.苯中所有原子共平面
B.苯的一氯代物只有1种
C.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.苯的对位二氯代物只有1种
C
解析:含有碳碳双键的有机化合物有的也是平面结构,如乙烯,故苯中所有原子共平面不能说明苯分子中不存在单、双键交替结构,A错误;无论苯的结构中是否存在单、双键交替结构,苯的一氯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,B错误;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,可以证明苯不是单、双键交替结构,C正确;无论苯的结构中是否存在单、双键交替结构,苯的对位二氯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,D错误。
2.苯的结构中不存在单、双键交替结构,可以作为证据的事实
是 (填序号)。
①苯不能使KMnO4(H+)溶液褪色
②苯中碳碳键的键长均相等
③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷
④经实验测得邻二甲苯仅有一种结构
⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可以发生取代反应,但不能因化学变化而使溴水褪色
练一练
①②④⑤
阅读课本P44的内容，小组交流并回答以下问题
（1）苯作为一种重要的化工原料和有机溶剂，它的物理性质是怎样的？
思考讨论
（2）苯分子中碳原子采取哪种杂化方式？苯分子具有怎样的结构特点？
（3）苯分子（C6H6）中分子的不饱和程度也很高，那么苯分子中的化学键是否与烯烃中的不饱和键一样呢？
你能够利用哪些实验来证明两种分子中的不饱和键是不同的？那么苯分子中的化学键是怎样的呢？
（4）从苯存在的化学键类别出发，我们大胆尝试推测一下苯分子会具有哪些化学性质呢？
知识点三
苯的化学性质
1.氧化反应
具有可燃性，在空气中燃烧
现象：火焰明亮，产生浓重的黑烟
2C6H6 + 15O2 12CO2+ 6H2O
点燃
【注意】①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色
②苯和溴水发生萃取而使之褪色。
2.取代反应
（1）卤代反应
苯与液溴在FeBr3催化下可以发生反应，苯环上的氢原子可被溴原子取代，生成溴苯。
纯净的溴苯是一种 液体，有 气味， 溶于水，密度比水 。
无色
特殊
不
大
注意：其他的卤素单质也能发生类似反应，如液氯：
步骤：在烧瓶中加入苯后再加少量液态溴，
同时加入少量铁屑，用带长导管的瓶塞塞紧瓶口，反应完毕后，把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里。
实验方案
---苯与液溴的取代反应
（1）反应物：苯和液溴（不能用溴水）。
（2）反应条件：催化剂（Fe屑）、反应放热不需加热。
先加苯→再加液溴→最后加铁屑
①液溴的密度大，后加入有利于两者混合均匀
②液溴易挥发,后加液溴可防止溴挥发
思考讨论
用于导气和冷凝回流
HBr易溶于水，防止倒吸。
（3）长导管的作用是什么？
（4）为什么导管末端不插入液面下？
（5）哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？
AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成，说明它们发生了取代反应，因加成反应不会生成HBr。
（6）将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯里,观察到烧杯底部有褐色不溶于水的液体的原因？
溴苯中混有溴
思考讨论
（7）如何分离和提纯粗溴苯从而获得纯净的溴苯？
水洗、分液
除去溶于水的杂质如溴化铁等
碱洗、分液
除去溴
除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐
干燥
除去水（加无水CaCl2）
蒸馏
除去苯
水洗、分液
如图为制取溴苯的实验装置,下列有关现象叙述和解释中,不正确的是( )
A.实验室制取的粗溴苯呈褐色,是由于少量未反应的溴溶解于溴苯,可以用NaOH溶液除去溴苯中的溴单质
B.冷凝管的作用是导气、冷凝回流,此处用球形冷凝管冷凝效果更好
C.锥形瓶E中CCl4的作用是吸收HBr,防止产生白雾
D.粗溴苯经过水洗—碱洗—水洗,得到溴苯和苯的混合物,用蒸馏的方法将其分离
创新装置
C
2.取代反应
（2）硝化反应
在浓硫酸作用下，苯在50～60℃与浓硝酸发生取代反应。
纯净的硝基苯是一种 液体，有 气味，
溶于水，密度比水 。
无色
苦杏仁
不
大
浓硫酸的作用：催化剂和吸水剂
+HO-NO2
浓H2SO4
500C—600C
NO2
+ H2O
实验方案
---苯与浓硝酸的取代反应
（1）反应物：苯和浓硫酸、浓硝酸。
（2）反应条件：50-60℃ 水浴加热，催化剂（浓硫酸）
浓硝酸→浓硫酸→苯
长导管作用：
导气、冷凝、回流。
水浴加热
受热均匀，容易控制温度。
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。
思考讨论
如何分离和提纯粗溴苯从而获得纯净的溴苯？
水洗、分液
除去溶于水的硝酸和硫酸
碱洗、分液
除去NO2和残留的酸
除去NaNO3 、NaNO2和过量的碱
干燥
除去水（加无水MgSO4）
蒸馏
除去苯
水洗、分液
2.取代反应
（3）磺化反应
苯与浓硫酸在70～80℃发生取代反应。
苯磺酸易溶于水，是一种强酸，可以看作是硫酸分子里的一个羟基被苯环取代的产物。磺化反应可用于制备合成洗涤剂。
3.加成反应
（1）在以Pt、Ni等催化剂并加热的条件下，苯能与H2发生加成反应，生成环己烷。
（2）与氯气在紫外线作用下发生加成反应
+3Cl2
（六氯环己烷）
紫外线
NO2
Fe/HCl
NH2
知识拓展
4.苯环上硝基还原反应
5.傅-克烷基化反应
+ Cl-CH2CH3
无水AlCl3
CH2CH3
+ HCl
1.下列关于苯的叙述正确的是
A.常温下反应①不能进行,需要加热
B.反应②不能发生,但是仍有分层现象,紫色层在下层
C.反应③为加成反应
D.反应④能发生,证明苯中是单双键交替结构
B
练一练
易取代
能氧化
难加成
难被酸性
KMnO4氧化
与H2加成
易燃烧
苯的化学性质
最简式
分子式
结构简式
球棍模型
C6H6
CH
或
比例模型
大π键
卤代反应 硝化反应 磺化反应
本节小结
