2.3 芳香烃 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修第三册
文档属性
| 名称 | 2.3 芳香烃 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修第三册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 505.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-10 14:59:46 | ||
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文档简介
2.3 芳香烃
【学习目标】
1.了解苯的结构特点和化学性质。
2.了解苯的同系物的结构与性质的关系。
3.了解苯及苯的同系物的取代、加成、氧化反应。
4.了解苯的同系物之间的同分异构现象。
【自主预习】
1.苯
(1)苯的结构
(2)苯的物理性质
颜色 状态 气味 密度 水溶性 熔、沸点 毒性
无色 液体 特殊气味 比水小 不溶于水 低 有毒
(3)苯的化学性质(填化学方程式)
①取代反应
与液溴:
与浓硝酸:
②加成反应(与H2):
③氧化反应
2.苯的同系物
(1)概念:苯环上的氢原子被 取代后的产物。
(2)结构特点:分子中只有一个苯环,侧链都是 。
(3)通式: ;物理性质与苯类似。
(4)化学性质
【答案】
1.(1)C6H6 碳碳单键 碳碳双键
正六边形
(3)①+Br2+HBr↑
+HO—NO2+H2O
②+3H2
③2C6H6+15O212CO2+6H2O
2.(1)烷基 (2)烷基 (3)CnH2n-6(n>6)
(4)+3H2O
nCO2+(n-3)H2O
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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)苯分子为平面正六边形结构,6个碳原子之间的键完全相同。 ( )
(3)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。 ( )
(4)苯的二氯代物有3种。 ( )
(5)苯不具有典型的双键所应具有的加成反应的性能,故不可能发生加成反应。 ( )
(6)苯的分子式为C6H6,它不能使酸性KMnO4溶液褪色,属于饱和烃。 ( )
(7)从苯的凯库勒式()看,苯分子中含有碳碳双键,应属于烯烃。 ( )
(8)在催化剂作用下,苯与液溴反应生成溴苯,发生了加成反应。 ( )
(9)将液溴、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯。 ( )
(10)除去溴苯中红棕色的溴,可用稀NaOH溶液反复洗涤,并用分液漏斗分液。 ( )
(11)用苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在混合液中。 ( )
(12)制取硝基苯时,应取浓H2SO4 2 mL,再滴入苯约1 mL,然后放在水浴中加热。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√ (11)× (12)×
2.CH4、C2H4、C2H2、四种分子的空间结构有何特点
【答案】CH4呈正四面体形,C2H4呈平面形,C2H2呈直线形,呈平面正六边形。
3.苯能否与Br2发生加成反应
【答案】苯分子结构中不存在碳碳双键,不能与Br2发生加成反应。
4.己烯和苯都能使溴水褪色,二者褪色原理相同吗
【答案】不相同。己烯与溴水发生加成反应,苯萃取溴水中的单质溴。
【合作探究】
任务1 苯
情境导入 苯是一种重要的有机化合物,也是组成结构最简单的芳香烃。苯有毒性,也是一种致癌物质。它不溶于水,且密度小于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机溶剂。苯是石油化工的基本原料,苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。为了研究苯的结构,很多科学家对此进行了深入研究。最终被德国有机化学家凯库勒攻克,确定苯的结构为。
问题生成
1.苯的分子式是什么 苯分子中所有原子是否处于同一平面上
【答案】C6H6;苯分子为平面正六边形结构,分子中所有原子处于同一平面上。
2.苯分子中是否存在碳碳双键
【答案】不存在,苯分子中的6个碳原子均采取sp2杂化,碳碳之间的化学键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特化学键。
3.烷烃和苯均能与卤素单质发生取代反应,它们的反应条件有何异同
【答案】相同点:都与纯卤素单质反应,不与卤素单质的水溶液反应。不同点:烷烃与卤素单质在光照条件下取代,苯需要卤化铁作催化剂。
4.根据苯的结构,预测苯可能发生的化学反应类型。
【答案】苯可能发生取代反应、加成反应,苯作为有机物可以在氧气中燃烧。
【核心归纳】
1.苯的分子结构
(1)分子结构
苯分子中的碳原子均采取sp2杂化,每个碳原子的杂化轨道分别与氢原子的s轨道及相邻碳原子的sp2杂化轨道以σ键结合,键角均为120°,形成平面正六边形结构。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。
(2)苯的分子组成及结构特点
2.苯的化学性质
3.苯的两个实验
反应 苯的溴代反应 苯的硝化反应
实验 原理 +Br2+HBr↑ +HNO3+H2O
实验 装置
实验 现象 ①三颈瓶内充满红棕色气体,液体呈现微沸状态; ②锥形瓶内充满白雾; ③三颈瓶底有褐色不溶于水的液体生成 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
注意 事项 ①应该用纯溴,苯与溴水不反应; ②要使用催化剂FeBr3,无催化剂不反应; 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 ①浓硫酸的作用是作催化剂、吸水剂; ②必须用水浴加热,温度计插入水浴中测量水的温度
【典型例题】
【例1】苯的结构简式可用来表示,下列有关苯结构和性质的说法正确的是( )。
A.苯分子中的碳碳键是单键和双键交替排列的,因此苯是环烯烃
B.易被酸性KMnO4溶液氧化,与溴水发生加成反应而使溴水褪色
C.苯主要是以石油为原料而获得的一种化工原料,是重要有机溶剂
D.苯分子中存在大π键, 6个碳碳键完全相同,碳原子采取sp2杂化
【答案】D
【解析】苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键,苯分子中的6个碳碳键完全相同,是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键,A项错误,D项正确;苯与溴水、酸性KMnO4溶液不反应,B项错误;苯主要是以煤为原料而获得的一种化工原料,C项错误。
【例2】下列实验能成功的是( )。
A.用溴水可鉴别苯、CCl4、戊烯
B.加入浓溴水,然后过滤除去苯中少量的己烯
C.苯、溴水、铁粉混合制取溴苯
D.用分液漏斗分离二溴乙烷和苯
【答案】A
【解析】溴水与苯混合后上层颜色较深,与CCl4混合后下层颜色较深,与戊烯混合后溴水褪色,可用溴水进行鉴别;浓溴水与己烯反应的生成物能溶于苯,不能使之分离,不能用溴水除去苯中的己烯;制取溴苯需要用液溴,而不是溴水;二溴乙烷与苯互溶,不能用分液漏斗分离。
【灵犀一点】 有机物分子的共面、共线问题分析与判断
(1)四种代表物的空间结构:甲烷的四面体结构(其中3个原子共面),乙烯的6原子共面结构,乙炔的4原子共线结构,苯的12原子共面结构。
(2)判断方法
①分子中出现饱和碳原子,分子中所有原子不共面。
②分子中出现一个,至少有6个原子共面。
③分子中出现一个—C≡C—,至少有4个原子共线。
④分子中出现一个苯环,至少有12个原子共面。
任务2 苯的同系物
= 情境导入 对二甲苯俗称PX,分子式为C8H10,常温下是具有芳香气味的无色透明液体,有毒,不溶于水,与乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂混溶。PX主要用于制备对苯二甲酸(PTA)以及对苯二甲酸二甲酯(DMT),进而生产涤纶纤维、聚酯薄片等。
问题生成
1.你能写出对二甲苯及其含有苯环的同分异构体的结构简式吗
【答案】、、 、。
2.、、和属于苯的同系物吗
【答案】都不属于。分子中只含一个苯环,且苯环连接的侧链为一个或若干个烷基的烃才是苯的同系物。
3.和是两种不同的结构吗
【答案】是同一种结构。因为苯环中的碳碳键是介于单键和双键之间的独特共价键,故邻二甲苯只有一种。
4.苯的同系物的化学性质和苯完全相同吗
【答案】不完全相同,如苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
【核心归纳】
1.苯的同系物
苯的同系物是指苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物,其分子中有一个苯环,侧链都是烷基,通式为CnH2n-6(n≥7)。
2.苯的同系物的物理性质
(1)苯的同系物为无色液体,不溶于水,易溶于有机溶剂,密度比水的小。
(2)三种二甲苯的熔、沸点与密度
①熔点:对二甲苯>邻二甲苯>间二甲苯。
②沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
③密度:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
3.苯的同系物的化学性质(以甲苯为例)
(1)氧化反应
①甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,这是因为甲苯上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化。
②燃烧
燃烧的通式为CnH2n-6+O2nCO2+(n-3)H2O。
(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发生反应生成2,4,6-三硝基甲苯,发生反应的化学方程式为+3HO—NO2+3H2O。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,是一种烈性炸药。
(3)加成反应
在一定条件下甲苯与H2发生加成反应,生成甲基环己烷,化学方程式为+3H2。
注意:①由于甲基与苯环之间存在相互作用,甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代,而苯环也使甲基活化,可以被酸性KMnO4溶液氧化。
②苯的同系物与酸性KMnO4溶液反应的条件是与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,且产物中羧基数目等于苯环上能被氧化的侧链烷基数目。
4.稠环芳香烃
(1)概念:含有多个苯环的芳香烃。
(2)分类
①多苯代脂烃:苯环通过脂肪烃基连接在一起。如二苯甲烷:。
②联苯或联多苯:苯环之间通过碳碳单键直接相连。如联苯:。
③稠环芳香烃:由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子形成的。如萘:、蒽:。
(3)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物之间的关系
【典型例题】
【例3】下列有关甲苯的实验事实中,与苯环上的甲基有关的是( )。
①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯
②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而苯不能
③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
④1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
【答案】C
【解析】由于甲基对苯环的影响,使苯环上与甲基相连的碳原子的邻、对位碳原子上的氢变得活泼,更容易被取代,①符合题意;由于苯环对甲基的影响,使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化,②符合题意。
【例4】工业上可由乙苯生产苯乙烯:+H2↑。下列说法正确的是( )。
A.可用溴的四氯化碳溶液鉴别乙苯和苯乙烯
B.乙苯的同分异构体共有3种
C.乙苯和苯乙烯都属于苯的同系物
D.乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数最多均为7
【答案】A
【解析】苯乙烯可与溴发生加成反应,溶液褪色,而乙苯与溴不反应,故可用溴的四氯化碳溶液鉴别乙苯和苯乙烯,A项正确;若含有苯环,乙苯的同分异构体可为二甲苯,有邻、间、对3种,若不含苯环,则同分异构体的种类更多,B项错误;苯乙烯中苯环所连的烃基不是烷烃基,苯乙烯不是苯的同系物,C项错误;苯环和碳碳双键都为平面结构,与苯环直接相连的原子在同一个平面上,碳碳单键可以旋转,则乙苯分子中最多有8个碳原子共平面,苯乙烯分子中最多有8个碳原子共平面,D项错误。
【灵犀一点】 苯与苯的同系物的比较
(1)甲苯分子中甲基和苯环相互影响
(2)反应条件不同产物不同
(3)苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同
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,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,常得到多元取代产物
氧化 反应 难被氧化,不能使酸性KMnO4溶液褪色 易被氧化剂氧化,能使酸性KMnO4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
【随堂检测】
1.下列关于苯的性质的叙述中,不正确的是( )。
A.苯是无色带有特殊气味的液体
B.常温下苯是不溶于水且密度小于水的液体
C.苯在一定条件下能与溴发生取代反应
D.苯不含真正的碳碳双键,故不能发生加成反应
【答案】D
【解析】苯是无色液体,带有特殊气味,A项正确;在常温下苯是不溶于水的液体,其密度比水小,B项正确;苯和液溴在FeBr3催化下发生取代反应产生溴苯,C项正确;苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的化学键,所有的碳碳键键长相同,键能也相同,苯在一定条件下也能发生加成反应,D项错误。
2.某同学分别用下列装置a和b制备溴苯,下列说法不正确的是( )。
A.两烧瓶中均出现红棕色气体,说明液溴沸点低
B.a装置锥形瓶中出现淡黄色沉淀,可推断烧瓶中发生取代反应
C.b装置试管中CCl4吸收Br2,液体变棕红色
D.b装置中的倒置漏斗起防倒吸作用,漏斗内可形成白烟
【答案】B
【解析】制备溴苯的过程中有热量产生,溶液温度升高,导致沸点较低的液溴挥发,成为红棕色的溴蒸气,A项正确;a装置中挥发出的溴蒸气进入锥形瓶被AgNO3溶液吸收,也会产生淡黄色的AgBr沉淀,故a装置锥形瓶中出现淡黄色沉淀,不能说明苯和液溴发生了取代反应,B项错误;b装置中挥发的Br2被CCl4吸收,成为棕红色的Br2的CCl4溶液,C项正确;HBr气体极易溶于水,用倒置的漏斗可防止倒吸,用浓氨水吸收HBr,挥发的NH3和HBr反应生成固体NH4Br,有白烟产生,D项正确。
3.两种烃的球棍模型如图所示,下列说法正确的是( )。
甲 乙
A.二者均不能与Cl2反应
B.二者互为同分异构体
C.二者都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.二者都不能发生加成反应
【答案】B
【解析】甲是乙苯,乙是间二甲苯,二者分子中均有烷基,在光照下均能与Cl2发生取代反应,A项错误;二者分子式相同,结构不同,互为同分异构体,B项正确;二者都是苯的同系物,都能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项错误;在一定条件下二者都能够与氢气发生加成反应,D项错误。
4.(2021·河北卷)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体,结构简式如图。关于该化合物,下列说法正确的是( )。
A.是苯的同系物
B.分子中最多8个碳原子共平面
C.一氯代物有6种(不考虑立体异构)
D.分子中含有4个碳碳双键
【答案】B
【解析】苯的同系物必须是只含有1个苯环,侧链为烷烃基的芳香烃,由结构简式可知,苯并降冰片烯的侧链不是烷烃基,不属于苯的同系物,A项错误;由结构简式可知,苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平面,B项正确;由结构简式可知,苯并降冰片烯分子的结构上下对称,分子中含有5种等效氢原子,则一氯代物有5种,C项错误;苯环不是单双键交替的结构,由结构简式可知,苯并降冰片烯分子中只含有1个碳碳双键,D项错误。
5.(2022·河北卷改编)在HY沸石催化下,萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
++
下列说法正确的是( )。
A.M和N互为同系物
B.M分子中最多有12个碳原子共平面
C.N的一溴代物有4种
D.萘的二溴代物有10种
【答案】D
【解析】M和N互为同分异构体,A项错误;M分子中最多有14个碳原子共平面,B项错误;N的一溴代物有5种,C项错误;萘的结构可表示为,图中的数字表示含H碳原子的标号,两个Br连在同一个苯环上的有1-2、1-3、1-4、2-3,两个Br连在不同苯环上的有1-5、1-6、1-7、1-8、2-6、2-7,其二溴代物共有10种,D项正确。
6.(2019·全国乙卷)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错误的是( )。
A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开K
B.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色
C.装置c中的碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢
D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶,得到溴苯
【答案】D
【解析】若关闭K,向烧瓶中加注液体,会使烧瓶中气体压强增大,苯和溴的混合液不能顺利流下,打开K,可以平衡气压,便于苯和溴的混合液流下,A项正确;装置b中四氯化碳的作用是吸收挥发出的苯和溴蒸气,溴溶于四氯化碳使液体逐渐变为浅红色,B项正确;装置c中碳酸钠溶液呈碱性,能够吸收反应生成的溴化氢气体,C项正确;反应后得到粗溴苯,向粗溴苯中加入稀氢氧化钠溶液洗涤,除去其中溶解的溴,振荡、静置,分层后分液,向有机层中加入适当的干燥剂,然后蒸馏分离出沸点较低的苯,可以得到溴苯,不能用结晶法提纯溴苯,D项错误。
2
【学习目标】
1.了解苯的结构特点和化学性质。
2.了解苯的同系物的结构与性质的关系。
3.了解苯及苯的同系物的取代、加成、氧化反应。
4.了解苯的同系物之间的同分异构现象。
【自主预习】
1.苯
(1)苯的结构
(2)苯的物理性质
颜色 状态 气味 密度 水溶性 熔、沸点 毒性
无色 液体 特殊气味 比水小 不溶于水 低 有毒
(3)苯的化学性质(填化学方程式)
①取代反应
与液溴:
与浓硝酸:
②加成反应(与H2):
③氧化反应
2.苯的同系物
(1)概念:苯环上的氢原子被 取代后的产物。
(2)结构特点:分子中只有一个苯环,侧链都是 。
(3)通式: ;物理性质与苯类似。
(4)化学性质
【答案】
1.(1)C6H6 碳碳单键 碳碳双键
正六边形
(3)①+Br2+HBr↑
+HO—NO2+H2O
②+3H2
③2C6H6+15O212CO2+6H2O
2.(1)烷基 (2)烷基 (3)CnH2n-6(n>6)
(4)+3H2O
nCO2+(n-3)H2O
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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)苯分子为平面正六边形结构,6个碳原子之间的键完全相同。 ( )
(3)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。 ( )
(4)苯的二氯代物有3种。 ( )
(5)苯不具有典型的双键所应具有的加成反应的性能,故不可能发生加成反应。 ( )
(6)苯的分子式为C6H6,它不能使酸性KMnO4溶液褪色,属于饱和烃。 ( )
(7)从苯的凯库勒式()看,苯分子中含有碳碳双键,应属于烯烃。 ( )
(8)在催化剂作用下,苯与液溴反应生成溴苯,发生了加成反应。 ( )
(9)将液溴、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯。 ( )
(10)除去溴苯中红棕色的溴,可用稀NaOH溶液反复洗涤,并用分液漏斗分液。 ( )
(11)用苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在混合液中。 ( )
(12)制取硝基苯时,应取浓H2SO4 2 mL,再滴入苯约1 mL,然后放在水浴中加热。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√ (11)× (12)×
2.CH4、C2H4、C2H2、四种分子的空间结构有何特点
【答案】CH4呈正四面体形,C2H4呈平面形,C2H2呈直线形,呈平面正六边形。
3.苯能否与Br2发生加成反应
【答案】苯分子结构中不存在碳碳双键,不能与Br2发生加成反应。
4.己烯和苯都能使溴水褪色,二者褪色原理相同吗
【答案】不相同。己烯与溴水发生加成反应,苯萃取溴水中的单质溴。
【合作探究】
任务1 苯
情境导入 苯是一种重要的有机化合物,也是组成结构最简单的芳香烃。苯有毒性,也是一种致癌物质。它不溶于水,且密度小于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机溶剂。苯是石油化工的基本原料,苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。为了研究苯的结构,很多科学家对此进行了深入研究。最终被德国有机化学家凯库勒攻克,确定苯的结构为。
问题生成
1.苯的分子式是什么 苯分子中所有原子是否处于同一平面上
【答案】C6H6;苯分子为平面正六边形结构,分子中所有原子处于同一平面上。
2.苯分子中是否存在碳碳双键
【答案】不存在,苯分子中的6个碳原子均采取sp2杂化,碳碳之间的化学键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特化学键。
3.烷烃和苯均能与卤素单质发生取代反应,它们的反应条件有何异同
【答案】相同点:都与纯卤素单质反应,不与卤素单质的水溶液反应。不同点:烷烃与卤素单质在光照条件下取代,苯需要卤化铁作催化剂。
4.根据苯的结构,预测苯可能发生的化学反应类型。
【答案】苯可能发生取代反应、加成反应,苯作为有机物可以在氧气中燃烧。
【核心归纳】
1.苯的分子结构
(1)分子结构
苯分子中的碳原子均采取sp2杂化,每个碳原子的杂化轨道分别与氢原子的s轨道及相邻碳原子的sp2杂化轨道以σ键结合,键角均为120°,形成平面正六边形结构。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。
(2)苯的分子组成及结构特点
2.苯的化学性质
3.苯的两个实验
反应 苯的溴代反应 苯的硝化反应
实验 原理 +Br2+HBr↑ +HNO3+H2O
实验 装置
实验 现象 ①三颈瓶内充满红棕色气体,液体呈现微沸状态; ②锥形瓶内充满白雾; ③三颈瓶底有褐色不溶于水的液体生成 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
注意 事项 ①应该用纯溴,苯与溴水不反应; ②要使用催化剂FeBr3,无催化剂不反应; 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 ①浓硫酸的作用是作催化剂、吸水剂; ②必须用水浴加热,温度计插入水浴中测量水的温度
【典型例题】
【例1】苯的结构简式可用来表示,下列有关苯结构和性质的说法正确的是( )。
A.苯分子中的碳碳键是单键和双键交替排列的,因此苯是环烯烃
B.易被酸性KMnO4溶液氧化,与溴水发生加成反应而使溴水褪色
C.苯主要是以石油为原料而获得的一种化工原料,是重要有机溶剂
D.苯分子中存在大π键, 6个碳碳键完全相同,碳原子采取sp2杂化
【答案】D
【解析】苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键,苯分子中的6个碳碳键完全相同,是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键,A项错误,D项正确;苯与溴水、酸性KMnO4溶液不反应,B项错误;苯主要是以煤为原料而获得的一种化工原料,C项错误。
【例2】下列实验能成功的是( )。
A.用溴水可鉴别苯、CCl4、戊烯
B.加入浓溴水,然后过滤除去苯中少量的己烯
C.苯、溴水、铁粉混合制取溴苯
D.用分液漏斗分离二溴乙烷和苯
【答案】A
【解析】溴水与苯混合后上层颜色较深,与CCl4混合后下层颜色较深,与戊烯混合后溴水褪色,可用溴水进行鉴别;浓溴水与己烯反应的生成物能溶于苯,不能使之分离,不能用溴水除去苯中的己烯;制取溴苯需要用液溴,而不是溴水;二溴乙烷与苯互溶,不能用分液漏斗分离。
【灵犀一点】 有机物分子的共面、共线问题分析与判断
(1)四种代表物的空间结构:甲烷的四面体结构(其中3个原子共面),乙烯的6原子共面结构,乙炔的4原子共线结构,苯的12原子共面结构。
(2)判断方法
①分子中出现饱和碳原子,分子中所有原子不共面。
②分子中出现一个,至少有6个原子共面。
③分子中出现一个—C≡C—,至少有4个原子共线。
④分子中出现一个苯环,至少有12个原子共面。
任务2 苯的同系物
= 情境导入 对二甲苯俗称PX,分子式为C8H10,常温下是具有芳香气味的无色透明液体,有毒,不溶于水,与乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂混溶。PX主要用于制备对苯二甲酸(PTA)以及对苯二甲酸二甲酯(DMT),进而生产涤纶纤维、聚酯薄片等。
问题生成
1.你能写出对二甲苯及其含有苯环的同分异构体的结构简式吗
【答案】、、 、。
2.、、和属于苯的同系物吗
【答案】都不属于。分子中只含一个苯环,且苯环连接的侧链为一个或若干个烷基的烃才是苯的同系物。
3.和是两种不同的结构吗
【答案】是同一种结构。因为苯环中的碳碳键是介于单键和双键之间的独特共价键,故邻二甲苯只有一种。
4.苯的同系物的化学性质和苯完全相同吗
【答案】不完全相同,如苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
【核心归纳】
1.苯的同系物
苯的同系物是指苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物,其分子中有一个苯环,侧链都是烷基,通式为CnH2n-6(n≥7)。
2.苯的同系物的物理性质
(1)苯的同系物为无色液体,不溶于水,易溶于有机溶剂,密度比水的小。
(2)三种二甲苯的熔、沸点与密度
①熔点:对二甲苯>邻二甲苯>间二甲苯。
②沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
③密度:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
3.苯的同系物的化学性质(以甲苯为例)
(1)氧化反应
①甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,这是因为甲苯上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化。
②燃烧
燃烧的通式为CnH2n-6+O2nCO2+(n-3)H2O。
(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发生反应生成2,4,6-三硝基甲苯,发生反应的化学方程式为+3HO—NO2+3H2O。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,是一种烈性炸药。
(3)加成反应
在一定条件下甲苯与H2发生加成反应,生成甲基环己烷,化学方程式为+3H2。
注意:①由于甲基与苯环之间存在相互作用,甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代,而苯环也使甲基活化,可以被酸性KMnO4溶液氧化。
②苯的同系物与酸性KMnO4溶液反应的条件是与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,且产物中羧基数目等于苯环上能被氧化的侧链烷基数目。
4.稠环芳香烃
(1)概念:含有多个苯环的芳香烃。
(2)分类
①多苯代脂烃:苯环通过脂肪烃基连接在一起。如二苯甲烷:。
②联苯或联多苯:苯环之间通过碳碳单键直接相连。如联苯:。
③稠环芳香烃:由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子形成的。如萘:、蒽:。
(3)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物之间的关系
【典型例题】
【例3】下列有关甲苯的实验事实中,与苯环上的甲基有关的是( )。
①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯
②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而苯不能
③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
④1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
【答案】C
【解析】由于甲基对苯环的影响,使苯环上与甲基相连的碳原子的邻、对位碳原子上的氢变得活泼,更容易被取代,①符合题意;由于苯环对甲基的影响,使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化,②符合题意。
【例4】工业上可由乙苯生产苯乙烯:+H2↑。下列说法正确的是( )。
A.可用溴的四氯化碳溶液鉴别乙苯和苯乙烯
B.乙苯的同分异构体共有3种
C.乙苯和苯乙烯都属于苯的同系物
D.乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数最多均为7
【答案】A
【解析】苯乙烯可与溴发生加成反应,溶液褪色,而乙苯与溴不反应,故可用溴的四氯化碳溶液鉴别乙苯和苯乙烯,A项正确;若含有苯环,乙苯的同分异构体可为二甲苯,有邻、间、对3种,若不含苯环,则同分异构体的种类更多,B项错误;苯乙烯中苯环所连的烃基不是烷烃基,苯乙烯不是苯的同系物,C项错误;苯环和碳碳双键都为平面结构,与苯环直接相连的原子在同一个平面上,碳碳单键可以旋转,则乙苯分子中最多有8个碳原子共平面,苯乙烯分子中最多有8个碳原子共平面,D项错误。
【灵犀一点】 苯与苯的同系物的比较
(1)甲苯分子中甲基和苯环相互影响
(2)反应条件不同产物不同
(3)苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同
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,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,常得到多元取代产物
氧化 反应 难被氧化,不能使酸性KMnO4溶液褪色 易被氧化剂氧化,能使酸性KMnO4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
【随堂检测】
1.下列关于苯的性质的叙述中,不正确的是( )。
A.苯是无色带有特殊气味的液体
B.常温下苯是不溶于水且密度小于水的液体
C.苯在一定条件下能与溴发生取代反应
D.苯不含真正的碳碳双键,故不能发生加成反应
【答案】D
【解析】苯是无色液体,带有特殊气味,A项正确;在常温下苯是不溶于水的液体,其密度比水小,B项正确;苯和液溴在FeBr3催化下发生取代反应产生溴苯,C项正确;苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的化学键,所有的碳碳键键长相同,键能也相同,苯在一定条件下也能发生加成反应,D项错误。
2.某同学分别用下列装置a和b制备溴苯,下列说法不正确的是( )。
A.两烧瓶中均出现红棕色气体,说明液溴沸点低
B.a装置锥形瓶中出现淡黄色沉淀,可推断烧瓶中发生取代反应
C.b装置试管中CCl4吸收Br2,液体变棕红色
D.b装置中的倒置漏斗起防倒吸作用,漏斗内可形成白烟
【答案】B
【解析】制备溴苯的过程中有热量产生,溶液温度升高,导致沸点较低的液溴挥发,成为红棕色的溴蒸气,A项正确;a装置中挥发出的溴蒸气进入锥形瓶被AgNO3溶液吸收,也会产生淡黄色的AgBr沉淀,故a装置锥形瓶中出现淡黄色沉淀,不能说明苯和液溴发生了取代反应,B项错误;b装置中挥发的Br2被CCl4吸收,成为棕红色的Br2的CCl4溶液,C项正确;HBr气体极易溶于水,用倒置的漏斗可防止倒吸,用浓氨水吸收HBr,挥发的NH3和HBr反应生成固体NH4Br,有白烟产生,D项正确。
3.两种烃的球棍模型如图所示,下列说法正确的是( )。
甲 乙
A.二者均不能与Cl2反应
B.二者互为同分异构体
C.二者都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.二者都不能发生加成反应
【答案】B
【解析】甲是乙苯,乙是间二甲苯,二者分子中均有烷基,在光照下均能与Cl2发生取代反应,A项错误;二者分子式相同,结构不同,互为同分异构体,B项正确;二者都是苯的同系物,都能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项错误;在一定条件下二者都能够与氢气发生加成反应,D项错误。
4.(2021·河北卷)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体,结构简式如图。关于该化合物,下列说法正确的是( )。
A.是苯的同系物
B.分子中最多8个碳原子共平面
C.一氯代物有6种(不考虑立体异构)
D.分子中含有4个碳碳双键
【答案】B
【解析】苯的同系物必须是只含有1个苯环,侧链为烷烃基的芳香烃,由结构简式可知,苯并降冰片烯的侧链不是烷烃基,不属于苯的同系物,A项错误;由结构简式可知,苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平面,B项正确;由结构简式可知,苯并降冰片烯分子的结构上下对称,分子中含有5种等效氢原子,则一氯代物有5种,C项错误;苯环不是单双键交替的结构,由结构简式可知,苯并降冰片烯分子中只含有1个碳碳双键,D项错误。
5.(2022·河北卷改编)在HY沸石催化下,萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
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下列说法正确的是( )。
A.M和N互为同系物
B.M分子中最多有12个碳原子共平面
C.N的一溴代物有4种
D.萘的二溴代物有10种
【答案】D
【解析】M和N互为同分异构体,A项错误;M分子中最多有14个碳原子共平面,B项错误;N的一溴代物有5种,C项错误;萘的结构可表示为,图中的数字表示含H碳原子的标号,两个Br连在同一个苯环上的有1-2、1-3、1-4、2-3,两个Br连在不同苯环上的有1-5、1-6、1-7、1-8、2-6、2-7,其二溴代物共有10种,D项正确。
6.(2019·全国乙卷)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错误的是( )。
A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开K
B.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色
C.装置c中的碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢
D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶,得到溴苯
【答案】D
【解析】若关闭K,向烧瓶中加注液体,会使烧瓶中气体压强增大,苯和溴的混合液不能顺利流下,打开K,可以平衡气压,便于苯和溴的混合液流下,A项正确;装置b中四氯化碳的作用是吸收挥发出的苯和溴蒸气,溴溶于四氯化碳使液体逐渐变为浅红色,B项正确;装置c中碳酸钠溶液呈碱性,能够吸收反应生成的溴化氢气体,C项正确;反应后得到粗溴苯,向粗溴苯中加入稀氢氧化钠溶液洗涤,除去其中溶解的溴,振荡、静置,分层后分液,向有机层中加入适当的干燥剂,然后蒸馏分离出沸点较低的苯,可以得到溴苯,不能用结晶法提纯溴苯,D项错误。
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