2.3.1 苯的结构与性质 课件（共38张ppt）高中化学人教版（2019）选择性必修三
文档属性
| 名称 | 2.3.1 苯的结构与性质 课件（共38张ppt）高中化学人教版（2019）选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-09-15 12:14:04 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
苯的结构与性质
1.苯的物理性质与应用
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℃
0.88 g/cm3 比水轻
苯是一种重要的化工原料和有机溶剂
1．假如有同学在试管中加入水与苯的体积相近，如何用简单的实验证明上层液体是苯还是水呢，如何分离苯和水？
2．1 mol的苯在标准状况下的体积是否为22.4 L
1809年的伦敦，人们对煤气照明感到新奇
孙先辉
孙先辉
苯的发现和命名
煤气通常是压缩在桶里贮运的
人们发现这种桶里总有一种油状液体
但长时间无人问津
法拉第(英国)对这种油状液体产生了浓厚的兴趣
他花了整整五年时间提取这种液体
1825年从中得到了一种无色油状液体
他称为
氢的重碳化合物
1834年，米希尔里希制取并命名了苯。
法拉第发现苯以后，法国化学家日拉尔立即对苯的组成进行测定。
他发现苯仅由碳、氢两种元素组成，其中碳元素的质量分数为92.3%，其蒸气的密度在标准状况下是3.482g/L，试计算苯的相对分子质量，并推到苯的分子式。
苯的分子式确定
苯(C6H6)的不饱和度是多少？
不饱和度为4
苯分子中可能有多少个碳碳双键数？碳碳叁键？
苯分子结构探究
碳碳双键为 4
碳碳三键为 2
19世纪初，有机化学刚刚发展起来，比较成熟的理论只有“碳四价学说”和“碳链学说”。
请根据这两种学说推测苯可能的结构（写出结构简式）。
苯分子结构探究
这些结构是否合理？
如何验证我们的推测是否正确？
苯能否使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色？
CH2＝C＝CH—CH＝C＝CH2
CH2＝C＝C＝CH—CH＝CH2
CH≡C—C≡C—CH2—CH3
CH≡C—CH2—C≡C—CH3
CH2＝CH—CH＝CH—C≡CH
CH2＝CH—C≡CH—CH＝CH
实验
现象
结论
苯具有“烯烃或炔烃”的结构特征吗？
苯中不存在类似烯烃的C＝C键或类似炔烃的C≡C键！
1860年左右，科学家发现苯与液溴在铁粉作用下可以发生反应，且生成的C6H5Br只有一种结构。
1850年左右，科学家发现1mol苯最多能与3molH2发生加成反应。
苯分子结构探究
我坐下来写我的教科书，但工作没有进展
我的思想开小差了，我把椅子转向炉火，打起瞌睡来了
原子又在我眼前跳跃起来，它们盘旋、旋转、像蛇一样地动着
看！那是什么？有一条蛇咬住了自己的尾巴
这个形状虚幻地在我眼前旋转着，像是电光一闪，我醒了
August Kekule，1865
1865年凯库勒
1865年凯库勒提出苯的结构
凯库勒提出苯环状结构学说为有机结构理论奠定坚实基础，被誉为“化学建筑师”。
成功之处：可以解释苯与氢气1:3反应；
可以解释一溴苯只有一种结构；
可以解释当时科学家对苯结构有高度对称
性的认识。
写出上述反应方程式。
凯库勒式的有何不足之处？
不能解释苯不能溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。
不能解释邻二氯苯只有一种结构。（儿子）
1872年，凯库勒提出了“震荡假说”
苯分子中双键的位置不是固定不变的，是可以快速移动。由于双键不断更换位置，所以苯环的六个碳原子是等效的，六个碳氢键也是等效的。
键 能 键长
C—C 1.54 ×10－10 m
苯中碳碳键
C＝C 1.33 ×10－10 m
1.39 ×10－10 m
1935年，英国化学家库克斯用X射线衍射法证实苯的真实结构——平面正六边形，氢原子位于平面六边形顶角，每个碳碳键的键长相等，都是139 pm。键角120。
苯的核磁共振氢谱图
深化理解
苯分子结构
2
孙先辉
1
C6H6
分子式
2
凯库勒式
为纪念凯库勒对苯分子结构的巨大贡献，凯库勒结构式延用到现在。
苯分子结构
2
孙先辉
1
C6H6
分子式
2
结构式
3
键线式
4
5
球棍模型
空间填充模型
结构简式
或
用现代化学键理论解释苯的结构
·
·
·
·
·
·
键长 立体构型 键角 共面情况 碳原子杂化方式 化学键类型
139 pm 平面正六边形 120o 所有C、H原子 sp2杂化 σ键
大π键
大π键是一种介于单键和双键之间的独特的化学键，比较稳定
3.苯的化学性质
苯分子中的大π键比较稳定，在通常情况下不易发生烯烃和炔烃所容易发生的加成反应。
(1)氧化反应
①苯有可燃性： 。
2C6H6＋15O2 12CO2＋6H2O
现象：火焰明亮，产生浓烟
②不能使酸性KMnO4溶液褪色。
——易取代，能加成，难氧化
(2)取代反应
①卤代反应——苯和液溴的取代
溴苯，无色液体，不溶于水，密度比水大
②苯的硝化反应
硝基苯有苦杏仁气味，无色液体，不溶于水，密度比水的大
浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂。
③苯的磺化反应：
苯磺酸
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。
磺化反应被广泛应用于制备合成洗涤剂。
苯与浓硫酸在70~80℃发生取代反应
(3)加成反应
苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应，在以Pt、Ni等为催化剂
并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应。
环己烷
(2)取代反应
①卤代反应——苯和液溴的取代
溴苯
无色油状液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水大
反应现象：
液体轻微沸腾；
反应结束后，三颈烧瓶底部出现棕褐色油状液体（溴苯）；
锥形瓶内有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀不溶于硝酸；
向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，溶液分层，并产生红褐色沉淀。
实验步骤:
①组装好实验装置，检查其气密性，然后加入药品。
②向三颈烧瓶中加入苯和液溴，观察三颈烧瓶和锥形瓶中的现象。
③反应完毕向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，观察三颈烧瓶中生成物的状态。
注意下列几点：
除去溶解在溴苯中的液溴，以提纯溴苯
吸收检验HBr
吸收HBr，防止污染环境
防止倒吸
冷凝回流、导气
苯和液溴 —— 取代 —— 化学反应
苯和溴水 —— 萃取 —— 物理变化
提示：有溴化氢生成，发生的是取代反应。
思考讨论
(2)纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使之恢复本来的面目？
提示：反应中制取的是粗产品，剩余的Br2溶解在生成的溴苯中。
水洗→碱洗→水洗→干燥→蒸馏（得到纯净的溴苯）
(1)锥形瓶内的现象说明发生何种反应？
H
+ Br Br
Br
②苯的硝化反应
硝基苯
硝基苯：有苦杏仁气味，无色液体，不溶于水，密度比水的大。
浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂。
拓展 “浴热”容易控制恒温，且易使被加热物质受热均匀。需要加热，且要控制在100 ℃以下的实验，均可采用水浴加热。如果超过100 ℃，还可采用油浴(0～300 ℃)、沙浴温度更高。
水浴加热
①丙烯分子中，共平面原子至少___个，最多___个
6
7
②苯乙烯分子中，共平面原子至少___个，最多___个
12
16
有机物共线与共面
3
有机物
球棍模型
空间构型
结构特点
正四面体
平面形
直线形
平面正六边形
任意3原子共面
C—C可以旋转
6原子共面
C＝C不能旋转
4原子共线(面)
C≡C不能旋转
12原子共面
对角线上4原子共线
“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”
规律方法点拨
1
2
3
先观察大分子的结构，找出甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的“影子”
再依据甲烷“正四面体”、乙烯“平面形”、乙炔“直线形”和苯“平面形”等空间结构和键角展开结构简式，并注意键的旋转
解题时注意题目限制条件
下列物质中所有原子都有可能在同一平面上的是
A．
B．
C．
D．
有机物 分子中最多有_____个碳原子在同一平面内，最多有____个原子在同一条直线上，与苯环共平面的碳原子至少有_____个。
12
6
9
下列两个结构简式所表示的有机化合物是同一种物质还是同分异构体？请说明你判断的理由。
不存在单双键交替结构，所有碳碳键完全相同，为同种物质
孙先辉
某烃的结构简式为C6H5—C≡C—CH＝CH—CH3，有关其结构说法正确的是
A．所有原子可能在同一平面上
B．所有原子可能在同一条直线上
C．所有碳原子可能在同一平面上
D．所有氢原子可能在同一平面上
孙先辉
己知有机物A的结构简式为 ，请完成下列空白。
1．有机物A的分子式是________。
2．有机物A分子中在同一平面上的碳原子至少有_____个，最多有_____个。
3．有机物A的苯环上的一氯代物有_____种。
C14H14
9
14
四
苯的结构与性质
1.苯的物理性质与应用
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℃
0.88 g/cm3 比水轻
苯是一种重要的化工原料和有机溶剂
1．假如有同学在试管中加入水与苯的体积相近，如何用简单的实验证明上层液体是苯还是水呢，如何分离苯和水？
2．1 mol的苯在标准状况下的体积是否为22.4 L
1809年的伦敦，人们对煤气照明感到新奇
孙先辉
孙先辉
苯的发现和命名
煤气通常是压缩在桶里贮运的
人们发现这种桶里总有一种油状液体
但长时间无人问津
法拉第(英国)对这种油状液体产生了浓厚的兴趣
他花了整整五年时间提取这种液体
1825年从中得到了一种无色油状液体
他称为
氢的重碳化合物
1834年，米希尔里希制取并命名了苯。
法拉第发现苯以后，法国化学家日拉尔立即对苯的组成进行测定。
他发现苯仅由碳、氢两种元素组成，其中碳元素的质量分数为92.3%，其蒸气的密度在标准状况下是3.482g/L，试计算苯的相对分子质量，并推到苯的分子式。
苯的分子式确定
苯(C6H6)的不饱和度是多少？
不饱和度为4
苯分子中可能有多少个碳碳双键数？碳碳叁键？
苯分子结构探究
碳碳双键为 4
碳碳三键为 2
19世纪初，有机化学刚刚发展起来，比较成熟的理论只有“碳四价学说”和“碳链学说”。
请根据这两种学说推测苯可能的结构（写出结构简式）。
苯分子结构探究
这些结构是否合理？
如何验证我们的推测是否正确？
苯能否使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色？
CH2＝C＝CH—CH＝C＝CH2
CH2＝C＝C＝CH—CH＝CH2
CH≡C—C≡C—CH2—CH3
CH≡C—CH2—C≡C—CH3
CH2＝CH—CH＝CH—C≡CH
CH2＝CH—C≡CH—CH＝CH
实验
现象
结论
苯具有“烯烃或炔烃”的结构特征吗？
苯中不存在类似烯烃的C＝C键或类似炔烃的C≡C键！
1860年左右，科学家发现苯与液溴在铁粉作用下可以发生反应，且生成的C6H5Br只有一种结构。
1850年左右，科学家发现1mol苯最多能与3molH2发生加成反应。
苯分子结构探究
我坐下来写我的教科书，但工作没有进展
我的思想开小差了，我把椅子转向炉火，打起瞌睡来了
原子又在我眼前跳跃起来，它们盘旋、旋转、像蛇一样地动着
看！那是什么？有一条蛇咬住了自己的尾巴
这个形状虚幻地在我眼前旋转着，像是电光一闪，我醒了
August Kekule，1865
1865年凯库勒
1865年凯库勒提出苯的结构
凯库勒提出苯环状结构学说为有机结构理论奠定坚实基础，被誉为“化学建筑师”。
成功之处：可以解释苯与氢气1:3反应；
可以解释一溴苯只有一种结构；
可以解释当时科学家对苯结构有高度对称
性的认识。
写出上述反应方程式。
凯库勒式的有何不足之处？
不能解释苯不能溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。
不能解释邻二氯苯只有一种结构。（儿子）
1872年，凯库勒提出了“震荡假说”
苯分子中双键的位置不是固定不变的，是可以快速移动。由于双键不断更换位置，所以苯环的六个碳原子是等效的，六个碳氢键也是等效的。
键 能 键长
C—C 1.54 ×10－10 m
苯中碳碳键
C＝C 1.33 ×10－10 m
1.39 ×10－10 m
1935年，英国化学家库克斯用X射线衍射法证实苯的真实结构——平面正六边形，氢原子位于平面六边形顶角，每个碳碳键的键长相等，都是139 pm。键角120。
苯的核磁共振氢谱图
深化理解
苯分子结构
2
孙先辉
1
C6H6
分子式
2
凯库勒式
为纪念凯库勒对苯分子结构的巨大贡献，凯库勒结构式延用到现在。
苯分子结构
2
孙先辉
1
C6H6
分子式
2
结构式
3
键线式
4
5
球棍模型
空间填充模型
结构简式
或
用现代化学键理论解释苯的结构
·
·
·
·
·
·
键长 立体构型 键角 共面情况 碳原子杂化方式 化学键类型
139 pm 平面正六边形 120o 所有C、H原子 sp2杂化 σ键
大π键
大π键是一种介于单键和双键之间的独特的化学键，比较稳定
3.苯的化学性质
苯分子中的大π键比较稳定，在通常情况下不易发生烯烃和炔烃所容易发生的加成反应。
(1)氧化反应
①苯有可燃性： 。
2C6H6＋15O2 12CO2＋6H2O
现象：火焰明亮，产生浓烟
②不能使酸性KMnO4溶液褪色。
——易取代，能加成，难氧化
(2)取代反应
①卤代反应——苯和液溴的取代
溴苯，无色液体，不溶于水，密度比水大
②苯的硝化反应
硝基苯有苦杏仁气味，无色液体，不溶于水，密度比水的大
浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂。
③苯的磺化反应：
苯磺酸
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。
磺化反应被广泛应用于制备合成洗涤剂。
苯与浓硫酸在70~80℃发生取代反应
(3)加成反应
苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应，在以Pt、Ni等为催化剂
并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应。
环己烷
(2)取代反应
①卤代反应——苯和液溴的取代
溴苯
无色油状液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水大
反应现象：
液体轻微沸腾；
反应结束后，三颈烧瓶底部出现棕褐色油状液体（溴苯）；
锥形瓶内有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀不溶于硝酸；
向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，溶液分层，并产生红褐色沉淀。
实验步骤:
①组装好实验装置，检查其气密性，然后加入药品。
②向三颈烧瓶中加入苯和液溴，观察三颈烧瓶和锥形瓶中的现象。
③反应完毕向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，观察三颈烧瓶中生成物的状态。
注意下列几点：
除去溶解在溴苯中的液溴，以提纯溴苯
吸收检验HBr
吸收HBr，防止污染环境
防止倒吸
冷凝回流、导气
苯和液溴 —— 取代 —— 化学反应
苯和溴水 —— 萃取 —— 物理变化
提示：有溴化氢生成，发生的是取代反应。
思考讨论
(2)纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使之恢复本来的面目？
提示：反应中制取的是粗产品，剩余的Br2溶解在生成的溴苯中。
水洗→碱洗→水洗→干燥→蒸馏（得到纯净的溴苯）
(1)锥形瓶内的现象说明发生何种反应？
H
+ Br Br
Br
②苯的硝化反应
硝基苯
硝基苯：有苦杏仁气味，无色液体，不溶于水，密度比水的大。
浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂。
拓展 “浴热”容易控制恒温，且易使被加热物质受热均匀。需要加热，且要控制在100 ℃以下的实验，均可采用水浴加热。如果超过100 ℃，还可采用油浴(0～300 ℃)、沙浴温度更高。
水浴加热
①丙烯分子中，共平面原子至少___个，最多___个
6
7
②苯乙烯分子中，共平面原子至少___个，最多___个
12
16
有机物共线与共面
3
有机物
球棍模型
空间构型
结构特点
正四面体
平面形
直线形
平面正六边形
任意3原子共面
C—C可以旋转
6原子共面
C＝C不能旋转
4原子共线(面)
C≡C不能旋转
12原子共面
对角线上4原子共线
“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”
规律方法点拨
1
2
3
先观察大分子的结构，找出甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的“影子”
再依据甲烷“正四面体”、乙烯“平面形”、乙炔“直线形”和苯“平面形”等空间结构和键角展开结构简式，并注意键的旋转
解题时注意题目限制条件
下列物质中所有原子都有可能在同一平面上的是
A．
B．
C．
D．
有机物 分子中最多有_____个碳原子在同一平面内，最多有____个原子在同一条直线上，与苯环共平面的碳原子至少有_____个。
12
6
9
下列两个结构简式所表示的有机化合物是同一种物质还是同分异构体？请说明你判断的理由。
不存在单双键交替结构，所有碳碳键完全相同，为同种物质
孙先辉
某烃的结构简式为C6H5—C≡C—CH＝CH—CH3，有关其结构说法正确的是
A．所有原子可能在同一平面上
B．所有原子可能在同一条直线上
C．所有碳原子可能在同一平面上
D．所有氢原子可能在同一平面上
孙先辉
己知有机物A的结构简式为 ，请完成下列空白。
1．有机物A的分子式是________。
2．有机物A分子中在同一平面上的碳原子至少有_____个，最多有_____个。
3．有机物A的苯环上的一氯代物有_____种。
C14H14
9
14
四