第二章 烃 第三节 芳香烃课时1 苯 课件 （共63张PPT）人教版（2019） 选择性必修3
文档属性
| 名称 | 第二章 烃 第三节 芳香烃课时1 苯 课件 （共63张PPT）人教版（2019） 选择性必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-01-08 21:40:53 | ||
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文档简介
(共63张PPT)
第三节 芳香烃
第二章 烃
基础课时 苯
1
1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点,进而理解苯性质的特殊性。2.了解芳香族类化合物在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。
学习目标
一、苯的结构及性质
二、苯的两个典型实验
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、苯的结构及性质
对点训练
(一)知识梳理
1.物理性质
颜色 ______色
状态 液体
气味 有______气味
溶解性 ______溶于水
密度 0.88 g·cm-3,比水的小
熔点 5.5 ℃
沸点 80.1 ℃
无
特殊
不
2.分子的结构
(1)分子组成和结构:
C6H6
CH
(2)空间结构:________________ 。
(3)成键特点
杂化及 键的 特点 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。
大π键 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。
平面正六边形
sp2
σ
120°
相等
平行
大π
3.化学性质
(1)氧化反应:不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色,苯具有可燃性。在空气
里燃烧会产生浓重的黑烟。化学方程式为____________________________。
(2)取代反应
无
特殊气味
不
大
无
苦杏仁
不
大
溴代
提示 苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,不能使溴的四氯化碳溶液褪色,说明苯分子结构中不存在碳碳双键。
问题2 将苯加入到溴水中,振荡静置后,发现溴水层的颜色褪去了,这是什么原因呢
提示 苯与溴水不能因发生化学反应而使溴水褪色,但苯与水互不相溶,且溴在苯中的溶解度比在水中大得多,故苯与溴水混合,苯能将溴水中的溴萃取出来,静置后液体会分层,水层近于无色。
提示 1∶1。等物质的量苯和甲苯与H2完全加成,需要H2的量相同。
1.苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构,下列可以证明该结论的事实是( )
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 ②苯分子中碳碳键的键长完全相等 ③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生反应生成环己烷 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与液溴可发生取代反应,但不能因发生化学反应而使溴水褪色
A.②③④ B.②④⑥ C.①②⑤ D.①③⑤
C
解析 ①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,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;②苯环上碳碳键的键长完全相等,说明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷,假如苯分子中是碳碳单键与碳碳双键的交替结构,也能发生加成反应;④对二甲苯只有一种结构,无法判断苯分子中是否存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;⑤苯在FeBr3存在下与液溴可发生取代反应,生成溴苯,苯不能因发生化学反应而使溴水褪色,说明苯分子中不含碳碳双键,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。
2.(2024·北京清华附中高二期中)下列关于苯的叙述正确的是( )
A.反应①为取代反应,反应的试剂是浓溴水
B.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并带有浓烟
C.反应③为取代反应,有机产物主要是1,2-二硝基苯
D.反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,是因为苯分子中含有三个碳碳双键
B
解析 反应①为苯和液溴发生的取代反应,反应需要铁作为催化剂,A错误;反应②为苯在氧气中燃烧,属于氧化反应,因为含碳量比较高,不完全燃烧,反应现象是火焰明亮并带有浓烟,B正确;反应③为苯和硝酸的取代反应,产物为硝基苯,C错误;反应④为苯与氢气的加成反应,1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,苯分子中不存在碳碳双键,D错误。
【题后归纳】 苯分子中不存在单、双键交替结构的证据
(1)苯分子是平面正六边形结构。
(2)苯分子中所有碳碳键完全等同。
(3)苯分子的邻位二元取代物只有一种。
(4)苯不能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色。
二、苯的两个典型实验
对点训练
(一)知识梳理
1.制备溴苯的实验
实验步骤 及现象 ①检查装置气密性
②将一定量的苯和少量液溴加入烧瓶中,加入少量铁屑,很快观察到在烧瓶口附近出现白雾。
③反应完毕后,将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中,可观察到烧杯底部有褐色不溶于水的油状液体。
④分离提纯溴苯的方法:可向产物中加水,过滤,除去未反应的铁屑、溴化铁等;滤液中加入NaOH溶液,除去溴,然后再水洗,分液,除去NaOH溶液,向分液出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙进行吸水干燥,最后蒸馏除去苯即得纯净的溴苯。
2.制备硝基苯的实验方案
实验 步骤 ①配制混合酸:先将1.5 mL浓硝酸注入烧瓶中,再沿烧瓶内壁慢慢注入
2 mL浓硫酸,并及时摇匀,冷却
②向冷却后的混合酸中逐滴加入1 mL苯,充分振荡使混合均匀
③将烧瓶放在50~60 ℃的水浴中加热
实验 现象 将反应后的液体倒入一个盛有水的烧杯中,可以观察到烧杯底部有微黄色油状液体出现(因溶解了NO2而呈微黄色)
(二)问题探究
问题1 实验室制取硝基苯需要用到浓硝酸和浓硫酸,如何将浓硫酸与浓硝酸混合成混酸
提示 浓硫酸的密度大于浓硝酸,应将浓硫酸沿烧杯内壁注入浓硝酸中,并用玻璃棒不断搅拌,冷却至室温。
问题2 苯的硝化反应中需控制温度为50~60 ℃,试分析其原因,可采用何种加热方式
提示 苯的硝化反应中,若加热温度过低,则反应速率缓慢,若温度过高,如70~80 ℃时,则易发生磺化反应生成苯磺酸;可采用水浴加热,便于控制加热温度。
问题3 制备的硝基苯中仍然有混酸和苯等杂质,如何除去这些杂质得到纯净的硝基苯
提示 将所得粗硝基苯依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤,再用蒸馏水洗涤;最后加入无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏。
【探究归纳】
1.溴苯的制备说明
(1)试剂加入的顺序:苯→液溴→铁屑。液溴的密度比苯的大,先加苯再加液溴是为了使苯与液溴混合均匀,待加入铁屑后,立即发生剧烈反应,因此,试剂加入的顺序不能颠倒。
(2)加入的是铁屑,但真正起催化作用的是FeBr3(2Fe+3Br2===2FeBr3)。
(3)与烧瓶连接的长导管有导气和冷凝回流的作用。因为苯与溴的反应放热,放出的热使一部分苯和溴变成蒸气,这些蒸气经竖直部分的导管冷凝又回流到烧瓶中,既减少了反应物的损失,又可避免生成物中混有过多的杂质。
(4)反应生成的HBr可用AgNO3溶液检验,也可用于证明苯与溴发生的是取代反应而非加成反应。
2.硝基苯的制备说明
(1)采用水浴加热的优点:反应物受热均匀,温度易于控制。
(2)与烧瓶连接的玻璃管起冷凝回流和调节压强的作用,防止苯和浓硝酸挥发到大气中造成污染。
(3)分离提纯硝基苯的方法:将所得粗硝基苯依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤,再用蒸馏水洗涤;最后加入无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏。
3.(2024·湖南长沙市第一中学高二月考)已知苯与液溴的反应是放热反应,某校学生为探究苯与溴发生的反应,用如图装置进行实验。下列说法错误的是( )
A.通过装置 Ⅱ 集气瓶中有浅黄色沉淀生成不可以推断苯和液溴发生取代反应
B.装置 Ⅱ 中苯的作用是吸收挥发出的溴
C.实验结束后,提纯集气瓶 Ⅰ 中溴苯的具体步骤为水洗后分液→碱洗后分液→水洗后分液→干燥→蒸馏
D.一段时间后,装置Ⅱ中的小试管内无分层现象,硝酸银溶液变为橙红色
A
解析 HBr中混有的溴蒸气溶解在苯中,从而排除了Br2的干扰,装置Ⅱ集气瓶中有浅黄色沉淀生成,表明苯与液溴反应生成HBr,由此可推断出苯和液溴发生了取代反应,A错误;若将反应产生的气体直接导入装置Ⅱ的AgNO3溶液中,由于溴的挥发会对HBr的检验产生干扰,故Ⅱ中苯的作用为吸收溴,B正确;实验结束后,集气瓶 Ⅰ 中的混合物中含有溴苯、苯、溴、FeBr3等,若直接碱洗,将生成Fe(OH)3胶状沉淀,给后续工作带来麻烦,则应先水洗(溶解FeBr3)后分液→碱洗(吸收Br2)后分液→水洗(溶解少量碱、NaBr等)后分液→干燥(去除有机物中的少量水)→蒸馏(分离苯和溴苯),C正确;装置Ⅱ中,起初小试管中只有苯,液溴不断溶解在苯中得到溴的苯溶液,呈橙红色,小试管内无分层现象,HBr逸出后,与AgNO3反应,生成AgBr浅黄色沉淀和HNO3,一段时间后,当生成HNO3浓度较大时,将一部分HBr氧化为Br2,溶解在硝酸银溶液中,从而使硝酸银溶液变为橙红色,D正确。
4.(2024·陕西西安雁塔区第二中学高二期中)硝基苯是重要的化工原料,用途广泛。
Ⅰ.制备硝基苯可能用到的有关数据列表如下:
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度(20 ℃)/ （g·cm-3） 溶解性
苯 5.5 80 0.88 微溶于水
硝基苯 5.7 210.9 1.205 难溶于水
浓硝酸 83 1.4 易溶于水
浓硫酸 338 1.84 易溶于水
Ⅱ.制备硝基苯的反应装置图如下:
Ⅲ.制备、提纯硝基苯的流程如下:
请回答下列问题:
(1)制备硝基苯的化学方程式为 。
(2)反应装置中的长玻璃导管可以用 代替(填玻璃仪器名称);恒压滴液漏斗的优点是 。
(3)最后一次水洗后分液得到粗产品2时,粗产品2应 (填“a” 或“b”)。
a.从分液漏斗上口倒出 b.从分液漏斗下口放出
(4)步骤④用到固体无水氯化钙的作用为 。
(5)步骤⑤蒸馏操作中,锥形瓶中收集到的物质为 。
球形冷凝管
平衡气压,使混合酸能顺利流下
b
作干燥剂
苯
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)苯的结构
1.(2024·陕西咸阳市实验中学高二月考)下列有关苯的描述中,错误的是( )
A.苯分子中每个碳原子的sp2杂化轨道中的一个参与形成大π键
B.常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体
C.苯分子中碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键
D.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120°
A
解析 苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,未杂化的p轨道参与形成大π键,A错误;常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体,B正确;苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键,C正确;苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120°,D正确。
2.苯环实际上不具有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有( )
①苯的间位二元取代物只有一种 ②苯的邻位二元取代物只有一种
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
3.(2024·福建福州外国语学校高二期中)甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子都被苯基取代,可以得到的分子如图,对该分子的描述,不正确的是( )
A.分子式为C25H20
B.所有的碳原子可能都在同一平面上
C.所有原子一定不在同一平面上
D.此物质属于烃
B
解析 分子中含有4个苯环,共含有25个C和20个H,则分子式为C25H20,故A正确;甲烷是正四面体,苯环是平面形分子,中间碳所连的四个碳原子一定不在同一平面上,B错误;分子中含有饱和烃基,具有甲烷的结构特点,所有原子不可能在同一平面上,C正确;该有机物只有C和H元素,属于烃,D正确。
4.关于苯的说法中,正确的是( )
D
解析 从苯的分子式C6H6可以看出,其氢原子远未达到饱和,应属不饱和烃,而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色是由于苯分子中的碳碳键都相同,是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键,A错误;苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构,不能由其来认定苯分子中含有双键,因而苯也不属于烯烃,B错误;在催化剂的作用下,苯与H2能发生加成反应生成环己烷,C错误;苯分子为平面正六边形结构,其分子中6个碳原子之间的价键完全相同,D正确。
(二)苯的性质
5.(2024·云南昆明五华区高二月考)下列反应类型相同的是( )
A.CH3Cl光照下与氯气反应;乙烯使溴水褪色
B.苯使溴水褪色;苯的燃烧反应
C.苯的硝化反应;苯的磺化反应
D.乙烯使KMnO4溶液褪色;乙烯合成聚乙烯
C
解析 CH3Cl光照下与氯气发生取代反应生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢,乙烯使溴水褪色,是乙烯与溴单质发生加成反应所致,两个反应的反应类型不同,A不符合题意;苯使溴水褪色,是因为苯可以萃取溴单质,使水层接近无色,不属于化学变化,B不符合题意;苯的硝化反应和磺化反应分别是苯与硝酸、硫酸发生取代反应得到的,所以两个反应类型均属于取代反应,C符合题意;乙烯使KMnO4溶液褪色是因为酸性高锰酸钾被乙烯还原所致,属于有机反应类型中的氧化反应,而乙烯合成聚乙烯,属于加聚反应,D不符合题意。
6.苯分子结构的确定经历了漫长的历史过程。下列关于苯的说法正确的是( )
D
(三)苯的典型实验
7.实验室制备硝基苯,经过配制混酸、硝化反应(50~60 ℃)、洗涤分离、干燥蒸馏等步骤,以下装置能达到目的的是( )
解析 浓硫酸密度大,为防止酸液飞溅,配制混酸时应将浓硫酸加入浓硝酸中,A错误;制备硝基苯时反应温度应在50~60 ℃,为控制反应温度应该用水浴加热,B错误;硝基苯不溶于水且密度比水的大,分离硝基苯应该用分液的方法,C正确;蒸馏硝基苯时,温度计水银球应该与支管口平齐,D错误。
C
8.(2024·河北邯郸市高二十校联考)苯环的结构很稳定,常温下较难发生化学反应。某实验小组利用下列装置探究苯在一定条件下的反应产物。回答下列问题:
Ⅰ.实验室制取硝基苯常采用如图所示装置。
已知:苯与硝基苯的沸点分别为80.1 ℃、210.9 ℃,且二者互溶。
(1)①开始时应向试管中加入一定量的苯、浓硫酸和 。
②该装置采取水浴加热并控制温度在50~60 ℃的原因是
;写出制取硝基苯的化学方程
式: 。 制得的产物可通过
方法提纯。
浓硝酸
受热均匀,容易控制温度
蒸馏
Ⅱ.该小组同学还设计了A、B、C三组实验装置用来制取溴苯。
(2)装置C中当把软橡胶袋中的铁粉加到混合液中后,观察到的现象有液体沸腾,烧瓶中 ,三个装置中所共同发生的有机反应的化学方程式为
。
溶液颜色逐渐变浅,且充满白雾
(3)实验结束后,小明取装置A中锥形瓶中的水溶液少许,加入AgNO3溶液得到浅黄色沉淀,证明苯与溴发生了取代反应,该结论 (填“正确”或“错误”),原因是 。
(4)装置B中足量CCl4的作用是
。
(5)装置B也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是原料逸出使利用率降低和 。
错误
液溴具有很强的挥发性,挥发出来的Br2与H2O能反应生成HBr
除去HBr中的挥发出来的Br2,排除溴与水反应对实验结论的干扰
试管中导管插入液面以下,且未使用防倒吸装置
解析 (3)由于液溴具有很强的挥发性,挥发出来的Br2与H2O能反应生成HBr,故实验结束后,小明取装置A中锥形瓶中的水溶液少许,加入AgNO3溶液得到浅黄色沉淀,证明苯与溴发生了取代反应,该结论是错误的;(4)由(3)分析可知,装置B中足量CCl4的作用是除去HBr中的挥发出来的Br2,排除溴与水反应对实验结论的干扰;(5)HBr极易溶于水,吸收HBr时需要防倒吸装置,故装置B也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行,这两个缺点是原料逸出使利用率降低和试管中导管插入液面以下,且未使用防倒吸装置。
B级 素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
9.(2024·湖南永州市第一中学高二月考)在探索苯分子结构的过程中,人们写出了符合分子式“C6H6”的多种可能结构(如图所示),下列说法正确的是( )
A.c、e的一氯代物均有2种
B.五种物质均能与氢气发生加成反应
C.a、b、c、e能使溴的四氯化碳溶液褪色
D.五种物质中,只有a分子的所有原子处于同一平面
AD
解析 c、e均有两种环境的H原子,对应的一氯取代物有2种,A正确;d对应的结构中没有碳碳双键,不能与氢气发生加成反应,B错误;b、c、e对应的结构中能使溴的四氯化碳溶液褪色,苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色,C错误;依据甲烷结构可知,分子内有甲基、亚甲基结构的所有原子不可能共平面,苯环所有原子共平面,因此只有a对应的结构中所有原子均处于同一平面,D正确。
10.苯的硝化反应和磺化反应的反应进程与相对能量的关系如图,下列说法不正确的是( )
A.硝化反应中有极性键的断裂和形成
B.在硝化反应中速率较快的反应是中间体B转化为
硝基苯
C.磺化反应中间体A某些变成产物,某些逆转成起始物
D
如图所示是以苯为原料制备某些化合物的转化关系图:
(1)A是一种密度比水的______ (填“小”或“大”)的无色液体。苯转化为A的化学反应方程式为
大
______________________________________;
A转化为B的反应类型是 。
取代反应
(2)实验室制取的C中往往混有少量的溴,除去C中少量溴的原理是
(用化学方程式表示):由C转化为D的化学方程式是
。
(3)B中苯环上的二氯代物有 种。
3Br2+6NaOH===5NaBr+NaBrO3+3H2O
6
Thanks！
本
讲
内
容
结
束
第三节 芳香烃
第二章 烃
基础课时 苯
1
1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点,进而理解苯性质的特殊性。2.了解芳香族类化合物在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。
学习目标
一、苯的结构及性质
二、苯的两个典型实验
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、苯的结构及性质
对点训练
(一)知识梳理
1.物理性质
颜色 ______色
状态 液体
气味 有______气味
溶解性 ______溶于水
密度 0.88 g·cm-3,比水的小
熔点 5.5 ℃
沸点 80.1 ℃
无
特殊
不
2.分子的结构
(1)分子组成和结构:
C6H6
CH
(2)空间结构:________________ 。
(3)成键特点
杂化及 键的 特点 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。
大π键 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。
平面正六边形
sp2
σ
120°
相等
平行
大π
3.化学性质
(1)氧化反应:不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色,苯具有可燃性。在空气
里燃烧会产生浓重的黑烟。化学方程式为____________________________。
(2)取代反应
无
特殊气味
不
大
无
苦杏仁
不
大
溴代
提示 苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,不能使溴的四氯化碳溶液褪色,说明苯分子结构中不存在碳碳双键。
问题2 将苯加入到溴水中,振荡静置后,发现溴水层的颜色褪去了,这是什么原因呢
提示 苯与溴水不能因发生化学反应而使溴水褪色,但苯与水互不相溶,且溴在苯中的溶解度比在水中大得多,故苯与溴水混合,苯能将溴水中的溴萃取出来,静置后液体会分层,水层近于无色。
提示 1∶1。等物质的量苯和甲苯与H2完全加成,需要H2的量相同。
1.苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构,下列可以证明该结论的事实是( )
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 ②苯分子中碳碳键的键长完全相等 ③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生反应生成环己烷 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与液溴可发生取代反应,但不能因发生化学反应而使溴水褪色
A.②③④ B.②④⑥ C.①②⑤ D.①③⑤
C
解析 ①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,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;②苯环上碳碳键的键长完全相等,说明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷,假如苯分子中是碳碳单键与碳碳双键的交替结构,也能发生加成反应;④对二甲苯只有一种结构,无法判断苯分子中是否存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构;⑤苯在FeBr3存在下与液溴可发生取代反应,生成溴苯,苯不能因发生化学反应而使溴水褪色,说明苯分子中不含碳碳双键,可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。
2.(2024·北京清华附中高二期中)下列关于苯的叙述正确的是( )
A.反应①为取代反应,反应的试剂是浓溴水
B.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并带有浓烟
C.反应③为取代反应,有机产物主要是1,2-二硝基苯
D.反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,是因为苯分子中含有三个碳碳双键
B
解析 反应①为苯和液溴发生的取代反应,反应需要铁作为催化剂,A错误;反应②为苯在氧气中燃烧,属于氧化反应,因为含碳量比较高,不完全燃烧,反应现象是火焰明亮并带有浓烟,B正确;反应③为苯和硝酸的取代反应,产物为硝基苯,C错误;反应④为苯与氢气的加成反应,1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,苯分子中不存在碳碳双键,D错误。
【题后归纳】 苯分子中不存在单、双键交替结构的证据
(1)苯分子是平面正六边形结构。
(2)苯分子中所有碳碳键完全等同。
(3)苯分子的邻位二元取代物只有一种。
(4)苯不能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色。
二、苯的两个典型实验
对点训练
(一)知识梳理
1.制备溴苯的实验
实验步骤 及现象 ①检查装置气密性
②将一定量的苯和少量液溴加入烧瓶中,加入少量铁屑,很快观察到在烧瓶口附近出现白雾。
③反应完毕后,将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中,可观察到烧杯底部有褐色不溶于水的油状液体。
④分离提纯溴苯的方法:可向产物中加水,过滤,除去未反应的铁屑、溴化铁等;滤液中加入NaOH溶液,除去溴,然后再水洗,分液,除去NaOH溶液,向分液出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙进行吸水干燥,最后蒸馏除去苯即得纯净的溴苯。
2.制备硝基苯的实验方案
实验 步骤 ①配制混合酸:先将1.5 mL浓硝酸注入烧瓶中,再沿烧瓶内壁慢慢注入
2 mL浓硫酸,并及时摇匀,冷却
②向冷却后的混合酸中逐滴加入1 mL苯,充分振荡使混合均匀
③将烧瓶放在50~60 ℃的水浴中加热
实验 现象 将反应后的液体倒入一个盛有水的烧杯中,可以观察到烧杯底部有微黄色油状液体出现(因溶解了NO2而呈微黄色)
(二)问题探究
问题1 实验室制取硝基苯需要用到浓硝酸和浓硫酸,如何将浓硫酸与浓硝酸混合成混酸
提示 浓硫酸的密度大于浓硝酸,应将浓硫酸沿烧杯内壁注入浓硝酸中,并用玻璃棒不断搅拌,冷却至室温。
问题2 苯的硝化反应中需控制温度为50~60 ℃,试分析其原因,可采用何种加热方式
提示 苯的硝化反应中,若加热温度过低,则反应速率缓慢,若温度过高,如70~80 ℃时,则易发生磺化反应生成苯磺酸;可采用水浴加热,便于控制加热温度。
问题3 制备的硝基苯中仍然有混酸和苯等杂质,如何除去这些杂质得到纯净的硝基苯
提示 将所得粗硝基苯依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤,再用蒸馏水洗涤;最后加入无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏。
【探究归纳】
1.溴苯的制备说明
(1)试剂加入的顺序:苯→液溴→铁屑。液溴的密度比苯的大,先加苯再加液溴是为了使苯与液溴混合均匀,待加入铁屑后,立即发生剧烈反应,因此,试剂加入的顺序不能颠倒。
(2)加入的是铁屑,但真正起催化作用的是FeBr3(2Fe+3Br2===2FeBr3)。
(3)与烧瓶连接的长导管有导气和冷凝回流的作用。因为苯与溴的反应放热,放出的热使一部分苯和溴变成蒸气,这些蒸气经竖直部分的导管冷凝又回流到烧瓶中,既减少了反应物的损失,又可避免生成物中混有过多的杂质。
(4)反应生成的HBr可用AgNO3溶液检验,也可用于证明苯与溴发生的是取代反应而非加成反应。
2.硝基苯的制备说明
(1)采用水浴加热的优点:反应物受热均匀,温度易于控制。
(2)与烧瓶连接的玻璃管起冷凝回流和调节压强的作用,防止苯和浓硝酸挥发到大气中造成污染。
(3)分离提纯硝基苯的方法:将所得粗硝基苯依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤,再用蒸馏水洗涤;最后加入无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏。
3.(2024·湖南长沙市第一中学高二月考)已知苯与液溴的反应是放热反应,某校学生为探究苯与溴发生的反应,用如图装置进行实验。下列说法错误的是( )
A.通过装置 Ⅱ 集气瓶中有浅黄色沉淀生成不可以推断苯和液溴发生取代反应
B.装置 Ⅱ 中苯的作用是吸收挥发出的溴
C.实验结束后,提纯集气瓶 Ⅰ 中溴苯的具体步骤为水洗后分液→碱洗后分液→水洗后分液→干燥→蒸馏
D.一段时间后,装置Ⅱ中的小试管内无分层现象,硝酸银溶液变为橙红色
A
解析 HBr中混有的溴蒸气溶解在苯中,从而排除了Br2的干扰,装置Ⅱ集气瓶中有浅黄色沉淀生成,表明苯与液溴反应生成HBr,由此可推断出苯和液溴发生了取代反应,A错误;若将反应产生的气体直接导入装置Ⅱ的AgNO3溶液中,由于溴的挥发会对HBr的检验产生干扰,故Ⅱ中苯的作用为吸收溴,B正确;实验结束后,集气瓶 Ⅰ 中的混合物中含有溴苯、苯、溴、FeBr3等,若直接碱洗,将生成Fe(OH)3胶状沉淀,给后续工作带来麻烦,则应先水洗(溶解FeBr3)后分液→碱洗(吸收Br2)后分液→水洗(溶解少量碱、NaBr等)后分液→干燥(去除有机物中的少量水)→蒸馏(分离苯和溴苯),C正确;装置Ⅱ中,起初小试管中只有苯,液溴不断溶解在苯中得到溴的苯溶液,呈橙红色,小试管内无分层现象,HBr逸出后,与AgNO3反应,生成AgBr浅黄色沉淀和HNO3,一段时间后,当生成HNO3浓度较大时,将一部分HBr氧化为Br2,溶解在硝酸银溶液中,从而使硝酸银溶液变为橙红色,D正确。
4.(2024·陕西西安雁塔区第二中学高二期中)硝基苯是重要的化工原料,用途广泛。
Ⅰ.制备硝基苯可能用到的有关数据列表如下:
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度(20 ℃)/ （g·cm-3） 溶解性
苯 5.5 80 0.88 微溶于水
硝基苯 5.7 210.9 1.205 难溶于水
浓硝酸 83 1.4 易溶于水
浓硫酸 338 1.84 易溶于水
Ⅱ.制备硝基苯的反应装置图如下:
Ⅲ.制备、提纯硝基苯的流程如下:
请回答下列问题:
(1)制备硝基苯的化学方程式为 。
(2)反应装置中的长玻璃导管可以用 代替(填玻璃仪器名称);恒压滴液漏斗的优点是 。
(3)最后一次水洗后分液得到粗产品2时,粗产品2应 (填“a” 或“b”)。
a.从分液漏斗上口倒出 b.从分液漏斗下口放出
(4)步骤④用到固体无水氯化钙的作用为 。
(5)步骤⑤蒸馏操作中,锥形瓶中收集到的物质为 。
球形冷凝管
平衡气压,使混合酸能顺利流下
b
作干燥剂
苯
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)苯的结构
1.(2024·陕西咸阳市实验中学高二月考)下列有关苯的描述中,错误的是( )
A.苯分子中每个碳原子的sp2杂化轨道中的一个参与形成大π键
B.常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体
C.苯分子中碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键
D.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120°
A
解析 苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,未杂化的p轨道参与形成大π键,A错误;常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体,B正确;苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键,C正确;苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120°,D正确。
2.苯环实际上不具有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有( )
①苯的间位二元取代物只有一种 ②苯的邻位二元取代物只有一种
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
3.(2024·福建福州外国语学校高二期中)甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子都被苯基取代,可以得到的分子如图,对该分子的描述,不正确的是( )
A.分子式为C25H20
B.所有的碳原子可能都在同一平面上
C.所有原子一定不在同一平面上
D.此物质属于烃
B
解析 分子中含有4个苯环,共含有25个C和20个H,则分子式为C25H20,故A正确;甲烷是正四面体,苯环是平面形分子,中间碳所连的四个碳原子一定不在同一平面上,B错误;分子中含有饱和烃基,具有甲烷的结构特点,所有原子不可能在同一平面上,C正确;该有机物只有C和H元素,属于烃,D正确。
4.关于苯的说法中,正确的是( )
D
解析 从苯的分子式C6H6可以看出,其氢原子远未达到饱和,应属不饱和烃,而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色是由于苯分子中的碳碳键都相同,是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键,A错误;苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构,不能由其来认定苯分子中含有双键,因而苯也不属于烯烃,B错误;在催化剂的作用下,苯与H2能发生加成反应生成环己烷,C错误;苯分子为平面正六边形结构,其分子中6个碳原子之间的价键完全相同,D正确。
(二)苯的性质
5.(2024·云南昆明五华区高二月考)下列反应类型相同的是( )
A.CH3Cl光照下与氯气反应;乙烯使溴水褪色
B.苯使溴水褪色;苯的燃烧反应
C.苯的硝化反应;苯的磺化反应
D.乙烯使KMnO4溶液褪色;乙烯合成聚乙烯
C
解析 CH3Cl光照下与氯气发生取代反应生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢,乙烯使溴水褪色,是乙烯与溴单质发生加成反应所致,两个反应的反应类型不同,A不符合题意;苯使溴水褪色,是因为苯可以萃取溴单质,使水层接近无色,不属于化学变化,B不符合题意;苯的硝化反应和磺化反应分别是苯与硝酸、硫酸发生取代反应得到的,所以两个反应类型均属于取代反应,C符合题意;乙烯使KMnO4溶液褪色是因为酸性高锰酸钾被乙烯还原所致,属于有机反应类型中的氧化反应,而乙烯合成聚乙烯,属于加聚反应,D不符合题意。
6.苯分子结构的确定经历了漫长的历史过程。下列关于苯的说法正确的是( )
D
(三)苯的典型实验
7.实验室制备硝基苯,经过配制混酸、硝化反应(50~60 ℃)、洗涤分离、干燥蒸馏等步骤,以下装置能达到目的的是( )
解析 浓硫酸密度大,为防止酸液飞溅,配制混酸时应将浓硫酸加入浓硝酸中,A错误;制备硝基苯时反应温度应在50~60 ℃,为控制反应温度应该用水浴加热,B错误;硝基苯不溶于水且密度比水的大,分离硝基苯应该用分液的方法,C正确;蒸馏硝基苯时,温度计水银球应该与支管口平齐,D错误。
C
8.(2024·河北邯郸市高二十校联考)苯环的结构很稳定,常温下较难发生化学反应。某实验小组利用下列装置探究苯在一定条件下的反应产物。回答下列问题:
Ⅰ.实验室制取硝基苯常采用如图所示装置。
已知:苯与硝基苯的沸点分别为80.1 ℃、210.9 ℃,且二者互溶。
(1)①开始时应向试管中加入一定量的苯、浓硫酸和 。
②该装置采取水浴加热并控制温度在50~60 ℃的原因是
;写出制取硝基苯的化学方程
式: 。 制得的产物可通过
方法提纯。
浓硝酸
受热均匀,容易控制温度
蒸馏
Ⅱ.该小组同学还设计了A、B、C三组实验装置用来制取溴苯。
(2)装置C中当把软橡胶袋中的铁粉加到混合液中后,观察到的现象有液体沸腾,烧瓶中 ,三个装置中所共同发生的有机反应的化学方程式为
。
溶液颜色逐渐变浅,且充满白雾
(3)实验结束后,小明取装置A中锥形瓶中的水溶液少许,加入AgNO3溶液得到浅黄色沉淀,证明苯与溴发生了取代反应,该结论 (填“正确”或“错误”),原因是 。
(4)装置B中足量CCl4的作用是
。
(5)装置B也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是原料逸出使利用率降低和 。
错误
液溴具有很强的挥发性,挥发出来的Br2与H2O能反应生成HBr
除去HBr中的挥发出来的Br2,排除溴与水反应对实验结论的干扰
试管中导管插入液面以下,且未使用防倒吸装置
解析 (3)由于液溴具有很强的挥发性,挥发出来的Br2与H2O能反应生成HBr,故实验结束后,小明取装置A中锥形瓶中的水溶液少许,加入AgNO3溶液得到浅黄色沉淀,证明苯与溴发生了取代反应,该结论是错误的;(4)由(3)分析可知,装置B中足量CCl4的作用是除去HBr中的挥发出来的Br2,排除溴与水反应对实验结论的干扰;(5)HBr极易溶于水,吸收HBr时需要防倒吸装置,故装置B也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行,这两个缺点是原料逸出使利用率降低和试管中导管插入液面以下,且未使用防倒吸装置。
B级 素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
9.(2024·湖南永州市第一中学高二月考)在探索苯分子结构的过程中,人们写出了符合分子式“C6H6”的多种可能结构(如图所示),下列说法正确的是( )
A.c、e的一氯代物均有2种
B.五种物质均能与氢气发生加成反应
C.a、b、c、e能使溴的四氯化碳溶液褪色
D.五种物质中,只有a分子的所有原子处于同一平面
AD
解析 c、e均有两种环境的H原子,对应的一氯取代物有2种,A正确;d对应的结构中没有碳碳双键,不能与氢气发生加成反应,B错误;b、c、e对应的结构中能使溴的四氯化碳溶液褪色,苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色,C错误;依据甲烷结构可知,分子内有甲基、亚甲基结构的所有原子不可能共平面,苯环所有原子共平面,因此只有a对应的结构中所有原子均处于同一平面,D正确。
10.苯的硝化反应和磺化反应的反应进程与相对能量的关系如图,下列说法不正确的是( )
A.硝化反应中有极性键的断裂和形成
B.在硝化反应中速率较快的反应是中间体B转化为
硝基苯
C.磺化反应中间体A某些变成产物,某些逆转成起始物
D
如图所示是以苯为原料制备某些化合物的转化关系图:
(1)A是一种密度比水的______ (填“小”或“大”)的无色液体。苯转化为A的化学反应方程式为
大
______________________________________;
A转化为B的反应类型是 。
取代反应
(2)实验室制取的C中往往混有少量的溴,除去C中少量溴的原理是
(用化学方程式表示):由C转化为D的化学方程式是
。
(3)B中苯环上的二氯代物有 种。
3Br2+6NaOH===5NaBr+NaBrO3+3H2O
6
Thanks！
本
讲
内
容
结
束