第三节 芳香烃
课标定向 胸中有蓝图
1.能认识芳香烃的组成和结构特点。能写出芳香烃简单代表物的结构简式和名称。(宏观辨识与微观探析)
2.能描述芳香烃典型代表物(苯、甲苯)的主要性质,能书写相应反应的化学方程式。(宏观辨识与微观探析)
3.能了解芳香烃在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。(科学态度与社会责任)
一、苯
1.芳香烃:在烃类化合物中,含有一个或多个苯环的化合物,最简单的芳香烃为苯。
2.苯的物理性质
颜色状态 密度、溶解性 毒性 熔、沸点 挥发性
无色有特殊 气味的液体 不溶于水且 密度比水小 有毒 较低 易挥发
3.苯的分子结构
(1)实验探究
实验 操作
实验 现象 液体分层,上层无色,下层紫红色 液体分层,上层橙红色,下层无色
结论 原因 苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,也不与溴水反应,苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
(2)成键特点:苯分子中六个碳原子均采取sp2杂化,分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合,键角均为120°,六个碳碳键的键长相等,介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。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。苯分子中所有原子共平面。
(3)分子组成和结构的不同表示方法:
4.苯的化学性质
(1)氧化反应:燃烧时火焰明亮,有浓重的黑烟,化学方程式:2C6H6+15O212CO2+6H2O。
(2)取代反应
①卤代反应:苯与液溴在FeBr3催化下的反应:
。
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:在浓硫酸作用下,苯在50~60 ℃与浓硝酸发生反应生成硝基苯:
。
硝基苯():无色液体,有苦杏仁气味,不溶于水,密度比水的大。
③磺化反应:苯与浓硫酸在70~80 ℃发生反应生成苯磺酸:
。
(3)加成反应
苯与H2在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下,发生加成反应生成环己烷:
。
二、苯的同系物
1.苯的同系物的组成和结构特点
(1)苯的同系物:苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。
(2)结构特点:分子中只有一个苯环,侧链都是烷基。
(3)通式:CnH2n-6(n≥7)。
(4)常见苯的同系物
名称 结构简式
甲苯
乙苯
二 甲 苯 邻二甲苯 (1,2-二甲苯)
间二甲苯 (1,3-二甲苯)
对二甲苯 (1,4-二甲苯)
2.苯的同系物的性质
(1)物理性质: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)化学性质(以甲苯为例)
①氧化反应
a.与酸性高锰酸钾溶液的反应
ⅰ.甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,这是甲苯上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化的结果。
ⅱ.氧化规律:
苯的同系物侧链的烷基中,直接与苯环连接的碳原子上没有氢原子时,该物质一般不能被KMnO4(H+)氧化为苯甲酸。
b.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反应生成三硝基取代物,化学方程式为。
a.甲苯的三硝基取代物的系统命名为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。
b.2,4,6-三硝基甲苯是一种烈性炸药,广泛用于国防、采矿、筑路、水利建设等。
③加成反应
在催化剂和加热的条件下甲苯与H2发生加成反应,生成甲基环己烷,化学方程式为。
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)1 mol苯中含有3NA个碳碳双键(NA表示阿伏加德罗常数的值)。(×)
提示:苯分子中不含碳碳双键。
(2)苯的邻位二氯代物只有1种结构。(√)
提示:苯为平面正六边形结构,邻位二氯代物只有1种结构。
(3)甲苯中所有的原子在同一平面上。(×)
提示:甲基碳原子采用sp3杂化,为四面体结构,所有原子不可能在同一平面。
(4)乙苯的一氯代物有3种。(×)
提示:乙苯的一氯代物有5种,苯环上3种,乙基上2种。
(5)甲苯与溴水即使在加入铁粉的条件下也不能发生取代反应。(√)
提示:苯的同系物能与液溴发生取代反应,不能与溴水反应。
探究任务一:苯与苯的同系物性质比较及命名
【导学探究】
探究点一:区别苯和苯的同系物的性质
实验1.
现象 解释
振荡前 溴水在下层 溴水的密度大于苯和甲苯
振荡后 液体分层,上层均为橙红色,下层几乎无色 苯、甲苯与溴水均不反应,但能萃取溴
实验2.
现象 解释
振荡前 酸性KMnO4溶液在下层 酸性KMnO4溶液的密度大于苯和甲苯
振荡后 苯无明显现象,甲苯中紫红色褪去 苯不与酸性KMnO4溶液反应,甲苯与酸性KMnO4溶液反应
1.填写上述表格。
2.苯和甲苯遇到酸性高锰酸钾溶液出现不同现象的原因是什么
提示:苯不能被酸性KMnO4溶液氧化。甲苯中苯环使甲基活化,被酸性KMnO4溶液氧化,紫红色褪去。
3.已知苯的同系物与卤素单质在不同条件下被取代的氢原子位置不同,光照下取代烷基上氢原子。试写出下列化学方程式。
(1)甲苯和氯气在光照下反应生成一氯代物:_________________________。
提示:
(2)甲苯与液溴在FeBr3作催化剂的条件下反应生成一溴代物:
_______________________。
提示:
探究点二:掌握苯的同系物的命名方法
4.邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的系统命名分别为1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯。根据上述系统命名的方法对下列物质进行命名。
:_________________________;
:_________________________;
:_________________________。
提示:1,3,5-三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,2,3-三甲苯。
【归纳总结】
苯和苯的同系物的比较
项目 苯 苯的同系物(如甲苯)
溴水 不反应,萃取出现分层;下层为无色水层,上层为橙红色有机层
Br2/ CCl4 不反应不分层
溴单质 与液溴在溴化铁催化作用下发生取代反应 与液溴在溴化铁催化作用下发生苯环上的邻对位上的取代
与溴蒸气在光照条件下发生烷基上的取代
酸性 KMnO4 溶液 不褪色 褪色(侧链被氧化)
可用于鉴别苯和苯的同系物
【针对训练】
(2024·广州高二检测)甲苯的转化关系如图所示(部分产物未标出)。下列说法正确的是( )
A.反应①的主要产物是
B.反应②说明甲基使苯环上的氢原子易被取代
C.反应③的两种物质刚混合时分层,上层呈紫红色
D.反应④的产物的一氯代物有4种
【解析】选B。反应①甲苯在光照下与氯气发生甲基上的取代反应,不应在苯环上,A错误;反应②中甲苯的邻位和对位同时被取代,说明甲基使苯环上的氢原子易被取代,B正确;甲苯的密度比水小,酸性高锰酸钾溶液在下方,刚混合时分层,下层呈紫红色,C错误;反应④的产物为甲基环己烷,含有5种等效氢,即一氯代物有5种,D错误。
[拓展思考](1)甲苯的一氯代物有几种
提示:4。甲苯的等效氢有4种,故一氯代物有4种。
(2)能否发生反应③,如能,写出氧化产物的结构简式。
提示:能,能被酸性高锰酸钾溶液氧化,产物为。
【补偿训练】下列关于乙苯()的叙述正确的是( )
①能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②可以发生加聚反应 ③可溶于水
④可溶于苯 ⑤能与浓硝酸发生取代反应 ⑥所有原子可能共面
A.①④⑤ B.①②⑤⑥
C.①②④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥
【解析】选A。乙苯中乙基能被酸性高锰酸钾溶液氧化,使酸性高锰酸钾溶液褪色,故①正确;乙苯中不含碳碳双键或碳碳三键,不能发生加聚反应,故②错误;乙苯为苯的同系物,不溶于水,故③错误;根据相似相溶原理可知,乙苯可溶于苯,故④正确;乙苯分子中的苯环能与浓硝酸发生取代反应,故⑤正确;苯环为平面结构,根据甲基为四面体结构可知所有原子不可能共面,故⑥错误。
探究任务二:苯的溴代反应和硝化反应
【导学探究】
探究点一:掌握苯的溴代反应实验
实验室可用如图所示装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴,再将苯和液溴的混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞处于关闭状态)。
1.实验结束时打开A下端的活塞,让反应液流入B中,充分振荡B后静置,能够观察到的明显现象是什么 充分振荡目的是什么
提示:液体分层,下层油状物颜色变淡;使反应充分,除去溶于溴苯中的溴。
2.从B中液体分离出溴苯时需要用到的主要玻璃仪器是 。
提示:分液漏斗。从B中液体分离出溴苯采用分液的方法,需要用到的主要玻璃仪器是分液漏斗。
3.C中盛放CCl4的作用是 。
提示:除去溴化氢气体中的溴蒸气以及挥发出的苯蒸气。
探究点二:学会苯的硝化反应实验
实验室制取硝基苯的装置如图所示:
4.实验室制备硝基苯的装置中一般都有长导管,其作用是什么
提示:冷凝回流。
5.除去混合酸后,粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤。
(1)为了使反应在50~60 ℃下进行,常用的加热方法是 ,该方法的优点是 。
提示:水浴加热 受热均匀,易控制温度。
(2)硝基苯粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是 。
提示:将残留的少量酸转化为易溶于水而难溶于硝基苯的钠盐,进而用水洗去。
【归纳总结】
溴苯、硝基苯的制备注意事项
1.苯与液溴的反应
(1)应该用纯溴,苯与溴水不反应。
(2)催化剂是FeBr3,反应时通常加入铁粉,发生反应2Fe+3Br2===2FeBr3。
(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)除去溴苯中过量的溴,可以加入氢氧化钠溶液后再分液。
2.苯与硝酸的反应(硝化反应)
(1)浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂。
(2)一般采用水浴加热,其优点是受热均匀,便于控制温度。
【针对训练】
1.(2024·成都高二检测)实验室可利用苯和液溴在FeBr3的催化作用下制取溴苯,其制备及提纯过程:制备→水洗并分液→碱洗并分液→水洗并分液→分离,部分装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.制备装置a中长导管可加快产物的挥发
B.装置b用于制备过程中吸收尾气
C.分液时,有机层由装置c的上口倒出
D.分离应选择装置d
【解析】选D。制备装置a中长导管的作用是冷凝回流,减少反应物的挥发,A错误;装置b用于制备过程中吸收尾气,由于溴化氢易溶于水,要防倒吸,B错误;由于溴苯的密度比水大,分液时,有机层在下层,由装置c的下口流出,C错误;用蒸馏的方法分离苯和溴苯,应选择装置d,D正确。
2. (2024·重庆高二检测)苯的硝化反应的实验装置如图所示,苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50~60 ℃时生成硝基苯,当温度升高至100~110 ℃时,生成二硝基苯。下列说法正确的是( )
A.长玻璃导管的主要作用为冷凝回流
B.添加试剂的先后顺序为浓硫酸、苯、浓硝酸
C.图示装置的生成物主要为二硝基苯
D.硝化反应属于加成反应
【解析】选A。长玻璃导管可使液体冷凝回流,可提高原料利用率,A正确;浓硫酸密度大于浓硝酸,应先将浓硝酸倒入烧杯中,再将浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入,并不断搅拌,如果将苯、浓硝酸加到浓硫酸中可能发生液体飞溅,B错误;水浴加热温度不超过100 ℃,在50~60 ℃时生成硝基苯,当温度升高至100~110 ℃时,生成二硝基苯,故图示装置的生成物主要为硝基苯,C错误;硝化反应是苯上氢原子被硝基取代,属于取代反应,D错误。
[易错提醒](1)长玻璃导管的主要作用为冷凝回流,也可以用球形冷凝管代替。
(2)浓硫酸与其他溶液混合时,不可将其他溶液加到浓硫酸中,其原理与浓硫酸的稀释相同。
(3)一般需要降温时,选择冰水浴;需要加热时,100 ℃以内选择水浴加热,100 ℃以上选择油浴加热,温度更高选择沙浴。
【真题示例】
(2022·河北选择考改编)在EY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5种
D.萘的二溴代物有14种
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 1.同系物; 2.最多有12个碳原子共平面; 3.一溴代物; 4.二溴代物
转化 知识点 1.同系物的判断; 2.原子共面问题的分析; 3.一溴代物、二溴代物种数的判断
排除 障碍点 判断一溴代物种数需要先判断等效氢种数;判断二溴代物种数方法为定一移一法
【解析】选C。M和N均属于二异丙基萘,两者分子式相同,但是结构不同,故两者互为同分异构体,A说法不正确;因为萘分子中的10个碳原子是共面的,由于单键可以旋转,异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面,因此,M分子中最多有14个碳原子共平面,B说法不正确;N分子中有5种不同化学环境的H,因此其一溴代物有5种,C说法正确;萘分子中有8个H,但是只有两种不同化学环境的H(分别用α、β表示,其分别有4个),根据定一移一法可知,当取代α,则取代另一个H的位置有7个,如图,当取代1个β,再取代其他β,有3种,如图所示:,因此,萘的二溴代物有10种,D说法不正确。
【对点演练】
1.(2024·常州高二检测)一种生产聚苯乙烯的流程如图所示,下列叙述正确的是( )
A.乙苯分子中所有原子一定在同一平面上
B.乙烯和聚苯乙烯都能与H2发生加成反应
C.鉴别乙苯和苯乙烯可用酸性KMnO4溶液
D.乙苯和氢气加成后的产物的一氯代物有5种
【解析】选B。A项,乙苯分子中含有饱和碳原子,故所有原子不可能在同一平面上,错误;B项,乙烯中的碳碳双键、聚苯乙烯中的苯环均能与氢气发生加成反应,正确;C项,乙苯和苯乙烯均能与酸性KMnO4溶液发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色,故无法鉴别,错误;D项,乙苯与氢气加成后的产物为,乙基上有2种不同化学环境的氢原子,六元环上有4种不同化学环境的氢原子,共有6种不同化学环境的氢原子,故其一氯代物共有6种,错误。
2.美国马丁·卡普拉斯等三位科学家因在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献,获得了诺贝尔化学奖。他们模拟出了1,6-二苯基-1,3,5-己三烯的分子模型,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.该有机物属于芳香烃,与苯互为同系物
B.该有机物的分子式为C18H18
C.该有机物的分子中所有原子不可能在同一个平面内
D.该有机物可以发生氧化反应、取代反应、加成反应
【解析】选D。苯的同系物分子中只有1个苯环,而该物质分子中含有2个苯环,且含碳碳双键,不是苯的同系物,但只含C、H元素,属于芳香烃,故A错误;由结构可知,该有机物的分子式为C18H16,故B错误;该有机物中所有原子可能在同一平面内,故C错误;苯环上的H原子可发生取代反应,碳碳双键可发生氧化、加成反应,故D正确。
1.(2024·北京朝阳区高二检测)下列关于苯的说法不正确的是( )
A.苯的分子式为C6H6,属于饱和烃
B.苯的空间填充模型:
C.苯分子为平面正六边形结构,12个原子共面
D.分子中所有碳原子都是sp2杂化
【解析】选A。从苯的分子式C6H6看,其氢原子数未达饱和,应属于不饱和烃,A错误;苯为平面正六边形结构,H原子半径小于C原子半径,空间填充模型为,B正确;苯分子中每个碳原子都是sp2杂化,存在大π键,为平面正六边形结构,12个原子共面,C、D正确。
2.(2024·延安高二检测)下列说法正确的是( )
A.甲苯在光照下与Cl2发生的主要反应为苯环上引入氯原子的取代反应
B.苯的溴代实验中需要的仪器有三颈烧瓶、冷凝管、锥形瓶等
C.苯与溴水混合后加入铁粉,发生放热反应,制备密度大于水的溴苯
D.苯和甲苯都属于芳香烃,都能使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】选B。甲苯在光照下与Cl2的反应主要是发生在—CH3上的取代反应,A错误;苯的溴代实验中需要的仪器有三颈烧瓶、冷凝管、锥形瓶等,B正确;苯与溴水不反应,苯与液溴在溴化铁作催化剂的条件下发生取代反应,C错误;甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色,但苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,D错误。
3.(1)写出甲苯与Cl2在光照条件下发生反应所生成的有机产物的结构简式: ;若要分离这些有机产物,可采用的方法是 。
(2)甲苯与Br2在FeBr3催化下可能得到的主要有机产物的结构简式为 ,这表明与苯和液溴反应相比较,甲苯中由于 对
的影响,使苯环上与甲基处于 位的氢原子活化而易被取代,所以甲苯与浓硝酸反应可以生成一硝基取代物、 和 ,其中三硝基取代物的结构简式为 。
【解析】(1)甲苯结构简式是,在甲基—CH3上有3个H原子,因此其与Cl2在光照条件下发生取代反应,能够生成三种相应的取代产物,所生成的有机产物结构简式可能为、、,这些物质互溶且沸点不同,分离互溶的沸点不同的液体混合物的方法是蒸馏;
(2)甲苯与Br2在FeBr3催化下发生苯环上的取代反应,甲基可以使苯环上的邻位、对位的H原子变得活泼,易发生取代反应,因此二者反应可能得到的主要有机产物结构简式为、,这表明与苯和液溴反应相比较,甲苯中由于甲基对苯环的影响,使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代,所以甲苯与浓硝酸反应可以生成一硝基取代物、二硝基取代物、三硝基取代物。
答案:(1)、、 蒸馏
(2)、 甲基苯环 邻、对 二硝基取代物 三硝基取代物 第三节 芳香烃
课标定向 胸中有蓝图
1.能认识芳香烃的组成和结构特点。能写出芳香烃简单代表物的结构简式和名称。(宏观辨识与微观探析)
2.能描述芳香烃典型代表物(苯、甲苯)的主要性质,能书写相应反应的化学方程式。(宏观辨识与微观探析)
3.能了解芳香烃在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。(科学态度与社会责任)
一、苯
1.芳香烃:在烃类化合物中,含有一个或多个 的化合物,最简单的芳香烃为 。
2.苯的物理性质
颜色状态 密度、溶解性 毒性 熔、沸点 挥发性
色有 气味的 体 溶于水且 密度比水 毒 较低 易挥发
3.苯的分子结构
(1)实验探究
实验 操作
实验 现象 液体分层,上层 色,下层 色 液体分层,上层 色,下层 色
结论 原因 苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,也不与溴水反应,苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
(2)成键特点:苯分子中六个碳原子均采取 杂化,分别与氢原子及相邻碳原子以 键结合,键角均为 ,六个碳碳键的键长 ,介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。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 键。苯分子中所有原子 。
(3)分子组成和结构的不同表示方法:
4.苯的化学性质
(1)氧化反应:燃烧时火焰明亮,有浓重的黑烟,化学方程式: 。
(2)取代反应
①卤代反应:苯与液溴在FeBr3催化下的反应:
。 溴苯(): 色液体,有 气味, 溶于水,密度比水的 。
②硝化反应:在浓硫酸作用下,苯在50~60 ℃与浓硝酸发生反应生成硝基苯:
。
硝基苯(): 色液体,有 气味, 溶于水,密度比水的 。
③磺化反应:苯与浓硫酸在70~80 ℃发生反应生成苯磺酸:
。
(3)加成反应
苯与H2在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下,发生加成反应生成环己烷:
。
二、苯的同系物
1.苯的同系物的组成和结构特点
(1)苯的同系物: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 ,侧链都是 。
(3)通式: 。
(4)常见苯的同系物
名称 结构简式
甲苯
乙苯
二 甲 苯 邻二甲苯 (1,2-二甲苯)
间二甲苯 (1,3-二甲苯)
对二甲苯 (1,4-二甲苯)
2.苯的同系物的性质
(1)物理性质:苯的同系物为 色液体, 溶于水, 溶于有机溶剂,密度比水的 。
(2)化学性质(以甲苯为例)
①氧化反应
a.与酸性高锰酸钾溶液的反应
ⅰ.甲苯能使酸性KMnO4溶液 ,这是甲苯上的 被酸性KMnO4溶液氧化的结果。
ⅱ.氧化规律:
苯的同系物侧链的烷基中,直接与苯环连接的碳原子上没有氢原子时,该物质一般不能被KMnO4(H+)氧化为苯甲酸。
b.燃烧
燃烧的通式为 。
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反应生成三硝基取代物,化学方程式为 。
a.甲苯的三硝基取代物的系统命名为 ,又叫 ,是一种 晶体, 溶于水。
b.2,4,6-三硝基甲苯是一种 ,广泛用于国防、采矿、筑路、水利建设等。
③加成反应
在催化剂和加热的条件下甲苯与H2发生加成反应,生成甲基环己烷,化学方程式为 。
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)1 mol苯中含有3NA个碳碳双键(NA表示阿伏加德罗常数的值)。()
(2)苯的邻位二氯代物只有1种结构。()
(3)甲苯中所有的原子在同一平面上。()
(4)乙苯的一氯代物有3种。()
(5)甲苯与溴水即使在加入铁粉的条件下也不能发生取代反应。()
探究任务一:苯与苯的同系物性质比较及命名
【导学探究】
探究点一:区别苯和苯的同系物的性质
实验1.
现象 解释
振荡前 溴水在下层 溴水的密度 苯和甲苯
振荡后 液体分层,上层均为橙红色,下层几乎无色 苯、甲苯与溴水均 反应,但能 溴
实验2.
现象 解释
振荡前 酸性KMnO4溶液在下层 酸性KMnO4溶液的密度 苯和甲苯
振荡后 苯无明显现象,甲苯中紫红色褪去 不与酸性KMnO4溶液反应, 与酸性KMnO4溶液反应
1.填写上述表格。
2.苯和甲苯遇到酸性高锰酸钾溶液出现不同现象的原因是什么
3.已知苯的同系物与卤素单质在不同条件下被取代的氢原子位置不同,光照下取代烷基上氢原子。试写出下列化学方程式。
(1)甲苯和氯气在光照下反应生成一氯代物:_________________________。
(2)甲苯与液溴在FeBr3作催化剂的条件下反应生成一溴代物:
_______________________。
探究点二:掌握苯的同系物的命名方法
4.邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的系统命名分别为1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯。根据上述系统命名的方法对下列物质进行命名。
:_________________________;
:_________________________;
:_________________________。
【归纳总结】
苯和苯的同系物的比较
项目 苯 苯的同系物(如甲苯)
溴水 不反应,萃取出现分层;下层为无色水层,上层为橙红色有机层
Br2/ CCl4 不反应不分层
溴单质 与液溴在溴化铁催化作用下发生取代反应 与液溴在溴化铁催化作用下发生苯环上的邻对位上的取代
与溴蒸气在光照条件下发生烷基上的取代
酸性 KMnO4 溶液 不褪色 褪色(侧链被氧化)
可用于鉴别苯和苯的同系物
【针对训练】
(2024·广州高二检测)甲苯的转化关系如图所示(部分产物未标出)。下列说法正确的是( )
A.反应①的主要产物是
B.反应②说明甲基使苯环上的氢原子易被取代
C.反应③的两种物质刚混合时分层,上层呈紫红色
D.反应④的产物的一氯代物有4种
[拓展思考](1)甲苯的一氯代物有几种
(2)能否发生反应③,如能,写出氧化产物的结构简式。
【补偿训练】下列关于乙苯()的叙述正确的是( )
①能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②可以发生加聚反应 ③可溶于水
④可溶于苯 ⑤能与浓硝酸发生取代反应 ⑥所有原子可能共面
A.①④⑤ B.①②⑤⑥
C.①②④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥
探究任务二:苯的溴代反应和硝化反应
【导学探究】
探究点一:掌握苯的溴代反应实验
实验室可用如图所示装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴,再将苯和液溴的混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞处于关闭状态)。
1.实验结束时打开A下端的活塞,让反应液流入B中,充分振荡B后静置,能够观察到的明显现象是什么 充分振荡目的是什么
2.从B中液体分离出溴苯时需要用到的主要玻璃仪器是 。
3.C中盛放CCl4的作用是 。
探究点二:学会苯的硝化反应实验
实验室制取硝基苯的装置如图所示:
4.实验室制备硝基苯的装置中一般都有长导管,其作用是什么
5.除去混合酸后,粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤。
(1)为了使反应在50~60 ℃下进行,常用的加热方法是 ,该方法的优点是 。
(2)硝基苯粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是 。
【归纳总结】
溴苯、硝基苯的制备注意事项
1.苯与液溴的反应
(1)应该用纯溴,苯与溴水不反应。
(2)催化剂是FeBr3,反应时通常加入铁粉,发生反应2Fe+3Br2===2FeBr3。
(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)除去溴苯中过量的溴,可以加入氢氧化钠溶液后再分液。
2.苯与硝酸的反应(硝化反应)
(1)浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂。
(2)一般采用水浴加热,其优点是受热均匀,便于控制温度。
【针对训练】
1.(2024·成都高二检测)实验室可利用苯和液溴在FeBr3的催化作用下制取溴苯,其制备及提纯过程:制备→水洗并分液→碱洗并分液→水洗并分液→分离,部分装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.制备装置a中长导管可加快产物的挥发
B.装置b用于制备过程中吸收尾气
C.分液时,有机层由装置c的上口倒出
D.分离应选择装置d
2. (2024·重庆高二检测)苯的硝化反应的实验装置如图所示,苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50~60 ℃时生成硝基苯,当温度升高至100~110 ℃时,生成二硝基苯。下列说法正确的是( )
A.长玻璃导管的主要作用为冷凝回流
B.添加试剂的先后顺序为浓硫酸、苯、浓硝酸
C.图示装置的生成物主要为二硝基苯
D.硝化反应属于加成反应
[易错提醒](1)长玻璃导管的主要作用为冷凝回流,也可以用球形冷凝管代替。
(2)浓硫酸与其他溶液混合时,不可将其他溶液加到浓硫酸中,其原理与浓硫酸的稀释相同。
(3)一般需要降温时,选择冰水浴;需要加热时,100 ℃以内选择水浴加热,100 ℃以上选择油浴加热,温度更高选择沙浴。
【真题示例】
(2022·河北选择考改编)在EY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5种
D.萘的二溴代物有14种
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 1.同系物; 2.最多有12个碳原子共平面; 3.一溴代物; 4.二溴代物
转化 知识点 1.同系物的判断; 2.原子共面问题的分析; 3.一溴代物、二溴代物种数的判断
排除 障碍点 判断一溴代物种数需要先判断等效氢种数;判断二溴代物种数方法为定一移一法
【对点演练】
1.(2024·常州高二检测)一种生产聚苯乙烯的流程如图所示,下列叙述正确的是( )
A.乙苯分子中所有原子一定在同一平面上
B.乙烯和聚苯乙烯都能与H2发生加成反应
C.鉴别乙苯和苯乙烯可用酸性KMnO4溶液
D.乙苯和氢气加成后的产物的一氯代物有5种
2.美国马丁·卡普拉斯等三位科学家因在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献,获得了诺贝尔化学奖。他们模拟出了1,6-二苯基-1,3,5-己三烯的分子模型,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.该有机物属于芳香烃,与苯互为同系物
B.该有机物的分子式为C18H18
C.该有机物的分子中所有原子不可能在同一个平面内
D.该有机物可以发生氧化反应、取代反应、加成反应
1.(2024·北京朝阳区高二检测)下列关于苯的说法不正确的是( )
A.苯的分子式为C6H6,属于饱和烃
B.苯的空间填充模型:
C.苯分子为平面正六边形结构,12个原子共面
D.分子中所有碳原子都是sp2杂化
2.(2024·延安高二检测)下列说法正确的是( )
A.甲苯在光照下与Cl2发生的主要反应为苯环上引入氯原子的取代反应
B.苯的溴代实验中需要的仪器有三颈烧瓶、冷凝管、锥形瓶等
C.苯与溴水混合后加入铁粉,发生放热反应,制备密度大于水的溴苯
D.苯和甲苯都属于芳香烃,都能使酸性KMnO4溶液褪色
3.(1)写出甲苯与Cl2在光照条件下发生反应所生成的有机产物的结构简式: ;若要分离这些有机产物,可采用的方法是 。
(2)甲苯与Br2在FeBr3催化下可能得到的主要有机产物的结构简式为 ,这表明与苯和液溴反应相比较,甲苯中由于 对
的影响,使苯环上与甲基处于 位的氢原子活化而易被取代,所以甲苯与浓硝酸反应可以生成一硝基取代物、 和 ,其中三硝基取代物的结构简式为 。
