第二单元 芳香烃
学习目标 1.认识苯的组成和结构特点。能描述和分析苯的重要反应,能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系。2.掌握苯的同系物的结构与化学性质,能够比较出苯和苯的同系物性质的差异。能举例说明有机物中基团之间的相互作用对有机物性质的影响。3.了解芳香烃的来源及其应用。结合生活实际了解芳香烃对环境和健康的影响。
一、苯的结构与性质
1.芳香族化合物
(1)含义:指含有 的有机化合物。
(2)芳香烃:是 碳氢化合物的简称。
(3)苯: 是最简单的芳香烃,苯环是芳香族化合物最基本的结构单元。
2.苯的组成与结构
(1)苯分子中6个1H核的核磁性完全 ,6个氢原子所处的化学环境完全 。
(2)苯的分子式为 ,其分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于 ,为 结构。
(3)大量实验表明,在苯分子中不存在独立的和,常用凯库勒式 表示苯的结构,但凯库勒式不能全面反映苯的结构,基于苯环的成键特点,苯的结构又可以表示为 。
3.苯的性质
(1)物理性质
通常情况下,苯是无色有特殊气味的液体,不溶于水,易溶于有机溶剂中,密度比水 ,沸点比较低,易 ,有毒。
(2)化学性质(试写出对应的化学方程式)
①取代反应
a.FeBr3作催化剂,与液溴发生取代反应生成溴苯和邻二溴苯: ,
。
b.苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物,50~60 ℃时生成硝基苯: ,
100~110 ℃生成间二硝基苯: 。
②苯在一定条件下可以与H2发生加成反应: 。
③苯可燃烧:2C6H6+15O212CO2+6H2O。
1.(2023·成都高二期末)下列关于苯分子结构的说法错误的是 ( )
A.各原子均位于同一平面上,6个碳原子彼此连接成为一个平面正六边形的结构
B.苯环中含有3个C—C、3个C==C
C.苯分子中6个碳碳键完全相同
D.苯分子中碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间特殊的键
2.下列叙述正确的是 ( )
A.将溴水、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯
B.用苯和浓硝酸、浓硫酸反应混合即可制得硝基苯
C.由苯制取溴苯和硝基苯其反应原理相同
D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯在下层,硝基苯在上层
3.已知硝基苯沸点为210.9 ℃,下列制取、提纯硝基苯过程中的操作或装置(部分夹持仪器略去),没有涉及的是 ( )
A.制备硝基苯
B.配制混酸
C.分离硝基苯
D.蒸馏提纯
4.(2024·江苏徐州七中高二月考)溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如表:
苯 液溴 溴苯
密度 0.88 3.10 1.50
沸点 80 59 156
水中溶解度 微溶 微溶 微溶
按下列合成步骤回答问题:
(1)在a中加入15 mL过量的无水苯和少量铁屑。在b中小心加入4.0 mL液态溴。向a中滴入几滴溴,有白雾产生,a中发生的反应是 。
继续滴加至液溴滴完。装置c的作用是 ;
水流方向是 (填“下进上出”或“上进下出”);装置d的作用是 。
(2)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:
①向a中加入10 mL水,然后 (操作名称)除去未反应的铁屑;
②滤液依次用10 mL水、8 mL 10%的NaOH溶液、10 mL水洗涤。NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2,写出除Br2的离子方程式: 。
③用 (操作名称)获得粗溴苯,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入无水氯化钙的目的是 。
(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为 ,要进一步提纯,下列操作中必须的是 (填入正确选项前的字母)。
A.重结晶 B.过滤 C.蒸馏 D.萃取
【题后归纳】
1.溴苯的制备
反应 原理 +Br2+HBr
实验 装置
注意 事项 ①蒸馏水的作用是吸收挥发出的溴化氢 ②该反应中作催化剂的是FeBr3,是Fe与液溴反应生成 ③溴苯是比水重且不溶于水的无色油状液体,在该实验中因为溶解了溴而呈褐色。可用NaOH溶液洗涤,再用分液的方法除去溴苯中的溴 ④应该用纯溴,苯与溴水不反应 ⑤冷凝管的作用是使挥发的溴和生成的溴苯冷凝回流 ⑥锥形瓶中导管不能插入液面以下,否则因HBr极易溶于水,发生倒吸
2.硝基苯的制备
反应 原理 +HNO3+H2O
实验 装置
注意 事项 ①药品的加入:将浓硫酸慢慢加入浓硝酸中,并不断振荡,冷却至50 ℃以下,再逐滴滴入苯,边滴边振荡 ②加热方式及原因:采用水浴加热,其原因是易控制反应温度在50~60 ℃范围内。若温度超过70 ℃,则主要发生磺化反应生成(苯磺酸) ③温度计放置的位置:温度计的水银球放在液面以下,不能触及烧杯底部及烧杯壁 ④长直玻璃导管的作用是冷凝回流浓硝酸和苯 ⑤硝基苯是比水重且不溶于水的无色油状液体,因为溶解了NO2而呈褐色
二、芳香烃来源与苯的同系物
1.芳香烃的来源
(1)芳香烃最初来源于 中。
(2)随着石油化工的发展,通过石油化学工业中的 和 等工艺可以获得芳香烃。
2.苯的同系物
(1)组成和结构特点
①组成:可看作是苯环上的氢原子被 取代后的产物;
②结构特点:分子中只有一个 ,侧链都是 ;
③组成通式: 。
(2)化学性质(以甲苯为例)
①氧化反应
a.燃烧反应:C7H8+9O27CO2+4H2O。
b.使酸性KMnO4溶液褪色 。
②硝化反应
。
2,4,6-三硝基甲苯为淡黄色针状晶体,简称 ,俗称TNT,用于国防和民用爆破。
(3)工业制备(以乙苯为例)
化学方程式为 。
3.常见芳香烃及分类(写出结构简式)
新房装修免不了油漆,油漆中含有苯或苯的同系物等有毒物质,对人体有伤害,所以新房装修好必须通风足够时间,使有毒物质充分挥发。
【问题讨论】
1.相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同吗
________________________________________________________________________________________
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2.是否所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色
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3.与酸性KMnO4反应的有机产物是什么
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________________________________________________________________________________________
4.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中,苯环与侧链之间发生了相互影响
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
【探究归纳】
1.苯及其同系物、芳香烃与芳香族化合物的关系
2.苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处
(1)由于侧链对苯环的影响,使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强,发生的取代反应有所不同。
+HNO3
+3HNO3
(2)由于苯环对侧链的影响,使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中,如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,它就能被酸性KMnO4溶液氧化,侧链烃基通常被氧化为羧基(—COOH)。
(3)苯环上原有取代基对苯环上新导入的取代基的位置有一定的影响。其规律是:
①苯环上新导入的取代基的位置主要取决于原有取代基的性质。
②可以把原有取代基分为两类:
a.原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位,如—OH、—CH3(或烃基)、—Cl、—Br、等;
b.原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位,如—NO2、—SO3H、—CHO等。
1.苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构,可以作为证据的事实有 ( )
①苯的间位二取代物只有一种 ②苯的邻位二取代物只有一种 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
2.下列有关甲苯的实验事实中,能说明侧链对苯环性质有影响的是 ( )
A.甲苯与硝酸发生取代反应生成三硝基甲苯
B.甲苯能使热的酸性KMnO4溶液褪色
C.甲苯燃烧时产生带浓烈黑烟的火焰
D.1 mol甲苯最多能与3 mol 氢气发生加成反应
3.分子组成为C9H12苯的同系物,已知苯环上只有一个取代基,下列说法中正确的是 ( )
A.该有机物不能发生加成反应,但能发生取代反应
B.该有机物不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但能使溴水褪色
C.该有机物分子中的所有原子可能在同一平面上
D.该有机物的一溴代物最多有6种同分异构体
【题后归纳】 苯分子的特殊结构在性质方面的体现
(1)苯不能因发生化学反应使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,由此可知苯在化学性质上与烯烃有很大差别。
(2)苯在催化剂(FeBr3)作用下与液溴发生取代反应,说明苯具有类似烷烃的性质。
(3)苯能与H2在催化剂作用下发生加成反应,说明苯具有烯烃的性质。
总之,苯易发生取代反应,能发生加成反应,难被氧化,其化学性质不同于烷烃、烯烃。
微专题1 烃的燃烧规律
1.等物质的量的烃CxHy完全燃烧时,消耗氧气的量决定于“x+”的值,值越大,耗氧量越多。
2.等质量的烃CxHy完全燃烧时,消耗氧气的量决定于中的值,此值越大,耗氧量越多。
3.若烃分子的组成中碳、氢原子个数比为1∶2,则完全燃烧后生成的二氧化碳和水的物质的量相等。
4.等质量的且最简式相同的各种烃完全燃烧时其耗氧量、生成的二氧化碳和水的量均相等。
5.气态烃CxHy完全燃烧后生成CO2和H2O。
CxHy+(x+)O2xCO2+H2O
当H2O为气态时(>100 ℃),1 mol气态烃完全燃烧前后气体总体积的变化有以下三种情况:
当y=4时,ΔV=0,反应后气体总体积不变,常温常压下呈气态的烃中,只有甲烷、乙烯、丙炔;
当y>4时, ΔV=-1,反应后气体总体积增大;
当y<4时, ΔV=-1,反应后气体总体积减小。
6.平均值法确定混合物的组成
(1)
(2)平均分子式CxHy中x<2时,烃中一定含CH4。
1.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量和生成水的质量或CO2质量不变的是 ( )
A.CH4 C2H6 B.C2H6 C3H6
C.C2H4 C3H6 D.C2H4 C3H4
2.25 ℃,101 kPa下, 32 mL由乙烷、乙炔和丙烯组成的混合气体与过量的O2混合并完全燃烧,除去水蒸气,恢复到25 ℃,101 kPa,气体总体积缩小了56 mL,原混合气体中乙炔的体积分数为 ( )
A.25% B.37.5%
C.50% D.75%
3.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得到CO2和H2O的物质的量随混合烃总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是 ( )
①一定有乙烯 ②一定有甲烷 ③一定有丙烷
④一定没有乙烷 ⑤可能有甲烷 ⑥可能有乙炔
A.②⑤⑥ B.②⑥
C.②④ D.②③
微专题2 芳香烃同分异构体的判断与书写
1.苯的同系物的同分异构体
(1)烷基的种类与个数,即碳链异构;
(2)烷基在苯环上的位次,即位置异构。
2.判断芳香烃同分异构体的数目的常用方法
(1)等效氢法
分子中完全对称的氢原子互为等效氢原子,其中引入一个新的原子或原子团时只形成一种物质;在移动原子或原子团时,要按照一定的顺序,避免重复或遗漏。
(2)定一(或二)移一法
在苯环上连有两个新原子或原子团时,可固定一个,移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;在苯环上连有三个新的原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,得到三种结构,再逐一插入第三个原子或原子团,从而确定出异构体的数目。
(3)换元法
苯的同系物苯环上有多少种可被取代的氢原子,就有多少种取代产物。在苯环上的取代产物中,若有n个可被取代的氢原子,则m个取代基(m1.分子式为C8H10的芳香烃苯环上的一个氢原子被氯原子取代,其生成物有 ( )
A.7种 B.8种
C.9种 D.10种
2.组成和结构可用表示的有机化合物共有(不考虑立体异构) ( )
A.12种 B.28种
C.32种 D.36种
3.写出分子式为C9H12的所有芳香烃同分异构体,并命名。
4.(1)下面是含有苯环的一系列化合物:
①B的化学名称为 ,D的分子式为 ,上述一系列化合物分子的通式为
。
②C的一氯取代物有 种,D的一氯取代物有 种。
(2)与互为同分异构体的芳香族化合物有 种,列举三种结构简式(要求不同类别): 、 、 。
1.下列物质属于芳香烃,但不是苯的同系物的是 ( )
① ②
③ ④
⑤ ⑥
A.③④ B.②⑤
C.①②⑤⑥ D.②③④⑤⑥
2.(2024·河南体育中学高二期中)苯是一种重要的有机化工原料,下列有关苯的说法正确的是 ( )
A.苯为无色无毒的液体
B.苯能在空气中燃烧生成CO2和H2O
C.苯分子中碳、氢元素的质量比为1∶1
D.一定条件下苯能与氢气发生取代反应
3.下列有关芳香烃的叙述中,不正确的是 ( )
A.苯与浓硝酸、浓硫酸共热可反应生成硝基苯
B.甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应,主要生成
C.乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为(苯甲酸)
D.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成
4.下列关于苯的叙述正确的是 ( )
A.反应①常温下不能进行,需要加热
B.反应②不发生,但是仍有分层现象,紫色层在下层
C.反应③为加成反应,产物是一种烃的衍生物
D.反应④能发生,从而证明苯中是单双键交替结构
5.实验室制备溴苯可用下图所示装置。请回答下列问题:
(1)关闭G夹,打开B夹,从装有少量苯的三颈烧瓶的A口加少量溴,再加入少量铁屑,塞住A口,三颈烧瓶中发生的主要反应的化学方程式为 。
(2)试管C中苯的作用是 。
试管D中出现的现象是 。
试管E中出现的现象是 。
(3)待三颈烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时打开G夹,关闭B夹,可以看到的现象是
。
第二单元 芳香烃
一、
1.(1)苯环 (2)芳香族 (3)苯 2.(1)相同 一致 (2)C6H6 同一平面上 平面正六边形
(3) 3.(1)小 挥发 (2)①a.+Br2+HBr
+2Br2+2HBr
b.+HNO3+H2O
+2HNO3+2H2O
②+3H2
对点训练
1.B
2.C [将液溴、铁粉和苯混合即可制得溴苯,选项A错误;B.用苯和浓硝酸、浓硫酸混合控制水浴温度在50~60 ℃,反应可制得硝基苯,选项B错误;C.由苯制取溴苯和硝基苯都是取代反应,其反应原理相同,选项C正确;D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯、硝基苯的密度都比水大,都在下层,选项D错误。]
3.C [水浴加热制备硝基苯,则图中温度计应测定烧杯中水的温度,故A正确;浓硫酸密度较大,为防止酸液飞溅,则应将浓硫酸注入浓硝酸中,故B正确;硝基苯的密度比水的密度大,不溶于水,则分层后水在上层、油层在下层,应该用分液分离,不能过滤,故C错误;D.用蒸馏操作提纯硝基苯,温度计水银球在支管口处,装置符合要求,故D正确。]
4.(1)+ Br2 冷凝回流溴和苯,减少原料的挥发损失 下进上出 吸收HBr和Br2,防止倒吸
(2)①过滤 ②3Br2+6OH-5Br-+Br+3H2O
③分液 干燥 (3)苯 C
解析 实验室合成溴苯时,先往三颈烧瓶内加入无水苯和少量铁屑,再从恒压漏斗内滴加液溴,发生反应生成溴苯和溴化氢,由于反应放热,使得部分溴和苯挥发,为提高原料的利用率,使用球形冷凝管进行冷凝回流,最后将尾气用NaOH溶液吸收。(1)向a中滴入几滴溴,有白雾产生,a中苯、溴在铁屑的催化作用下发生反应,生成溴苯等,化学方程式为+ Br2。由分析可知,装置c的作用是冷凝回流溴和苯,减少原料的挥发损失;为提高冷凝效果,水流方向是下进上出;为防止尾气污染环境,应进行尾气处理,则装置d的作用是吸收HBr和Br2,防止倒吸。(2)①向a中加入10 mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;②NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2,除Br2的离子方程式:3Br2+6OH-5Br-+Br+3H2O。③粗溴苯与水溶液不互溶,用分液获得粗溴苯;为除去溴苯中混有的少量水,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入氯化钙的目的是干燥。(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为苯,要进一步提纯,可利用沸点的差异将二者分离开来,即采用蒸馏操作,故选C。
二、
1.(1)煤焦油 (2)催化重整 裂化 2.(1)①烷基 ②苯环 烷基 ③CnH2n-6(n≥7) (2)①b. ②+3HO—NO2+3H2O 三硝基甲苯
(3)+CH2CH2
3.
问题讨论
1.1 mol苯和1 mol甲苯均与3 mol H2发生加成反应,所以相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同。
2.并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色,如,由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子,所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。
3.酸性KMnO4是将侧链氧化成—COOH,与侧链上的C原子数无关,故与酸性KMnO4溶液反应的有机产物为 。
4.(1)苯环对侧链的影响,使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而苯不能。(2)侧链对苯环的影响,甲苯与硝酸反应生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应只生成硝基苯。
对点训练
1.B [苯不能因化学变化使溴水褪色,不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,都说明苯分子中没有典型的双键。若苯环上具有单键和双键交替的结构,碳碳键的键长应该不等(双键键长比单键键长短),其邻位二氯取代物应该有和两种,而间位二氯取代物只有一种。]
2.A [A项,按题意可知,侧链对苯环的影响,即由于甲基的存在而使苯环上的H活性变大;B项,是苯环对侧链烃基的影响;C项、D项,是苯环的性质。]
3.D [由分子式可知该物质苯环上的支链是丙基,分子中不存在碳碳双键。A项,苯环可发生加成反应;B项,苯环上有烷烃基,可使酸性高锰酸钾溶液褪色,不能使溴水褪色;C项,侧链有甲基,所有原子不可能共平面;D项,当苯环上的取代基为正丙基时有六种一溴代物,当苯环上的取代基为异丙基时有五种一溴代物。](共92张PPT)
第二单元 芳香烃
专题3
石油化工的基础物质|
|烃
1.认识苯的组成和结构特点。能描述和分析苯的重要反应,能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系。
2.掌握苯的同系物的结构与化学性质,能够比较出苯和苯的同系物性质的差异。能举例说明有机物中基团之间的相互作用对有机物性质的影响。
3.了解芳香烃的来源及其应用。结合生活实际了解芳香烃对环境和健康的影响。
学习目标
一、苯的结构与性质
二、芳香烃来源与苯的同系物
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、苯的结构与性质
对点训练
1.芳香族化合物
(1)含义:指含有______的有机化合物。
(2)芳香烃:是________碳氢化合物的简称。
(3)苯:苯是最简单的芳香烃,苯环是芳香族化合物最基本的结构单元。
苯环
芳香族
2.苯的组成与结构
(1)苯分子中6个1H核的核磁性完全_____,6个氢原子所处的化学环境完全_____。
(2)苯的分子式为_____,其分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于___________,为______________结构。
相同
一致
C6H6
同一平面上
平面正六边形
3.苯的性质
(1)物理性质
通常情况下,苯是无色有特殊气味的液体,不溶于水,易溶于有机溶剂中,密度比水____,沸点比较低,易______,有毒。
(2)化学性质(试写出对应的化学方程式)
①取代反应
a.FeBr3作催化剂,与液溴发生取代反应生成溴苯和邻二溴苯:
_________________________________, _________________________________。
小
挥发
b.苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物,50~60 ℃时生成硝基苯:
_________________________________,
100~110 ℃生成间二硝基苯: _________________________________。
②苯在一定条件下可以与H2发生加成反应: _______________________________。
1.(2023·成都高二期末)下列关于苯分子结构的说法错误的是 ( )
A.各原子均位于同一平面上,6个碳原子彼此连接成为一个平面正六边形的结构
B.苯环中含有3个C—C、3个C==C
C.苯分子中6个碳碳键完全相同
D.苯分子中碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间特殊的键
B
2.下列叙述正确的是 ( )
A.将溴水、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯
B.用苯和浓硝酸、浓硫酸反应混合即可制得硝基苯
C.由苯制取溴苯和硝基苯其反应原理相同
D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯在下层,硝基苯在上层
解析 将液溴、铁粉和苯混合即可制得溴苯,选项A错误;B.用苯和浓硝酸、浓硫酸混合控制水浴温度在50~60 ℃,反应可制得硝基苯,选项B错误;C.由苯制取溴苯和硝基苯都是取代反应,其反应原理相同,选项C正确;D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯、硝基苯的密度都比水大,都在下层,选项D错误。
C
3.已知硝基苯沸点为210.9 ℃,下列制取、提纯硝基苯过程中的操作或装置(部分夹持仪器略去),没有涉及的是 ( )
C
解析 水浴加热制备硝基苯,则图中温度计应测定烧杯中水的温度,故A正确;浓硫酸密度较大,为防止酸液飞溅,则应将浓硫酸注入浓硝酸中,故B正确;硝基苯的密度比水的密度大,不溶于水,则分层后水在上层、油层在下层,应该用分液分离,不能过滤,故C错误;D.用蒸馏操作提纯硝基苯,温度计水银球在支管口处,装置符合要求,故D正确。
4.(2024·江苏徐州七中高二月考)溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如表:
苯 液溴 溴苯
密度 0.88 3.10 1.50
沸点 80 59 156
水中溶解度 微溶 微溶 微溶
按下列合成步骤回答问题:
(1)在a中加入15 mL过量的无水苯和少量铁屑。在b中小心加入4.0 mL液态溴。向a中滴入几滴溴,有白雾产生,a中发生的反应是 。
继续滴加至液溴滴完。装置c的作用是 ;水流方向是____________ (填“下进上出”或“上进下出”);装置d的作用是
。
冷凝回流溴和苯,减少原料的挥发损失
下进上出
吸收HBr和Br2,防止倒吸
(2)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:
①向a中加入10 mL水,然后 (操作名称)除去未反应的铁屑;
②滤液依次用10 mL水、8 mL 10%的NaOH溶液、10 mL水洗涤。NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2,写出除Br2的离子方程式:
。
③用 (操作名称)获得粗溴苯,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入无水氯化钙的目的是 。
过滤
3Br2+6OH-===5Br-+Br+3H2O
分液
干燥
解析 (2)①向a中加入10 mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;②NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2,除Br2的离子方程式:3Br2+6OH-===5Br-+Br+3H2O。③粗溴苯与水溶液不互溶,用分液获得粗溴苯;为除去溴苯中混有的少量水,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入氯化钙的目的是干燥。
(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为 ,要进一步提纯,下列操作中必须的是 (填入正确选项前的字母)。
A.重结晶 B.过滤 C.蒸馏 D.萃取
苯
C
解析 (3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为苯,要进一步提纯,可利用沸点的差异将二者分离开来,即采用蒸馏操作,故选C。
【题后归纳】
1.溴苯的制备
反应原理 +Br2 +HBr
实验装置
注意事项 ①蒸馏水的作用是吸收挥发出的溴化氢
②该反应中作催化剂的是FeBr3,是Fe与液溴反应生成
③溴苯是比水重且不溶于水的无色油状液体,在该实验中因为溶解了溴而呈褐色。可用NaOH溶液洗涤,再用分液的方法除去溴苯中的溴
④应该用纯溴,苯与溴水不反应
⑤冷凝管的作用是使挥发的溴和生成的溴苯冷凝回流
⑥锥形瓶中导管不能插入液面以下,否则因HBr极易溶于水,发生倒吸
2.硝基苯的制备
二、芳香烃来源与苯的同系物
对点训练
1.芳香烃的来源
(1)芳香烃最初来源于________中。
(2)随着石油化工的发展,通过石油化学工业中的__________和______等工艺可以获得芳香烃。
煤焦油
催化重整
裂化
2.苯的同系物
(1)组成和结构特点
①组成:可看作是苯环上的氢原子被______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组成通式:______________。
烷基
烷基
CnH2n-6(n≥7)
(2)化学性质(以甲苯为例)
①氧化反应
a.燃烧反应:C7H8+9O2 7CO2+4H2O。
b.使酸性KMnO4溶液褪色______________________。
②硝化反应
____________________________________________ 。
2,4,6-三硝基甲苯为淡黄色针状晶体,简称____________,俗称TNT,用于国防和民用爆破。
三硝基甲苯
(3)工业制备(以乙苯为例)
化学方程式为____________________________________。
3.常见芳香烃及分类(写出结构简式)
新房装修免不了油漆,油漆中含有苯或苯的同系物等有毒物质,对人体有伤害,所以新房装修好必须通风足够时间,使有毒物质充分挥发。
【问题讨论】
1.相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同吗
提示 1 mol苯和1 mol甲苯均与3 mol H2发生加成反应,所以相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同。
2.是否所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色
4.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中,苯环与侧链之间发生了相互影响
提示 (1)苯环对侧链的影响,使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而苯不能。(2)侧链对苯环的影响,甲苯与硝酸反应生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应只生成硝基苯。
【探究归纳】
1.苯及其同系物、芳香烃与芳香族化合物的关系
2.苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处
(1)由于侧链对苯环的影响,使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强,发生的取代反应有所不同。
(2)由于苯环对侧链的影响,使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中,如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,它就能被酸性KMnO4溶液氧化,侧链烃基通常被氧化为羧基(—COOH)。
1.苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构,可以作为证据的事实有 ( )
①苯的间位二取代物只有一种 ②苯的邻位二取代物只有一种 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
2.下列有关甲苯的实验事实中,能说明侧链对苯环性质有影响的是 ( )
A.甲苯与硝酸发生取代反应生成三硝基甲苯
B.甲苯能使热的酸性KMnO4溶液褪色
C.甲苯燃烧时产生带浓烈黑烟的火焰
D.1 mol甲苯最多能与3 mol 氢气发生加成反应
解析 A项,按题意可知,侧链对苯环的影响,即由于甲基的存在而使苯环上的H活性变大;B项,是苯环对侧链烃基的影响;C项、D项,是苯环的性质。
A
3.分子组成为C9H12苯的同系物,已知苯环上只有一个取代基,下列说法中正确的是 ( )
A.该有机物不能发生加成反应,但能发生取代反应
B.该有机物不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但能使溴水褪色
C.该有机物分子中的所有原子可能在同一平面上
D.该有机物的一溴代物最多有6种同分异构体
D
解析 由分子式可知该物质苯环上的支链是丙基,分子中不存在碳碳双键。A项,苯环可发生加成反应;B项,苯环上有烷烃基,可使酸性高锰酸钾溶液褪色,不能使溴水褪色;C项,侧链有甲基,所有原子不可能共平面;D项,当苯环上的取代基为正丙基时有六种一溴代物,当苯环上的取代基为异丙基时有五种一溴代物。
【题后归纳】 苯分子的特殊结构在性质方面的体现
(1)苯不能因发生化学反应使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,由此可知苯在化学性质上与烯烃有很大差别。
(2)苯在催化剂(FeBr3)作用下与液溴发生取代反应,说明苯具有类似烷烃的性质。
(3)苯能与H2在催化剂作用下发生加成反应,说明苯具有烯烃的性质。
总之,苯易发生取代反应,能发生加成反应,难被氧化,其化学性质不同于烷烃、烯烃。
课堂达标训练
1.下列物质属于芳香烃,但不是苯的同系物的是 ( )
B
解析 苯的同系物是指只有一个苯环并且侧链上是烷基的芳香烃。②⑤不属于苯的同系物,但属于芳香烃;③④不属于芳香烃,但属于芳香族化合物。
2.(2024·河南体育中学高二期中)苯是一种重要的有机化工原料,下列有关苯的说法正确的是 ( )
A.苯为无色无毒的液体
B.苯能在空气中燃烧生成CO2和H2O
C.苯分子中碳、氢元素的质量比为1∶1
D.一定条件下苯能与氢气发生取代反应
B
解析 苯为无色有毒的液体,A错误;苯的分子式为C6H6,能在空气中燃烧生成CO2和H2O,B正确;苯分子中碳、氢元素的质量比为(12×6)∶(1×6)=12∶1,C错误;一定条件下苯能与氢气发生加成反应生成环己烷,D错误。
3.下列有关芳香烃的叙述中,不正确的是 ( )
B
4.下列关于苯的叙述正确的是 ( )
A.反应①常温下不能进行,需要加热
B.反应②不发生,但是仍有分层现象,紫色层在下层
C.反应③为加成反应,产物是一种烃的衍生物
D.反应④能发生,从而证明苯中是单双键交替结构
B
解析 常温下苯与液溴在催化剂作用下发生取代反应生成溴苯,故A错误;苯不含碳碳双键,不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,苯密度小于水,不溶于水,有分层现象,故B正确;反应③为苯与硝酸在浓硫酸作催化剂条件下发生取代反应生成硝基苯,故C错误;反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,但是苯分子不含碳碳双键,故D错误。
5.实验室制备溴苯可用下图所示装置。请回答下列问题:
(1)关闭G夹,打开B夹,从装有少量苯的三颈烧瓶的A口加少量溴,再加入少量铁屑,塞住A口,三颈烧瓶中发生的主要反应的化学方程式为
。
(2)试管C中苯的作用是 。
试管D中出现的现象是 。
试管E中出现的现象是 。
(3)待三颈烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时打开G夹,关闭B夹,可以看到的现象是 。
吸收挥发出来的溴蒸气
有白雾,溶液变红
出现淡黄色沉淀
广口瓶中的水沿导管进入三颈烧瓶中,瓶中液体出现分层
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
1.下列说法中,正确的是 ( )
A.芳香烃的分子通式是CnH2n-6(n≥6)
B.苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物
C.在苯的同系物分子中存在大π键,每个碳原子均采取sp2杂化
D.苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应
D
解析 芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物,而苯的同系物指分子中仅含有一个苯环,苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物,其分子通式为CnH2n-6(n≥7,且n为正整数);苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应,在苯的同系物分子中烷基碳原子为sp3杂化。
2.下列有关苯的叙述中错误的是 ( )
A.苯在催化剂作用下能与浓硝酸发生取代反应
B.在一定条件下苯能与氢气发生加成反应
C.在苯中加入酸性高锰酸钾溶液,振荡并静置后下层液体为紫红色
D.在苯中加入溴水,振荡并静置后下层液体为橙色
D
解析 苯的密度小于水,静置后,上层液体是溴的苯溶液,为橙色。
3.关于苯及苯的同系物的说法,不正确的是 ( )
A.利用甲苯的硝化反应可以制得TNT炸药
B.苯与甲苯互为同系物,可以用酸性KMnO4溶液进行鉴别
C.苯和溴水振荡后,由于发生化学反应而使溴水的水层颜色变浅
D.煤焦油中含有苯和甲苯,用蒸馏的方法把它们分离出来
C
解析 甲苯与浓硝酸发生硝化反应制取TNT炸药(成分为2,4,6-三硝基甲苯),故A正确;甲苯能够使高锰酸钾褪色,苯不能,可以用酸性KMnO4溶液进行鉴别,故B正确;苯与溴水发生萃取使溴水的水层颜色变浅,是物理变化,故C错误;煤焦油中含苯以及甲苯,其沸点不同,故可以用蒸馏的方法分离,故D正确。
4.下列说法正确的是 ( )
B
A.异丙苯是苯的同系物
B.可用酸性高锰酸钾溶液区别苯与异丙苯
C.在光照条件下,异丙苯与Cl2发生取代反应生成的氯代物有三种
D.在一定条件下能与氢气发生加成反应
C
解析 在光照条件下,异丙苯与Cl2发生侧链上的取代反应,可生成多种氯代物,包括一氯代物、二氯代物等,C错误。
6.实验室制备硝基苯的反应装置如图所示(在50~60 ℃下发生反应,加热装置已略去)。下列有关说法错误的是 ( )
A.球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物
B.配制混合酸时,应将浓硫酸沿器壁慢慢
倒入浓硝酸中,并不断搅拌
C.反应结束后,液体分层,下层为微黄色油状液体
D.分离提纯硝基苯的操作依次为洗涤、过滤、干燥、蒸馏
D
解析 球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物,提高原料利用率,A项正确;配制混合酸时,应将浓硫酸沿器壁慢慢倒入浓硝酸中,并不断搅拌,B项正确;硝基苯的密度大于水的,所以反应结束后,液体分层,下层因溶解了NO2而呈微黄色,C项正确;分离提纯硝基苯的操作:依次用蒸馏水、NaOH溶液、蒸馏水洗涤,分液得到苯和硝基苯的混合物(混有少量水),再用无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏除去苯,D项错误。
7.下列实验操作中正确的是 ( )
A.将液溴、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯
B.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
C.用苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在反应混合液中
D.制取硝基苯时,应取浓H2SO4 2 mL,加入1.5 mL 浓HNO3,再滴入苯约1 mL,然后放在水浴中加热
B
解析 在铁粉存在下,苯和液溴的反应非常剧烈,不需加热,A项错误;溴单质与NaOH反应,溴苯不溶于水,分液可分离,B项正确;苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在水浴中测水的温度,控制在50~60 ℃,C项错误;混合浓硫酸和浓硝酸时,应将浓硫酸加入浓硝酸中,且边加边振荡(或搅拌)散热,D项错误。
8.查阅资料可知,苯可被臭氧氧化,发生如下化学反应:
则二甲苯通过上述反应得到的产物有 ( )
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
C
A.1种 B.3种 C.4种 D.5种
B
10.实验室制备溴苯的实验步骤如图:
步骤1:在a中加入15 mL苯和少量铁屑,再将b中4.0 mL
液溴慢慢加入a中,充分反应。
步骤2:向a中加入10 mL水,然后过滤。
步骤3:滤液依次用10 mL水、8 mL 10%稀NaOH溶液、10 mL水洗涤。
步骤4:向分出的粗溴苯中加放少量的无水氯化钙,静置、过滤,得到粗产品,然后蒸馏得到溴苯。
下列说法错误的是 ( )
A.步骤1“慢慢加入”的原因是防止反应剧烈放热使反应物挥发而降低产率
B.步骤2操作的目的是除去未反应的铁屑
C.步骤3用NaOH溶液洗涤主要是为了除去HBr
D.步骤4加入少量无水氯化钙的目的是为了除水,蒸馏的目的是为了除苯
解析 步骤1“慢慢加入”的原因是防止反应剧烈放热使反应物挥发而降低产率,因为苯与液溴反应为放热反应,苯和溴沸点较低,故A正确;步骤2过滤操作的目的是除去未反应的铁屑,故B正确;步骤3用NaOH溶液洗涤主要是为了吸收溴化氢和未反应完的溴单质,故C错误;步骤4加入少量无水氯化钙的目的是为了除水,无水氯化钙吸水且不与其他物质反应,蒸馏的目的是为了除苯,得到纯净的溴苯,故D正确。
C
12.苯的同系物中,有的侧链能被酸性KMnO4溶液氧化,生成芳香酸,反应如下:
(1)现有苯的同系物甲、乙,分子式都是C10H14,甲不能被酸性KMnO4溶液氧化为芳香酸,它的结构简式是 ________ ;乙能被KMnO4酸性溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸,则乙可能的结构有_______________种。
(2)有机物丙也是苯的同系物,分子式也是C10H14,它的苯环上的一溴代物只有一种,试写出丙所有可能的结构简式: 。
13.人们对苯及芳香烃的认识是一个不断深化的过程。
(1)由于苯的含碳量与乙炔相同,人们认为它是一种不饱和烃,写出分子式为C6H6的一种含两个三键且无支链的链烃的结构简式:
。
HC≡C—C≡C—CH2—CH3(答案合理即可)
(2)已知分子式为C6H6的有机物结构有多种,其中的两种
如图 Ⅰ 和 Ⅱ。
①这两种结构的区别表现在:
定性方面(即化学性质方面):Ⅱ不能 (填选项,下同),而 Ⅰ 能 。
A.被酸性高锰酸钾溶液氧化
B.与溴的四氯化碳溶液发生加成反应
C.与溴单质在催化剂作用下发生取代反应
D.与氢气发生加成反应
定量方面:1 mol C6H6与H2加成时,Ⅰ 需消耗H2 ____mol,而 Ⅱ 需消耗H2______mol。
C
CD
3
2
3
CD
B级 素养培优练
14.一种生产聚苯乙烯的流程如图,下列叙述正确的是( )
A.苯乙烯分子中所有原子一定在同一平面内
B.乙苯和苯乙烯都能使酸性KMnO4溶液褪色
C.鉴别乙烯与苯乙烯可用Br2的四氯化碳溶液
D.反应①的反应类型是取代反应,反应③的反
应类型是加聚反应
B
解析 由于单键可以旋转,则连接碳碳双键的苯环可以不在一个平面上,即苯乙烯分子中所有原子不一定在同一平面内,故A错误;乙苯的侧链碳上连有H原子,苯乙烯具有碳碳双键,能被酸性KMnO4溶液氧化,都能使酸性 KMnO4溶液褪色,故B正确;乙烯和苯乙烯均可与溴发生加成反应,均能使Br2的四氯化碳溶液褪色,无法鉴别,故C错误;反应①是两种有机物合成一种,反应类型是加成反应,反应③是加聚反应,故D错误。
15.已知苯可以进行如下转化:
下列叙述正确的是 ( )
A.①②反应发生的条件均为光照
B.化合物M与L互为同系物
C.用蒸馏水可鉴别苯和化合物K
D.化合物L只能发生加成反应,不能发生取代反应
C
解析 A项,反应①为苯的取代,反应条件为溴、铁或溴化铁作催化剂,错误;B项,M为环己烷,L为环己烯,两者不互为同系物,错误;C项,化合物K为溴苯,溴苯的密度比水大,苯的密度比水小,用蒸馏水可鉴别苯和溴苯,正确;D项,化合物L中有碳碳双键,能发生加成反应,其他碳原子上的氢也可以被取代,错误。
16.(2023·天津南开高二期中)下列关于芳香烃的说法错误的是 ( )
B
17.A是石油裂解气的主要成分之一,以A为原料制备药物中间体I的合成路线如图所示:
请回答下列问题:
(1)A中官能团的名称为 。
(2)C的结构简式为 ;G的结构简式为 。
(3)反应③的化学方程式为 ;
反应④的反应类型为 。
(4)H的1H核磁共振谱有 组峰。
(5)满足以下条件的I的同分异构体有 种(不考虑立体异构)。
i.官能团的类型与I不同
ii.含有六元碳环结构,且环上只有1个取代基
碳碳双键
CH2==CHCH==CH2
取代反应
7
5
18.(2023·河南信阳高二检测)硝基苯可用于生产染料、香料、炸药等。实验室可用浓硫酸、浓硝酸、苯为原料制备一定量的硝基苯(硝基苯的密度为1.2 g·cm-3, 沸点为210 ℃;苯的密度为0.88 g·cm-3,沸点为80.1 ℃。
Ⅰ.粗硝基苯的制备
制备装置如图1所示(夹持及加热装置省略):
实验操作:将50 mL浓硫酸缓慢加入35 mL浓硝酸(约含0.5 mol HNO3)中,然后向混合酸中加入39 mL苯于容器a中,然后水浴55~60 ℃加热约15 min,使其充分反应。
(1)方框甲中的仪器是 形冷凝管,仪器a的容积以 (填字母)mL为宜。
A.150 B.200 C.500 D.1 000
(2)水浴加热时,除需要水浴锅、热源外,还必须使用的一种玻璃仪器是 。
球
B
温度计
解析 (1)由于硝基苯的沸点为210 ℃,苯的沸点为80.1 ℃,为减少苯的挥发,提高反应物的利用率,方框甲中应采用球形冷凝管,冷凝回流;加热时,三颈烧瓶中液体体积不宜超过其容积的,不宜少于其容积的,三种液体体积之和约为124 mL,故选用200 mL的三颈烧瓶较好。
Ⅱ.硝基苯精制
实验操作:将a中混合液与适量稀NaOH溶液混合,然后进行充分振荡、静置、分液,接着依次进行水洗→X→蒸馏(蒸馏装置如图2所示)。
(3)水洗的目的是 , 操作X所用试剂应具有的一种性质是 。
(4)蒸馏过程中仪器c至少需要使用 个(次);向乙中通冷却水与加热烧瓶的顺序是 ,若最终得到36 mL精制产品,则硝基苯的产率是 (保留三位有效数字)。
除去残留的NaOH和生成的可溶性盐
吸水性
2
先通冷却水再加热烧瓶
79.8%
解析 (3)反应后混合液中含有没反应完的硝酸及催化剂硫酸,用NaOH溶液将它们转化为溶于水的盐除去,故相应的操作是充分振荡、静置,然后分液;分液所得产品中残留有NaOH和生成的可溶性盐,再通过水洗除去,然后用干燥剂除去残留的水,因此操作X中所用试剂应具有吸水性。(4)由于被蒸馏的液体中含有没反应完的苯及产物硝基苯,而苯的沸点比较低,故装置c先接收苯,然后接收硝基苯,故至少需要用2次;为确保蒸馏中汽化的物质被冷凝,应先向冷凝管中通入冷却水;原料中苯的物质的量为=0.44 mol,理论上可得到0.44 mol硝基苯,实际得到的硝基苯的物质的量为,由此可求出产率为× 100% ≈79.8%。作业10 芳香烃
(分值:100分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(1~10题,每题4分,共40分)
1.下列说法中,正确的是 ( )
芳香烃的分子通式是CnH2n-6(n≥6)
苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物
在苯的同系物分子中存在大π键,每个碳原子均采取sp2杂化
苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应
2.下列有关苯的叙述中错误的是 ( )
苯在催化剂作用下能与浓硝酸发生取代反应
在一定条件下苯能与氢气发生加成反应
在苯中加入酸性高锰酸钾溶液,振荡并静置后下层液体为紫红色
在苯中加入溴水,振荡并静置后下层液体为橙色
3.关于苯及苯的同系物的说法,不正确的是 ( )
利用甲苯的硝化反应可以制得TNT炸药
苯与甲苯互为同系物,可以用酸性KMnO4溶液进行鉴别
苯和溴水振荡后,由于发生化学反应而使溴水的水层颜色变浅
煤焦油中含有苯和甲苯,用蒸馏的方法把它们分离出来
4.下列说法正确的是 ( )
、、
都是苯的同系物
苯和甲苯都能发生取代反应
的一氯代物有8种
甲苯和苯乙烯都能使溴水褪色,两者褪色原理相同
5.异丙苯[]是一种重要的化工原料,下列关于异丙苯的说法不正确的是 ( )
异丙苯是苯的同系物
可用酸性高锰酸钾溶液区别苯与异丙苯
在光照条件下,异丙苯与Cl2发生取代反应生成的氯代物有三种
在一定条件下能与氢气发生加成反应
6.实验室制备硝基苯的反应装置如图所示(在50~60 ℃下发生反应,加热装置已略去)。下列有关说法错误的是 ( )
球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物
配制混合酸时,应将浓硫酸沿器壁慢慢倒入浓硝酸中,并不断搅拌
反应结束后,液体分层,下层为微黄色油状液体
分离提纯硝基苯的操作依次为洗涤、过滤、干燥、蒸馏
7.下列实验操作中正确的是 ( )
将液溴、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯
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
用苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在反应混合液中
制取硝基苯时,应取浓H2SO4 2 mL,加入1.5 mL 浓HNO3,再滴入苯约1 mL,然后放在水浴中加热
8.查阅资料可知,苯可被臭氧氧化,发生如下化学反应:
则二甲苯通过上述反应得到的产物有 ( )
1种 2种 3种 4种
9.已知苯的同系物可以被酸性KMnO4溶液氧化,如,现有苯的同系物,其蒸气密度为H2的60倍,该烃经氧化后,其产物1 mol可中和3 mol NaOH,则该烃的结构可能有 ( )
1种 3种
4种 5种
10.实验室制备溴苯的实验步骤如图:
步骤1:在a中加入15 mL苯和少量铁屑,再将b中4.0 mL 液溴慢慢加入a中,充分反应。
步骤2:向a中加入10 mL水,然后过滤。
步骤3:滤液依次用10 mL水、8 mL 10%稀NaOH溶液、10 mL水洗涤。
步骤4:向分出的粗溴苯中加放少量的无水氯化钙,静置、过滤,得到粗产品,然后蒸馏得到溴苯。
下列说法错误的是 ( )
步骤1“慢慢加入”的原因是防止反应剧烈放热使反应物挥发而降低产率
步骤2操作的目的是除去未反应的铁屑
步骤3用NaOH溶液洗涤主要是为了除去HBr
步骤4加入少量无水氯化钙的目的是为了除水,蒸馏的目的是为了除苯
11.(8分)已知: ①R—BrR—OH(R表示烃基);②苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。以下是用苯作原料制备一系列化合物的转化关系如图所示。
(1)(2分)写出A转化为B的化学方程式: 。
(2)(4分)图中—→①—→②省略了反应条件,请在①和②上方的方框里填写对应物质的结构简式。
(3)(2分)B分子中苯环上的任意两个氢原子被溴原子取代后,得到的二溴代物有 种同分异构体。
12.(6分)苯的同系物中,有的侧链能被酸性KMnO4溶液氧化,生成芳香酸,反应如下:
(R、R'表示烷基或氢原子)
(1)(4分)现有苯的同系物甲、乙,分子式都是C10H14,甲不能被酸性KMnO4溶液氧化为芳香酸,它的结构简式是 ;乙能被KMnO4酸性溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸,则乙可能的结构有 种。
(2)(2分)有机物丙也是苯的同系物,分子式也是C10H14,它的苯环上的一溴代物只有一种,试写出丙所有可能的结构简式: 。
13.(11分)人们对苯及芳香烃的认识是一个不断深化的过程。
(1)(2分)由于苯的含碳量与乙炔相同,人们认为它是一种不饱和烃,写出分子式为C6H6的一种含两个三键且无支链的链烃的结构简式: 。
(2)(6分)已知分子式为C6H6的有机物结构有多种,其中的两种如图 Ⅰ 和 Ⅱ。
①这两种结构的区别表现在:
定性方面(即化学性质方面):Ⅱ不能 (1分)(填选项,下同),而 Ⅰ 能 (1分)。
A.被酸性高锰酸钾溶液氧化
B.与溴的四氯化碳溶液发生加成反应
C.与溴单质在催化剂作用下发生取代反应
D.与氢气发生加成反应
定量方面:1 mol C6H6与H2加成时,Ⅰ 需消耗H2 (1分) mol,而 Ⅱ 需消耗H2 (1分) mol。
②今发现C6H6还有另一种立体结构(如图所示),该结构的二氯代物有 (2分)种。
(3)(3分)已知萘的结构简式为,下列关于萘的说法正确的是 (填选项)。
A.萘的分子式为C10H10
B.1 mol萘能与6 mol H2发生加成反应
C.萘分子中所有原子在同一平面上
D.一溴代萘只有两种同分异构体
B级 素养培优练
(14~16题,每题4分,共12分)
14.一种生产聚苯乙烯的流程如图,下列叙述正确的是 ( )
苯乙烯分子中所有原子一定在同一平面内
乙苯和苯乙烯都能使酸性KMnO4溶液褪色
鉴别乙烯与苯乙烯可用Br2的四氯化碳溶液
反应①的反应类型是取代反应,反应③的反应类型是加聚反应
15.已知苯可以进行如下转化:
下列叙述正确的是 ( )
①②反应发生的条件均为光照
化合物M与L互为同系物
用蒸馏水可鉴别苯和化合物K
化合物L只能发生加成反应,不能发生取代反应
16.(2023·天津南开高二期中)下列关于芳香烃的说法错误的是 ( )
稠环芳香烃菲()在一定条件下能发生加成反应、硝化反应
化合物是苯的同系物
在一定条件下可以发生取代反应、加成反应、氧化反应和加聚反应
光照条件下,异丙苯()与Cl2发生取代反应生成的一氯代物有2种(不考虑立体异构)
17.(10分)A是石油裂解气的主要成分之一,以A为原料制备药物中间体I的合成路线如图所示:
A(C3H6)B(CH2==CHCH2Cl)D()E
F()GHI
已知:a.+||;
b.+HCl;
c.RCH2Cl+NaOHRCH2OH+NaCl。
请回答下列问题:
(1)(1分)A中官能团的名称为 。
(2)(2分)C的结构简式为 ;G的结构简式为 。
(3)(3分)反应③的化学方程式为 (2分);
反应④的反应类型为 (1分)。
(4)(2分)H的1H核磁共振谱有 组峰。
(5)(2分)满足以下条件的I的同分异构体有 种(不考虑立体异构)。
i.官能团的类型与I不同
ii.含有六元碳环结构,且环上只有1个取代基
18.(13分)(2023·河南信阳高二检测)硝基苯可用于生产染料、香料、炸药等。实验室可用浓硫酸、浓硝酸、苯为原料制备一定量的硝基苯(硝基苯的密度为1.2 g·cm-3,沸点为210 ℃;苯的密度为0.88 g·cm-3,沸点为80.1 ℃。
Ⅰ.粗硝基苯的制备
制备装置如图1所示(夹持及加热装置省略):
实验操作:将50 mL浓硫酸缓慢加入35 mL浓硝酸(约含0.5 mol HNO3)中,然后向混合酸中加入39 mL苯于容器a中,然后水浴55~60 ℃加热约15 min,使其充分反应。
(1)(2分)方框甲中的仪器是 形冷凝管,仪器a的容积以 (填字母)mL为宜。
A.150 B.200 C.500 D.1 000
(2)(1分)水浴加热时,除需要水浴锅、热源外,还必须使用的一种玻璃仪器是 。
Ⅱ.硝基苯精制
实验操作:将a中混合液与适量稀NaOH溶液混合,然后进行充分振荡、静置、分液,接着依次进行水洗→X→蒸馏(蒸馏装置如图2所示)。
(3)(4分)水洗的目的是 , 操作X所用试剂应具有的一种性质是 。
(4)(6分)蒸馏过程中仪器c至少需要使用 个(次);向乙中通冷却水与加热烧瓶的顺序是 ,若最终得到36 mL精制产品,则硝基苯的产率是 (保留三位有效数字)。
作业10 芳香烃
1.D [芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物,而苯的同系物指分子中仅含有一个苯环,苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物,其分子通式为CnH2n-6(n≥7,且n为正整数);苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应,在苯的同系物分子中烷基碳原子为sp3杂化。]
2.D [苯的密度小于水,静置后,上层液体是溴的苯溶液,为橙色。]
3.C [甲苯与浓硝酸发生硝化反应制取TNT炸药(成分为2,4,6-三硝基甲苯),故A正确;甲苯能够使高锰酸钾褪色,苯不能,可以用酸性KMnO4溶液进行鉴别,故B正确;苯与溴水发生萃取使溴水的水层颜色变浅,是物理变化,故C错误;煤焦油中含苯以及甲苯,其沸点不同,故可以用蒸馏的方法分离,故D正确。]
4.B [苯的同系物指的是只含一个苯环且苯环上的侧链均为烷基的芳香烃,故、都不是苯的同系物,A项错误;具有对称结构,因C—C键能够旋转,故其一氯代物有4种(),C项错误;甲苯使溴水褪色是由于甲苯将溴从溴水中萃取出来,发生的是物理变化,苯乙烯使溴水褪色是由于苯乙烯与溴发生了加成反应,发生的是化学变化,两者褪色原理不同,D项错误。]
5.C [在光照条件下,异丙苯与Cl2发生侧链上的取代反应,可生成多种氯代物,包括一氯代物、二氯代物等,C错误。 ]
6.D [球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物,提高原料利用率,A项正确;配制混合酸时,应将浓硫酸沿器壁慢慢倒入浓硝酸中,并不断搅拌,B项正确;硝基苯的密度大于水的,所以反应结束后,液体分层,下层因溶解了NO2而呈微黄色,C项正确;分离提纯硝基苯的操作:依次用蒸馏水、NaOH溶液、蒸馏水洗涤,分液得到苯和硝基苯的混合物(混有少量水),再用无水CaCl2干燥,过滤后进行蒸馏除去苯,D项错误。]
7.B [在铁粉存在下,苯和液溴的反应非常剧烈,不需加热,A项错误;溴单质与NaOH反应,溴苯不溶于水,分液可分离,B项正确;苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热,温度计应放在水浴中测水的温度,控制在50~60 ℃,C项错误;混合浓硫酸和浓硝酸时,应将浓硫酸加入浓硝酸中,且边加边振荡(或搅拌)散热,D项错误。]
8.C [二甲苯通过上述反应所得产物可能为:共3种。]
9.B [该芳香烃的相对分子质量为120,因其为苯的同系物,应符合通式:14n-6=120,n=9,则分子式为C9H12。又因其被酸性KMnO4溶液氧化成三元羧酸,说明苯环上含有三个支链,即三个甲基,该烃的结构可能为、、,共有3种。]
10.C [步骤1“慢慢加入”的原因是防止反应剧烈放热使反应物挥发而降低产率,因为苯与液溴反应为放热反应,苯和溴沸点较低,故A正确;步骤2过滤操作的目的是除去未反应的铁屑,故B正确;步骤3用NaOH溶液洗涤主要是为了吸收溴化氢和未反应完的溴单质,故C错误;步骤4加入少量无水氯化钙的目的是为了除水,无水氯化钙吸水且不与其他物质反应,蒸馏的目的是为了除苯,得到纯净的溴苯,故D正确。]
11.(1)+CH3Cl+HCl
(2)① ② (3)6
解析 (1)根据反应物及反应条件可以确定A是,而从AB流程分析,不难看出AB是苯环上—NO2的间位引入—CH3,而B则是将苯环的—NO2还原为—NH2,从而可写出反应的化学方程式。
(2)从①②可推出②是,而考虑①是还是,则应注意苯环上原有的取代基对新导入的取代基的影响,这可从其余两条反应路线来加以分析。可以看出若先在苯环上引入—NO2, 则再引入—Br应位于间位上,若先在苯环上引入—Br,则再引入—NO2应位于对位上,可见①应是。(3)B的结构简式为,其分子中苯环上再引入两个溴原子时,应有6种同分异构体。
12.(1) 9
(2)、、、
解析 (1)据题目信息,苯的同系物能被氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸(二元酸),说明苯环上有两个侧链,且与苯环相连的碳原子上有氢原子可能是两个乙基,也可能是一个甲基和一个丙基,而丙基又有两种结构(—CH2CH2CH3和),两个侧链在苯环上的位置又有邻位、间位和对位3种可能,故分子式为C10H14,有两个侧链的苯的同系物有3×3=9种可能的结构。(2)分子式为C10H14的苯的同系物的苯环上的一溴代物只有一种,其苯环上可能只有2个相同的侧链且位于对位,或4个相同的侧链。
13.(1)HC≡C—C≡C—CH2—CH3(答案合理即可)
(2)①C CD 3 2 ②3 (3)CD
解析 (2)①Ⅱ中含有碳碳双键,能被酸性高锰酸钾溶液氧化,能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,能与氢气发生加成反应,不能与溴在催化剂作用下发生取代反应。Ⅰ中碳碳之间的键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种特殊的键,不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,不能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,能与溴在催化剂作用下发生取代反应生成溴苯,能与H2发生加成反应;Ⅰ分子结构为苯,1 mol Ⅰ能与3 mol氢气发生加成反应,Ⅱ分子中含有2个碳碳双键,所以1 mol Ⅱ与2 mol氢气发生加成反应。②根据对称性即可写出,故其二氯代物有3种。(3)萘的结构简式为。萘的分子式为C10H8,故A错误;根据萘的结构可知,1 mol萘能与5 mol H2发生加成反应,故B错误;苯环是平面结构,萘分子中所有原子在同一平面上,故C正确;萘有两种不同化学环境的氢原子,一溴代萘只有两种同分异构体,故D正确。
14.B [由于单键可以旋转,则连接碳碳双键的苯环可以不在一个平面上,即苯乙烯分子中所有原子不一定在同一平面内,故A错误;乙苯的侧链碳上连有H原子,苯乙烯具有碳碳双键,能被酸性KMnO4溶液氧化,都能使酸性 KMnO4溶液褪色,故B正确;乙烯和苯乙烯均可与溴发生加成反应,均能使Br2的四氯化碳溶液褪色,无法鉴别,故C错误;反应①是两种有机物合成一种,反应类型是加成反应,反应③是加聚反应,故D错误。]
15.C [A项,反应①为苯的取代,反应条件为溴、铁或溴化铁作催化剂,错误;B项,M为环己烷,L为环己烯,两者不互为同系物,错误;C项,化合物K为溴苯,溴苯的密度比水大,苯的密度比水小,用蒸馏水可鉴别苯和溴苯,正确;D项,化合物L中有碳碳双键,能发生加成反应,其他碳原子上的氢也可以被取代,错误。]
16.B [稠环芳香烃菲()中含有苯环,故该化合物在一定条件下能发生加成反应、硝化反应,A正确;苯的同系物是指含有一个苯环且侧链为烷基的烃,故化合物不是苯的同系物,B错误;中含有苯环、碳碳双键,在一定条件下可以发生取代反应、加成反应、氧化反应和加聚反应,C正确;光照条件下,异丙苯[]与Cl2发生取代反应取代侧链上的H,故生成的一氯代物有2种,D正确。]
17.(1)碳碳双键
(2)CH2==CHCH==CH2
(3)+H2 取代反应
(4)7 (5)5
解析 A是石油裂解气的主要成分之一,分子式为C3H6,结合B的结构简式可知,A为CH3CH==CH2;根据已知信息a,B与C发生反应生成D,对比B、D的结构可知,C为CH2==CHCH==CH2;D与氢气发生加成反应生成的E为,对比E、F的结构可知,E与HC≡CNa发生取代反应;F与氢气发生加成反应生成G,根据已知信息b及后续反应可知,G为;G与HCl发生加成反应H,H为;根据已知信息c可知,H发生取代反应生成I,I为。(3)反应③为与氢气发生加成反应生成,反应的化学方程式为+H2;反应④为E与HC≡CNa发生取代反应生成F。(4)由H的结构简式可知,H中含有7种不同化学环境的氢原子,则其1H核磁共振谱中有7组峰。(5)I为,由题给条件可知,其同分异构体中含有六元碳环,环上的1个取代基为—OCH2CH2CH3、—CH2OCH2CH3、—CH2CH2OCH3、—CH(CH3)OCH3或—OCH(CH3)2,则满足条件的I的同分异构体共有5种。
18.(1)球 B (2)温度计 (3)除去残留的NaOH和生成的可溶性盐 吸水性 (4)2 先通冷却水再加热烧瓶 79.8%
解析 (1)由于硝基苯的沸点为210 ℃,苯的沸点为80.1 ℃,为减少苯的挥发,提高反应物的利用率,方框甲中应采用球形冷凝管,冷凝回流;加热时,三颈烧瓶中液体体积不宜超过其容积的,不宜少于其容积的,三种液体体积之和约为124 mL,故选用200 mL的三颈烧瓶较好。(3)反应后混合液中含有没反应完的硝酸及催化剂硫酸,用NaOH溶液将它们转化为溶于水的盐除去,故相应的操作是充分振荡、静置,然后分液;分液所得产品中残留有NaOH和生成的可溶性盐,再通过水洗除去,然后用干燥剂除去残留的水,因此操作X中所用试剂应具有吸水性。(4)由于被蒸馏的液体中含有没反应完的苯及产物硝基苯,而苯的沸点比较低,故装置c先接收苯,然后接收硝基苯,故至少需要用2次;为确保蒸馏中汽化的物质被冷凝,应先向冷凝管中通入冷却水;原料中苯的物质的量为=0.44 mol,理论上可得到0.44 mol硝基苯,实际得到的硝基苯的物质的量为,由此可求出产率为×100%≈79.8%。
