2016-2017学年高二化学选修5学案：（鲁科版）第1章 第3节 第3课时 苯及其同系物 含解析
文档属性
| 名称 | 2016-2017学年高二化学选修5学案：（鲁科版）第1章 第3节 第3课时 苯及其同系物 含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 468.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2017-01-14 16:56:39 | ||
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文档简介
第3课时 苯及其同系物
1．理解“芳香烃”的含义。
2．掌握苯及其同系物的结构与化学性质。
3．了解不同官能团之间存在的相互影响。
苯
及
其
同
系
物
的
结
构
特
点
基础·初探]
1．结构
(1)苯的分子式C6H6，结构简式，空间结构为平面正六边形，所有的原子都在同一平面上。
(2)苯的同系物是苯分子中的一个或多个氢原子被其他饱和烃基取代的生成物。分子通式为CnH2n－6(n≥6)。
2．与性质的关系
苯环上的碳原子间虽有类似于碳碳双键的键，但苯环是一个较稳定的结构，这使得苯及其同系物不易发生加成反应而易发生取代反应。另外，由于苯的同系物分子中有与苯环相连的支链，苯环和侧链烃基存在相互影响，使得苯的同系物表现出与苯不同的性质。
(1)标况下，22.4
L苯中含有3NA个碳碳双键。( )
(2)甲苯中所有的原子在同一平面上。( )
(3)乙苯的一氯代物有3种。( )
(4)等物质的量的苯、甲苯与足量H2加成时，耗H2量相同。( )
【提示】 (1)× (2)× (3)× (4)√
核心·突破]
1．苯及其同系物的结构
(1)苯的结构特征
苯分子里任意两个直接相邻的碳原子之间的化学键都是一种介于单、双键之间的独特的键，这可以从以下事实中得到证明。
①苯分子中的碳碳键的键长和键能都介于碳碳单键和碳碳双键之间，且键长均相等。
③从性质上讲，苯分子不能使酸性高锰酸钾溶液退色，但能与H2发生加成反应。能在催化剂作用下发生取代反应。
(2)苯的同系物的结构
当苯分子中的一个氢原子被其他原子或原子团取代时，代替该氢原子的原子一定在苯环所在平面内。
例如：分子里7个碳原子在同一平面内；包括C、H原子在内，最多共有13个原子在同一平面内；有3个碳原子在同一条直线上。
2．芳香化合物同分异构体的书写及判断
题组·冲关]
题组1 苯及其同系物的组成和结构
1．有关芳香烃的下列说法正确的是( )
A．具有芳香气味的烃
B．分子里含有苯环的各种有机物的总称
C．苯和苯的同系物的总称
D．分子里含有一个或多个苯环的烃
【解析】 分子里含有苯环的各种有机物应为芳香族化合物；苯及苯的同系物属于芳香烃，但芳香烃不一定是苯或苯的同系物，如
【答案】 D
2．下列物质中属于苯的同系物的是( )
【答案】 D
3．已知甲醛(HCHO)分子中的4个原子是共平面的。下列分子中所有原子不可能同时存在于同一平面上的是( )
【解析】 已知甲醛的4个原子是共平面的，提示了羰基上的碳原子所连接的3个原子也是共平面的。因此，苯环(本身是共平面的一个环)有可能代替甲醛的1个H，D项有可能在一个平面上。－OH也有可能代替苯环的1个H，B项可能在一个平面上。乙烯的6个原子是共平面的，苯环代替了1个H，可以共面。只有苯乙酮，由于－CH3的C位于四面体的中心，3个H和羰基的C位于四面体的顶点，不可能共面。
【答案】 C
4．(2016·沈阳高二检测)有结构简式为
的烃，下列说法正确的是( )
A．分子中至少有6个碳原子共平面
B．分子中至少有8个碳原子共平面
C．分子中至少有9个碳原子共平面
D．分子中至少有14个碳原子共平面
【解析】 由苯的结构可知，该物质左、右部分7个碳原子均在同一平面内，A错误；同时，由于左右两个苯环平面通过碳碳单键可绕键轴旋转，所以14个碳原子不一定在同一平面，则D错误；B项虽考虑了苯分子的平面结构特征，但却疏忽了苯环上六个碳原子呈正六边形排列具有对称性。以苯环结构看：任一对称轴线上均有两个碳原子共平面，加上另一甲苯基上的7个碳原子，则该烃中至少应有9个碳原子共平面，如下所示：
【答案】 C
题组2 芳香化合物同分异构体的书写及数目判断
5．间二甲苯苯环上的一个氢原子被—NO2取代后其一元取代产物的同分异构体有
( )
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
【解析】 判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时，通常采用“对称轴”法。即在被取代的主体结构中，找出对称轴，取代基只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。如二甲苯的对称轴如下(虚线表示)：
邻二甲苯(小圆圈表示能被取代的位置)，间二甲苯，对二甲苯。因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。
【答案】 C
6．已知萘()的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m(n不等于m)的关系是( )
A．n＋m＝6
B．n＋m＝4
C．n＋m＝8
D．无法确定
【解析】 萘分子中有8个氢原子，其n溴代物和m溴代物的种类相等，则n＋m＝8。
【答案】 C
7．(2016·深圳高二质检)已知分子式为C10H14的有机物，该有机物不能与溴水发生加成反应，分子中只有一个烷基，符合要求的有机物结构有( )
A．2种
B．3种
C．4种
D．5种
【解析】 由该有机物的性质可知，含有苯环结构，由于分子中只有一个烷基，则为丁基(丁基的种类有4种)，故该有机物的结构有4种。
【答案】 C
【答案】
【规律总结】 书写苯的同系物的同分异构体的两步
1．先写侧链的碳架异构：由整到散。
2．再写苯环上的位置异构：由邻到间到对。
苯及其同系物的化学性质
基础·初探]
1．与卤素单质、硝酸、浓H2SO4的取代反应
2．与氢气的反应
。
3．苯的同系物与酸性KMnO4溶液的反应
怎样通过实验来区别苯和乙苯？
【提示】 分别取少量两种液体，加入酸性KMnO4溶液，使其退色的为乙苯，不退色的为苯。
核心·突破]
苯及其同系物化学性质的异同点
(1)相同点
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，但都比较困难。
(2)不同点
①由于侧链对苯环的影响，使得苯的同系物比苯更容易发生取代反应，且发生邻、对位取代，常得到多元取代产物。
②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物易被氧化剂氧化，能使酸性KMnO4溶液退色。
③苯的同系物中与苯环相连的碳原子上有氢原子才能被酸性KMnO4溶液氧化。
题组·冲关]
1．苯和甲苯相比较，下列叙述中不正确的是( )
A．都属于芳香烃
B．都能使酸性高锰酸钾溶液退色
C．都能在空气中燃烧
D．都能发生取代反应
【解析】 苯不能使高锰酸钾溶液退色。
【答案】 B
2．碳、氢质量分数与乙炔相等，但既不是乙炔的同系物又不是其同分异构体的有机物是( )
A．丙炔
B．环丁烷
C．甲苯
D．苯
【解析】 苯的最简式与乙炔相同，因此它们的碳、氢质量分数相等，但它们不是同系物，也不互为同分异构体。
【答案】 D
3．下面是某同学设计的用于鉴别苯和苯的同系物的几种方法或试剂，其中最适合的是( )
A．液溴和铁粉
B．浓溴水
C．酸性KMnO4溶液
D．在空气中点燃
【解析】 苯和苯的同系物的共同性质有①与液溴或硝酸在催化剂作用下发生取代反应，②在空气中燃烧且现象相似，③与H2能发生加成反应。不同点是苯的同系物能使酸性KMnO4溶液退色，而苯不能，根据实验目的可知C最适合。
【答案】 C
4．下列实验能成功的是( )
A．用溴水可鉴别苯、CCl4、乙烯
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
【解析】 A选项，溴水加入苯中上层颜色较深，加入CCl4中下层颜色较深，加入乙烯中溴水退色，可以鉴别。B选项，浓溴水虽与己烯反应，但生成物能溶于苯，不能使之分离。C选项，制取溴苯需要用液溴，而不是溴水。D选项，二溴乙烷与苯互溶，不能用分液漏斗分离。
【答案】 A
5．(2016·唐山高二检测)要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是( )
A．先加足量的酸性高锰酸钾溶液，然后再加入溴水
B．先加足量溴水，然后再加入酸性高锰酸钾溶液
C．点燃需鉴别的己烯，然后观察现象
D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热
【解析】 己烯和甲苯都能使酸性高锰酸钾溶液退色，A项错误；先加溴水，己烯能与溴水发生加成反应变为饱和有机物，再加入酸性高锰酸钾溶液，如果退色则证明混有甲苯，B项正确；点燃两种液体，都有浓烟，C项错误；加入浓硫酸与浓硝酸后加热，甲苯虽能反应，但甲苯少量，现象不明显，不宜采用，D项错误。
【答案】 B
【误区警示】
1．苯的同系物发生卤代反应时条件不同产物不同，Fe作催化剂时在苯环上取代，光照时在侧链上取代。
2．只有与苯环相连的碳原子上有氢原子的苯的同系物才能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
1．理解“芳香烃”的含义。
2．掌握苯及其同系物的结构与化学性质。
3．了解不同官能团之间存在的相互影响。
苯
及
其
同
系
物
的
结
构
特
点
基础·初探]
1．结构
(1)苯的分子式C6H6，结构简式，空间结构为平面正六边形，所有的原子都在同一平面上。
(2)苯的同系物是苯分子中的一个或多个氢原子被其他饱和烃基取代的生成物。分子通式为CnH2n－6(n≥6)。
2．与性质的关系
苯环上的碳原子间虽有类似于碳碳双键的键，但苯环是一个较稳定的结构，这使得苯及其同系物不易发生加成反应而易发生取代反应。另外，由于苯的同系物分子中有与苯环相连的支链，苯环和侧链烃基存在相互影响，使得苯的同系物表现出与苯不同的性质。
(1)标况下，22.4
L苯中含有3NA个碳碳双键。( )
(2)甲苯中所有的原子在同一平面上。( )
(3)乙苯的一氯代物有3种。( )
(4)等物质的量的苯、甲苯与足量H2加成时，耗H2量相同。( )
【提示】 (1)× (2)× (3)× (4)√
核心·突破]
1．苯及其同系物的结构
(1)苯的结构特征
苯分子里任意两个直接相邻的碳原子之间的化学键都是一种介于单、双键之间的独特的键，这可以从以下事实中得到证明。
①苯分子中的碳碳键的键长和键能都介于碳碳单键和碳碳双键之间，且键长均相等。
③从性质上讲，苯分子不能使酸性高锰酸钾溶液退色，但能与H2发生加成反应。能在催化剂作用下发生取代反应。
(2)苯的同系物的结构
当苯分子中的一个氢原子被其他原子或原子团取代时，代替该氢原子的原子一定在苯环所在平面内。
例如：分子里7个碳原子在同一平面内；包括C、H原子在内，最多共有13个原子在同一平面内；有3个碳原子在同一条直线上。
2．芳香化合物同分异构体的书写及判断
题组·冲关]
题组1 苯及其同系物的组成和结构
1．有关芳香烃的下列说法正确的是( )
A．具有芳香气味的烃
B．分子里含有苯环的各种有机物的总称
C．苯和苯的同系物的总称
D．分子里含有一个或多个苯环的烃
【解析】 分子里含有苯环的各种有机物应为芳香族化合物；苯及苯的同系物属于芳香烃，但芳香烃不一定是苯或苯的同系物，如
【答案】 D
2．下列物质中属于苯的同系物的是( )
【答案】 D
3．已知甲醛(HCHO)分子中的4个原子是共平面的。下列分子中所有原子不可能同时存在于同一平面上的是( )
【解析】 已知甲醛的4个原子是共平面的，提示了羰基上的碳原子所连接的3个原子也是共平面的。因此，苯环(本身是共平面的一个环)有可能代替甲醛的1个H，D项有可能在一个平面上。－OH也有可能代替苯环的1个H，B项可能在一个平面上。乙烯的6个原子是共平面的，苯环代替了1个H，可以共面。只有苯乙酮，由于－CH3的C位于四面体的中心，3个H和羰基的C位于四面体的顶点，不可能共面。
【答案】 C
4．(2016·沈阳高二检测)有结构简式为
的烃，下列说法正确的是( )
A．分子中至少有6个碳原子共平面
B．分子中至少有8个碳原子共平面
C．分子中至少有9个碳原子共平面
D．分子中至少有14个碳原子共平面
【解析】 由苯的结构可知，该物质左、右部分7个碳原子均在同一平面内，A错误；同时，由于左右两个苯环平面通过碳碳单键可绕键轴旋转，所以14个碳原子不一定在同一平面，则D错误；B项虽考虑了苯分子的平面结构特征，但却疏忽了苯环上六个碳原子呈正六边形排列具有对称性。以苯环结构看：任一对称轴线上均有两个碳原子共平面，加上另一甲苯基上的7个碳原子，则该烃中至少应有9个碳原子共平面，如下所示：
【答案】 C
题组2 芳香化合物同分异构体的书写及数目判断
5．间二甲苯苯环上的一个氢原子被—NO2取代后其一元取代产物的同分异构体有
( )
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
【解析】 判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时，通常采用“对称轴”法。即在被取代的主体结构中，找出对称轴，取代基只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。如二甲苯的对称轴如下(虚线表示)：
邻二甲苯(小圆圈表示能被取代的位置)，间二甲苯，对二甲苯。因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。
【答案】 C
6．已知萘()的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m(n不等于m)的关系是( )
A．n＋m＝6
B．n＋m＝4
C．n＋m＝8
D．无法确定
【解析】 萘分子中有8个氢原子，其n溴代物和m溴代物的种类相等，则n＋m＝8。
【答案】 C
7．(2016·深圳高二质检)已知分子式为C10H14的有机物，该有机物不能与溴水发生加成反应，分子中只有一个烷基，符合要求的有机物结构有( )
A．2种
B．3种
C．4种
D．5种
【解析】 由该有机物的性质可知，含有苯环结构，由于分子中只有一个烷基，则为丁基(丁基的种类有4种)，故该有机物的结构有4种。
【答案】 C
【答案】
【规律总结】 书写苯的同系物的同分异构体的两步
1．先写侧链的碳架异构：由整到散。
2．再写苯环上的位置异构：由邻到间到对。
苯及其同系物的化学性质
基础·初探]
1．与卤素单质、硝酸、浓H2SO4的取代反应
2．与氢气的反应
。
3．苯的同系物与酸性KMnO4溶液的反应
怎样通过实验来区别苯和乙苯？
【提示】 分别取少量两种液体，加入酸性KMnO4溶液，使其退色的为乙苯，不退色的为苯。
核心·突破]
苯及其同系物化学性质的异同点
(1)相同点
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，但都比较困难。
(2)不同点
①由于侧链对苯环的影响，使得苯的同系物比苯更容易发生取代反应，且发生邻、对位取代，常得到多元取代产物。
②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物易被氧化剂氧化，能使酸性KMnO4溶液退色。
③苯的同系物中与苯环相连的碳原子上有氢原子才能被酸性KMnO4溶液氧化。
题组·冲关]
1．苯和甲苯相比较，下列叙述中不正确的是( )
A．都属于芳香烃
B．都能使酸性高锰酸钾溶液退色
C．都能在空气中燃烧
D．都能发生取代反应
【解析】 苯不能使高锰酸钾溶液退色。
【答案】 B
2．碳、氢质量分数与乙炔相等，但既不是乙炔的同系物又不是其同分异构体的有机物是( )
A．丙炔
B．环丁烷
C．甲苯
D．苯
【解析】 苯的最简式与乙炔相同，因此它们的碳、氢质量分数相等，但它们不是同系物，也不互为同分异构体。
【答案】 D
3．下面是某同学设计的用于鉴别苯和苯的同系物的几种方法或试剂，其中最适合的是( )
A．液溴和铁粉
B．浓溴水
C．酸性KMnO4溶液
D．在空气中点燃
【解析】 苯和苯的同系物的共同性质有①与液溴或硝酸在催化剂作用下发生取代反应，②在空气中燃烧且现象相似，③与H2能发生加成反应。不同点是苯的同系物能使酸性KMnO4溶液退色，而苯不能，根据实验目的可知C最适合。
【答案】 C
4．下列实验能成功的是( )
A．用溴水可鉴别苯、CCl4、乙烯
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
【解析】 A选项，溴水加入苯中上层颜色较深，加入CCl4中下层颜色较深，加入乙烯中溴水退色，可以鉴别。B选项，浓溴水虽与己烯反应，但生成物能溶于苯，不能使之分离。C选项，制取溴苯需要用液溴，而不是溴水。D选项，二溴乙烷与苯互溶，不能用分液漏斗分离。
【答案】 A
5．(2016·唐山高二检测)要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是( )
A．先加足量的酸性高锰酸钾溶液，然后再加入溴水
B．先加足量溴水，然后再加入酸性高锰酸钾溶液
C．点燃需鉴别的己烯，然后观察现象
D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热
【解析】 己烯和甲苯都能使酸性高锰酸钾溶液退色，A项错误；先加溴水，己烯能与溴水发生加成反应变为饱和有机物，再加入酸性高锰酸钾溶液，如果退色则证明混有甲苯，B项正确；点燃两种液体，都有浓烟，C项错误；加入浓硫酸与浓硝酸后加热，甲苯虽能反应，但甲苯少量，现象不明显，不宜采用，D项错误。
【答案】 B
【误区警示】
1．苯的同系物发生卤代反应时条件不同产物不同，Fe作催化剂时在苯环上取代，光照时在侧链上取代。
2．只有与苯环相连的碳原子上有氢原子的苯的同系物才能被酸性高锰酸钾溶液氧化。