2.3 芳香烃 学案【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二化学选择性必修三
文档属性
| 名称 | 2.3 芳香烃 学案【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二化学选择性必修三 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 503.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-04-03 15:27:36 | ||
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文档简介
第三节 芳香烃学案及课堂检测
核心素养发展目标
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.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。
3.掌握苯的同系物的性质，了解有机反应类型与分子结构特点的关系。
知识梳理
一、苯
1．芳香烃
分子里含有苯环的烃类化合物。最简单的芳香烃是苯。
2．苯的分子结构
(1)分子结构
苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面，碳原子均采取sp2杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的sp2杂化轨道以σ键结合，键间夹角均为120°，连接成六元环状。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，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。
(2)分子组成和结构的不同表示方法
3．苯的物理性质
颜色
状态
密度
熔、沸点
溶解性
毒性
挥发性
无色
液体
比水小
较低
不溶于水
有毒
易挥发
4.苯的化学性质
课堂练习
1、判断题
(1)苯的结构简式可写为“”，说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排列的( )
(2)苯的一氯代物只有一种结构，说明苯分子中的碳碳键完全相同，不存在单双键交替排列的形式( )
(3)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃，所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(4)苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色原理相同( )
(5)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法( )
(6)苯和乙烯都是不饱和烃，所以燃烧现象相同( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2(2020·广东省高二月考)为探究苯与溴的取代反应，甲用如图装置Ⅰ进行如下实验：
将一定量的苯和溴放在烧瓶中，同时加入少量铁屑，3～5
min后发现滴有AgNO3的锥形瓶中有浅黄色的沉淀生成，即证明苯与溴发生了取代反应。
(1)装置Ⅰ中①的化学方程式为________________________________________。
②中离子方程式为_______________________________________。
(2)①中长导管的作用是____________________________________________。
(3)烧瓶中生成的红褐色油状液滴的成分是________________，要想得到纯净的产物，可用________________试剂洗涤。洗涤后分离粗产品应使用的仪器是________________________。
(4)乙同学设计如图所示装置Ⅱ，并用下列某些试剂完成该实验，可选用的试剂是苯、液溴、浓硫酸、氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、四氯化碳。
a的作用是_____________________________________________________________________；
b中的试剂是___________________________________________________________________。
比较两套装置，装置Ⅱ的主要优点是_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)2Fe＋3Br2===2FeBr3，＋Br2＋HBr↑
Br－＋Ag＋===AgBr↓ (2)导气兼冷凝回流 (3)
与Br2 NaOH溶液 分液漏斗 (4)防止倒吸 CCl4或 可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气
解析 (1)因溴与铁反应生成溴化铁：2Fe＋3Br2===2FeBr3，苯和液溴在溴化铁的催化作用下生成溴苯和溴化氢：＋Br2＋HBr↑；②中反应的离子方程式为Br－＋Ag＋===AgBr↓。
(2)反应为放热反应，长导管使挥发出来的溴单质冷凝，防止对产物的干扰，即长导管的作用为导气，冷凝回流。
(3)反应生成的溴苯和溴互溶呈红褐色油状液滴，可用NaOH溶液试剂洗涤，让反应生成溶于水的物质，再进行分液。
(4)从图上信息可知，导管是短进短出，装置a的作用是防止倒吸；b中要除去Br2，试剂为苯或四氯化碳，该装置的优点是：可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气。
二、苯的同系物
1．组成和结构特点
(1)苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。
(2)分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。
(3)通式为CnH2n－6(n≥7)。
2．常见的苯的同系物
名称
结构简式
甲苯
乙苯
二甲苯
邻二甲苯
间二甲苯
对二甲苯
3.物理性质
一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
4．化学性质
苯的同系物与苯都含有苯环，因此和苯具有相似的化学性质，能在一定条件下发生溴代、硝化和催化加氢反应，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有所不同。
(1)氧化反应
①苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
②均能燃烧，燃烧的通式：
CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。
(2)取代反应
(3)加成反应
甲苯与氢气反应的化学方程式：
＋3H2。
课堂练习
1.判断题
(1)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团( )
(2)符合CnH2n－6(n≥6)通式的烃一定是苯及其同系物( )
(3)相同物质的量的苯和甲苯与氢气完全加成时消耗的氢气的量相同( )
(4)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(5)甲苯在一定条件下与硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯，说明苯环对甲基产生了影响( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2．在苯的同系物中加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后褪色，正确的解释是( )
A．苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的碳原子数多
B．苯环受侧链影响易被氧化
C．侧链受苯环影响易被氧化
D．由于苯环和侧链的相互影响均易被氧化
答案 C
解析 苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，原因是苯环对侧链产生影响，故选项C正确。
3．写出甲苯与Cl2在光照条件下发生反应所生成的有机产物结构简式可能为__________________________________。若要分离这些有机产物，可采用的方法是________。
答案 、、 蒸馏
4．甲苯与Br2在FeBr3催化下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________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_______________。
答案 、 甲基 苯环 邻、对 二硝基取代物 三硝基取代物
总结归纳
1．苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同
苯
苯的同系物
相同点
结构组成
①分子中都含有一个苯环
②都符合分子通式CnH2n－6(n≥6)
化学性质
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
不同点
取代反应
易发生取代反应，主要得到一元取代产物
更容易发生取代反应，常得到多元取代产物
氧化反应
难被氧化，不能使酸性KMnO4溶液褪色
易被氧化剂氧化，能使酸性KMnO4溶液褪色
差异原因
苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响。苯环影响侧链，使侧链烃基活化而易被氧化；侧链烃基影响苯环，使苯环上烃基邻、对位的氢原子活化而被取代
2.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系如下图
课堂检测
1．下列有关甲苯的实验事实中，与苯环上的甲基有关(或受到影响)的是( )
①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯
②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能
③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
④1
mol甲苯与3
mol
H2发生加成反应
A．①③
B．②④
C．①②
D．③④
答案 C
解析 由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳的邻、对位碳上的氢原子变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。
2．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
答案 B
解析 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碳碳双键。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。
3．将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应产物可能有( )
① ② ③ ④ ⑤
⑥
A．①②③
B．⑥
C．③④⑤⑥
D．全部都有
答案 C
解析 苯的同系物在催化剂(Fe3＋)的作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代与甲基相邻、相间、相对位上的氢原子，也可以同时取代。甲基对苯环的作用，使邻、对位上的氢原子变得活泼，容易被取代，实验测定，邻、对位上的取代物比间位上的取代物多一些，但并不是无间位取代物。
4．要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是( )
A．先加入足量的酸性KMnO4溶液，然后再加入溴水
B．先加入足量溴水，然后再加入酸性KMnO4溶液
C．点燃这种液体，然后观察火焰的明亮程度
D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热
答案 B
解析 要鉴别出己烯中是否混有甲苯，用C项中的方法显然无法验证；而D中反应物会把己烯氧化也不可以；只能利用溴水和酸性KMnO4溶液，若先加酸性KMnO4溶液，己烯也可以使酸性KMnO4溶液褪色，故A项不对；若先加入足量溴水，则可以把己烯转变成卤代烃，不能与KMnO4酸性溶液反应，若再加入酸性KMnO4溶液褪色，则说明有甲苯，故B项正确。
5．某有机物的分子式为C6H6，人们认为它是一种不饱和烃。
(1)若该烃分子是含有碳碳三键且无双键、无支链的链烃，其结构共有________种。
(2)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列事实________(填写序号)。
①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②苯能与氢气发生加成反应 ③溴苯没有同分异构体 ④邻二溴苯只有一种
(3)苯分子的空间构型为____________；现代化学认为苯分子碳碳之间的键是____________。
(4)苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，写出苯的硝化反应的化学方程式________________。
答案 (1)4 (2)①④ (3)平面正六边形 介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键
(4)＋HO—NO2(浓)＋H2O
解析 因为该有机物是含有碳碳三键、无双键的直链的链烃，从分子式C6H6可知，它比同碳原子数的饱和链烃(C6H14)少8个氢原子，该烃分子中含有两个碳碳三键，可能的结构有如下4种：HC≡C—C≡C—CH2—CH3、HC≡C—CH2—C≡C—CH3、HC≡C—CH2—CH2—C≡CH、CH3—C≡C—C≡C—CH3。苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含有碳碳双键，可以推测苯环结构中并不是C—C和C==C交替而形成；邻二溴苯只有1种结构，说明苯环结构中的6个碳碳键(只有一种)完全相同，不存在C—C和C==C的交替结构。
核心素养发展目标
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.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。
3.掌握苯的同系物的性质，了解有机反应类型与分子结构特点的关系。
知识梳理
一、苯
1．芳香烃
分子里含有苯环的烃类化合物。最简单的芳香烃是苯。
2．苯的分子结构
(1)分子结构
苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面，碳原子均采取sp2杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的sp2杂化轨道以σ键结合，键间夹角均为120°，连接成六元环状。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，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。
(2)分子组成和结构的不同表示方法
3．苯的物理性质
颜色
状态
密度
熔、沸点
溶解性
毒性
挥发性
无色
液体
比水小
较低
不溶于水
有毒
易挥发
4.苯的化学性质
课堂练习
1、判断题
(1)苯的结构简式可写为“”，说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排列的( )
(2)苯的一氯代物只有一种结构，说明苯分子中的碳碳键完全相同，不存在单双键交替排列的形式( )
(3)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃，所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(4)苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色原理相同( )
(5)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法( )
(6)苯和乙烯都是不饱和烃，所以燃烧现象相同( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2(2020·广东省高二月考)为探究苯与溴的取代反应，甲用如图装置Ⅰ进行如下实验：
将一定量的苯和溴放在烧瓶中，同时加入少量铁屑，3～5
min后发现滴有AgNO3的锥形瓶中有浅黄色的沉淀生成，即证明苯与溴发生了取代反应。
(1)装置Ⅰ中①的化学方程式为________________________________________。
②中离子方程式为_______________________________________。
(2)①中长导管的作用是____________________________________________。
(3)烧瓶中生成的红褐色油状液滴的成分是________________，要想得到纯净的产物，可用________________试剂洗涤。洗涤后分离粗产品应使用的仪器是________________________。
(4)乙同学设计如图所示装置Ⅱ，并用下列某些试剂完成该实验，可选用的试剂是苯、液溴、浓硫酸、氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、四氯化碳。
a的作用是_____________________________________________________________________；
b中的试剂是___________________________________________________________________。
比较两套装置，装置Ⅱ的主要优点是_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)2Fe＋3Br2===2FeBr3，＋Br2＋HBr↑
Br－＋Ag＋===AgBr↓ (2)导气兼冷凝回流 (3)
与Br2 NaOH溶液 分液漏斗 (4)防止倒吸 CCl4或 可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气
解析 (1)因溴与铁反应生成溴化铁：2Fe＋3Br2===2FeBr3，苯和液溴在溴化铁的催化作用下生成溴苯和溴化氢：＋Br2＋HBr↑；②中反应的离子方程式为Br－＋Ag＋===AgBr↓。
(2)反应为放热反应，长导管使挥发出来的溴单质冷凝，防止对产物的干扰，即长导管的作用为导气，冷凝回流。
(3)反应生成的溴苯和溴互溶呈红褐色油状液滴，可用NaOH溶液试剂洗涤，让反应生成溶于水的物质，再进行分液。
(4)从图上信息可知，导管是短进短出，装置a的作用是防止倒吸；b中要除去Br2，试剂为苯或四氯化碳，该装置的优点是：可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气。
二、苯的同系物
1．组成和结构特点
(1)苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。
(2)分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。
(3)通式为CnH2n－6(n≥7)。
2．常见的苯的同系物
名称
结构简式
甲苯
乙苯
二甲苯
邻二甲苯
间二甲苯
对二甲苯
3.物理性质
一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
4．化学性质
苯的同系物与苯都含有苯环，因此和苯具有相似的化学性质，能在一定条件下发生溴代、硝化和催化加氢反应，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有所不同。
(1)氧化反应
①苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
②均能燃烧，燃烧的通式：
CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。
(2)取代反应
(3)加成反应
甲苯与氢气反应的化学方程式：
＋3H2。
课堂练习
1.判断题
(1)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团( )
(2)符合CnH2n－6(n≥6)通式的烃一定是苯及其同系物( )
(3)相同物质的量的苯和甲苯与氢气完全加成时消耗的氢气的量相同( )
(4)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(5)甲苯在一定条件下与硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯，说明苯环对甲基产生了影响( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2．在苯的同系物中加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后褪色，正确的解释是( )
A．苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的碳原子数多
B．苯环受侧链影响易被氧化
C．侧链受苯环影响易被氧化
D．由于苯环和侧链的相互影响均易被氧化
答案 C
解析 苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，原因是苯环对侧链产生影响，故选项C正确。
3．写出甲苯与Cl2在光照条件下发生反应所生成的有机产物结构简式可能为__________________________________。若要分离这些有机产物，可采用的方法是________。
答案 、、 蒸馏
4．甲苯与Br2在FeBr3催化下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________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_______________。
答案 、 甲基 苯环 邻、对 二硝基取代物 三硝基取代物
总结归纳
1．苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同
苯
苯的同系物
相同点
结构组成
①分子中都含有一个苯环
②都符合分子通式CnH2n－6(n≥6)
化学性质
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
不同点
取代反应
易发生取代反应，主要得到一元取代产物
更容易发生取代反应，常得到多元取代产物
氧化反应
难被氧化，不能使酸性KMnO4溶液褪色
易被氧化剂氧化，能使酸性KMnO4溶液褪色
差异原因
苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响。苯环影响侧链，使侧链烃基活化而易被氧化；侧链烃基影响苯环，使苯环上烃基邻、对位的氢原子活化而被取代
2.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系如下图
课堂检测
1．下列有关甲苯的实验事实中，与苯环上的甲基有关(或受到影响)的是( )
①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯
②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能
③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
④1
mol甲苯与3
mol
H2发生加成反应
A．①③
B．②④
C．①②
D．③④
答案 C
解析 由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳的邻、对位碳上的氢原子变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。
2．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
答案 B
解析 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碳碳双键。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。
3．将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应产物可能有( )
① ② ③ ④ ⑤
⑥
A．①②③
B．⑥
C．③④⑤⑥
D．全部都有
答案 C
解析 苯的同系物在催化剂(Fe3＋)的作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代与甲基相邻、相间、相对位上的氢原子，也可以同时取代。甲基对苯环的作用，使邻、对位上的氢原子变得活泼，容易被取代，实验测定，邻、对位上的取代物比间位上的取代物多一些，但并不是无间位取代物。
4．要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是( )
A．先加入足量的酸性KMnO4溶液，然后再加入溴水
B．先加入足量溴水，然后再加入酸性KMnO4溶液
C．点燃这种液体，然后观察火焰的明亮程度
D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热
答案 B
解析 要鉴别出己烯中是否混有甲苯，用C项中的方法显然无法验证；而D中反应物会把己烯氧化也不可以；只能利用溴水和酸性KMnO4溶液，若先加酸性KMnO4溶液，己烯也可以使酸性KMnO4溶液褪色，故A项不对；若先加入足量溴水，则可以把己烯转变成卤代烃，不能与KMnO4酸性溶液反应，若再加入酸性KMnO4溶液褪色，则说明有甲苯，故B项正确。
5．某有机物的分子式为C6H6，人们认为它是一种不饱和烃。
(1)若该烃分子是含有碳碳三键且无双键、无支链的链烃，其结构共有________种。
(2)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列事实________(填写序号)。
①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②苯能与氢气发生加成反应 ③溴苯没有同分异构体 ④邻二溴苯只有一种
(3)苯分子的空间构型为____________；现代化学认为苯分子碳碳之间的键是____________。
(4)苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，写出苯的硝化反应的化学方程式________________。
答案 (1)4 (2)①④ (3)平面正六边形 介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键
(4)＋HO—NO2(浓)＋H2O
解析 因为该有机物是含有碳碳三键、无双键的直链的链烃，从分子式C6H6可知，它比同碳原子数的饱和链烃(C6H14)少8个氢原子，该烃分子中含有两个碳碳三键，可能的结构有如下4种：HC≡C—C≡C—CH2—CH3、HC≡C—CH2—C≡C—CH3、HC≡C—CH2—CH2—C≡CH、CH3—C≡C—C≡C—CH3。苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含有碳碳双键，可以推测苯环结构中并不是C—C和C==C交替而形成；邻二溴苯只有1种结构，说明苯环结构中的6个碳碳键(只有一种)完全相同，不存在C—C和C==C的交替结构。