苯芳香烃学案

1苯、芳香烃学案课标解读课标要求学习目标1、初步了解有机化合物的组成、结构、性质等方面的基础知识。2、认识实验在有机化合物研究中的重要作用，了解有机化学研究的基本方法，掌握有关实验的基本技能1、了解苯的组成和结构特征2、掌握苯及其同系物的化学性质3、了解芳香烃的概念及甲苯、二甲苯的某些性质4、通过苯的溴代或硝化反应与甲苯与酸性高锰酸钾溶液反应的比较，理解有机分子中基团之间的相互影响知识再现一、苯分子的组成和结构分子式：C6H6最简式（）结构简式：或（）（凯库勒式）结构特点：苯分子为（）结构，碳碳键的键长、键角均（），键角120°，键长介于单，双键之间，苯分子中的键是一种（）独特的键。二、苯的性质1、物理性质苯是一种（）、有（）气味、有（）的液体，熔点5.5℃、沸点80.5℃，当温度低于（）苯凝结成无色晶体。比水轻，难溶于水，是常用（），苯是重要的有机化工原料。2、苯的化学性质苯分子的特殊结构决定了苯分子稳定性，常温下苯（）与溴水发生加成反应，也（）与酸性KMnO4溶液反应，在一定条件下，苯能与Cl2溴单质浓度硫酸，硝酸等发生反应。①易（）②难（）③难氧化：不能被酸性KMnO4溶液氯化燃烧产生大量的浓烟（）（写方程式）思考：通过怎样的实验证明苯分子中不存在碳碳单键、碳碳双键交替的结构？三、苯的同系物1、①芳香烃：环烃中分子中有（）的称为芳香烃②苯的同系物：苯分子中的一个或几个氢原子被（）取代的产物通式26(6)nnCHn③芳香族化合物：分子里含有一个或多个苯环的化合物如：等+（）—Br+（）Fe+（）—NO2+（）浓H2SO455℃—60℃+（）—SO3H+（）△+（）催化剂加热、加压─NO2─0H2④芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系2、苯的同系物的物理性质苯的同系物一般为无色液体，具有特殊气味，有毒，（）于水，密度比相对分子质量相近的烷烃及烯烃的（），但小于1，其中甲苯、二甲苯常用作有机溶剂.3、苯的同系物的化学性质苯的同系物中含苯环和烷基，二者共同影响，使苯的同系物的性质不是苯和烷烃的性质的简单相加。苯的同系物的化学性质与苯相似。①取代（比苯更容易侧链对的影响）说明：a在—CH3作用下，苯环活泼性（）可被—NO2取代3个位置上的氢（两邻一对）b产物叫三硝基甲基，又叫TNT，黄色炸药c浓H2SO4作用：催化剂，脱水剂（苯环上的H被取代）说明：产物除外,还有两种,可见苯环受甲基的影响,不同位置的碳原子上氢的（）不同.（烃基上的氢被取代）②氧化反应燃烧：2n-62222CnH+O2nCO+HO点燃被++44KMnO(H):KMnO(H)氧化使色（苯环对的影响）说明：a烷烃不被KMnO4（H+）氧化，但苯的同系物中，由于苯环的影响使烷基活泼性（）被KMnO4（H+）氧化为（）基（—COOH）+3HO─NO2O2N—+（）浓H2SO4△─NO2CH3NO2││（TNT）×——CH3—CH3+X2×+（）Fe——CH3CH3╱CH3╱─XX╲光—CH3+X2（）+HCl—CH3+X2（）+HCl—CH2CH3—COOHKMnO4（H+）3b若烷基不是一个碳时，氧化时也只氧化靠近苯环的碳原子若靠近苯环上的碳原子无氢原子，则（）被KMnO4（H+）氧化c、若苯环上有n个烃基，则氧化后得到n元酸。如：+4KMn0(H)思考：鉴别苯与甲苯的方法？③加成反应说明：①苯及其同系物能将溴水中的溴萃取，但不能发生加成反应，萃取了溴的苯或苯的同系物在上层，呈橙色，水在下层。②发生加成反应，苯及其同系物比烯烃、炔烃困难。四、苯的同系物同分异构现象书写苯的同系物的同分异构体时，苯环不变，变取代基的位置，变取代基碳链的长短。如C9H12对应的苯的同系物有以下八种同分异构体。（）（）（）（）思考：写出分子式：C8H10的苯的同系物的同分异构体的结构简式五、两个重要实验1、苯和溴的取代反应（）说明：①试剂加入顺序：先加苯，再加溴，最后加铁粉。②长导管b段的作用：导气和冷凝。③导气管c段出口不插入液面下的原因是：防止溶液倒吸，因HBr极易深于水。④现象：导管出口有白雾（HBr遇水形成）；锥形瓶（d）中加AgNO3溶液有浅黄色沉淀生成。⑤烧瓶的橡胶塞用锡箔包住：原因防溴蒸气腐蚀胶塞。⑥把反应后圆底烧瓶中混合液分离开的方法：把混合液倒入盛水的烧怀，底部有褐色不溶于水的液体（这是溶有溴单质的溴苯），再向其中加入NaOH溶液洗涤（除Br2）后用分液漏斗分液即可，纯净的溴苯是无色不溶于水的液体。⑦苯的用量不可太多，因苯、溴苯、溴相互溶解，当反应混合物倒入水中时不会在烧怀底部看到褐色液体。2、苯的硝化反应说明：①试剂加入顺序是先加浓HNO3再中浓H2SO4，冷却后再加入苯，因为若先把浓HNO3加到浓H2SO4中易发生液体飞溅；两种酸混合时放出大量的热，易使HNO3分解，使苯挥发并会CH3│CH3│+3H2Ni高温高压CH3—CH—CH3│CH2—CH2—CH3│CH2—CH3││CH3CH2—CH3│CH3—+Br2—Br+HBrFe+HO─NO2—NO2+H2O浓H2SO4△─CH2CH3CH3╱─COOHCOOH╱4出现其他副反应。②用水浴加热，温度计水银球应插入水浴中。水浴加热的好处：a受热均匀，b温度易控制。因测水浴温度，应把水银球放入水浴中。要与实验室制乙烯时温度计的位置区别开来；③无色有毒有苦杏仁味的油状液体，密度比水大。生成的有黄色，原因是溶解了NO2。除去方法；加NaOH后分液。典例解悟一、关于苯分子结构的考查例1能说明苯分子平面正六边形结构中碳碳键不是单双键相间交替的事实是（）A、苯的一元取代物没有同分异构体B、苯的间位二元取代物只有一种C、苯的邻位二元取代物只有一种D、苯的对位二元取代物只有一种解析：如果苯分子是单、双键交替组成的环状结构，则苯分子的结构应为，那么苯的邻位二元取代物存在两种结构，即和。但是实际上苯的邻位二元取代物不存在同分异构体，说明苯分子中的碳碳键都是完全等同的。答案：C变形题苯环结构中，不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构，可以作为证据的事实是：①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；②苯中碳碳键的键长均相等；③苯能在加热和催化剂存在的条件下跟H2加成生成环已烷；④经实验测得邻二甲苯仅有一种结构；⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色（）A、②③④⑤B、①③④⑤C、①②④⑤D、①②③④解析：如果苯分子中存在碳碳双键结构，则苯就会使酸性KMnO4溶液褪色，使溴水因加成反应而褪色。同时苯的邻二甲基有可能分布在单键碳上，也可能分布在双键碳上，则结构就不是一种。故①②④⑤可以作为证据。答案：C例2在沥青蒸汽里含有多种稠环芳香烃，其中一些可视为同系物，如A，B，C……所示。它们都含有偶数个苯环结构。（1）该系列化合物中，相邻两化合物间递增的nmCH值中的n和m的数值分别是n=，m=，其等差数列的公差为。（2）该系列化合物的通式为。（3）该系列化合物中第25个分子式是。（4）该系列化合物分子中所含C、H原子数的最大比值最接近于（5）该系列化合物中所含碳元素的最大质量分数是。—NO2│X—X—X—X—NO2A（萘）B（芘）C（蒽并蒽）5解析：（1）根据上述三种化合物的结构简式，可知其分子式分别为C10H8、C16H10、C22H12，从而可知这个等差数列的公差为C6H2，其中n=6，m=2。（2）求通式要在分析前后两个分子式之差的基础上进行，令n=1时分子式为C10H8，因等差数列的公差为C6H2，则通式为C6n+4H2n+6（n=1，2，3……）或者根据其分子式分别为C10H8、C10+6H8+2、C10+6+6H8+2+2可知，每增加两个苯环，分子中就增加6个碳原子（故碳原子是6n倍增加），增加2个氢原子（故氢原子是2n倍增加），则通式为C6n+4H2n+6。（3）当n=25时，则分子式为6254225615456CHCH。（4）该系列化合物分子中所含C、H原子数的最大比值可通过该化合物的通式求极限求得：4664603limlim6262012nnCnnHnn（5）该系列化合物中碳的最大质量分数为243612(64)3624100%100%100%,271264261372737Cnnnnnnn当n时，()C的极大值为36100%97.3%37二、关于同分异构体的考查例3二甲苯苯环上的一溴代物有六种同分异构体，可以用还原法制得三种二甲苯，它们的熔点分别如下：六种溴二甲苯的熔点/℃234206213204214205对应还原二甲苯的熔点/℃13—54—27—54—27—54由此可推断熔点为234℃的分子的结构简式为，熔点为—54℃的分子的结构简式为。解析：对于数据题首先应该分析数据，找出规律。本题中第一行给出六种物质的熔点，而还原后只有3个熔点数据，其中熔点为206℃、204℃、205℃的三种溴二甲苯还原后得到同一种二甲苯，其熔点为—54℃；熔点为213℃和214℃的两种二甲苯还原后也得到同一种熔点为—27℃的二甲苯，由此说明，有一种二甲苯的苯环上的一溴代物有三种，有一种二甲苯的一溴代物有两种，当然剩下的一种二甲苯的一溴代物只有一种。这样就把问题转化成了判断二甲苯的一溴化物的同分异构体数目。二甲苯有三种：邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯，它们对应的一溴二甲苯的结构简式如下：—CH3│—CH3Br—CH3—CH3Br——Br—CH3CH3|Br——CH3CH3|Br——CH3CH3|—BrCH3CH3||6—CHCH3=所以，有三种一溴二甲苯的是间二甲苯，只有一种一溴二甲苯的是对二甲苯。答案：三、关于实验的考查例4实验室用如图所示装置进行苯与溴反应的实验，请回答下列问题。（1）若装置中缺洗气瓶，则烧杯中产生的现象无法说明苯与溴的反应是取代反应，理由是：（2）反应后得到的粗溴苯中溶有少量的苯、溴、三溴苯、溴化铁和溴化氢。可通过以下操作除去：①水洗；②碱洗；③水洗；④干燥；⑤……。其中，操作②碱洗的目的是完成操作④干燥后，接下来的操作⑤是(填操作名称)(3)如果省略(2)中的操作①，一开始就进行碱洗，会对后面的操作造成什么影响？（简要说明理由）解析：若装置中缺洗气瓶，则溴蒸气进入AgNO3溶液中生成AgBr沉淀，无法确定溴与苯反应有HBr生成。粗溴苯中含溴、FeBr3、HBr，苯等杂质,所以水洗目的是除去FeBr3HBr用碱洗的目的是除去溴及未除净的HBr，再水洗的目的是除去生成的NaBr、NaBrO，接下来干燥是除去其中的水分，再接下来是除去苯，所需操作为蒸馏。很显然，一开始用碱洗的后果会生成Fe（OH）3沉淀，而使分离较难。答案：（1）溴与AgNO3溶液反应生成AgBr沉淀，无法确定溴与苯反应有HBr生成（2）除去粗溴苯中的溴和溴化氢；蒸馏（或分馏）（3）先用碱洗，溴化铁与碱反应生成Fe（OH）3沉淀，很难分离。夯实双基1、下列有机物中，属于苯的同系物的是（）A、B、—CH3CH3|—BrCH3CH3||—CH2─CH37C、D、2、苯和浓硝酸在浓硫酸作用下发生反应：该反应属于（）A、加成反应B、取代反应C、消去反应D、中和反应3、已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为，A苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的同分异构体的数目有（）A、9种B、10种C、11种D、12种4、不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质是（）A、乙烯B、乙炔C、苯D、甲苯5、已知C—C单键可以绕轴旋转，结构简式为的烃，含苯环且处于同一平面的碳原子个数至少为（）A、6B、8C、9D、146、将下列液体分别与溴水充分混合并振荡，静置后上层液体呈现橙色，下层液体是无色的是（）A、CCl4B、苯C、戊烯D、KI溶液7、工业上将苯的蒸汽通过赤热的铁合成一种可作传热载体的化合物，该化合物分子中苯环上的一氯代物有3种，lmol该化合物催化加氢时最多消耗6mol氢气，判断这种化合物可能是（）A、B、C、D、CH3CH3