2019-2020学年高中化学 专题3 常见的烃 第二单元 芳香烃学案 苏教版选修5

1EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第二单元芳香烃1.以典型的芳香烃为例，比较它们与脂肪烃在组成、结构和性质上的差异。2.根据芳香烃的组成和结构特点认识苯环上的加成和取代反应。3.能说出芳香烃的来源，认识它们在生产和生活中的应用。4.举例说明烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。5.结合实际了解芳香烃对环境和健康的影响，关注其安全使用问题。苯的结构与性质1．芳香族化合物(1)芳香族化合物是指含有苯环的有机化合物，并不是指具有芳香气味的有机物。苯环是芳香族化合物最基本的结构单元。(2)芳香烃是芳香族碳氢化合物的简称，苯是最简单的芳香烃。2．苯的结构特征及理论分析(1)结构特征分子式结构式结构简式球棍模型比例模型C6H6苯的分子式为C6H6，与烷烃相比较还差8个H原子达饱和。德国科学家凯库勒提出了苯的单双键交替的分子结构模型，称为凯库勒式：，简写为。(2)理论分析苯分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，键角为120°。在苯分子中，每个碳原子都采取sp2杂化，分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键。6个碳原子除了通过6个σ键连接成环外，每个碳原子还分别提供1个p轨道和1个电子，由6个碳原子共2同形成大π键。苯的1H核磁共振谱图中只有一个峰，故说明苯分子中六个H是等效的，所处的化学环境是完全相同的。3．苯的物理性质苯是一种无色、有特殊气味的有毒液体，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃。苯易挥发，不溶于水，易溶于有机溶剂，苯本身也是良好的有机溶剂。4．苯的化学性质由于大π键的存在，使苯的结构稳定，化学性质比较稳定。苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，一般情况下也不能与溴水发生加成反应。化学性质比烯烃、炔烃稳定。(1)苯的氧化反应——燃烧苯燃烧时生成CO2和H2O，发出明亮的火焰，并带有浓烟。反应方程式为2C6H6＋15O2――→点燃12CO2＋6H2O。(2)苯的取代反应①卤代反应苯与氯单质、溴单质在三卤化铁作催化剂时可发生取代反应，生成一卤代苯、二卤代苯等。二卤代苯主要是邻位和对位取代物。化学方程式为。②硝化反应苯与浓硝酸、浓硫酸混合在60__℃时发生取代反应，生成一取代物硝基苯，反应方程式为。(3)苯的加成反应与H2的加成反应：(环己烷)。1．下列关于苯的说法错误的是()3答案：B2．能说明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替的事实是()A．苯的一元取代物没有同分异构体B．苯的邻位二元取代物只有一种C．苯的间位二元取代物只有一种D．苯的对位二元取代物只有一种答案：B3．下列关于苯的叙述正确的是()A．苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，属于饱和烃B．从苯的凯库勒式看，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃C．在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了加成反应D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的价键完全相同解析：选D。苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，但不属于饱和烃，A错误；从苯的凯库勒式看，苯分子中含有碳碳双键，但不属于烯烃，B错误；在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了取代反应，C错误；苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键，D正确。1．苯的溴代反应(1)实验操作①在三颈烧瓶中加入少量铁粉，向三颈烧瓶上的一个分液漏斗中加入5mL苯和1mL液溴的混合物。②另一个分液漏斗中加入30mL10%的氢氧化钠溶液。③锥形瓶中加入蒸馏水，干燥管中加入碱石灰。4④连接好仪器，检查装置的气密性。⑤先向三颈烧瓶中加入苯和液溴的混合物，观察三颈烧瓶和锥形瓶中出现的现象。⑥反应完毕，向三颈烧瓶中加入氢氧化钠溶液。(2)实验现象①三颈烧瓶内充满红棕色气体，液体呈现微沸状态。②锥形瓶内充满白雾。(3)实验结论：苯与液溴可以反应并有溴化氢生成，进而说明苯可以与纯卤素单质发生取代反应。(4)有关反应方程式2Fe＋3Br2===2FeBr3；(5)实验注意事项①加入铁粉是为了生成FeBr3催化剂；苯不与浓溴水反应，只与液溴反应。②导管的作用：一是导气；二是冷凝挥发出的苯和溴使之回流，并冷凝生成的HBr。注意导管末端不可插入锥形瓶内液面以下，否则将发生倒吸。③因为溴苯的沸点较高(156.43℃)，所以溴苯留在烧瓶中，而HBr挥发出来。④产物呈褐色是因为溴苯中含有杂质溴，可用NaOH溶液洗涤产物除去溴，得到无色的溴苯。2．苯的硝化反应(1)实验操作①在试管中将1.5mL浓硝酸和2mL浓硫酸混合均匀。②混酸冷却到50℃以下，在不断振荡下逐滴加入约1mL苯，塞好带导管的橡皮塞，在50～60℃的水浴中加热。③反应完毕后，将混合物倒入盛有水的烧杯中，观察生成物的状态。(2)实验现象：混合物在水中分层，下层油状物质有苦杏仁气味。(3)反应方程式：(4)实验注意事项①要将浓硫酸逐滴滴入浓硝酸中，且边加边搅拌，而不能将浓硝酸加入浓硫酸中，其原理跟用水稀释浓硫酸相同。②要向冷却后的混合酸中逐滴滴加苯，且边加边振荡，以防混合过程中产生大量的热，5造成苯的蒸发。③硝基苯中常因混有NO2而呈淡黄色，除去硝基苯中溶解的NO2的方法是用稀NaOH溶液洗涤，用分液漏斗分液。④采用水浴加热。⑤硝基苯有毒，应水封观察；若沾在皮肤上，应用酒精迅速洗去。甲、乙两个课外小组分别在实验室进行溴苯的制备，其中甲设计的装置如图所示。甲组：(1)导管a的作用是________。(2)导管b末端跟锥形瓶里液面保持一段距离的目的是____________，反应后不久导管b出口处可观察到的现象是____________。(3)反应一段时间后，锥形瓶内观察到的现象是________________。由此现象甲组同学得到结论：苯与液溴的反应属于取代反应。乙组：乙组同学经讨论后，认为上图所示装置中有一个明显缺陷。(1)乙组同学认为不能证明苯与液溴的反应属于取代反应，其原因是_________________。(2)该组同学认为只要在左右两装置间加一洗气瓶即可，洗气瓶中应加入的试剂是________，其作用是______________________________________________________________。(3)反应完毕后将圆底烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，________(填“上”或“下”)层为溴苯，这说明溴苯具有________________________的性质，同时还注意到得到的溴苯为褐色液体，其原因是__________________________________________________。[解析]甲组：(1)从反应特点来看，苯与液溴的反应属于放热反应，而苯与液溴都易挥发，为了减少反应物的损失，可以使用长直导管以起到导气、冷凝的作用。(2)HBr易溶于水，如果导管伸入锥形瓶内的溶液中则会发生倒吸；HBr遇到水蒸气后形成酸雾。(3)HBr遇AgNO3溶液会生成淡黄色的AgBr沉淀。乙组：(1)虽然A组中的装置采用了冷却装置，但进入锥形瓶中的气体中必定含有一定量的溴蒸气与苯蒸气，而溴单质与水会发生反应：Br2＋H2OHBr＋HBrO，所以即使没有苯与溴的取代产物生成，同样在锥形瓶中会观察到有淡黄色沉淀生成，即甲组同学结论不科学。6(2)为排除干扰，需要将溴化氢中混有的溴蒸气除去，可以选择有机溶剂如苯或四氯化碳将溴吸收。[答案]甲组：(1)导气、冷凝(2)防止倒吸产生白雾(3)产生淡黄色沉淀乙组：(1)挥发出来的溴蒸气也能使AgNO3溶液中出现淡黄色沉淀(2)苯(或四氯化碳)除去溴化氢中的溴蒸气(3)下密度比水大且不溶于水溴苯中溶解有一定量的溴为了观察到溴苯本来的颜色，丙组同学设计溴苯的制取装置如图所示。请按要求回答：(1)反应管中发生反应的化学方程式为_______________________________________。(2)NaOH溶液的作用是____________________________________________________，U形管中苯的作用是______________________________________________________。(3)反应2～3min后，可以在a管底部得到________色的溴苯。解析：(2)从上述例题中乙组同学的分析可知，NaOH溶液的作用是除去溴苯中的溴，U形管中的苯用来吸收溴化氢气体中少量的溴蒸气。(3)从装置可知生成的溴苯中虽然含有一定量的溴，但经过NaOH溶液洗涤，最终可以得到无色的溴苯。答案：(1)(2)除去溴苯中的溴除去溴化氢中的溴蒸气(3)无苯的结构与性质1．下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是()A．苯是无色、带有特殊气味的液体B．常温下苯是一种不溶于水，密度比水小的液体C．苯在一定条件下与溴发生取代反应D．苯不具有典型双键所具有的加成反应的性质，故不能发生加成反应解析：选D。苯在常温下为一种无色、带有特殊气味的液体，A正确；常温下苯是一种不溶于水，密度比水小的液体，B正确；苯在一定条件下与溴发生取代反应生成溴苯，C正7确；苯在一定条件下也能发生加成反应，D错误。2．(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C6H6的一种含叁键且无支链的链烃的结构简式：______________________________________________。(2)苯不能使溴水因反应而褪色，性质类似烷烃，但能与液溴、浓硝酸等发生取代反应，写出苯的硝化反应的化学方程式：___________________________________________。(3)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，它不能解释的下列事实是________(填字母序号)。a．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色b．苯能与H2发生加成反应c．溴苯没有同分异构体d．邻二溴苯只有一种(4)现代化学认为苯分子中碳碳之间的键是____________________________________________________________________________________。解析：(1)苯的分子式为C6H6，与同碳原子数烷烃相比少了8个H原子，故C6H6为链烃时其分子中应含2个CC或1个CC和2个。(2)苯发生硝化反应是硝基取代苯环上的一个氢原子而生成和H2O。(3)苯分子不具有典型的烯烃的性质，是苯的凯库勒结构式所不能解释的事实；若按照苯的凯库勒结构式，邻二溴苯的两个溴原子可以分别在双键或单键两端，有两种结构，而不是只有一种结构。答案：(1)CCHCCCH2CH3(或CCHCHCHCHCH2，合理即可)(2)(3)ad(4)介于单键和双键之间的独特的键实验室制取溴苯和硝基苯3．如图所示是实验室制取溴苯的装置图，下列说法正确的是()A．仪器A左上侧的分液漏斗中加入的是苯和溴水B．仪器A的名称是蒸馏烧瓶C．锥形瓶中的导管口出现大量白雾8D．碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气进入反应体系解析：选C。与Br2的反应该用纯溴，A项错误；仪器A为三颈烧瓶，B项错误；碱石灰的作用是防止溴蒸气及HBr进入空气，D项错误。4．实验室制取硝基苯常用如图装置。(1)请写出该反应的反应条件：_______________________________________________。(2)被水浴加热的试管要带一长导管，其作用是_________________________________。(3)苯易发生取代反应，那么除了苯的硝化反应外，你还能写出其他的取代反应的化学方程式吗？请写出：______________________________________________________________。解析：苯易挥发，加热时试管口带一长导管可使苯蒸气冷凝回流，减少挥发。苯除发生硝化反应外，还可以与溴发生取代反应以及与硫酸发生磺化反应等。