人教版高中化学选修五第6讲：芳香烃(教师版)

芳香烃____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．认识芳香烃的组成、结构；2．了解苯的卤代、硝化及加氢的反应，知道苯的同系物的性质、苯的同系物与苯性质的差异；3．结合生产、生活实际了解某些烃、烃的衍生物的重要作用及对环境和健康可能产生的影响，芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。知识点一.苯的结构和性质分子中含有一个或多个苯环的碳氢化合物都属于芳香烃。我们已学习过最简单、最基本的芳香烃——苯。1．分子结构。苯的分子式为C6H6，结构式为，结构简式为或。大量实验表明，苯分子里6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。苯分子里的所有原子都在同—平面内，具有平面正六边形结构，键角为120°，是非极性分子。2．物理性质。苯是无色有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃，苯用冰冷却可凝结成无色的晶体，苯有毒。3．化学性质。苯的化学性质比较稳定，但在一定条件下，如在催化剂作用下，苯可以发生取代反应和加成反应。（1）取代反应。（溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大）（硝基苯是无色，有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒）（2）加成反应。（3）氧化反应。①苯在空气中燃烧发出明亮的带有浓烟的火焰：2+15O212CO2+6H2OA②苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。4．苯的用途。苯是一种重要的化工原料，它广泛应用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等，苯也常用作有机溶剂。特别提示（1）苯的结构简式：并不能反映苯的真实分子结构，只是由于习惯才沿用至今。实际上苯分子中的碳碳键是完全相同的。（如与是同种物质）（2）由于苯环结构的特殊性，在判断苯体现什么性质时要特别注意反应条件和反应物的状态。知识点二.苯的同系物1．苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，其结构特点是：分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基。甲苯、二甲苯是较重要的苯的同系物。2．苯的同系物的分子通式为CnH2n－6（n≥6，n∈N）。苯的同系物由于所连侧链的不同和不同的侧链在苯环上的相对位置的不同而具有多种同分异构体，如分子式为C8H10的对应的苯的同系物有下列4种同分异构体。3．简单的苯的同系物（如甲苯、二甲苯、乙苯等），在通常状况下都是无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，其本身也是有机溶剂。4．由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处也有不同之处。（1）苯的同系物与苯在化学性质上的相似之处：①都能燃烧，燃烧时发出明亮的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：CnH2n－6+O2+nCO2+(n－3)H2O。②都能与卤素单质（X2）、硝酸、硫酸等发生取代反应。③都能与氢气等发生加成反应。（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，它就能被热的酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基（—COOH）。要点三.芳香烃的来源及其应用1．通常煤是获取一切芳香烃的主要来源，现在还通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。2．一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料。可用于合成炸药、染料、农药、药品、合成材料等。类型一：苯及苯的同系物的结构例1.下列分子中的14个碳原子不可能处在同一平面上的是（）。A．①②B．②③C．③④D．②④解析：②中—(CH3)3的中心碳位于一个四面体的中心，故—C(CH3)3的4个碳原子不可能在同一平面上。此外，④中同时连接两个苯环上的那个碳原子，如果它跟苯环共平面，与它连接的—CH3上的碳原子和H原子，必然一个在环前、一个在环后，因此该甲基碳原子不可能在苯环平面上。请注意③项中的两个甲基的碳原子是可以同时处在两个苯环所共有的平面上的。有人怀疑两个甲基过于拥挤，必须翘起一个，但如果我们以连接两个苯环的单键为轴旋转180°，由此“空间拥挤”现象就可以消除，也就是两个甲基一个在上、一个在下，都在苯环平面上。综上可知该题应选②④。答案：D例2.苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是 ①苯不能使溴水褪色②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应④经测定，邻二甲苯只有一种结构⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10A．①②④⑤ B．①②③⑤C．①②③ D．①②解析:该题考查了苯的结构，苯当中的碳碳键是介于单双键中间一种特殊的化学键，六个碳碳键完全相同，因此它不具有碳碳双键的性质。答案：A类型二：苯及其同系物的性质例3.对于苯乙烯（）的下列叙述：①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可发生加聚反应；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；⑥所有的原子可能共平面，其中正确的是（）。A．仅①②④⑤B．仅①②⑤⑥C．仅①②④⑤⑥D．全部正确解析：物质的性质推测可根据其结构特征和物质的相似性来分析解答，苯乙烯分子中含有苯环和碳碳双键，其性质应与苯、乙烯有相似之处，从分子结构看，是两个平面结构的组合，而这两个平面有可能重合，故⑥的说法正确；苯环上可发生取代反应，故⑤的说法正确；碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化，也可发生加聚反应，故①②说法正确；苯乙烯属于烃类，而烃类都难溶于水而易溶于有机溶剂，故③的说法不正确而④的说法正确答案：C类型三：苯及其同系物的同分异构现象例4.某液态烃的分子式为C8H10，实验证明它能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色。（1）试判断该有机物属于哪类烃，并写出其可能的同分异构体的结构简式。（2）若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则该烃的结构简式为________。解析:（1）由该烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色，分子式为C8H10与烷烃C8H18相比少8个H，说明它应属于苯的同系物，所以分子中应有1个苯环结构，支链上有2个碳原子。书写苯的同系物的同分异构体时应首先按照支链的种类和数目的不同分别讨论，2个碳原子形成一个支链（—CH2CH3）的情况；2个碳原子形成两个支链的情况（—CH3），再根据支链的位置不同确定同分异构体的结构简式。（2）本题考查苯的同系物、苯环上的取代及同分异构体种数的确定等知识。解决这类问题时，最好从苯环上碳原子的轴对称性入手。如，当苯环上发生一溴取代时，虽然有5个位置上的H原子可被Br原子代替，但实际上与—C2H5相邻的两个位置上的H原子是等效的（即α—H），或者说这两个位置上的H原子呈轴对称，同理与—C2H5相间的两个位置上的H原子也是等效的（即β—H），加上对位碳原子上的γ—H，的一溴代物的同分异构体共有3种，分别为。同理中苯环上只有两种不同位置的H原子，故其一溴取代产物有两种。中苯环上有3种不同位置的H原子，其苯环上的一溴取代产物有3种同分异构体，分别为、。中苯环上的一溴取代产物只有一种，即。答案：（1）该有机物属于苯的同系物。支链为乙基时，，支链是2个甲基时，、或。（2）基础演练一．选择题1．能够说明苯中不是单双键交递的事实是（）A．邻二甲苯只有一种B．对二甲苯只有一种C．苯为平面正六边形结构D．苯能和液溴反应2．可用来鉴别乙烯、四氯化碳、苯的方法是（）A．酸性高锰酸钾B．溴水C．液溴D．硝化反应3．下列物质在相同状况下含C量最高的是（）A．烷烃B．烯烃C．炔烃D．苯和苯的同系物4．（丰台区2014—2015学年度第一学期期末练习）属于苯的同系物是（）A．B．C．D．5．对右图所示分子的描述正确的是（）A．该物质的分子式为B．该物质所有氢原子均在同一平面上C．此分子为含有极性键的极性分子D．该物质的一氯化物有3种6．用式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的种类数为（）A．3B．4C．5D．67．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KMnO4酸性溶液褪色C．都能在空气中燃烧D．都能发生取代反应8．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苯环上的四溴取代物的异构体的数目有（）A．9种 B．10种 C．11种 D．12种9．已知二氯苯有三种同分异构体，则四溴苯共有同分异构体（）A．1种B．2种C．3种D．4种10．与链烃相比，苯的化学性质的主要特征为（）A．难氧化、难取代、难加成B．易氧化、易取代、易加成C．难氧化、易取代、难加成D．易氧化、易取代、难加成二．填空题1．1mol某烃A和1mol苯完全燃烧，在相同条件下，生成CO2体积相同，烃A比苯多消耗1molO2，若A分子结构中无支链或侧链，则：(1)若A为环状化合物，它能与等物质的量的Br2发生加成反应，则A的结构简式为；(2)若A为链状烯烃，1molA最多可和2molBr2发生加成反应且A与等物质的量的Br2加成后的可能产物只有2种，则A的结构简式为。如下图，A是制取溴苯的实验装置，B、C是改进后的装置，请仔细分析，对比三个装置，回答以下问题：（1）写出三个装置中所共同发生的两个反应的化学方程式：________；________。写出B的右边试管中所发生反应的化学方程式：________。（2）装置A和C均采用了长玻璃导管，其作用是____________________。（3）在装置B、C装好仪器及药品后要使反应开始，应对装置B进行的操作是________；应对装置C进行的操作是____________________________。（4）装置B、C较好地解决了A中加装药品和使装置及时密封的矛盾，方便了操作。A装置中这一问题在实验中造成的后果是________________________。（5）B中采用了洗气瓶吸收装置，其作用是________，反应后洗气瓶中可能出现的现象是_______________________________。（6）B装置也存在两个明显的缺点，使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是_____________________________。巩固提高一．选择题1.（北京二中2014一2015学年度第一学段高二年级学段考试试卷）下列物质中，既不能使溴的四氯化碳溶液因化学反应而褪色，又不能使高锰酸钾酸性溶液因化学反应而褪色的 （ ）A． B、甲苯 C．苯 D．乙醇2．根据下列物质的名称，就能确认是纯净物的是（）A．溴乙烷 B．二溴乙烷 C．已烯 D．二甲苯3．下列烃中，苯环上的一氯代物没有同分异构体的是（）A．甲苯 B．邻二甲苯 C．间二甲苯 D．对二甲苯4．下列物质中，属于芳香烃且属于苯的同系物的是 （）A．B．C．D．5．下列关于甲苯的实验中，能说明侧链对苯环有影响的是（）A.甲苯硝化生成三硝基甲苯B.甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.甲苯燃烧带有浓厚的黑烟D.甲苯与氢气可以生加成反应6．下列变化属于取代反应的是（）A.苯与溴水混合，水层褪色B.乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色C.甲苯制三硝基甲苯D.苯和氯气在一定条件下生成六氯环已烷7．关于苯的下列说法中不正确的是（）A．组成苯的12个原子在同一平面上B．苯环中6个碳碳键键长完全相同C．苯环中碳碳键的键能介于C－C和C＝C之间D．苯只能发生取代反应8．（北京二中2014一2015学年度第一学段高二年级学段考试试卷）下列各组混合物，不能用分液漏斗分开的是 （ ）①四氯化碳和水 ②乙醇和甘油 ③乙醇和水 ④苯和水 ⑤己烷和水 ⑥环己烷和苯 ⑦溴苯和水A．①②③ B．②③⑥ C．①④⑤⑦ D．④⑤⑥二．填空题9．在沥青中存在一系列稠环芳烃，按如下特点排列……n种ABC（1）该系列化合物的通式为，第25个分子的分子式为。（2）该系列化合物中，碳的质量分数最小值为（填数值），最大值为。10．有5种烃：甲烷、乙炔、苯、环己烷、甲苯，分别取一定量的这些烃，完全燃烧后生成mmolCO2和nmolH2O。则（1）当m＝n时，该烃是； （2）当m＝2n时，该烃是； （3）当2m＝n时，该烃是； （4）当4m＝7n时，该烃是11．目前，化学家们已合成了一系列有机物：联苯联三苯联四苯联m苯根据这一系列有机物的规律，试回答：（1）写出联m苯的化学式（用m表示）（2）该系列有机物中，其中含碳量最高的化合物碳含量百分率约为（保留三位有效数字）（3）若联苯中C—C能自由旋转，那么联苯的二氯取代物有种。一.选择题1．某烃的分子式为C10H14它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，其分子结构中只含有一个烷基，符合上述条件的烃有（）。A．2种B．3种C．4种D．5种2．下列事实中，能说明苯与一般烯烃在性质上有很大差别的是（）。A．苯不与溴水发生加成反应B．苯不能被酸性KMnO4溶液氧化C．1mol苯能与3molH2发生加成反应D．苯能够燃烧产生浓烟3．充分燃烧某液态芳香烃X，并收集产生的全部水，恢复到室温时，得到水的质量跟原来芳香烃的质量相等。则X的分子式为（）。A．C10H10B．C11H14C．C12H18D．C13H4．下列说法中正确的是（）。A．芳香烃就是指苯和苯的同系物B．通常可从煤焦油中或通过石油的催化重整来获取芳香烃C．乙苯分子中所有原子可以处于同一平面上D．苯和甲苯既能发生取代反应，又能发生加成反应5．中国石油某石化公司双苯厂发生爆炸事故，大量硝基苯泄漏，引起松花江水污染，安全生产和环保问题再次引起人们的关注。下列关于硝基苯的叙述正确的是（）。A．硝基苯是一种油状物质，会浮在水面上B．实验室制硝基苯需要用水浴加热C．硝基苯中毒是由蒸气吸入或误食引起，与皮肤接触不会引起中毒D．硝基苯可由苯甲酸和硝酸直接反应制得6．化学上通常把原子数和电子数相等的分子或离子称为等电子体，人们发现等电子体间的结构和性质相似（即等电子原理）。B3N3H6被称为无机苯，它与苯是等电子体，则下列说法中不正确的是（）。A．无机苯是由极性键组成的非极性分子B．无机苯能发生加成反应和取代反应C．无机苯的二氯取代物有3种同分异构体D．无机苯不能使酸性KMnO4溶液褪色7．有8种物质：①甲烷；②乙烯；③苯；④聚乙烯；⑤丙炔；⑥环己烷；⑦邻二甲苯；⑧环己烯（）其中既能使酸性KMnO4溶液褪色，又能与溴水反应使溴水褪色的是（）。A．②④⑤⑧B．②⑤⑧C．②④⑤⑦D．②④⑤⑦⑧8．在实验室里，下列除去杂质的方法正确的是（）。A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振荡，用汽油萃取出溴B．乙烷中混有乙烯，通入氢气在一定条件下反应，使乙烯转化为乙烷C．硝基苯中混有浓硝酸和浓硫酸，将其倒入浓烧碱溶液中，静置，然后分液D．乙烯中混有CO2，将其通入NaOH溶液中洗气9.(北京市第四中学2014-2015学年高二下学期期末考试化学试题)下列各组物质中，互为同系物的是()10．并五苯的结构简式为。关于它们下列说法中不正确的是（）。A．并五苯由22个碳原子和14个氢原子组成B．并五苯属于芳香烃C．并五苯的一氯代物有4种同分异构体D．并五苯是苯的同系物11．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法中正确的是（）。A．石油裂解得到的汽油是纯净物B．石油产品都可用于聚合反应C．天然气是一种清洁的化石燃料D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料二．填空题12.通常情况下，多个羟基连在同一碳原子上的分子结构是不稳定的，容易自动失水，形成碳氧双键的结构：下面是9个化合物的转变关系图：（1）化合物①是________，它跟氯气发生反应的条件A是________；（2）化合物⑤和⑦可在酸的催化下去水生成化合物⑨，⑨的结构简式是________，名称是________；（3）化合物⑨是重要的定香剂，香料工业上常用化合物②和⑧直接合成它，此反应的化学方程式是________。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________一．选择题1．(北京市东城区普通中学2015年5月高二化学有机化学基础练习题)下列有机物中属于芳香化合物的是（）—NO2C.—CH3B.—CH—NO2C.—CH3B.—CH2—CH3D.A.2．在苯的同系物中加入少量KMnO4酸性溶液，振荡后褪色，正确的解释为()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3．(2015·南京市第五中学期中)能说明苯分子的平面正六边形结构中，碳原子间不是单键与双键交替的事实是()A．苯的二元取代物无同分异构体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4．用一种试剂可将三种无色液体CCl4、苯、甲苯鉴别出来，该试剂是()A．硫酸溶液 B．水C．溴水 D．KMnO4酸性溶液5．在①丙烯②乙烯③苯④甲苯四种有机化合物中，分子内所有原子均在同一平面的是()A．①② B．②③6．已知C—C键可以绕键轴自由旋转，对于结构简式为下图所示的烃，下列说法中正确的是()A．分子中至少有8个碳原子处于同一平面上B．分子中至少有9个碳原子处于同一平面上C．该烃苯环上的一氯取代物最多有四种D．该烃是苯的同系物二、非选择题(本题包括4小题，共30分)7．某烃含碳的质量分数为90.6%，其蒸气密度为空气密度的3.66倍，则其分子式为________．(1)若该烃硝化时，一硝基取代物只有一种，则该烃的结构简式为________．(2)若该烃硝化时，一硝基取代物有两种，则该烃的结构简式为________．(3)若该烃硝化时，一硝基取代物有三种，则这三种一硝基取代物的结构简式为________、________、________.8．实验室用苯和浓硝酸、浓硫酸发生反应制取硝基苯的装置如图所示．回答下列问题：(1)反应需在50℃～60℃的温度下进行，图中给反应物加热的方法是________，其优点是________和________；(2)在配制混合酸时应将__________加入到________中去；(3)该反应的化学方程式是___________________________________________；(4)由于装置的缺陷，该实验可能会导致的不良后果是________．9．卤代烃R—X与金属钠作用，可增长碳链，如R—X＋2Na＋X—R1―→R—R1＋2NaX，R、R1为烃基，可相同，也可不相同，X为卤原子，试以苯、乙炔、Br2、HBr、钠为原料合成聚苯乙烯．用反应式表示：(1)制溴苯__________________________________________________________．(2)制溴乙烯_________________________