新教材适用2024-2025学年高中化学第2章烃第3节芳香烃第1课时苯学案新人教版选择性必修3

第三节芳香烃第1课时苯学习目标1．通过实物模型理解苯的结构特点及化学性质。2．通过试验理解溴苯和硝基苯的制备原理、装置及留意事项。核心素养1．宏观辨识与微观探析：从化学键的特别性理解苯的结构特点，进而理解苯性质的特别性。理解有机反应类型与分子结构特点的关系。2．证据推理与模型认知：依据平面正六边形模型，能推断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。19世纪，欧洲很多国家都运用煤气照明，煤气通常是压缩在桶里贮运的，人们发觉这种桶里总有一种油状液体，但长时间无人问津。1825年英国科学家法拉第对这种液体产生了深厚爱好，他花了整整五年时间提取这种液体，从中得到了一种无色油状液体。日拉尔等化学家测定该烃的分子式为C6H6，这种烃就是苯。1865年凯库勒依据“梦境”创立了苯环学说……新知预习一、苯的分子结构1．苯的分子式：_C6H6__，最简式：_CH__，结构式：，结构简式：。2．苯的空间构型是_平面正六边形__，六个碳原子均实行_sp2__杂化，分别与氢原子及相邻碳原子形成_σ__键，键角均为_120°__；碳碳键的键长_相等__，介于单键和双键之间。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，匀称地对称分布在苯环平面的上下两侧。二、苯的性质1．物理性质：_无__色，有_特别__气味的液体，_不__溶于水，密度_小于__水，熔沸点_较低__，有毒。2．化学性质(1)氧化反应：燃烧时火焰光明，有浓烟，反应方程式：2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。(2)取代反应①卤代反应：苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应：。溴苯()：_无__色液体，有_特别__气味，_不__溶于水，密度比水的_大__。②硝化反应：苯与浓硝酸在浓硫酸催化条件下的反应：。硝基苯()：_无__色液体，有_苦杏仁__气味，_不__溶于水，密度比水的_大__。(3)加成反应苯与H2在以Pt、Ni为催化剂并加热的状况下发生加成反应生成环己烷：。应用体验1．某化工厂发生苯爆燃特大事故。下列说法错误的是(B)A．苯是一种环状有机物B．苯分子中含有碳碳双键C．苯的分子式为C6H6D．苯与钠不反应解析：苯的结构简式为，为环状有机物，A正确；苯中碳碳键是介于单键和双键之间的独特的键，B项错误；苯分子中6个C,6个H，分子式为C6H6，C正确；苯不与钠反应，D正确。2．下列关于苯的说法正确的是(D)A．易溶于水B．分子中C、H元素的质量比为1︰1C．苯的密度比水的大D．在空气中燃烧时产生较多的浓烟解析：苯的密度比水的小，难溶于水，A、C项错误；苯的分子式为C6H6，分子中C、H原子个数比为1︰1，B项错误；苯分子中含碳量高，在空气中燃烧时产生较多浓烟，D项正确。3．凯库勒提出了苯的单、双键交替的六边形平面结构，说明了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它能说明的事实是(C)A．苯不能与溴水反应B．苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色C．苯的一溴代物只有一种D．邻二溴苯只有一种解析：如含有双键，则不能说明不能与溴水反应，故A不选；如含有碳碳双键，可与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应，故B不选；假设苯中存在单双键交替结构，苯上的氢原子都是等效氢原子，所以溴取代它们中的哪一个氢原子都是一样的，所以没有同分异构体，故选C；假如是单双键交替的六边形平面结构，则邻二溴苯应有两种不同的结构，但事实是邻二溴苯只有一种，不能说明，故D不选。要点归纳学问点1苯的分子结构和性质问题探究：1．烷烃中脱去2mol氢原子形成1mol双键要吸热，但1,3-环己二烯()脱去2mol氢原子变成苯却放热，可推断乙烷和乙烯、1,3-环己二烯和苯谁更稳定？请从结构角度说明缘由。2．苯的结构简式有两种写法：凯库勒式()和鲍林式()，哪一种更科学？探究提示：1．化学反应中放热越多生成物的状态越稳定，即苯比1,3-环己二烯更稳定；反之，吸热越多反应物的状态越稳定，即乙烷比乙烯稳定。乙烷分子中只有σ键，乙烯分子中有σ键和π键，π键不如σ键键能高；苯分子中的大π键键能更大，苯更稳定。2．鲍林式更科学，更符合苯分子的结构特点。学问归纳总结：1．苯的分子结构(1)苯中碳原子实行sp2杂化，除σ键外还含有大π键。苯分子为平面形结构，分子中的6个碳原子和6个氢原子共平面。(2)苯不存在单双键交替结构，可以从以下几个方面证明：①结构上：苯分子中六个碳碳键均等长，六元碳环呈平面正六边形；②性质上：苯不能发生碳碳双键可发生的反应，如不能使酸性KMnO4溶液褪色等；③二氯代苯的结构：邻二氯苯只有一种结构，而若为单双键交替应有两种结构(和)。2．苯的化学性质反应化学方程式反应类型燃烧2C6H6＋15O212CO2＋6H2O氧化反应①取代(卤代)反应②取代(硝化)反应③取代(磺化)反应④加成(还原)反应典例1科学家对物质性质的推断一般要基于一些试验事实。下列能说明苯与一般的烯烃性质不同的事实是(C)A．苯分子是高度对称的平面型分子B．苯难溶于水C．苯不与酸性KMnO4溶液反应D．1mol苯在肯定条件下可与3mol氯气发生加成反应解析：凯库勒式结构也是一个高度对称的平面型结构，故A错误；苯是芳香烃不溶于水，故B错误；苯中不含碳碳双键，因此不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，故C正确；苯和三烯烃均可以与氯气发生加成反应，而且比例一样，故D错误。素养应用❶有关苯分子中的化学键描述不正确的是(A)A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键B．每个碳原子的未参与杂化的2p轨道形成大π键C．碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键D．苯分子中六个碳碳键完全相同，键角均为120°解析：杂化轨道不能形成π键，A项错误。学问点2苯的取代反应试验问题探究：1．纯净的溴苯是一种无色、密度比水大的油状液体，但试验得到的溴苯呈褐色，其缘由是什么？如何除去褐色？2．如何将浓硫酸、浓硝酸混合制得混酸？3．纯净的硝基苯是无色、密度比水大的油状液体，而试验得到的硝基苯呈黄色，其缘由是什么？如何除去？探究提示：1．溴苯中溶解了Br2而使溴苯呈褐色；除去的方法是用NaOH溶液洗涤。2．将浓硫酸沿烧杯内壁注入浓硝酸中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却溶液至室温。3．缘由是硝基苯中溶解了NO2，可以用稀NaOH溶液洗涤除去。学问归纳总结：1．苯的溴代反应试验原理试验步骤①安装好装置，检查装置气密性②把苯和少量液溴放入烧瓶中③加入少量铁屑与液溴反应生成FeBr3作催化剂留意事项①应当用纯溴②要运用催化剂FeBr3，需加入铁屑③锥形瓶中的导管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr极易溶于水产品处理(精制溴苯)2．苯的硝化反应试验原理试验步骤①配制混合酸：先将1.5mL浓硝酸注入大试管中，再渐渐注入2mL浓硫酸，并刚好摇匀和冷却②向冷却后的混合酸中逐滴加入1mL苯，充分振荡，混合匀称③将大试管放在50～60℃的水浴中加热留意事项①试剂添加依次：浓硝酸＋浓硫酸＋苯②浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂③必需用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度说明精制硝基苯的流程同上述精制溴苯的流程典例2溴苯是一种化工原料，试验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下：苯溴溴苯密度/g·cm－30.883.101.50沸点/℃8059156水中溶解度微溶微溶微溶按下列合成步骤回答问题：(1)在a中加入15mL无水苯和少量铁屑。在b中当心加入4.0mL液态溴。向a中滴入几滴液溴，有白雾产生，是因为生成了_HBr__气体。接着滴加至液溴滴完。装置d的作用是_汲取HBr和Br2并防止倒吸__；(2)液溴滴完后，经过下列步骤分别提纯：①向a中加入10mL水，然后过滤除去未反应的铁屑；②滤液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗涤。NaOH溶液洗涤的作用是_除去HBr和未反应的Br2__；③向分别出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。加入氯化钙的目的是_除水__；(3)经以上分别操作后，粗溴苯中还含有的主要杂质为_苯__，要进一步提纯，下列操作中必需的是_C__(填入正确选项前的字母)。A．重结晶 B．过滤C．蒸馏 D．萃取解析：(1)铁屑的作用是生成FeBr3作催化剂，a中反应为，HBr气体遇到水蒸气会产生白雾。装置d的作用是进行尾气处理，汲取HBr和挥发出的溴蒸气，并防止倒吸。(2)②未反应完的溴易溶于溴苯中，成为杂质。由于溴在水中的溶解度较小，却能与NaOH反应，同时，反应生成的HBr极易溶于水，溴苯表面会附着氢溴酸，所以NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2。③分别出的粗溴苯中混有的水分，无水氯化钙的作用就是除水。(3)苯与溴苯互溶，但上述分别操作中没有除去苯的试剂，所以经过上述操作后，溴苯中的主要杂质是苯。依据苯与溴苯的沸点有较大差异，用蒸馏的方法进行分别。素养应用❷溴苯和硝基苯都可用于合成医药、农药。下列关于溴苯和硝基苯的试验操作正确的是(B)A．将溴水、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯B．除去溴苯中红棕色的溴，可用稀NaOH溶液反复洗涤，并用分液漏斗分液C．苯和浓HNO3在浓H2SO4催化下反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在混合液中D．制取硝基苯时，应先加2mL浓H2SO4，再加入1.5mL浓HNO3，再滴入约1mL苯，然后放在水浴中加热解析：苯和液溴在FeBr3催化作用下反应可得溴苯，而溴水不行。苯和浓HNO3在浓H2SO4催化作用下反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在水浴中测水的温度，限制在50～60℃。混合浓硫酸和浓硝酸时，应将浓硫酸加入浓硝酸中，且边加边振荡(或搅拌)散热，冷却后再加入苯。1．(2024·天津滨海新区高二检测)下列关于苯的叙述正确的是(D)A．反应①为取代反应，不用催化剂苯也能和溴水发生取代反应B．反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应，是因为苯分子含有三个碳碳双键C．反应③为取代反应，有机产物是一种烃D．反应②为氧化反应，反应现象是火焰光明并带有浓烟解析：反应①是苯和液溴在FeBr3的催化作用下生成溴苯和溴化氢，故为取代反应，该反应必需用催化剂且跟液溴才能反应，不能与溴水反应，A错误；苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键交替现象，苯环上的6个碳碳键均为介于碳碳单键和碳碳双键之间独特的键，B错误；反应③是苯在浓硫酸作用下与浓硝酸反应生成硝基苯和水，故为取代反应，有机产物是硝基苯，不属于烃，而是烃的衍生物，C错误；反应②是苯的燃烧反应，故为氧化反应，反应现象是火焰光明并带有浓烟，D正确。2．苯和乙烯相比较，下列叙述不正确的是(C)A．它们分子中的全部原子都共平面B．都能发生加成反应C．都能使酸性高锰酸钾溶液褪色D．都能燃烧生成二氧化碳和水3．某化学爱好小组为探究苯与溴发生反应的原理，用如图所示装置进行了试验。依据相关学问回答下列问题：(1)试验起先时，关闭K2，开启K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液。过一会儿，在装置Ⅲ中可能视察到的