考点6-芳香烃(解析版)

考点6芳香烃【核心考点梳理】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。eq\o(→,\s\up7(酸性高锰酸钾溶液))②均能燃烧，燃烧的通式：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(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：＋3H2eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))。【核心归纳】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【必备知识基础练】1.苯(C6H6)与乙炔(C2H2)相比较,下列叙述不正确的是 ()A.都能燃烧,且在空气中燃烧均产生黑烟B.都能发生加成反应C.都能被KMnO4氧化,使酸性KMnO4溶液褪色D.等质量的苯和乙炔,完全燃烧时耗氧量相同【答案】C【解析】苯和乙炔分子中含碳量都很高,在空气中燃烧时均有黑烟产生,且两者最简式相同,故等质量的苯和乙炔完全燃烧时耗氧量相同,A、D正确;乙炔中含—C≡C—,易发生加成反应,苯在一定条件下也可与H2等发生加成反应,B正确;乙炔分子中含有不饱和键,易被酸性KMnO4溶液氧化,但苯不能被酸性KMnO4溶液氧化,不能使酸性KMnO4溶液褪色,C错误。2.(2021安徽合肥高二检测)下列说法正确的是()A.芳香烃的分子通式是CnH2n-6(n≥6,且n为正整数)B.苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物C.苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色D.苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应【答案】D【解析】芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物;而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环,且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物,苯的同系物的通式为CnH2n-6(n>6,且n为正整数);苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应,但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能,这是由于苯环与侧链之间的影响所致。3.在苯的某些同系物中加入少量酸性KMnO4溶液,振荡后褪色,正确的解释为()A.苯的某些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.苯环和侧链相互影响,均易被氧化【答案】C【解析】苯的某些同系物能使酸性KMnO4溶液褪色,是因为侧链受苯环的影响,直接与苯环相连的烷基被酸性KMnO4溶液氧化成—COOH。4.(2021山西怀仁高二检测)只用一种试剂就能将甲苯、己烯、四氯化碳、碘化钾溶液区分开,该试剂是()A.酸性高锰酸钾溶液B.溴化钾溶液C.溴水D.硝酸银溶液【答案】C【解析】A项,酸性KMnO4溶液有强氧化性,能氧化甲苯、己烯而褪色,不能用于区分它们。B项,溴化钾溶液加入上述4种液体中,由于甲苯、己烯的密度都比水小,与溴化钾溶液混合后分层,有机层在上,都无化学反应发生,从而不能区分;CCl4的密度比水的密度大,与CCl4混合后分层,有机层在下;与KI溶液不分层。D选项AgNO3溶液与B项类似,但KI中会出现黄色沉淀。C项,甲苯与溴水分层,溴被萃取到甲苯中处于上层,呈橙黄色,下层为水层,近似无色;己烯使溴水褪色,可见上下分层,但都无色;CCl4萃取Br2,上层为水层,近似无色,下层为Br2的CCl4溶液,呈橙红色;溴水与KI溶液不分层,但发生反应,置换出I2可使溶液颜色加深,四种溶液的现象各不相同。5.(2021北京高二月考)甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子都被苯基取代,可以得到的分子的结构简式如图,对该分子的描述,不正确的是()A.分子式为C25H20B.所有的碳原子不可能都在同一平面上C.所有原子一定在同一平面上D.此物质属于芳香烃类物质【答案】C【解析】根据有机化合物的结构简式可知其分子式为C25H20,A正确;中心碳原子为sp3杂化,则所有的碳原子不可能都在同一平面上,所有原子不可能在同一平面上,B正确,C错误;物质中含有苯环,则该有机化合物属于芳香烃类物质,D正确。6.(2020山东菏泽高二检测)下列有关苯及其同系物的化学反应中不属于取代反应的是()A.B.+H2SO4(浓)+H2OC.+Br2+HBr↑D.+3HNO3+3H2O【答案】A【解析】选项A中发生的是苯环上的侧链烃基被氧化的反应,不是取代反应;选项B、C、D中发生的是苯环上的氢原子分别被磺酸基(—SO3H)、溴原子及硝基(—NO2)取代的反应。7.已知异丙苯的结构简式如下,下列说法错误的是()A.异丙苯的分子式为C9H12B.异丙苯的沸点比苯高C.异丙苯中碳原子可能都处于同一平面D.异丙苯和苯互为同系物【答案】C【解析】根据一个C原子形成四条共价键,一个H原子形成一条共价键,可以写出其分子式为C9H12,A项正确;异丙苯与苯结构相似,分子组成上相差3个CH2原子团,二者互为同系物,异丙苯的相对分子质量大于苯,故异丙苯沸点比苯高,B、D两项正确;与苯环直接相连的C原子所连的4个原子构成四面体结构,故异丙苯分子中的所有碳原子不可能处于同一平面,C项错误。8.根据下列各物质的特点回答相关问题。(1)邻二甲苯的结构简式为(填序号,从A~E中选择)。

(2)A、B、C之间的关系为(填序号)。

a.同位素 b.同系物c.同分异构体 d.同素异形体(3)请设计一个简单实验来检验A与D,简述实验操作过程:。

(4)有机化合物同分异构体的熔、沸点高低规律是“结构越对称,熔、沸点越低”,根据这条规律,判断C、D、E的熔、沸点由高到低的顺序:(填序号)。

【答案】(1)E(2)b(3)取少量A、D分别装入两支试管中,向两支试管中各滴入少量酸性KMnO4溶液,振荡,若溶液褪色,则为间二甲苯;若溶液不褪色,则为苯(4)E>D>C【解析】(1)C为对二甲苯,D为间二甲苯,E为邻二甲苯。(2)A、B、C的结构简式中都含有一个苯环,分子式依次相差1个CH2原子团,符合通式CnH2n-6(n≥6),所以它们互为同系物。(3)苯不能被酸性KMnO4溶液氧化,间二甲苯能被酸性KMnO4溶液氧化,故可用酸性KMnO4溶液检验。(4)对二甲苯的对称性最好,邻二甲苯的对称性最差,故熔、沸点由高到低的顺序为E>D>C。【关键能力提升练】9.在实验室中,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B.硝基苯中混有浓硝酸和浓硫酸,将其倒入NaOH溶液中,振荡、静置、分液C.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D.乙烯中混有SO2和CO2,将其先后通入NaOH和酸性KMnO4溶液中洗气【答案】B【解析】A项生成了新的杂质碘,且汽油与溴苯互溶,A错;C项无法控制氢气的用量,C错;乙烯与酸性KMnO4溶液反应,D错。10.某有机化合物的结构如图,则下列说法不正确的是()A.该物质为苯的同系物B.该物质的一氯取代物有4种C.该物质的分子式为C12H12D.在FeBr3存在时,该物质可以和液溴发生取代反应【答案】A【解析】该物质分子中含有两个苯环,不属于苯的同系物,A错误;该物质分子结构对称,故该物质的一氯取代物有4种(),B正确;由该物质的分子结构可知,其分子式为C12H12,C正确;在FeBr3存在时,该物质可以和液溴发生取代反应,D正确。11.某苯的同系物分子式为C8H10,若苯环上的氢原子被氯原子取代,生成的一氯代物有3种同分异构体,则该苯的同系物可能有()A.4种 B.3种 C.2种 D.1种【答案】C【解析】分子式为C8H10的苯的同系物有4种同分异构体:、、、,若想知道苯环上的氢原子被氯原子取代得到的一氯代物的种类,只要分析出原来的同分异构体中苯环上不同化学环境的氢原子的种数即可。根据对称性分析如下:、、、,用氯原子取代上述四种结构中苯环上的氢原子,分别有3种、2种、3种、1种结构。故生成的一氯代物有3种同分异构体的该苯的同系物可能是或,有2种。12.苯乙烯转化为乙苯的反应为+H2,下列相关分析正确的是()A.Ⅰ→Ⅱ属于氧化反应B.可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物C.Ⅰ和Ⅱ都属于苯的同系物D.可以用溴水鉴别Ⅰ和Ⅱ【答案】D【解析】Ⅰ→Ⅱ属于加成反应,A项错误;Ⅰ和Ⅱ均为有机化合物,均溶于四氯化碳,不可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物,B项错误;Ⅱ属于苯的同系物,但Ⅰ不属于苯的同系物,C项错误;Ⅰ中碳碳双键可以与溴发生加成反应,但Ⅱ不能,可以用溴水鉴别Ⅰ和Ⅱ,D项正确。13.(2021四川巴中高二期末)实验室制备硝基苯的反应装置如图所示,步骤之一是将恒压滴液漏斗中浓硝酸和浓硫酸形成的混酸加入装有苯的三颈烧瓶中,则下列叙述不正确的是()A.长玻璃导管可以起到冷凝回流的作用B.控温在50~60℃,苯能发生硝化反应C.配制混酸时应在烧杯中先加入浓硫酸D.分离出硝基苯的主要操作是分液和蒸馏【答案】C【解析】加热条件下,苯、浓硝酸均易挥发,因此长玻璃导管可起到平衡装置内外气压以及冷凝回流的作用,故A正确;苯发生硝化反应需控温在50~60℃,温度过高会生成多硝基苯,故B正确;浓硫酸密度较大,且溶解过程中放出大量热,因此不能先加入浓硫酸,应在浓硝酸中加入浓硫酸,冷却后滴入苯,故C错误;苯和硝基苯不易溶于水中,因此产品可先进行分液,分离出苯和硝基苯的有机层,然后利用蒸馏有机化合物分离出硝基苯,故D正确。14.(2021山东日照高二月考)苯系化合物为无色透明油状液体,具有强烈的芳香气味,易挥发为蒸气,易燃有毒,生活中的苯系化合物主要来源于各种胶、油漆、涂料和防水材料的溶剂或稀释剂。目前苯系化合物已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质,且对人体的各个组织器官损害严重。下列有关说法正确的是()A.甲苯与溴水在FeBr3催化条件下可生成B.乙苯和氯气光照条件下生成的产物有11种C.邻二甲苯和溴蒸气在光照下的取代产物可能为D.丙基苯()可使酸性高锰酸钾溶液褪色【答案】D【解析】甲苯与液溴在FeBr3催化条件下才能发生取代反应,与溴水不发生化学反应,A错误;光照下乙基上的氢原子被取代,则乙苯和氯气光照生成的氯代物有11种[一氯代物有2种、二氯代物有3种、三氯代物(与二氯代物数目相同)有3种、四氯代物(与一氯代物数目相同)有2种、五氯代物1种],同时还有HCl生成,所以产物共有12种,B错误;光照条件下甲基上的氢原子会被溴原子取代,不会取代苯环上的氢原子,C错误;丙基苯中的侧链可以被酸性高锰酸钾氧化,使酸性高锰酸钾溶液褪色,D正确。15.某实验小组用如图所示装置制备一硝基甲苯(包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯),反应原理为2+。实验步骤:①浓硝酸与浓硫酸按体积比1∶3配制混合溶液(即混酸)共40mL;②在三颈烧瓶中加入13g甲苯(易挥发),按如图所示装好药品和其他仪器;③向三颈烧瓶中加入混酸;④控制温度约为50~55℃,反应大约10min,三颈烧瓶底部有大量淡黄色油状液体出现;⑤分离出一硝基甲苯,经提纯最终得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯共15g。相关物质的性质如下:有机物沸点/℃溶解性甲苯0.866110.6不溶于水对硝基甲苯1.286237.7不溶于水,易溶于液态烃邻硝基甲苯1.162222不溶于水,易溶于液态烃(1)仪器A的名称是。

(2)若实验后在三颈烧瓶中收集的产物较少,可能的原因是。

(3)分离反应后产物的方案如下:混合物操作1的名称是,操作2中不需要用到下列仪器中的(填字母)。

a.冷凝管b.酒精灯c.温度计d.分液漏斗e.蒸发皿(4)本实验中邻、对硝基甲苯的产率为(保留小数点后一位)。

【答案】(1)分液漏斗(2)混酸未冷却即加入三颈烧瓶(或水浴温度过高),导致反应温度过高而产生大量副产物(或冷凝效果不佳导致浓硝酸、甲苯等反应物挥发而降低一硝基甲苯的产率)(3)分液de(4)77.5%【解析】(2)产物较少的原因:一是反应物的挥发所致,二是温度过高,副反应多。(3)操作1是分离无机和有机混合物(邻、对硝基甲苯不溶于水),用分液的方法。操作2分离互溶的液态混合物,多用蒸馏的方法。(4)根据化学方程式可知,1mol甲苯可生成1mol一硝基甲苯,13g甲苯完全反应,理论上生成一硝基甲苯的质量为g≈19.36g,实际生成一硝基甲苯的质量为15g,则本实验中一硝基甲苯的产率=×100%≈77.5%。【学科素养拔高练】16.人们认识物质的过程都是循序渐进的。例如认识苯的过程如下:①苯是在1825年由英国科学家法拉第首先发现的。②1834年,德国科学家米希尔里希通过蒸馏苯甲酸和石灰的混合物,得到了与法拉第所制液体相同的一种液体,并命名为苯。③待有机化学中的正确的分子概念和原子价概念建立之后,法国化学家热拉尔