32芳香烃学案高二下学期化学选择性必修3

第二单元芳香烃学习目标1.认识苯的组成和结构特点。能描述和分析苯的重要反应,能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系。2.掌握苯的同系物的结构与化学性质,能够比较出苯和苯的同系物性质的差异。能举例说明有机物中基团之间的相互作用对有机物性质的影响。3.了解芳香烃的来源及其应用。结合生活实际了解芳香烃对环境和健康的影响。一、苯的结构与性质1.芳香族化合物(1)含义:指含有的有机化合物。

(2)芳香烃:是碳氢化合物的简称。

(3)苯:是最简单的芳香烃,苯环是芳香族化合物最基本的结构单元。

2.苯的组成与结构(1)苯分子中6个1H核的核磁性完全,6个氢原子所处的化学环境完全。

(2)苯的分子式为,其分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于,为结构。

(3)大量实验表明,在苯分子中不存在独立的和,常用凯库勒式表示苯的结构,但凯库勒式不能全面反映苯的结构,基于苯环的成键特点,苯的结构又可以表示为。

3.苯的性质(1)物理性质通常情况下,苯是无色有特殊气味的液体,不溶于水,易溶于有机溶剂中,密度比水,沸点比较低,易,有毒。

(2)化学性质(试写出对应的化学方程式)①取代反应a.FeBr3作催化剂,与液溴发生取代反应生成溴苯和邻二溴苯:,

。

b.苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物,50~60℃时生成硝基苯:,

100~110℃生成间二硝基苯:。

②苯在一定条件下可以与H2发生加成反应:。

③苯可燃烧:2C6H6+15O212CO2+6H2O。1.(2023·成都高二期末)下列关于苯分子结构的说法错误的是()A.各原子均位于同一平面上,6个碳原子彼此连接成为一个平面正六边形的结构B.苯环中含有3个C—C、3个C==CC.苯分子中6个碳碳键完全相同D.苯分子中碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间特殊的键2.下列叙述正确的是()A.将溴水、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯B.用苯和浓硝酸、浓硫酸反应混合即可制得硝基苯C.由苯制取溴苯和硝基苯其反应原理相同D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯在下层,硝基苯在上层3.已知硝基苯沸点为210.9℃,下列制取、提纯硝基苯过程中的操作或装置(部分夹持仪器略去),没有涉及的是()A.制备硝基苯B.配制混酸C.分离硝基苯D.蒸馏提纯4.(2024·江苏徐州七中高二月考)溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如表:苯液溴溴苯密度0.883.101.50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过量的无水苯和少量铁屑。在b中小心加入4.0mL液态溴。向a中滴入几滴溴,有白雾产生,a中发生的反应是

。

继续滴加至液溴滴完。装置c的作用是

;

水流方向是(填“下进上出”或“上进下出”);装置d的作用是。(2)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:①向a中加入10mL水,然后(操作名称)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,写出除Br2的离子方程式:。

③用(操作名称)获得粗溴苯,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入无水氯化钙的目的是。

(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为,要进一步提纯,下列操作中必须的是(填入正确选项前的字母)。

A.重结晶 B.过滤 C.蒸馏 D.萃取【题后归纳】1.溴苯的制备反应原理+Br2+HBr实验装置注意事项①蒸馏水的作用是吸收挥发出的溴化氢②该反应中作催化剂的是FeBr3,是Fe与液溴反应生成③溴苯是比水重且不溶于水的无色油状液体,在该实验中因为溶解了溴而呈褐色。可用NaOH溶液洗涤,再用分液的方法除去溴苯中的溴④应该用纯溴,苯与溴水不反应⑤冷凝管的作用是使挥发的溴和生成的溴苯冷凝回流⑥锥形瓶中导管不能插入液面以下,否则因HBr极易溶于水,发生倒吸2.硝基苯的制备反应原理+HNO3+H2O实验装置注意事项①药品的加入:将浓硫酸慢慢加入浓硝酸中,并不断振荡,冷却至50℃以下,再逐滴滴入苯,边滴边振荡②加热方式及原因:采用水浴加热,其原因是易控制反应温度在50~60℃范围内。若温度超过70℃,则主要发生磺化反应生成(苯磺酸)③温度计放置的位置:温度计的水银球放在液面以下,不能触及烧杯底部及烧杯壁④长直玻璃导管的作用是冷凝回流浓硝酸和苯⑤硝基苯是比水重且不溶于水的无色油状液体,因为溶解了NO2而呈褐色二、芳香烃来源与苯的同系物1.芳香烃的来源(1)芳香烃最初来源于中。

(2)随着石油化工的发展,通过石油化学工业中的和等工艺可以获得芳香烃。

2.苯的同系物(1)组成和结构特点①组成:可看作是苯环上的氢原子被

取代后的产物;②结构特点:分子中只有一个,侧链都是;

③组成通式:。

(2)化学性质(以甲苯为例)①氧化反应a.燃烧反应:C7H8+9O27CO2+4H2O。b.使酸性KMnO4溶液褪色。

②硝化反应

。

2,4,6三硝基甲苯为淡黄色针状晶体,简称,俗称TNT,用于国防和民用爆破。

(3)工业制备(以乙苯为例)化学方程式为。

3.常见芳香烃及分类(写出结构简式)新房装修免不了油漆,油漆中含有苯或苯的同系物等有毒物质,对人体有伤害,所以新房装修好必须通风足够时间,使有毒物质充分挥发。【问题讨论】1.相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同吗?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.是否所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.与酸性KMnO4反应的有机产物是什么?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中,苯环与侧链之间发生了相互影响?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【探究归纳】1.苯及其同系物、芳香烃与芳香族化合物的关系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。+HNO3+3HNO3(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,它就能被酸性KMnO4溶液氧化,侧链烃基通常被氧化为羧基(—COOH)。(3)苯环上原有取代基对苯环上新导入的取代基的位置有一定的影响。其规律是:①苯环上新导入的取代基的位置主要取决于原有取代基的性质。②可以把原有取代基分为两类:a.原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位,如—OH、—CH3(或烃基)、—Cl、—Br、等;b.原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位,如—NO2、—SO3H、—CHO等。1.苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构,可以作为证据的事实有()①苯的间位二取代物只有一种②苯的邻位二取代物只有一种③苯分子中碳碳键的键长均相等④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色⑤苯在加热和催化剂存在条件下,与氢气发生加成反应⑥苯在FeBr3存在的条件下,与液溴发生取代反应,但不能因化学变化而使溴水褪色A.①②③④ B.②③④⑥C.③④⑤⑥ D.全部2.下列有关甲苯的实验事实中,能说明侧链对苯环性质有影响的是()A.甲苯与硝酸发生取代反应生成三硝基甲苯B.甲苯能使热的酸性KMnO4溶液褪色C.甲苯燃烧时产生带浓烈黑烟的火焰D.1mol甲苯最多能与3mol氢气发生加成反应3.分子组成为C9H12苯的同系物,已知苯环上只有一个取代基,下列说法中正确的是()A.该有机物不能发生加成反应,但能发生取代反应B.该有机物不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但能使溴水褪色C.该有机物分子中的所有原子可能在同一平面上D.该有机物的一溴代物最多有6种同分异构体【题后归纳】苯分子的特殊结构在性质方面的体现(1)苯不能因发生化学反应使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,由此可知苯在化学性质上与烯烃有很大差别。(2)苯在催化剂(FeBr3)作用下与液溴发生取代反应,说明苯具有类似烷烃的性质。(3)苯能与H2在催化剂作用下发生加成反应,说明苯具有烯烃的性质。总之,苯易发生取代反应,能发生加成反应,难被氧化,其化学性质不同于烷烃、烯烃。微专题1烃的燃烧规律1.等物质的量的烃CxHy完全燃烧时,消耗氧气的量决定于“x+y4”的值,值越大,2.等质量的烃CxHy完全燃烧时,消耗氧气的量决定于中yx的值,此值越大,3.若烃分子的组成中碳、氢原子个数比为1∶2,则完全燃烧后生成的二氧化碳和水的物质的量相等。4.等质量的且最简式相同的各种烃完全燃烧时其耗氧量、生成的二氧化碳和水的量均相等。5.气态烃CxHy完全燃烧后生成CO2和H2O。CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2当H2O为气态时(>100℃),1mol气态烃完全燃烧前后气体总体积的变化有以下三种情况:当y=4时,ΔV=0,反应后气体总体积不变,常温常压下呈气态的烃中,只有甲烷、乙烯、丙炔;当y>4时,ΔV=y41,反应后气体总体积增大当y<4时,ΔV=y41,6.平均值法确定混合物的组成(1)M(2)平均分子式CxHy中x<2时,烃中一定含CH4。1.下列各组化合物中,不论两者以什么比例混合,只要总质量一定,则完全燃烧时消耗O2的质量和生成水的质量或CO2质量不变的是()A.CH4C2H6 B.C2H6C3H6C.C2H4C3H6 D.C2H4C3H42.25℃,101kPa下,32mL由乙烷、乙炔和丙烯组成的混合气体与过量的O2混合并完全燃烧,除去水蒸气,恢复到25℃,101kPa,气体总体积缩小了56mL,原混合气体中乙炔的体积分数为()A.25% B.37.5% C.50% D.75%3.两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得到CO2和H2O的物质的量随混合烃总物质的量的变化如图所示,则下列对混合烃的判断正确的是()①一定有乙烯②一定有甲烷③一定有丙烷④一定没有乙烷⑤可能有甲烷⑥可能有乙炔A.②⑤⑥ B.②⑥C.②④ D.②③微专题2芳香烃同分异构体的判断与书写1.苯的同系物的同分异构体(1)烷基的种类与个数,即碳链异构;(2)烷基在苯环上的位次,即位置异构。一个侧链:一种位置2.判断芳香烃同分异构体的数目的常用方法(1)等效氢法分子中完全对称的氢原子互为等效氢原子,其中引入一个新的原子或原子团时只形成一种物质;在移动原子或原子团时,要按照一定的顺序,避免重复或遗漏。(2)定一(或二)移一法在苯环上连有两个新原子或原子团时,可固定一个,移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;在苯环上连有三个新的原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,得到三种结构,再逐一插入第三个原子或原子团,从而确定出异构体的数目。(3)换元法苯的同系物苯环上有多少种可被取代的氢原子,就有多少种取代产物。在苯环上的取代产物中,若有n个可被取代的氢原子,则m个取代基(m<n)的取代产物与(nm)个取代基的取代产物相同。1.分子式为C8H10的芳香烃苯环上的一个氢原子被氯原子取代,其生成物有()A.7种 B.8种 C.9种 D.10种2.组成和结构可用表示的有机化合物共有(不考虑立体异构)()A.12种 B.28种 C.32种 D.36种3.写出分子式为C9H12的所有芳香烃同分异构体,并命名。4.(1)下面是含有苯环的一系列化合物: ①B的化学名称为,D的分子式为,上述一系列化合物分子的通式为

。

②C的一氯取代物有种,D的一氯取代物有种。

(2)与互为同分异构体的芳香族化合物有种,列举三种结构简式(要求不同类别):、

、。

1.下列物质属于芳香烃,但不是苯的同系物的是()①②③④⑤⑥A.③④ B.②⑤C.①②⑤⑥ D.②③④⑤⑥2.(2024·河南体育中学高二期中)苯是一种重要的有机化工原料,下列有关苯的说法正确的是()A.苯为无色无毒的液体B.苯能在空气中燃烧生成CO2和H2OC.苯分子中碳、氢元素的质量比为1∶1D.一定条件下苯能与氢气发生取代反应3.下列有关芳香烃的叙述中,不正确的是()A.苯与浓硝酸、浓硫酸共热可反应生成硝基苯B.甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应,主要生成C.乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为(苯甲酸)D.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成4.下列关于苯的叙述正确的是()A.反应①常温下不能进行,需要加热B.反应②不发生,但是仍有分层现象,紫色层在下层C.反应③为加成反应,产物是一种烃的衍生物D.反应④能发生,从而证明苯中是单双键交替结构5.实验室制备溴苯可用下图所示装置。请回答下列问题:(1)关闭G夹,打开B夹,从装有少量苯的三颈烧瓶的A口加少量溴,再加入少量铁屑,塞住A口,三颈烧瓶中发生的主要反应的化学方程式为。

(2)试管C中苯的作用是

。

试管D中出现的现象是

。

试管E中出现的现象是

。

(3)待三颈烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时打开G夹,关闭B夹,可以看到的现象是

。

第二单元芳香烃一、1.(1)苯环(2)芳香族(3)苯2.(1)相同一致(2)C6H6同一平面上平面正六边形(3)3.(1)小挥发(2)①a.+Br2+HBr+2Br2+2HBrb.+HNO3+H2O+2HNO3+2H2O②+3H2对点训练1.B2.C[将液溴、铁粉和苯混合即可制得溴苯,选项A错误;B.用苯和浓硝酸、浓硫酸混合控制水浴温度在50~60℃,反应可制得硝基苯,选项B错误;C.由苯制取溴苯和硝基苯都是取代反应,其反应原理相同,选项C正确;D.溴苯和硝基苯与水分层,溴苯、硝基苯的密度都比水大,都在下层,选项D错误。]3.C[水浴加热制备硝基苯,则图中温度计应测定烧杯中水的温度,故A正确;浓硫酸密度较大,为防止酸液飞溅,则应将浓硫酸注入浓硝酸中,故B正确;硝基苯的密度比水的密度大,不溶于水,则分层后水在上层、油层在下层,应该用分液分离,不能过滤,故C错误;D.用蒸馏操作提纯硝基苯,温度计水银球在支管口处,装置符合要求,故D正确。]4.(1)+Br2冷凝回流溴和苯,减少原料的挥发损失下进上出吸收HBr和Br2,防止倒吸(2)①过滤②3Br2+6OH5Br+BrO3−+3H2③分液干燥(3)苯C解析实验室合成溴苯时,先往三颈烧瓶内加入无水苯和少量铁屑,再从恒压漏斗内滴加液溴,发生反应生成溴苯和溴化氢,由于反应放热,使得部分溴和苯挥发,为提高原料的利用率,使用球形冷凝管进行冷凝回流,最后将尾气用NaOH溶液吸收。(1)向a中滴入几滴溴,有白雾产生,a中苯、溴在铁屑的催化作用下发生反应,生成溴苯等,化学方程式为+Br2。由分析可知,装置c的作用是冷凝回流溴和苯,减少原料的挥发损失;为提高冷凝效果,水流方向是下进上出;为防止尾气污染环境,应进行尾气处理,则装置d的作用是吸收HBr和Br2,防止倒吸。(2)①向a中加入10mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;②NaOH溶液洗涤的作用是除去HBr和未反应的Br2,除Br2的离子方程式:3Br2+6OH5Br+BrO3−+3H2O。③粗溴苯与水溶液不互溶,用分液获得粗溴苯;为除去溴苯中混有的少量水,向其中加入少量无水氯化钙,静置、过滤。加入氯化钙的目的是干燥。(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为苯,要进一步提纯,可利用沸点的差异将二者分离开来,即采用蒸馏操作,故选C。二、1.(1)煤焦油(2)催化重整裂化2.(1)①烷基②苯环烷基③CnH2n6(n≥7)(2)①b.②+3HO—NO2+3H2O三硝基甲苯(3)+CH2CH23.问题讨论1.1mol苯和1mol甲苯均与3molH2发生加成反应,所以相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时,需要的H2的量相同。2.并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色,如,由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子,所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。3.酸性KMnO4是将侧链氧化成—COOH,与侧链上的C原子数无关,故与酸性KMnO4溶液反应的有机产物为。4.(1)苯环对侧链的影响,使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而苯不能。(2)侧链对苯环的影响,甲苯与硝酸反应生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应只生成硝基苯。对点训练1.B[苯不能因化学变化使溴水褪色,不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,都说明苯分子中没有典型的双键。若苯环上具有单键和双键交替的结构,碳碳键的键长应该不等(双键键长比单键键长短),其邻位二氯取代物应该有和两种,而间位二氯取代物只有一种。]2.A[A项,按题意可知,侧链对苯环的影响,即由于甲基的存在而使苯环上的H活性变大;B项,是苯环对侧链烃基的影响;C项、D项,是苯环的性质。]3.D[由分子式可知该物质苯环上的支链是丙基,分子中不存在碳碳双键。A项,苯环可发生加成反应;B项,苯环上有烷烃基,可使酸性高锰酸钾溶液褪色,不能使溴水褪色;C项,侧链有甲基,所有原子不可能共平面;D项,当苯环上的取代基为正丙基时有六种一溴代物,当苯环上的取代基为异丙基时有五种一溴代物。]微专题1烃的燃烧规律迁移应用1.C[由题意知,两种烃应具有相同的最简式,C组两种烃最简式相同(CH2),故C选项正确。]2.D[由乙烷、乙炔和丙烯燃烧的方程式可知,除去水蒸气,恢复到原来的温度和压强,则C2H6和C3H6反应后体积缩小的量是相同的,故可将两者看成是一种物质即可,设C2H6和C3H6一共为xmL,C2H2为ymL,则有①x+y=32,②2.5x+1.5y=56,解①②得y=24mL,混合烃中乙炔的体积分数为24323.C[由题给图示可知n(混合烃)∶n(CO2)∶n(H2O)=1∶1.6∶2,所以n(混合烃)∶n(C)∶n(H)=1∶1.6∶4,所给混合气体的平均组成为C1.6H4,则一定含有CH4,另一种烃应为CxH4(x≥2),即一定没有乙烷、丙烷和乙炔。]微专题2芳香烃同分异构体的判断与书写迁移应用1.C[C8H10的结构可能有四种:、、、。各物质的对称结构和苯环上的不同化学环境的氢原子数如下图所示:其一氯代物依次有3种、2种、3种、1种,共9种。]2.A[丁基有4种:—CH2CH2CH2CH3、、、;—C2H3Cl2可看作—CH2CH3中的2个H原子被Cl原子取代,2个Cl在同一个碳原子上有—CCl2CH3和—CH2CHCl22种结构,2个氯原子在不同碳原子上只有—CHClCH2Cl1种结构,共有3种结构;所以满足条件的同分异构体有3×4=12种,故A正确。]3.正丙苯、异丙苯、1甲基2乙苯、1甲基3乙苯、1甲基4乙苯、1,2,3三甲苯、1,2,4三甲苯、1,3,5三甲苯解析先把C9H12拆分为C6H5—C3H7,写出含有一个取代基的同分异构体,因—C3H7有2种,则可以