2024-2025学年高中化学第二章烃和卤代烃2芳香烃学案新人教版选修5

PAGE22-其次节芳香烃一、苯的结构与性质1．苯的分子结构和物理性质(1)苯的分子结构(2)物理性质2.苯的化学性质苯分子中的碳碳键介于单键和双键之间，苯既有烷烃的性质，能发生取代反应，也有烯烃的性质，能发生加成反应。(1)取代反应(3)氧化反应①不能使KMnO4酸性溶液褪色。②燃烧：火焰光明，有浓烟，反应方程式为：2C6H6＋15O2eq\o(→,\s\up17(点燃))12CO2＋6H2。二、苯的同系物1．苯的同系物的组成和结构特点苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物，其分子中只有一个苯环，侧链都是烷基，通式为CnH2n－6(n≥7)。2．常见的苯的同系物3．苯的同系物的化学性质(1)氧化反应①甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。②均能燃烧，燃烧的化学方程式的通式为：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up17(点燃))nCO2＋(n－3)H2O。(2)取代反应甲苯与浓硝酸和浓H2SO4的混合酸在肯定条件下反应生成三硝基甲苯的化学方程式为：三、芳香烃的来源及应用1．定义分子里含有一个或多个苯环的烃。2．来源(1)1845年至20世纪40年头，煤是芳香烃的主要来源。(2)20世纪40年头以后，通过石油化学工业中的催化重整获得。3．应用简洁的芳香烃，如苯、甲苯等可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。探究点一苯及其同系物的化学性质比较1．相像之处(1)都能燃烧，燃烧时都发出光明的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up17(点燃))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)都能与氢气发生加成反应。2．不同之处如甲苯、乙苯均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，使酸性高锰酸钾溶液褪色，据此可鉴别苯和苯的同系物。3．苯的同系物与卤素单质的取代反应，反应条件不同，取代位置不同(1)在光照条件下，卤素原子取代侧链上的氢原子。(2)在催化剂条件下，卤素原子取代苯环上的H。例如：1．相同物质的量的苯与甲苯，与H2加成时，须要的H2的量相同吗？提示：相同。1mol苯与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，须要的H2的量相同。提示：【例1】下列物质既能发生加成反应，也能发生取代反应，同时能使溴水因反应褪色，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是()【解析】苯不能使溴水因反应褪色，也不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；C6H14属于烷烃，不能发生加成反应、不能使溴水因反应褪色、不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故B错误；甲苯不能使溴水因反应褪色，故C错误；苯乙烯含有碳碳双键，既能发生加成反应，也能发生取代反应，同时能使溴水因反应褪色，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故D正确。【答案】D将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应所得的产物可能有(C)A．①②③ B．仅⑦C．④⑤⑥⑦ D．全部解析：苯的同系物在Fe(或FeBr3)催化作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代甲基邻位、间位、对位上的氢原子，也可以将苯环上多个氢原子同时取代，而在此条件下，甲基上的氢原子不能被取代，因此不行能有①②③。探究点二苯的同系物的同分异构体苯的同系物的分子通式为CnH2n－6(n≥7)，将分子式减去6个碳(苯环所含碳)后，分析剩余的含肯定数目碳原子数的烷基，烷基可按由整到散的思路书写。[例如余—C3H7，则分为①—C3H7(丙基)，②—C2H5和—CH3两个烷基，③3个—CH3，三种状况书写]1．当苯环上只有1个取代基时：基元法：由1个烃基和苯环构成的物质，同分异构体数目等于烃基的种类数。例如，C10H14只含1个侧链和1个苯环的物2．苯环上有两个烃基时：在苯环上存在邻、间、对三种位置异构，再考虑每种烃基可能的结构，从而确定同分异构体的数目。例如：C9H12有两个取代基时，在苯环上的位置为：3．当苯环上有三个烃基时则用定二移三的方法。当3个取代基不相同时则会出现更困难的位置异构，要留意推断是否重复。芳香族化合物的同分异构体可以在苯的同系物书写的基础上迁移，通常在官能团异构的基础上按以上位置异构依次书写。4．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、原子团时，要依据肯定的依次，避开遗漏或重复。5．换元法苯的同系物的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(n－m)个取代基的取代产物种数相同。如二氯苯与四氯苯的同分异构体数目相同。【例2】二甲苯苯环上的一溴代物有六种同分异构体，这些一溴代物与生成它的对应二甲苯的熔点如下表所示：依据上述数据回答下列问题：(1)熔点为234℃的一溴二甲苯的结构简式是________。(2)熔点为－54℃的二甲苯的结构简式是________。【思路分析】首先分析数据，从数据中找出相关规律，再把所求问题转化为推断二甲苯的一溴代物的同分异构体的数目。【解析】由表中数据可知，熔点为13℃的二甲苯苯环上的一溴代物只有一种，其熔点为234℃；熔点为－27℃的二甲苯苯环上的一溴代物有两种，其熔点分别为213.8℃和214.5℃；熔点为－54℃的二甲苯苯环上的一溴代物有三种，它们的熔点分别为206℃、204℃和205℃。这样只要确定出二甲苯的三种同分异构体苯环上的一溴代物的同分异构体数目就可以了。二甲苯的三种同分异构体分别是【答案】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，分子结构中只含有一个烷基，符合条件的烃有(B)A．2种B．3种C．4种D．5种解析：该烃的分子式为C10H14，符合分子通式CnH2n－6，它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，说明它是苯的同系物；因其分子中只含一个烷基，可推知此烷基为—C4H9，它具有以下4种结构：①—CH2CH2CH2CH3，②—CH(CH3)CH2CH3，③—CH2CH(CH3)2，④—C(CH3)3，由于第④种侧链上与苯环干脆相连的那个碳原子上没有氢原子，不能发生侧链氧化，因此符合条件的烃只有3种。故正确答案为B。探究点三烃的检验应用上述性质可以鉴别不同类型的烃，同时要特殊留意条件如液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、光照、催化剂等对反应的影响。【例3】要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的试验方法是()A．先加入足量的KMnO4酸性溶液，然后再加入溴水B．先加入足量溴水，然后再加入KMnO4酸性溶液C．点燃这种液体，然后视察火焰的光明程度D．加入浓H2SO4与浓HNO3后加热【思路分析】烯烃能使溴水和KMnO4酸性溶液都褪色，而苯的同系物不能使溴水褪色。【解析】要鉴别出己烯中是否混有甲苯，用C法明显无法验证；而D中反应物会把己烯氧化也不行；只能利用溴水和KMnO4酸性溶液，若先加KMnO4溶液，己烯也可以使KMnO4还原而褪色，故A不对；若先加入足量溴水，则可以把己烯转变成卤代烃，不能与KMnO4酸性溶液反应，若再加入KMnO4酸性溶液，溶液褪色，则说明有甲苯，故正确答案为B。【答案】B下列各组物质用酸性高锰酸钾溶液和溴水都能区分的是(C)A．苯和甲苯 B．1­己烯和二甲苯C．苯和1­己烯 D．己烷和苯解析：假如要区分各个选项中的两种物质，它们与酸性KMnO4溶液或溴水混合肯定有不同现象。探究点四苯及其同系物的试验设计苯与溴的反应、苯与浓硝酸的反应是苯及其同系物的典型取代反应，依据这两个反应设计的试验也是考试中时常涉及的内容。下面是溴苯和硝基苯的制备试验方案。1．制备溴苯的试验方案2．制备硝基苯的试验方案(1)化学方程式(2)制取装置(部分装置略)(3)留意事项①药品的加入：将浓硫酸渐渐加入到浓硝酸中，并不断振荡降温，降温后再逐滴滴入苯，边滴边振荡。②加热方式及缘由：采纳水浴加热方式，其缘由是易限制反应温度在50～60℃范围内。③温度计放置的位置：温度计的水银球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。⑤硝基苯是无色油状液体，因为溶解了NO2而呈褐色。(1)苯与溴单质发生取代反应，必需用液溴，并且有合适的催化剂(如FeBr3)存在，苯与溴水不能发生取代反应，只能将Br2从水中萃取出来。(2)制取硝基苯时应限制温度不能过高，若温度超过70℃，则主要发生磺化反应生成(苯磺酸)。如何证明生成溴苯的反应为取代反应？提示：反应装置用AgNO3溶液检验有HBr生成(产生浅黄色沉淀)即可证明制溴苯的反应为取代反应，但挥发出的溴蒸气遇到AgNO3溶液会出现同样现象，干扰HBr的检验，故应用CCl4除去HBr中混有的溴蒸气。【例4】下图中A是制取溴苯的试验装置，B、C是改进后的装置。请细致分析、对比三个装置，回答以下问题：(1)写出三个装置中共同发生的两个反应的化学方程式：________________、________________；写出B中右边试管中所发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)装置A和C均采纳了长玻璃导管，其作用是________________________________________。(3)在装置B、C装好仪器及药品后要使反应起先，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刚好密封的冲突，便利了操作。A装置中这一问题在试验中造成的后果是________________________________________________________________________。(5)B中采纳了洗气瓶汲取装置，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，使试验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【思路分析】分析试验室制溴苯的试验原理，尤其留意在进行试验改进和设计时，要依据试验原理和物质的性质，同时要留意试验中的倒吸、环境污染等问题。【解析】苯在铁粉作用下可与液溴发生取代反应生成Br，同时生成，故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)来检验反应生成的HBr，进而证明的确发生了取代反应。但该反应放热，Br2、苯又易挥发，挥发出的Br2、苯进入空气中会造成污染，同时也使反应物的利用率降低。【答案】(2)导出HBr，兼起冷凝器的作用(3)旋转分液漏斗的活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上托起软橡胶袋使铁粉落入溴和苯的混合液中(4)Br2和苯的蒸气逸出，污染环境，同时使反应物利用率降低(5)汲取反应中随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气CCl4由无色变成橙色(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中，原料利用率低；由于导管插入AgNO3溶液中，易产生倒吸某同学设计如图所示装置制备一硝基甲苯。试验步骤如下：①配制浓硫酸和浓硝酸(按体积比1∶3)的混合物(混酸)；②在三颈烧瓶里装15mL甲苯；③装好其他药品，并组装好仪器；④向三颈烧瓶中加入混酸，并不断搅拌；⑤限制温度，大约反应10分钟至三颈烧瓶底有大量液体(淡黄色油状)出现；⑥分别出一硝基甲苯。(已知：甲苯的密度为0.866g·cm－3，沸点为110.6℃；硝基苯的密度为1.20g·cm－3，沸点为210.9℃)依据上述试验，回答下列问题：(1)试验方案中缺少一个必要的仪器，它是温度计。本试验的关键是限制温度在30℃左右，假如温度过高，产生的后果是生成二硝基甲苯、三硝基甲苯。(2)简述配制混酸的方法：取肯定量浓硝酸于烧杯中，向烧杯里缓缓注入浓硫酸，并用玻璃棒不断搅拌，浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂。(3)L仪器名称是冷凝管，其作用是冷凝回流，提高原料利用率，进水口是b。1．苯环结构中不存在碳碳单、双键的交替结构，下列可以作为证据的事实是(D)①苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色②苯不能使溴水因发生化学反应而褪色③苯在加热和有催化剂存在的条件下能还原成环己烷④苯中碳碳键的键长完全相等⑤邻二氯苯只有一种⑥间二氯苯只有一种A．①② B．①⑤C．③④⑤⑥ D．①②④⑤解析：本题考查苯分子结构的证明方法。应抓住单双键性质的不同进行对比思索。假如苯中存在交替的单双键结构，则会出现下列几种状况：Ⅰ.因为含C=C，具有烯烃的性质，则既能使溴水褪色，也能使KMnO4酸性溶液褪色；Ⅱ.苯环中C—C和C=C键长不行能相等；Ⅲ.邻二氯苯会有两种，即。而题中③和⑥的性质不管苯环中单、双键是否有交替，结果都一样。2．在试验室中，下列除去杂质的方法正确的是(B)A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振荡，用汽油萃取溴B．硝基苯中混有浓硝酸和浓硫酸，将其倒入到NaOH溶液中，静置，分液C．乙烷中混有乙烯，通氢气在肯定条件下反应，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KMnO4溶液中洗气解析：A项生成了新的杂质碘，A错；C项无法限制氢气的用量，C错；D项乙烯与KMnO4溶液反应，D错。3．有8种物质：①甲烷，②丙烯，③1,3­丁二烯，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(B)A．②④⑤⑧B．②③⑤⑧C．②④⑤⑦D．②④⑤⑦⑧解析：烯烃、炔烃都能使酸性KMnO4溶液褪色和与溴水反应