新教材適用2023-2024學(xué)年高中化學(xué)第2章烴第3節(jié)芳香烴第1課時(shí)苯學(xué)案新人教版選擇性必修3

第三節(jié)芳香烴第1課時(shí)苯學(xué)習(xí)目標(biāo)1．通過實(shí)物模型理解苯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及化學(xué)性質(zhì)。2．通過實(shí)驗(yàn)理解溴苯和硝基苯的制備原理、裝置及注意事項(xiàng)。核心素養(yǎng)1．宏觀辨識(shí)與微觀探析：從化學(xué)鍵的特殊性理解苯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而理解苯性質(zhì)的特殊性。理解有機(jī)反應(yīng)類型與分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)系。2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：根據(jù)平面正六邊形模型，能判斷含苯環(huán)有機(jī)物分子中原子之間的空間位置關(guān)系。19世紀(jì)，歐洲許多國(guó)家都使用煤氣照明，煤氣通常是壓縮在桶里貯運(yùn)的，人們發(fā)現(xiàn)這種桶里總有一種油狀液體，但長(zhǎng)時(shí)間無人問津。1825年英國(guó)科學(xué)家法拉第對(duì)這種液體產(chǎn)生了濃厚興趣，他花了整整五年時(shí)間提取這種液體，從中得到了一種無色油狀液體。日拉爾等化學(xué)家測(cè)定該烴的分子式為C6H6，這種烴就是苯。1865年凱庫(kù)勒根據(jù)“夢(mèng)境”創(chuàng)立了苯環(huán)學(xué)說……新知預(yù)習(xí)一、苯的分子結(jié)構(gòu)1．苯的分子式：_C6H6__，最簡(jiǎn)式：_CH__，結(jié)構(gòu)式：，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：。2．苯的空間構(gòu)型是_平面正六邊形__，六個(gè)碳原子均采取_sp2__雜化，分別與氫原子及相鄰碳原子形成_σ__鍵，鍵角均為_120°__；碳碳鍵的鍵長(zhǎng)_相等__，介于單鍵和雙鍵之間。每個(gè)碳原子余下的p軌道垂直于碳、氫原子構(gòu)成的平面，相互_平行__重疊形成_大π__鍵，均勻地對(duì)稱分布在苯環(huán)平面的上下兩側(cè)。二、苯的性質(zhì)1．物理性質(zhì)：_無__色，有_特殊__氣味的液體，_不__溶于水，密度_小于__水，熔沸點(diǎn)_較低__，有毒。2．化學(xué)性質(zhì)(1)氧化反應(yīng)：燃燒時(shí)火焰明亮，有濃煙，反應(yīng)方程式：2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。(2)取代反應(yīng)①鹵代反應(yīng)：苯與液溴在FeBr3催化條件下的反應(yīng)：。溴苯()：_無__色液體，有_特殊__氣味，_不__溶于水，密度比水的_大__。②硝化反應(yīng)：苯與濃硝酸在濃硫酸催化條件下的反應(yīng)：。硝基苯()：_無__色液體，有_苦杏仁__氣味，_不__溶于水，密度比水的_大__。(3)加成反應(yīng)苯與H2在以Pt、Ni為催化劑并加熱的情況下發(fā)生加成反應(yīng)生成環(huán)己烷：。應(yīng)用體驗(yàn)1．某化工廠發(fā)生苯爆燃特大事故。下列說法錯(cuò)誤的是(B)A．苯是一種環(huán)狀有機(jī)物B．苯分子中含有碳碳雙鍵C．苯的分子式為C6H6D．苯與鈉不反應(yīng)解析：苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，為環(huán)狀有機(jī)物，A正確；苯中碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵，B項(xiàng)錯(cuò)誤；苯分子中6個(gè)C,6個(gè)H，分子式為C6H6，C正確；苯不與鈉反應(yīng)，D正確。2．下列關(guān)于苯的說法正確的是(D)A．易溶于水B．分子中C、H元素的質(zhì)量比為1︰1C．苯的密度比水的大D．在空氣中燃燒時(shí)產(chǎn)生較多的濃煙解析：苯的密度比水的小，難溶于水，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤；苯的分子式為C6H6，分子中C、H原子個(gè)數(shù)比為1︰1，B項(xiàng)錯(cuò)誤；苯分子中含碳量高，在空氣中燃燒時(shí)產(chǎn)生較多濃煙，D項(xiàng)正確。3．凱庫(kù)勒提出了苯的單、雙鍵交替的六邊形平面結(jié)構(gòu)，解釋了苯的部分性質(zhì)，但還有一些問題尚未解決，它能解釋的事實(shí)是(C)A．苯不能與溴水反應(yīng)B．苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色C．苯的一溴代物只有一種D．鄰二溴苯只有一種解析：如含有雙鍵，則不能解釋不能與溴水反應(yīng)，故A不選；如含有碳碳雙鍵，可與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化反應(yīng)，故B不選；假設(shè)苯中存在單雙鍵交替結(jié)構(gòu)，苯上的氫原子都是等效氫原子，所以溴取代它們中的哪一個(gè)氫原子都是一樣的，所以沒有同分異構(gòu)體，故選C；如果是單雙鍵交替的六邊形平面結(jié)構(gòu)，則鄰二溴苯應(yīng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)，但事實(shí)是鄰二溴苯只有一種，不能解釋，故D不選。要點(diǎn)歸納知識(shí)點(diǎn)1苯的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)問題探究：1．烷烴中脫去2mol氫原子形成1mol雙鍵要吸熱，但1,3-環(huán)己二烯()脫去2mol氫原子變成苯卻放熱，可推斷乙烷和乙烯、1,3-環(huán)己二烯和苯誰(shuí)更穩(wěn)定？請(qǐng)從結(jié)構(gòu)角度解釋原因。2．苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式有兩種寫法：凱庫(kù)勒式()和鮑林式()，哪一種更科學(xué)？探究提示：1．化學(xué)反應(yīng)中放熱越多生成物的狀態(tài)越穩(wěn)定，即苯比1,3-環(huán)己二烯更穩(wěn)定；反之，吸熱越多反應(yīng)物的狀態(tài)越穩(wěn)定，即乙烷比乙烯穩(wěn)定。乙烷分子中只有σ鍵，乙烯分子中有σ鍵和π鍵，π鍵不如σ鍵鍵能高；苯分子中的大π鍵鍵能更大，苯更穩(wěn)定。2．鮑林式更科學(xué)，更符合苯分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。知識(shí)歸納總結(jié)：1．苯的分子結(jié)構(gòu)(1)苯中碳原子采取sp2雜化，除σ鍵外還含有大π鍵。苯分子為平面形結(jié)構(gòu)，分子中的6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子共平面。(2)苯不存在單雙鍵交替結(jié)構(gòu)，可以從以下幾個(gè)方面證明：①結(jié)構(gòu)上：苯分子中六個(gè)碳碳鍵均等長(zhǎng)，六元碳環(huán)呈平面正六邊形；②性質(zhì)上：苯不能發(fā)生碳碳雙鍵可發(fā)生的反應(yīng)，如不能使酸性KMnO4溶液褪色等；③二氯代苯的結(jié)構(gòu)：鄰二氯苯只有一種結(jié)構(gòu)，而若為單雙鍵交替應(yīng)有兩種結(jié)構(gòu)(和)。2．苯的化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)化學(xué)方程式反應(yīng)類型燃燒2C6H6＋15O212CO2＋6H2O氧化反應(yīng)①取代(鹵代)反應(yīng)②取代(硝化)反應(yīng)③取代(磺化)反應(yīng)④加成(還原)反應(yīng)典例1科學(xué)家對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的推斷一般要基于一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)。下列能說明苯與一般的烯烴性質(zhì)不同的事實(shí)是(C)A．苯分子是高度對(duì)稱的平面型分子B．苯難溶于水C．苯不與酸性KMnO4溶液反應(yīng)D．1mol苯在一定條件下可與3mol氯氣發(fā)生加成反應(yīng)解析：凱庫(kù)勒式結(jié)構(gòu)也是一個(gè)高度對(duì)稱的平面型結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；苯是芳香烴不溶于水，故B錯(cuò)誤；苯中不含碳碳雙鍵，因此不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，故C正確；苯和三烯烴均可以與氯氣發(fā)生加成反應(yīng)，而且比例一致，故D錯(cuò)誤。素養(yǎng)應(yīng)用?有關(guān)苯分子中的化學(xué)鍵描述不正確的是(A)A．每個(gè)碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個(gè)形成大π鍵B．每個(gè)碳原子的未參加雜化的2p軌道形成大π鍵C．碳原子的三個(gè)sp2雜化軌道與其他原子形成三個(gè)σ鍵D．苯分子中六個(gè)碳碳鍵完全相同，鍵角均為120°解析：雜化軌道不能形成π鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)2苯的取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)問題探究：1．純凈的溴苯是一種無色、密度比水大的油狀液體，但實(shí)驗(yàn)得到的溴苯呈褐色，其原因是什么？如何除去褐色？2．如何將濃硫酸、濃硝酸混合制得混酸？3．純凈的硝基苯是無色、密度比水大的油狀液體，而實(shí)驗(yàn)得到的硝基苯呈黃色，其原因是什么？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溶液洗滌。2．將濃硫酸沿?zé)瓋?nèi)壁注入濃硝酸中，并用玻璃棒不斷攪拌，冷卻溶液至室溫。3．原因是硝基苯中溶解了NO2，可以用稀NaOH溶液洗滌除去。知識(shí)歸納總結(jié)：1．苯的溴代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟①安裝好裝置，檢查裝置氣密性②把苯和少量液溴放入燒瓶中③加入少量鐵屑與液溴反應(yīng)生成FeBr3作催化劑注意事項(xiàng)①應(yīng)該用純溴②要使用催化劑FeBr3，需加入鐵屑③錐形瓶中的導(dǎo)管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr極易溶于水產(chǎn)品處理(精制溴苯)2．苯的硝化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟①配制混合酸：先將1.5mL濃硝酸注入大試管中，再慢慢注入2mL濃硫酸，并及時(shí)搖勻和冷卻②向冷卻后的混合酸中逐滴加入1mL苯，充分振蕩，混合均勻③將大試管放在50～60℃的水浴中加熱注意事項(xiàng)①試劑添加順序：濃硝酸＋濃硫酸＋苯②濃硫酸的作用是催化劑、吸水劑③必須用水浴加熱，溫度計(jì)插入水浴中測(cè)量水的溫度說明精制硝基苯的流程同上述精制溴苯的流程典例2溴苯是一種化工原料，實(shí)驗(yàn)室合成溴苯的裝置示意圖及有關(guān)數(shù)據(jù)如下：苯溴溴苯密度/g·cm－30.883.101.50沸點(diǎn)/℃8059156水中溶解度微溶微溶微溶按下列合成步驟回答問題：(1)在a中加入15mL無水苯和少量鐵屑。在b中小心加入4.0mL液態(tài)溴。向a中滴入幾滴液溴，有白霧產(chǎn)生，是因?yàn)樯闪薩HBr__氣體。繼續(xù)滴加至液溴滴完。裝置d的作用是_吸收HBr和Br2并防止倒吸__；(2)液溴滴完后，經(jīng)過下列步驟分離提純：①向a中加入10mL水，然后過濾除去未反應(yīng)的鐵屑；②濾液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗滌。NaOH溶液洗滌的作用是_除去HBr和未反應(yīng)的Br2__；③向分離出的粗溴苯中加入少量的無水氯化鈣，靜置、過濾。加入氯化鈣的目的是_除水__；(3)經(jīng)以上分離操作后，粗溴苯中還含有的主要雜質(zhì)為_苯__，要進(jìn)一步提純，下列操作中必須的是_C__(填入正確選項(xiàng)前的字母)。A．重結(jié)晶 B．過濾C．蒸餾 D．萃取解析：(1)鐵屑的作用是生成FeBr3作催化劑，a中反應(yīng)為，HBr氣體遇到水蒸氣會(huì)產(chǎn)生白霧。裝置d的作用是進(jìn)行尾氣處理，吸收HBr和揮發(fā)出的溴蒸氣，并防止倒吸。(2)②未反應(yīng)完的溴易溶于溴苯中，成為雜質(zhì)。由于溴在水中的溶解度較小，卻能與NaOH反應(yīng)，同時(shí)，反應(yīng)生成的HBr極易溶于水，溴苯表面會(huì)附著氫溴酸，所以NaOH溶液洗滌的作用是除去HBr和未反應(yīng)的Br2。③分離出的粗溴苯中混有的水分，無水氯化鈣的作用就是除水。(3)苯與溴苯互溶，但上述分離操作中沒有除去苯的試劑，所以經(jīng)過上述操作后，溴苯中的主要雜質(zhì)是苯。根據(jù)苯與溴苯的沸點(diǎn)有較大差異，用蒸餾的方法進(jìn)行分離。素養(yǎng)應(yīng)用?溴苯和硝基苯都可用于合成醫(yī)藥、農(nóng)藥。下列關(guān)于溴苯和硝基苯的實(shí)驗(yàn)操作正確的是(B)A．將溴水、鐵粉和苯混合加熱即可制得溴苯B．除去溴苯中紅棕色的溴，可用稀NaOH溶液反復(fù)洗滌，并用分液漏斗分液C．苯和濃HNO3在濃H2SO4催化下反應(yīng)制取硝基苯時(shí)需水浴加熱，溫度計(jì)應(yīng)放在混合液中D．制取硝基苯時(shí)，應(yīng)先加2mL濃H2SO4，再加入1.5mL濃HNO3，再滴入約1mL苯，然后放在水浴中加熱解析：苯和液溴在FeBr3催化作用下反應(yīng)可得溴苯，而溴水不行。苯和濃HNO3在濃H2SO4催化作用下反應(yīng)制取硝基苯時(shí)需水浴加熱，溫度計(jì)應(yīng)放在水浴中測(cè)水的溫度，控制在50～60℃?；旌蠞饬蛩岷蜐庀跛釙r(shí)，應(yīng)將濃硫酸加入濃硝酸中，且邊加邊振蕩(或攪拌)散熱，冷卻后再加入苯。1．(2023·天津?yàn)I海新區(qū)高二檢測(cè))下列關(guān)于苯的敘述正確的是(D)A．反應(yīng)①為取代反應(yīng)，不用催化劑苯也能和溴水發(fā)生取代反應(yīng)B．反應(yīng)④中1mol苯最多與3molH2發(fā)生加成反應(yīng)，是因?yàn)楸椒肿雍腥齻€(gè)碳碳雙鍵C．反應(yīng)③為取代反應(yīng)，有機(jī)產(chǎn)物是一種烴D．反應(yīng)②為氧化反應(yīng)，反應(yīng)現(xiàn)象是火焰明亮并帶有濃煙解析：反應(yīng)①是苯和液溴在FeBr3的催化作用下生成溴苯和溴化氫，故為取代反應(yīng)，該反應(yīng)必須用催化劑且跟液溴才能反應(yīng)，不能與溴水反應(yīng)，A錯(cuò)誤；苯分子中不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵交替現(xiàn)象，苯環(huán)上的6個(gè)碳碳鍵均為介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間獨(dú)特的鍵，B錯(cuò)誤；反應(yīng)③是苯在濃硫酸作用下與濃硝酸反應(yīng)生成硝基苯和水，故為取代反應(yīng)，有機(jī)產(chǎn)物是硝基苯，不屬于烴，而是烴的衍生物，C錯(cuò)誤；反應(yīng)②是苯的燃燒反應(yīng)，故為氧化反應(yīng)，反應(yīng)現(xiàn)象是火焰明亮并帶有濃煙，D正確。2．苯和乙烯相比較，下列敘述不正確的是(C)A．它們分子中的所有原子都共平面B．都能發(fā)生加成反應(yīng)C．都能使酸性高錳酸鉀溶液褪色D．都能燃燒生成二氧化碳和水3．某化學(xué)興趣小組為探究苯與溴發(fā)生反應(yīng)的原理，用如圖所示裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)知識(shí)回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，關(guān)閉K2，開啟K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液。過一會(huì)兒，在裝置Ⅲ中可能觀察到的