新教材適用2024-2025學年高中化學第2章烴第3節(jié)芳香烴第1課時苯學案新人教版選擇性必修3

第三節(jié)芳香烴第1課時苯學習目標1．通過實物模型理解苯的結構特點及化學性質。2．通過試驗理解溴苯和硝基苯的制備原理、裝置及留意事項。核心素養(yǎng)1．宏觀辨識與微觀探析：從化學鍵的特別性理解苯的結構特點，進而理解苯性質的特別性。理解有機反應類型與分子結構特點的關系。2．證據(jù)推理與模型認知：依據(jù)平面正六邊形模型，能推斷含苯環(huán)有機物分子中原子之間的空間位置關系。19世紀，歐洲很多國家都運用煤氣照明，煤氣通常是壓縮在桶里貯運的，人們發(fā)覺這種桶里總有一種油狀液體，但長時間無人問津。1825年英國科學家法拉第對這種液體產生了深厚愛好，他花了整整五年時間提取這種液體，從中得到了一種無色油狀液體。日拉爾等化學家測定該烴的分子式為C6H6，這種烴就是苯。1865年凱庫勒依據(jù)“夢境”創(chuàng)立了苯環(huán)學說……新知預習一、苯的分子結構1．苯的分子式：_C6H6__，最簡式：_CH__，結構式：，結構簡式：。2．苯的空間構型是_平面正六邊形__，六個碳原子均實行_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_相等__，介于單鍵和雙鍵之間。每個碳原子余下的p軌道垂直于碳、氫原子構成的平面，相互_平行__重疊形成_大π__鍵，勻稱地對稱分布在苯環(huán)平面的上下兩側。二、苯的性質1．物理性質：_無__色，有_特別__氣味的液體，_不__溶于水，密度_小于__水，熔沸點_較低__，有毒。2．化學性質(1)氧化反應：燃燒時火焰光明，有濃煙，反應方程式：2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。(2)取代反應①鹵代反應：苯與液溴在FeBr3催化條件下的反應：。溴苯()：_無__色液體，有_特別__氣味，_不__溶于水，密度比水的_大__。②硝化反應：苯與濃硝酸在濃硫酸催化條件下的反應：。硝基苯()：_無__色液體，有_苦杏仁__氣味，_不__溶于水，密度比水的_大__。(3)加成反應苯與H2在以Pt、Ni為催化劑并加熱的狀況下發(fā)生加成反應生成環(huán)己烷：。應用體驗1．某化工廠發(fā)生苯爆燃特大事故。下列說法錯誤的是(B)A．苯是一種環(huán)狀有機物B．苯分子中含有碳碳雙鍵C．苯的分子式為C6H6D．苯與鈉不反應解析：苯的結構簡式為，為環(huán)狀有機物，A正確；苯中碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的獨特的鍵，B項錯誤；苯分子中6個C,6個H，分子式為C6H6，C正確；苯不與鈉反應，D正確。2．下列關于苯的說法正確的是(D)A．易溶于水B．分子中C、H元素的質量比為1︰1C．苯的密度比水的大D．在空氣中燃燒時產生較多的濃煙解析：苯的密度比水的小，難溶于水，A、C項錯誤；苯的分子式為C6H6，分子中C、H原子個數(shù)比為1︰1，B項錯誤；苯分子中含碳量高，在空氣中燃燒時產生較多濃煙，D項正確。3．凱庫勒提出了苯的單、雙鍵交替的六邊形平面結構，說明了苯的部分性質，但還有一些問題尚未解決，它能說明的事實是(C)A．苯不能與溴水反應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，則不能說明不能與溴水反應，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，故B不選；假設苯中存在單雙鍵交替結構，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氫原子都是一樣的，所以沒有同分異構體，故選C；假如是單雙鍵交替的六邊形平面結構，則鄰二溴苯應有兩種不同的結構，但事實是鄰二溴苯只有一種，不能說明，故D不選。要點歸納學問點1苯的分子結構和性質問題探究：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)己二烯和苯誰更穩(wěn)定？請從結構角度說明緣由。2．苯的結構簡式有兩種寫法：凱庫勒式()和鮑林式()，哪一種更科學？探究提示：1．化學反應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，更符合苯分子的結構特點。學問歸納總結：1．苯的分子結構(1)苯中碳原子實行sp2雜化，除σ鍵外還含有大π鍵。苯分子為平面形結構，分子中的6個碳原子和6個氫原子共平面。(2)苯不存在單雙鍵交替結構，可以從以下幾個方面證明：①結構上：苯分子中六個碳碳鍵均等長，六元碳環(huán)呈平面正六邊形；②性質上：苯不能發(fā)生碳碳雙鍵可發(fā)生的反應，如不能使酸性KMnO4溶液褪色等；③二氯代苯的結構：鄰二氯苯只有一種結構，而若為單雙鍵交替應有兩種結構(和)。2．苯的化學性質反應化學方程式反應類型燃燒2C6H6＋15O212CO2＋6H2O氧化反應①取代(鹵代)反應②取代(硝化)反應③取代(磺化)反應④加成(還原)反應典例1科學家對物質性質的推斷一般要基于一些試驗事實。下列能說明苯與一般的烯烴性質不同的事實是(C)A．苯分子是高度對稱的平面型分子B．苯難溶于水C．苯不與酸性KMnO4溶液反應D．1mol苯在肯定條件下可與3mol氯氣發(fā)生加成反應解析：凱庫勒式結構也是一個高度對稱的平面型結構，故A錯誤；苯是芳香烴不溶于水，故B錯誤；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，而且比例一樣，故D錯誤。素養(yǎng)應用?有關苯分子中的化學鍵描述不正確的是(A)A．每個碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個形成大π鍵B．每個碳原子的未參與雜化的2p軌道形成大π鍵C．碳原子的三個sp2雜化軌道與其他原子形成三個σ鍵D．苯分子中六個碳碳鍵完全相同，鍵角均為120°解析：雜化軌道不能形成π鍵，A項錯誤。學問點2苯的取代反應試驗問題探究：1．純凈的溴苯是一種無色、密度比水大的油狀液體，但試驗得到的溴苯呈褐色，其緣由是什么？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，而試驗得到的硝基苯呈黃色，其緣由是什么？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溶液洗滌。2．將濃硫酸沿燒杯內壁注入濃硝酸中，并用玻璃棒不斷攪拌，冷卻溶液至室溫。3．緣由是硝基苯中溶解了NO2，可以用稀NaOH溶液洗滌除去。學問歸納總結：1．苯的溴代反應試驗原理試驗步驟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生成FeBr3作催化劑留意事項①應當用純溴②要運用催化劑FeBr3，需加入鐵屑③錐形瓶中的導管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr極易溶于水產品處理(精制溴苯)2．苯的硝化反應試驗原理試驗步驟①配制混合酸：先將1.5mL濃硝酸注入大試管中，再漸漸注入2mL濃硫酸，并剛好搖勻和冷卻②向冷卻后的混合酸中逐滴加入1mL苯，充分振蕩，混合勻稱③將大試管放在50～60℃的水浴中加熱留意事項①試劑添加依次：濃硝酸＋濃硫酸＋苯②濃硫酸的作用是催化劑、吸水劑③必需用水浴加熱，溫度計插入水浴中測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，試驗室合成溴苯的裝置示意圖及有關數(shù)據(jù)如下：苯溴溴苯密度/g·cm－30.883.101.50沸點/℃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中當心加入4.0mL液態(tài)溴。向a中滴入幾滴液溴，有白霧產生，是因為生成了_HBr__氣體。接著滴加至液溴滴完。裝置d的作用是_汲取HBr和Br2并防止倒吸__；(2)液溴滴完后，經過下列步驟分別提純：①向a中加入10mL水，然后過濾除去未反應的鐵屑；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和未反應的Br2__；③向分別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)經以上分別操作后，粗溴苯中還含有的主要雜質為_苯__，要進一步提純，下列操作中必需的是_C__(填入正確選項前的字母)。A．重結晶 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中反應為，HBr氣體遇到水蒸氣會產生白霧。裝置d的作用是進行尾氣處理，汲取HBr和揮發(fā)出的溴蒸氣，并防止倒吸。(2)②未反應完的溴易溶于溴苯中，成為雜質。由于溴在水中的溶解度較小，卻能與NaOH反應，同時，反應生成的HBr極易溶于水，溴苯表面會附著氫溴酸，所以NaOH溶液洗滌的作用是除去HBr和未反應的Br2。③分別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，但上述分別操作中沒有除去苯的試劑，所以經過上述操作后，溴苯中的主要雜質是苯。依據(jù)苯與溴苯的沸點有較大差異，用蒸餾的方法進行分別。素養(yǎng)應用?溴苯和硝基苯都可用于合成醫(yī)藥、農藥。下列關于溴苯和硝基苯的試驗操作正確的是(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溶液反復洗滌，并用分液漏斗分液C．苯和濃HNO3在濃H2SO4催化下反應制取硝基苯時需水浴加熱，溫度計應放在混合液中D．制取硝基苯時，應先加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催化作用下反應可得溴苯，而溴水不行。苯和濃HNO3在濃H2SO4催化作用下反應制取硝基苯時需水浴加熱，溫度計應放在水浴中測水的溫度，限制在50～60℃。混合濃硫酸和濃硝酸時，應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．(2024·天津濱海新區(qū)高二檢測)下列關于苯的敘述正確的是(D)A．反應①為取代反應，不用催化劑苯也能和溴水發(fā)生取代反應B．反應④中1mol苯最多與3molH2發(fā)生加成反應，是因為苯分子含有三個碳碳雙鍵C．反應③為取代反應，有機產物是一種烴D．反應②為氧化反應，反應現(xiàn)象是火焰光明并帶有濃煙解析：反應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，該反應必需用催化劑且跟液溴才能反應，不能與溴水反應，A錯誤；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個碳碳鍵均為介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間獨特的鍵，B錯誤；反應③是苯在濃硫酸作用下與濃硝酸反應生成硝基苯和水，故為取代反應，有機產物是硝基苯，不屬于烴，而是烴的衍生物，C錯誤；反應②是苯的燃燒反應，故為氧化反應，反應現(xiàn)象是火焰光明并帶有濃煙，D正確。2．苯和乙烯相比較，下列敘述不正確的是(C)A．它們分子中的全部原子都共平面B．都能發(fā)生加成反應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．某化學愛好小組為探究苯與溴發(fā)生反應的原理，用如圖所示裝置進行了試驗。依據(jù)相關學問回答下列問題：(1)試驗起先時，關閉K2，開啟K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液。過一會兒，在裝置Ⅲ中可能視察到的