32芳香烴學案高二下學期化學選擇性必修3

第二單元芳香烴學習目標1.認識苯的組成和結構特點。能描述和分析苯的重要反應,能描述苯的分子結構特征與性質(zhì)之間的關系。2.掌握苯的同系物的結構與化學性質(zhì),能夠比較出苯和苯的同系物性質(zhì)的差異。能舉例說明有機物中基團之間的相互作用對有機物性質(zhì)的影響。3.了解芳香烴的來源及其應用。結合生活實際了解芳香烴對環(huán)境和健康的影響。一、苯的結構與性質(zhì)1.芳香族化合物(1)含義:指含有的有機化合物。

(2)芳香烴:是碳氫化合物的簡稱。

(3)苯:是最簡單的芳香烴,苯環(huán)是芳香族化合物最基本的結構單元。

2.苯的組成與結構(1)苯分子中6個1H核的核磁性完全,6個氫原子所處的化學環(huán)境完全。

(2)苯的分子式為,其分子中的6個碳原子和6個氫原子都處于,為結構。

(3)大量實驗表明,在苯分子中不存在獨立的和,常用凱庫勒式表示苯的結構,但凱庫勒式不能全面反映苯的結構,基于苯環(huán)的成鍵特點,苯的結構又可以表示為。

3.苯的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)通常情況下,苯是無色有特殊氣味的液體,不溶于水,易溶于有機溶劑中,密度比水,沸點比較低,易,有毒。

(2)化學性質(zhì)(試寫出對應的化學方程式)①取代反應a.FeBr3作催化劑,與液溴發(fā)生取代反應生成溴苯和鄰二溴苯:,

。

b.苯與濃硝酸、濃硫酸的混合物,50~60℃時生成硝基苯:,

100~110℃生成間二硝基苯:。

②苯在一定條件下可以與H2發(fā)生加成反應:。

③苯可燃燒:2C6H6+15O212CO2+6H2O。1.(2023·成都高二期末)下列關于苯分子結構的說法錯誤的是()A.各原子均位于同一平面上,6個碳原子彼此連接成為一個平面正六邊形的結構B.苯環(huán)中含有3個C—C、3個C==CC.苯分子中6個碳碳鍵完全相同D.苯分子中碳碳鍵是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間特殊的鍵2.下列敘述正確的是()A.將溴水、鐵粉和苯混合加熱即可制得溴苯B.用苯和濃硝酸、濃硫酸反應混合即可制得硝基苯C.由苯制取溴苯和硝基苯其反應原理相同D.溴苯和硝基苯與水分層,溴苯在下層,硝基苯在上層3.已知硝基苯沸點為210.9℃,下列制取、提純硝基苯過程中的操作或裝置(部分夾持儀器略去),沒有涉及的是()A.制備硝基苯B.配制混酸C.分離硝基苯D.蒸餾提純4.(2024·江蘇徐州七中高二月考)溴苯是一種化工原料,實驗室合成溴苯的裝置示意圖及有關數(shù)據(jù)如表:苯液溴溴苯密度0.883.101.50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過量的無水苯和少量鐵屑。在b中小心加入4.0mL液態(tài)溴。向a中滴入幾滴溴,有白霧產(chǎn)生,a中發(fā)生的反應是

。

繼續(xù)滴加至液溴滴完。裝置c的作用是

;

水流方向是(填“下進上出”或“上進下出”);裝置d的作用是。(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(操作名稱)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,寫出除Br2的離子方程式:。

③用(操作名稱)獲得粗溴苯,向其中加入少量無水氯化鈣,靜置、過濾。加入無水氯化鈣的目的是。

(3)經(jīng)以上分離操作后,粗溴苯中還含有的主要雜質(zhì)為,要進一步提純,下列操作中必須的是(填入正確選項前的字母)。

A.重結晶 B.過濾 C.蒸餾 D.萃取【題后歸納】1.溴苯的制備反應原理+Br2+HBr實驗裝置注意事項①蒸餾水的作用是吸收揮發(fā)出的溴化氫②該反應中作催化劑的是FeBr3,是Fe與液溴反應生成③溴苯是比水重且不溶于水的無色油狀液體,在該實驗中因為溶解了溴而呈褐色。可用NaOH溶液洗滌,再用分液的方法除去溴苯中的溴④應該用純溴,苯與溴水不反應⑤冷凝管的作用是使揮發(fā)的溴和生成的溴苯冷凝回流⑥錐形瓶中導管不能插入液面以下,否則因HBr極易溶于水,發(fā)生倒吸2.硝基苯的制備反應原理+HNO3+H2O實驗裝置注意事項①藥品的加入:將濃硫酸慢慢加入濃硝酸中,并不斷振蕩,冷卻至50℃以下,再逐滴滴入苯,邊滴邊振蕩②加熱方式及原因:采用水浴加熱,其原因是易控制反應溫度在50~60℃范圍內(nèi)。若溫度超過70℃,則主要發(fā)生磺化反應生成(苯磺酸)③溫度計放置的位置:溫度計的水銀球放在液面以下,不能觸及燒杯底部及燒杯壁④長直玻璃導管的作用是冷凝回流濃硝酸和苯⑤硝基苯是比水重且不溶于水的無色油狀液體,因為溶解了NO2而呈褐色二、芳香烴來源與苯的同系物1.芳香烴的來源(1)芳香烴最初來源于中。

(2)隨著石油化工的發(fā)展,通過石油化學工業(yè)中的和等工藝可以獲得芳香烴。

2.苯的同系物(1)組成和結構特點①組成:可看作是苯環(huán)上的氫原子被

取代后的產(chǎn)物;②結構特點:分子中只有一個,側鏈都是;

③組成通式:。

(2)化學性質(zhì)(以甲苯為例)①氧化反應a.燃燒反應:C7H8+9O27CO2+4H2O。b.使酸性KMnO4溶液褪色。

②硝化反應

。

2,4,6三硝基甲苯為淡黃色針狀晶體,簡稱,俗稱TNT,用于國防和民用爆破。

(3)工業(yè)制備(以乙苯為例)化學方程式為。

3.常見芳香烴及分類(寫出結構簡式)新房裝修免不了油漆,油漆中含有苯或苯的同系物等有毒物質(zhì),對人體有傷害,所以新房裝修好必須通風足夠時間,使有毒物質(zhì)充分揮發(fā)?！締栴}討論】1.相同物質(zhì)的量的苯與甲苯與H2加成時,需要的H2的量相同嗎?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.是否所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.與酸性KMnO4反應的有機產(chǎn)物是什么?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.哪些實驗事實說明在苯的同系物分子中,苯環(huán)與側鏈之間發(fā)生了相互影響?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【探究歸納】1.苯及其同系物、芳香烴與芳香族化合物的關系2.苯的同系物與苯在化學性質(zhì)上的不同之處(1)由于側鏈對苯環(huán)的影響,使苯的同系物的苯環(huán)上氫原子的活性增強,發(fā)生的取代反應有所不同。+HNO3+3HNO3(2)由于苯環(huán)對側鏈的影響,使苯的同系物的側鏈易被氧化。在苯的同系物中,如果側鏈烴基中與苯環(huán)直接相連的碳原子上有氫原子,它就能被酸性KMnO4溶液氧化,側鏈烴基通常被氧化為羧基(—COOH)。(3)苯環(huán)上原有取代基對苯環(huán)上新導入的取代基的位置有一定的影響。其規(guī)律是:①苯環(huán)上新導入的取代基的位置主要取決于原有取代基的性質(zhì)。②可以把原有取代基分為兩類:a.原取代基使新導入的取代基進入苯環(huán)的鄰、對位,如—OH、—CH3(或烴基)、—Cl、—Br、等;b.原取代基使新導入的取代基進入苯環(huán)的間位,如—NO2、—SO3H、—CHO等。1.苯環(huán)實際上不具有碳碳單鍵和雙鍵的簡單交替結構,可以作為證據(jù)的事實有()①苯的間位二取代物只有一種②苯的鄰位二取代物只有一種③苯分子中碳碳鍵的鍵長均相等④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色⑤苯在加熱和催化劑存在條件下,與氫氣發(fā)生加成反應⑥苯在FeBr3存在的條件下,與液溴發(fā)生取代反應,但不能因化學變化而使溴水褪色A.①②③④ B.②③④⑥C.③④⑤⑥ D.全部2.下列有關甲苯的實驗事實中,能說明側鏈對苯環(huán)性質(zhì)有影響的是()A.甲苯與硝酸發(fā)生取代反應生成三硝基甲苯B.甲苯能使熱的酸性KMnO4溶液褪色C.甲苯燃燒時產(chǎn)生帶濃烈黑煙的火焰D.1mol甲苯最多能與3mol氫氣發(fā)生加成反應3.分子組成為C9H12苯的同系物,已知苯環(huán)上只有一個取代基,下列說法中正確的是()A.該有機物不能發(fā)生加成反應,但能發(fā)生取代反應B.該有機物不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,但能使溴水褪色C.該有機物分子中的所有原子可能在同一平面上D.該有機物的一溴代物最多有6種同分異構體【題后歸納】苯分子的特殊結構在性質(zhì)方面的體現(xiàn)(1)苯不能因發(fā)生化學反應使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,由此可知苯在化學性質(zhì)上與烯烴有很大差別。(2)苯在催化劑(FeBr3)作用下與液溴發(fā)生取代反應,說明苯具有類似烷烴的性質(zhì)。(3)苯能與H2在催化劑作用下發(fā)生加成反應,說明苯具有烯烴的性質(zhì)?？傊?苯易發(fā)生取代反應,能發(fā)生加成反應,難被氧化,其化學性質(zhì)不同于烷烴、烯烴。微專題1烴的燃燒規(guī)律1.等物質(zhì)的量的烴CxHy完全燃燒時,消耗氧氣的量決定于“x+y4”的值,值越大,2.等質(zhì)量的烴CxHy完全燃燒時,消耗氧氣的量決定于中yx的值,此值越大,3.若烴分子的組成中碳、氫原子個數(shù)比為1∶2,則完全燃燒后生成的二氧化碳和水的物質(zhì)的量相等。4.等質(zhì)量的且最簡式相同的各種烴完全燃燒時其耗氧量、生成的二氧化碳和水的量均相等。5.氣態(tài)烴CxHy完全燃燒后生成CO2和H2O。CxHy+(x+y4)O2xCO2+y2H2當H2O為氣態(tài)時(>100℃),1mol氣態(tài)烴完全燃燒前后氣體總體積的變化有以下三種情況:當y=4時,ΔV=0,反應后氣體總體積不變,常溫常壓下呈氣態(tài)的烴中,只有甲烷、乙烯、丙炔;當y>4時,ΔV=y41,反應后氣體總體積增大當y<4時,ΔV=y41,6.平均值法確定混合物的組成(1)M(2)平均分子式CxHy中x<2時,烴中一定含CH4。1.下列各組化合物中,不論兩者以什么比例混合,只要總質(zhì)量一定,則完全燃燒時消耗O2的質(zhì)量和生成水的質(zhì)量或CO2質(zhì)量不變的是()A.CH4C2H6 B.C2H6C3H6C.C2H4C3H6 D.C2H4C3H42.25℃,101kPa下,32mL由乙烷、乙炔和丙烯組成的混合氣體與過量的O2混合并完全燃燒,除去水蒸氣,恢復到25℃,101kPa,氣體總體積縮小了56mL,原混合氣體中乙炔的體積分數(shù)為()A.25% B.37.5% C.50% D.75%3.兩種氣態(tài)烴組成的混合氣體完全燃燒后所得到CO2和H2O的物質(zhì)的量隨混合烴總物質(zhì)的量的變化如圖所示,則下列對混合烴的判斷正確的是()①一定有乙烯②一定有甲烷③一定有丙烷④一定沒有乙烷⑤可能有甲烷⑥可能有乙炔A.②⑤⑥ B.②⑥C.②④ D.②③微專題2芳香烴同分異構體的判斷與書寫1.苯的同系物的同分異構體(1)烷基的種類與個數(shù),即碳鏈異構;(2)烷基在苯環(huán)上的位次,即位置異構。一個側鏈:一種位置2.判斷芳香烴同分異構體的數(shù)目的常用方法(1)等效氫法分子中完全對稱的氫原子互為等效氫原子,其中引入一個新的原子或原子團時只形成一種物質(zhì);在移動原子或原子團時,要按照一定的順序,避免重復或遺漏。(2)定一(或二)移一法在苯環(huán)上連有兩個新原子或原子團時,可固定一個,移動另一個,從而寫出鄰、間、對三種異構體;在苯環(huán)上連有三個新的原子或原子團時,可先固定兩個原子或原子團,得到三種結構,再逐一插入第三個原子或原子團,從而確定出異構體的數(shù)目。(3)換元法苯的同系物苯環(huán)上有多少種可被取代的氫原子,就有多少種取代產(chǎn)物。在苯環(huán)上的取代產(chǎn)物中,若有n個可被取代的氫原子,則m個取代基(m<n)的取代產(chǎn)物與(nm)個取代基的取代產(chǎn)物相同。1.分子式為C8H10的芳香烴苯環(huán)上的一個氫原子被氯原子取代,其生成物有()A.7種 B.8種 C.9種 D.10種2.組成和結構可用表示的有機化合物共有(不考慮立體異構)()A.12種 B.28種 C.32種 D.36種3.寫出分子式為C9H12的所有芳香烴同分異構體,并命名。4.(1)下面是含有苯環(huán)的一系列化合物: ①B的化學名稱為,D的分子式為,上述一系列化合物分子的通式為

。

②C的一氯取代物有種,D的一氯取代物有種。

(2)與互為同分異構體的芳香族化合物有種,列舉三種結構簡式(要求不同類別):、

、。

1.下列物質(zhì)屬于芳香烴,但不是苯的同系物的是()①②③④⑤⑥A.③④ B.②⑤C.①②⑤⑥ D.②③④⑤⑥2.(2024·河南體育中學高二期中)苯是一種重要的有機化工原料,下列有關苯的說法正確的是()A.苯為無色無毒的液體B.苯能在空氣中燃燒生成CO2和H2OC.苯分子中碳、氫元素的質(zhì)量比為1∶1D.一定條件下苯能與氫氣發(fā)生取代反應3.下列有關芳香烴的敘述中,不正確的是()A.苯與濃硝酸、濃硫酸共熱可反應生成硝基苯B.甲苯與氯氣在光照下發(fā)生一元取代反應,主要生成C.乙苯可被酸性高錳酸鉀溶液氧化為(苯甲酸)D.苯乙烯在合適條件下催化加氫可生成4.下列關于苯的敘述正確的是()A.反應①常溫下不能進行,需要加熱B.反應②不發(fā)生,但是仍有分層現(xiàn)象,紫色層在下層C.反應③為加成反應,產(chǎn)物是一種烴的衍生物D.反應④能發(fā)生,從而證明苯中是單雙鍵交替結構5.實驗室制備溴苯可用下圖所示裝置。請回答下列問題:(1)關閉G夾,打開B夾,從裝有少量苯的三頸燒瓶的A口加少量溴,再加入少量鐵屑,塞住A口,三頸燒瓶中發(fā)生的主要反應的化學方程式為。

(2)試管C中苯的作用是

。

試管D中出現(xiàn)的現(xiàn)象是

。

試管E中出現(xiàn)的現(xiàn)象是

。

(3)待三頸燒瓶中的反應進行到仍有氣泡冒出時打開G夾,關閉B夾,可以看到的現(xiàn)象是

。

第二單元芳香烴一、1.(1)苯環(huán)(2)芳香族(3)苯2.(1)相同一致(2)C6H6同一平面上平面正六邊形(3)3.(1)小揮發(fā)(2)①a.+Br2+HBr+2Br2+2HBrb.+HNO3+H2O+2HNO3+2H2O②+3H2對點訓練1.B2.C[將液溴、鐵粉和苯混合即可制得溴苯,選項A錯誤;B.用苯和濃硝酸、濃硫酸混合控制水浴溫度在50~60℃,反應可制得硝基苯,選項B錯誤;C.由苯制取溴苯和硝基苯都是取代反應,其反應原理相同,選項C正確;D.溴苯和硝基苯與水分層,溴苯、硝基苯的密度都比水大,都在下層,選項D錯誤。]3.C[水浴加熱制備硝基苯,則圖中溫度計應測定燒杯中水的溫度,故A正確;濃硫酸密度較大,為防止酸液飛濺,則應將濃硫酸注入濃硝酸中,故B正確;硝基苯的密度比水的密度大,不溶于水,則分層后水在上層、油層在下層,應該用分液分離,不能過濾,故C錯誤;D.用蒸餾操作提純硝基苯,溫度計水銀球在支管口處,裝置符合要求,故D正確。]4.(1)+Br2冷凝回流溴和苯,減少原料的揮發(fā)損失下進上出吸收HBr和Br2,防止倒吸(2)①過濾②3Br2+6OH5Br+BrO3?+3H2③分液干燥(3)苯C解析實驗室合成溴苯時,先往三頸燒瓶內(nèi)加入無水苯和少量鐵屑,再從恒壓漏斗內(nèi)滴加液溴,發(fā)生反應生成溴苯和溴化氫,由于反應放熱,使得部分溴和苯揮發(fā),為提高原料的利用率,使用球形冷凝管進行冷凝回流,最后將尾氣用NaOH溶液吸收。(1)向a中滴入幾滴溴,有白霧產(chǎn)生,a中苯、溴在鐵屑的催化作用下發(fā)生反應,生成溴苯等,化學方程式為+Br2。由分析可知,裝置c的作用是冷凝回流溴和苯,減少原料的揮發(fā)損失;為提高冷凝效果,水流方向是下進上出;為防止尾氣污染環(huán)境,應進行尾氣處理,則裝置d的作用是吸收HBr和Br2,防止倒吸。(2)①向a中加入10mL水,然后過濾除去未反應的鐵屑;②NaOH溶液洗滌的作用是除去HBr和未反應的Br2,除Br2的離子方程式:3Br2+6OH5Br+BrO3?+3H2O。③粗溴苯與水溶液不互溶,用分液獲得粗溴苯;為除去溴苯中混有的少量水,向其中加入少量無水氯化鈣,靜置、過濾。加入氯化鈣的目的是干燥。(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,要進一步提純,可利用沸點的差異將二者分離開來,即采用蒸餾操作,故選C。二、1.(1)煤焦油(2)催化重整裂化2.(1)①烷基②苯環(huán)烷基③CnH2n6(n≥7)(2)①b.②+3HO—NO2+3H2O三硝基甲苯(3)+CH2CH23.問題討論1.1mol苯和1mol甲苯均與3molH2發(fā)生加成反應,所以相同物質(zhì)的量的苯與甲苯與H2加成時,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,由于與苯環(huán)直接相連的碳原子上沒有氫原子,所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。3.酸性KMnO4是將側鏈氧化成—COOH,與側鏈上的C原子數(shù)無關,故與酸性KMnO4溶液反應的有機產(chǎn)物為。4.(1)苯環(huán)對側鏈的影響,使得苯的同系物能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,而苯不能。(2)側鏈對苯環(huán)的影響,甲苯與硝酸反應生成三硝基甲苯,而苯與硝酸反應只生成硝基苯。對點訓練1.B[苯不能因化學變化使溴水褪色,不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,都說明苯分子中沒有典型的雙鍵。若苯環(huán)上具有單鍵和雙鍵交替的結構,碳碳鍵的鍵長應該不等(雙鍵鍵長比單鍵鍵長短),其鄰位二氯取代物應該有和兩種,而間位二氯取代物只有一種。]2.A[A項,按題意可知,側鏈對苯環(huán)的影響,即由于甲基的存在而使苯環(huán)上的H活性變大;B項,是苯環(huán)對側鏈烴基的影響;C項、D項,是苯環(huán)的性質(zhì)。]3.D[由分子式可知該物質(zhì)苯環(huán)上的支鏈是丙基,分子中不存在碳碳雙鍵。A項,苯環(huán)可發(fā)生加成反應;B項,苯環(huán)上有烷烴基,可使酸性高錳酸鉀溶液褪色,不能使溴水褪色;C項,側鏈有甲基,所有原子不可能共平面;D項,當苯環(huán)上的取代基為正丙基時有六種一溴代物,當苯環(huán)上的取代基為異丙基時有五種一溴代物。]微專題1烴的燃燒規(guī)律遷移應用1.C[由題意知,兩種烴應具有相同的最簡式,C組兩種烴最簡式相同(CH2),故C選項正確。]2.D[由乙烷、乙炔和丙烯燃燒的方程式可知,除去水蒸氣,恢復到原來的溫度和壓強,則C2H6和C3H6反應后體積縮小的量是相同的,故可將兩者看成是一種物質(zhì)即可,設C2H6和C3H6一共為xmL,C2H2為ymL,則有①x+y=32,②2.5x+1.5y=56,解①②得y=24mL,混合烴中乙炔的體積分數(shù)為24323.C[由題給圖示可知n(混合烴)∶n(CO2)∶n(H2O)=1∶1.6∶2,所以n(混合烴)∶n(C)∶n(H)=1∶1.6∶4,所給混合氣體的平均組成為C1.6H4,則一定含有CH4,另一種烴應為CxH4(x≥2),即一定沒有乙烷、丙烷和乙炔。]微專題2芳香烴同分異構體的判斷與書寫遷移應用1.C[C8H10的結構可能有四種:、、、。各物質(zhì)的對稱結構和苯環(huán)上的不同化學環(huán)境的氫原子數(shù)如下圖所示:其一氯代物依次有3種、2種、3種、1種,共9種。]2.A[丁基有4種:—CH2CH2CH2CH3、、、;—C2H3Cl2可看作—CH2CH3中的2個H原子被Cl原子取代,2個Cl在同一個碳原子上有—CCl2CH3和—CH2CHCl22種結構,2個氯原子在不同碳原子上只有—CHClCH2Cl1種結構,共有3種結構;所以滿足條件的同分異構體有3×4=12種,故A正確。]3.正丙苯、異丙苯、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拆分為C6H5—C3H7,寫出含有一個取代基的同分異構體,因—C3H7有2種,則可以