2.3.1苯的结构与性质 课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

第 1 课时 苯 第三节 芳香烃 第二章 烃 【课程学习目标·学科核心素养】 了解苯的分子结构及成键特征，了解苯的同系物的结构特点，发展“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。 认识苯及其同系物的性质及应用。 认识有机物分子中基团之间的影响，发展“证据推理与模型认知”学科核心素养。 柑橘类水果表面凹凸不平，密密麻麻分布着许多小孔，这些小孔可产生芳香烃，可溶解橡胶。 芳香烃：分子中含有苯环的碳氢化合物。 从生产煤气的原料中制备出煤气之后，剩下一种油状的液体,法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家。1825年，他用蒸馏的方法将这种油状液体进行分离，得到另一种液体，实际上就是苯。 当时法拉第将这种液体称为“氢的重碳化合物” 1834年，德国科学家米希尔里希通过蒸馏苯甲酸和石灰的混合物，得到了与法拉第所制液体相同的一种液体，并命名为苯。 法国化学家日拉尔等人又确定了苯的相对分子质量为78，分子式为C6H6。 1861年，奥地利化学家洛施密特提出苯具有环状结构。 1865年，德国化学家凯库勒提出苯的凯库勒式。 1865年，德国化学家凯库勒在一次梦里联想到一条小蛇首尾相咬,他猜测苯可能由6个碳原子首尾相连，环中碳原子以单双键相互交替结合而成。为纪念他在苯环中研究，这一表达式命名为“凯库勒式”。 凯库勒提出苯的凯库勒式： (1) 苯的六个碳原子形成闭合环状，即平面六边形 (2) 每个碳原子均连接一个氢原子 (3) 各碳原子间存在着单、双键交替形式 但是，根据凯库勒式给出的苯的结构，还是有很多事实难以得到解释。例如，根据凯库勒式的单、双键相间的结构，邻二氯苯应该有如下两种不同的结构： 实际上只有一种邻二氯苯 类型 碳碳单键 苯分子中碳碳键 碳碳双键 键长 154pm 139pm 134pm 139pm 120° 120° 【典例】哪些事实可证明苯分子中不存在单双键交替的结构? 1.苯的邻位二元取代物只有一种 2.苯不能使溴水褪色 3.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 4.经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是139pm 5.经测定，苯环中碳碳键的键能均相等 一.苯的分子组成和结构特点 ①6个碳原子均采用sp2杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合。键间夹角均为120°，连接成平面正六边形结构，12个原子共面。每个碳碳键的键长相等（苯分子不含单键也不含双键，碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键），都是139pm，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。 ②每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。(大π键是一种介于单键和双键之间的独特的化学键) 大π键 σ键 p轨道 ③苯的6个H原子位置等效，苯的一取代物只有一种。核磁共振氢谱有1组峰。 ④所有原子（6个C、6个H）共平面，处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，在同一条直线上。 分子式： C6H6 最简式： CH 结构式： 结构简式： 或 球棍模型： 空间填充模型： 空间构型： 平面正六边形分子 （鲍林式） 二、苯的性质 颜 色： 气 味： 状 态： 密 度： 溶解性： 挥发性： 熔沸点： 毒性：有 毒，苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。 无色透明 特殊芳香气味 液体 比水 。 不溶于水, 易溶于有机溶剂 易挥发 熔点5.5℃，沸点80.1 ℃ (一)苯的物理性质 （用冰冷却时结成无色的晶体） (密封保存) 小 (0.88g/cm3) （二）苯的化学性质： 苯的特殊结构 苯的特殊性质 饱和烃 不饱和烃 取代反应 加成反应 从分子组成看:苯属于不饱和烃，但分子中无典型的不饱和键，不能像乙烯那样与溴水(溴的四氯化碳溶液)发生加成反应。 从化学键上看:苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键，能氧化，难加成，易取代。 苯的大π键结构使苯的性质比烷烃活泼比烯烃稳定， 但在一定条件下,还是能发生氧化、取代、加成等反应。 实验操作     实验现象 结论原因 液体分层，上层无色，下层紫红色 液体分层，上层橙黄色，下层无色 苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不能与溴水反应，苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构。 萃取 1、氧化反应 (1)可燃性： (2)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色：苯分子中不存在单双键交替的结构。 12CO2+6H2O 2C6H6+15O2 火焰明亮，伴有浓烈的黑烟 问：苯和溴水发生萃取而使之褪色，如果是液溴呢？ 2、取代反应 反应物及反应条件: 苯和液溴(不能用溴水),催化剂(FeBr3或Fe),不需加热。 反应原理：苯与液溴在FeBr3催化下可以发生反应，苯环上的氢原子可被溴原子取代，生成溴苯。 溴苯是不溶于水、有特殊气味、密度大于水的无色油状物 苯环上的氢原子被溴分子里的溴原子(－Br)所取代的反应叫溴化反应。 （1）苯和液溴——卤化反应 催化剂FeBr3不能遇水，否则会水解，失去催化作用； ③反应类型： 取代反应(不是加成反应)，只发生单取代反应。 ④试剂的加入顺序： 苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生取代反应而非加成反应，因加成反应不会生成溴化氢。 AgNO3 +HBr = AgBr↓ +HNO3 现象:有浅黄色沉淀生成。作用:证明发生的是取代反应而不是加成反应 先加苯，再加液溴，最后加铁粉。 液溴的密度大，后加入有利于两者混合均匀 液溴易挥发，后加液溴可防止溴挥发 ⑤产物的位置：溴苯沸点高不易挥发,留在反应的原烧瓶内；溴化氢由于其易挥发，挥发到锥形瓶中。 ⑥ 实验装置图： 除去溶解在溴苯中的液溴，以提纯溴苯 吸收HBr，防止污染环境 防止倒吸 冷凝回流、导气 吸收检验HBr ⑧反应现象： 液体轻微沸腾；反应完成，三颈烧瓶底部出现棕褐色油状液体（溴苯中混有溴）； 锥形瓶内导管中有白雾(生成的HBr遇水蒸气)，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀(AgBr)不溶于硝酸； 向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，溶液分层，并产生红褐色沉淀。 ⑦实验步骤: 组装好实验装置，检查其气密性，然后加入药品。 向三颈烧瓶中加入苯和液溴，观察三颈烧瓶和锥形瓶中的现象。 反应完向三颈烧瓶加入NaOH溶液，观察三颈烧瓶中生成物的状态。 ⑨ 思考与讨论： 长导管的作用是什么？为什么导管末端不插入液面下？ a、导气：因为苯和溴都易挥发 b、冷凝回流：该反应为放热反应 原因: 溴化氢易溶于水，防止倒吸。 作用 B. Fe屑的作用是什么？ C. 将Fe屑加入烧瓶后，烧瓶内有什么现象？这说明什么？ 剧烈反应，烧瓶中充满红棕色蒸气。 反应放热 2Fe + 3Br2 = 2FeBr3 与溴反应生成催化剂： D. 催化剂存在时，苯也可以与其他卤素单质发生取代反应。如液氯： E. 生成的HBr中常混有溴蒸气，此时用AgNO3溶液对HBr的检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在HBr中的溴蒸气？ 不可靠，因为溴易挥发。溴蒸气溶于水，也能生成HBr与AgNO3溶液反应生成淡黄色沉淀。 将产生的气体: ①通过CCl4或苯洗气(除去其中的溴) ②再通入AgNO3溶液中 初步除去溴苯中能溶于水的杂质（如FeBr3、HBr及Br2等） Br2 + 2NaOH ＝ NaBr + NaBrO + H2O 用10%NaOH溶液洗涤：除去溴苯中未反应的Br2、HBr，转化成可溶于水的物质。 用水洗涤，除去NaOH及生成的盐NaBr和NaBrO 分液: 除去溴苯中的溴可加入NaOH溶液，振荡，再用分液漏斗分液。 用无水CaCl2或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水。 使溴苯和苯进行分离，除去溴苯中的苯。 F. 怎样得到纯净的溴苯？ 杂质:未反应完的苯、Br2、FeBr3、反应生成的HBr 水洗: 碱洗: 水洗: 干燥: 蒸馏: （2）苯和浓硝酸——硝化反应 ① 反应物及反应条件:在浓硫酸（催化剂、吸水剂）作用下，苯在50~60℃（水浴加热）能与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。 ② 反应原理: 取代反应 50-60℃ + HNO3 + H2O 浓硫酸 硝基苯 HO-NO2 + 50-60℃ 浓硫酸 + H2O 纯净的硝基苯是无色油状液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水大。易溶于有机溶剂。遇明火、高热会燃烧、爆炸。硝基苯蒸气有毒性。本实验中硝基苯因溶有少量NO2而呈黄色。 ③ 试剂添加顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，等混合液冷却到50-60℃后，再加苯。 ④ 关于水浴加热：控制温度在50-60℃，温度计的水银球插入水浴中测量温度，水银球不能触及烧杯底部及烧杯壁。温度过低，不易反应；温度过高，苯挥发，硝酸分解，同时苯和浓硫酸反应生成苯磺酸等副反应。水浴加热的优点：容易控制温度，受热均匀。 拓展：“浴热”容易控制恒温，且易使被加热物质受热均匀。需要加热，且要控制在100 ℃以下的实验，均可采用水浴加热。如果超过100 ℃，还可采用油浴(0～300 ℃)、沙浴温度更高。 先向反应容器中注入浓硝酸,再慢慢注入浓硫酸，并及时摇匀和冷却。 向冷却后的混合酸中， 逐滴加入苯。 将混合物控制在50-60℃的条件下水浴加热 将反应后的液体倒入盛冷水的烧杯中，并分离提纯。 ⑤ 实验步骤： ⑥ 实验装置： 苯 浓HNO3 浓H2SO4 长导管作用: 平衡气压、导气、冷凝回流，减少反应物的挥发。 实验现象：将反应后的液体倒入一个盛有水的烧杯中，可以观察到烧杯底部有黄色油状物质生成 (硝基苯因溶有少量NO2而显黄色)。 ⑦ 思考与讨论:如何从上述粗产品中得到纯净的硝基苯？ 沸点℃ 硝基苯 210.9℃ 苯 80.1 用5%NaOH溶液洗涤，除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2 用蒸馏水洗涤，除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐 用无水氯化钙干燥，除去水 使硝基苯和苯进行分离，除去硝基苯中的苯 用蒸馏水洗涤，除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2 分液: 水洗: 碱洗: 水洗: 干燥: 蒸馏: （3）苯和浓硫酸——磺化反应 苯与浓硫酸在70~80℃可以发生磺化反应，生成苯磺酸。 苯磺酸 (易溶于水的有机强酸) ②磺化反应可用于制备合成洗涤剂。 ①苯环上的氢原子被硫酸分子里的磺酸基(－SO3H)所取代的反应叫磺化反应。 ＋ HO—SO3H SO3H ＋ H2O △ 磺酸基 3、加成反应：苯的大π键比较稳定，在一般情况下不易发生烯烃和炔烃所发生的加成反应。但在Pt、Ni等催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷。 (1)苯与H2加成: Pt 或 Ni 作为催化剂并且加热 六氯环己烷 (农药六六六) （2）苯与Cl2在紫外线作用下加成： 催化剂 光照 总体来说，苯的化学性质是“易取代，能加成，难氧化” 总结苯的化学性质 氧化反应 加成反应 取代反应 ①可燃性 纯卤素 √ ②使酸性KMnO4溶液褪色 × √ 硝酸 硫酸 H2、X2、HX、H2O √ √ √ FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $$