3.2.1苯的结构和性质 课件 2024-2025学年高二下学期化学苏教版（2019）选择性必修3

专题3 石油化工的基础物质——烃 第二单元 芳香烃 3.2.1 苯的结构和性质 苯的发现史 19世纪，欧洲许多国家都使用煤气照明。煤干馏得到煤气后，剩下一种油状液体（煤焦油），长时间无人问津。英国科学家法拉第对这种液体产生了浓厚的兴趣，他花了整整五年时间来蒸馏这种液体，最后在80℃左右分离得到了一种无色油状液体，这就是苯。后来的化学家又确定了苯的相对分子质量为78，化学式为C6H6。实验研究发现，苯的一取代物只有一种，说明苯分子中的6个C和6个H是相同的。在此实验事实的基础上，1866年，德国化学家凯库勒提出了苯的环状结构，称为凯库勒式。 芳香族化合物表示含有苯环的有机化合物。芳香烃或芳烃是芳香族碳氢化合物的简称。苯是结构最简单的芳香烃。苯具有什么样的结构特点呢？ 一、苯的结构 （1）、分子式： （2）、结构式： （3）、结构简式： C6H6 （4）、空间构型： 平面正六边形，6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上 现在，人们已经知道： （1）苯的一取代物只有1种，二取代物共有3种。 （2）苯不能通过化学反应使酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液褪色。 （3）碳碳双键加氢时总要放出热量，并且放出的热量与碳碳双键的数目大致成正比。苯在镍等催化下可与氢气发生加成反应生成环己烷，所放出的热量比环己二烯与氢气加成生成环己烷的还要少。 交流讨论 根据以上事实，说说你对苯环结构的认识。 苯分子中的6个C和6个H是相同的 苯分子中并不存在独立的碳碳单键（C—C）和碳碳双键（C= C） 苯环的大π键 苯分子中，每个碳原子都采取sp2杂化方式分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键。6个碳原子除了通过6个C—Cσ键连接成环外，每个碳原子还分别提供1个p轨道和1个电子，由6个碳原子共同形成大π键（如图3-12）。苯分子中C—C—H和C—C—C的键角均为120°。 拓展视野 苯分子中碳碳键的键长都是1.40×10 －10m ，既不同于碳碳单键的键长(1.54×10－10m)，也不同于碳碳双键的键长(1.34×10－10m)，这说明在苯分子中，碳原子之间形成的化学键既不是单键，也不是双键。 正是由于苯环上6个碳原子共同形成了大π键，使得苯环的结构变得十分稳定。苯的氢化热偏低说明了苯环结构相当稳定。基于苯环的成键特点，苯环的结构又常用 表示 二、苯的物理性质 无色，有特殊气味的液体，密度小于水且不溶于水(常用作萃取剂)。熔点（5.5℃）沸点（80.1℃）较低，易挥发，苯蒸气有毒。 苯与水混合，苯在上层 苯的溴化 仔细观察下列实验，记录实验现象。 （1）如图3-13所示，在三颈烧瓶中加入少量铁粉，向三颈烧瓶上的一个滴液漏斗中加入5 mL苯和1 mL液溴的混合物，另一个滴液漏斗中加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液，锥形瓶中注入蒸馏水，干燥管中加入碱石灰，连接好仪器，检查装置气密性。先向三颈烧瓶中加入苯和液溴的混合物，观察三颈烧瓶和锥形瓶中出现的现象。反应完毕后，再向三颈烧瓶中加入氢氧化钠溶液，观察三颈烧瓶中生成物的状态。 （2）请根据实验现象，判断上述反应属于加成反应还是取代反应，并说明原因。 观察思考 三、苯的化学性质 实验现象： ②、加入NaOH溶液后溶液分层底部有褐色油状液体生成； ③、导管口有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀。 ①、三颈烧瓶中液体沸腾，整个烧瓶充满红棕色气体，有气体逸出。 1、苯与液溴反应 溴苯：无色油状液体，难溶于水，密度大于水 取代反应—断裂C-H键 生成的二卤代苯主要是邻位和对位的取代产物 不能溴水代替液溴 与Br2反应生成催化剂FeBr3 冷凝回流，提高原料的利用率和产率 结合反应原理和已知物质的信息分析，通过长导管进入锥形瓶的物质有哪些？ 已知：（1）、密度 （g/cm3）：苯0.88，溴3.10，溴苯1.50； （2）、沸点：苯80.1℃，溴58.7℃，溴苯156℃；（3）苯、溴、溴苯均微溶于水 HBr (Br2) 吸收HBr 不能把导管插入液面 以下，防止倒吸 防止溴蒸气及HBr进入空气 使液体分层，除去未反应的Br2 批判性思维 该实验是通过反应完毕后，向锥形瓶中滴加AgNO3溶液，有浅黄色沉淀生成，说明该反应为取代反应。请你分析该方法是否合理？若不合理，如何改进？ 挥发出的Br2会和蒸馏水反应，生成HBr,无法证明该反应为取代反应。 在烧瓶和锥形瓶之间连接一个盛有CCl4的洗气瓶，吸收HBr气体中混有的Br2 HBr (Br2) 拓展延伸 1、粗溴苯中含有什么杂质？ 提示：未反应的原料或反应的副产物等 物质 苯 溴苯 沸点/℃ 80 156 溶解性 易溶于有机溶剂 Br2、HBr、FeBr3、 反应后的剩余物：反应物（看沸点）、生成物、催化剂、副产物 2、如何获取较为纯净的溴苯？ 加入CaCl2、 MaCl2、MaSO4 水溶性催化剂 多数为NaOH、 Na2CO3、NaHCO3 理解应用 实验室用溴和苯反应制取溴苯。得到粗溴苯后，要用如下操作精制：①蒸馏；②水洗；③用干燥剂干燥；④10％NaOH溶液洗。正确的操作顺序是 ( ) A．①②③④ B．②④②③① C．④②③①② D．②④①②③ B 实验探究 在试管中将1.5 mL浓硝酸和2 mL浓硫酸混合均匀，冷却到50℃以下，在不断振荡下，逐滴加入约1mL苯，并注意避免使混合物的温度超过60 ℃。塞上带有导管的橡皮塞，在50～60 ℃的水浴中加热几分钟（如图3-14）。反应完毕后，将混合物倒入盛有水的烧杯中，观察生成物的状态。 2、苯的硝化反应 实验现象： 试管底部出现黄色油状物质（溶有NO2） + HNO3(浓) —NO2 + H2O 浓硫酸 60℃ 硝基苯 取代反应—断裂C-H键 苦杏仁味，有毒，无色油状液体，沸点210.9℃，密度大于水 + 2HNO3 +2H2O 浓硫酸 100～110℃ NO2 间二硝基苯 NO2 催化剂和吸水剂 2、苯的硝化反应 水浴加热 a．使反应物受热均匀，便于控制温度。 b．防止温度过高，导致反应物挥发和硝酸分解。 c.防止温度过高会生成副产物 平衡气压，冷凝回流 先加浓硝酸再加浓硫酸，冷却至50℃以下，在不断振荡下，逐滴加入苯，并注意避免使混合物的温度超过60℃。 0℃用 冰水浴 ；常温<反应温度≤100℃时用 热水浴（100℃用沸水浴） ；高于100℃用 油浴 ；高于250℃用 沙浴 ；600℃左右用 酒精灯 ；高温用 酒精喷灯；不能用火直接加热时采用空气浴或蒸气浴。 结合溴苯提纯的方法过程分析如何提纯硝基苯。 粗硝基苯中混有的杂质： HNO3、H2SO4、NO2、苯 ①、蒸馏水洗涤(除去NO2) ②、NaOH溶液洗涤(除去未反应的硝酸和硫酸) ③、蒸馏水洗涤(除去NaOH溶液及与其反应生成的盐) ④、无水CaCl2干燥 ⑤、蒸馏(除去苯) 产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→分液→无水CaCl2干燥→蒸馏→纯物质 理解应用 实验室制取硝基苯的反应装置如图所示，关于实验操作或叙述错误的是（ ） A.试剂加入顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，最后加入苯 B.实验时，水浴温度需控制在50～60 ℃ C.长玻璃导管兼起冷凝回流苯和硝酸的作用，以提高反应物的转化率 D.反应后的混合液经水洗、碱溶液洗涤、结晶，得到硝基苯 D ——工业制取环己烷的主要方法 3、加成反应 + 3H2 催化剂 △ 苯分子结构对其反应类型的影响 从苯发生取代反应和加成反应的条件可以看出，苯的取代反应比加成反应容易得多。这个结果可以根据苯分子结构提出合理的解释。苯的分子结构很稳定，加成反应破坏了苯环的结构，破坏一个稳定的结构需要外界提供更多的能量，因此，苯的氢化加成需要较高温度、高压和催化剂；而取代反应没有破坏苯环结构，所以比加成反应要容易进行，如苯的溴化反应在催化剂存在下即可发生。 学科提炼 难加成、易取代 课堂总结 苯的结构和性质 苯环的结构 苯的取代反应（溴化、硝化）、加成反应 EVCapture4.1.4软件录制 Lavf58.20.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EVCapture4.1.4软件录制 Lavf58.20.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$