6 第1章 第3节 第3课时 苯、苯的同系物及其性质-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019 单选）

第3课时　苯、苯的同系物及其性质 [素养发展目标]　1．认识芳香烃的组成和结构特点，比较这些有机化合物的组成、结构和性质的差异。2．了解烃类在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。3．能描述和分析苯、苯的同系物的典型代表物的重要反应，能书写相应的化学方程式。 一、苯及其同系物的组成和结构比较 苯 苯的同系物 化学式 C6H6 CnH2n－6(n＞6) 结构简式 苯环上的6个氢原子被1至6个烷基取代 结构特点 碳碳键为介于单键与双键之间的特殊共价键 只有一个苯环，侧链均为饱和链烃基 续表 苯 苯的同系物 各原子的位置关系或分子结构 相邻键角均为120°，平面正六边形 与苯环碳原子直接相连接的所有原子与苯环共平面 二、苯及其同系物的命名 1．习惯命名法 (1)苯的一元取代物 苯分子中的一个氢原子被烷基取代，称为某苯，如：甲苯、：乙苯。 (2)当有两个取代基时，取代基在苯环上可以有“邻”“间”“对”三种相对位置，可分别用“邻”“间”“对”来表示。 如二甲苯有三种结构，即、、，名称分别为邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。 2．系统命名法(以二甲苯为例) 苯分子中的两个或两个以上氢原子被烷基取代，可将苯环上的6个碳原子编号，以某个最简单的取代基所在的碳原子的位置编为1号，并使支链的编号 学生用书第25页 和最小给其他取代基编号，例如： ：1，2­二甲苯；：1，3­二甲苯； ：1，4­二甲苯。 三、苯及其同系物的性质 1．物理性质 物质 物理性质 苯 无色、有毒的液体；沸点是80 ℃，熔点为5．5 ℃，密度比水小；不溶于水，是一种良好的有机溶剂 苯的同系物 溶解性上与苯相似，毒性比苯稍小 2．化学性质 (1)氧化反应 ①可燃性 苯及其同系物都能燃烧，完全燃烧时生成CO2和H2O，同时散出大量的热。 ②苯的同系物与酸性KMnO4溶液的反应 苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，在苯的同系物中，如果侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，侧链烃基就能被酸性高锰酸钾溶液氧化为羧基。 (2)与卤素单质、硝酸、浓硫酸的取代反应 (3)与氢气的加成反应 ①苯：＋3H2。 ②甲苯：CH3＋3H2CH3。 1．下列有机化合物的命名正确的是(　　) D　[中最长的碳链有4个碳原子，编号时按甲基位次最小原则，甲基所连碳原子的编号为2，则其名称为2­甲基丁烷，故A错误；芳香烃的名称为1­甲基­3­乙基苯，故B错误；中苯环上的甲基和酚羟基处于邻位，则其名称为邻甲基苯酚，故C错误；(CH3)2CＦCH(CH2)2CH3中含有碳碳双键的最长碳链有6个碳原子，编号时按官能团位次最小原则，则双键碳原子的较小编号为2，甲基所连碳原子的编号也为2，其名称为2­甲基­2­己烯，故D正确。] 2．苯和甲苯都具有的性质是(　　) A．分子中所有原子都在同一平面上 B．能与溴水发生加成反应使溴水褪色 C．能与H2发生加成反应 D．能与浓硝酸和浓硫酸反应制炸药 C　[A项，苯中所有原子都在同一平面上，但甲苯()中的—CH3是四面体结构，不可能所有原子都在同一平面上；B项，使溴水褪色不是发生加成反应，而是因为Br2在有机溶剂中溶解度大，苯和甲苯萃取了溴水中的Br2而使其褪色；C项，苯和甲苯都含有苯环，都能与H2发生加成反应；D项，甲苯能与浓硝酸和浓硫酸的混合物，在加热条件下生成三硝基甲苯，用来制炸药，而苯不能。] 3．现有下列六种物质： (1)不属于芳香族化合物的是________。 (2)属于芳香烃的是________。 (3)属于苯的同系物的是________。 解析：　凡是分子中含有苯环的有机物都属于芳香族化合物，④中不含苯环，不符合要求；分子中含苯环且仅由C、H两种元素组成的有机物属于芳香烃，符合要求的有②③⑤⑥；分子中含有一个苯环，且侧链为烷基的有机物属于苯的同系物，符合要求的只有③。 答案：　(1)④　(2)②③⑤⑥　(3)③ 学生用书第26页 一、芳香族化合物同分异构体的书写方法 二甲苯的苯环上的一溴代物有6种同分异构体，这些一溴代物与生成它们的对应二甲苯的熔点分别如下： 一溴代二甲苯 234 ℃ 206 ℃ 213．8 ℃ 204 ℃ 214．5 ℃ 205 ℃ 对应二甲苯 13 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃ －27 ℃ －54 ℃ (1)C8H10属于苯的同系物的结构有几种？分别写出其结构简式。 提示：有4种；分别为。 (2)二甲苯的一溴代物有几种？ 提示：邻二甲苯的一溴代物有3种(苯环上2种，烃基上1种)。 间二甲苯的一溴代物有4种(苯环上3种，烃基上1种)。 对二甲苯的一溴代物有2种(苯环上1种，烃基上1种)。因此二甲苯的一溴代物有9种。 (3)写出上表中熔点为234 ℃的一溴代二甲苯的结构简式。熔点为－27 ℃的二甲苯的名称是什么？ 提示：熔点为234 ℃的一溴代二甲苯对应的二甲苯熔点为13 ℃，此二甲苯对应的苯环上的一溴代二甲苯只有一种，故该二甲苯为对二甲苯，其一溴代二甲苯的结构简式为；熔点为－27 ℃的二甲苯对应的苯环上的一溴代物有2种，故为邻二甲苯。 1．同分异构体数目判断 (1)换元法：在苯的取代产物中，若有n个可被取代的H原子，则m个取代基(m<n)的取代产物与(n－m)个取代基的取代产物种数相同。如苯的二氯代物与苯的四氯代物数目相同。 (2)基元法：若烃基可能的结构有n种，则苯与该烃基结合形成的一取代物就有n种。如丙基有两种，正丙基(—CH2—CH2—CH3)和异丙基[—CH(CH3)—CH3]，则C9H12中含有苯环且只有一个侧链的可能结构有2种。 2．同分异构体的书写方法 (1)侧链有一个取代基：把苯环看作取代基，先写侧链的碳骨架异构，再加取代基。如，先写四个碳的碳骨架，再加苯环，共四种：。 (2)侧链有两个取代基：利用“等效氢”法，“等效氢”就是在有机物分子中处于相同位置的氢原子，任一等效氢原子若被相同取代基取代所得产物都属于同一物质。例如甲苯和乙苯在苯环上一卤代物的同分异构体分别都有三种(邻、间、对)。 (3)侧链有三个取代基：采取“定二移一”的方法 ①三个相同的取代基 先固定两个取代基，即邻间对三种，再加另一个，从第一个开始书写，去掉重复的即可。例如三甲苯的同分异构体的写法与数目的判断，先写出二甲苯三种，再加另一个甲基，共三种。 学生用书第27页 A中三种，B中两种均和A重复，C中一种也和A中重复，所以共三种。 ②三个取代基两个相同，一个不同 先固定两个相同的取代基，即邻间对三种，再加另一个，从第一个开始书写，去掉重复的即可。 例如二氯一溴苯的种数，第一步先在苯上进行二氯取代，得三种(邻、间、对)二氯苯，然后分别对这三种二氯苯进行一溴取代，共有(2＋3＋1＝6)六种。 ③三个取代基完全不同 方法一样，这时，间位和邻位四种位置完全不一样，对位两种，共十种。 1．已知萘()的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m(n不等于m)的关系是(　　) A．n＋m＝6　　　　　 B．n＋m＝4 C．n＋m＝8 D．无法确定 C　[萘分子中有8个氢原子，其n溴代物和m溴代物的种类相等，则n＋m＝8。] 2．已知分子式为C10H14的有机物，该有机物不能与溴水发生加成反应，分子中只有一个烷基，符合要求的有机物结构有(　　) A．2种　　　B．3种　　　C．4种　　　D．5种 C　[由该有机物的性质可知，含有苯环结构，由于分子中只有一个烷基，则为丁基(丁基的种类有4种)，故该有机物的结构有4种。] 二、苯及其同系物化学性质的异同点 1．如何用实验方法证明苯分子中没有碳碳双键？ 提示：方法一：向苯中加入酸性高锰酸钾溶液，振荡，观察是否褪色，若不褪色说明苯分子中不存在碳碳双键。 方法二：向苯中加入溴的四氯化碳溶液，振荡，观察是否褪色，若不褪色说明苯分子中不存在碳碳双键。 2．苯的同系物比苯易发生取代反应的原因是什么？ 提示：苯的同系物中含有共同的基团，因此，它们大都能发生取代反应，但受烷基的影响，其反应的难易程度与苯不同。如甲苯中的苯环受甲基的影响，使得苯环上的氢原子更活泼，发生取代反应时，苯环上甲基邻、对位上的氢原子都能被取代，而苯分子中通常只有一个氢原子能被取代。 3．怎样通过实验来区分苯、甲苯和己烯？ 提示：在这三种液体中分别滴几滴溴的四氯化碳溶液，振荡，褪色的是己烯；另取剩余两种液体于洁净的试管中，再滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，充分振荡，使其褪色的是甲苯，不褪色的是苯。 苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同 苯 苯的同系物 相同点 结构、组成 ①分子中都含有一个苯环 ②分子式都符合通式CnH2n－6 化学性质 ①燃烧时现象相同，火焰明亮，伴有浓烟 ②都易发生苯环上的取代反应 ③都能发生加成反应 续表 苯 苯的同系物 不同点 取代反应 易发生取代反应，主要得到一元取代产物 更容易发生取代反应，常得到多元取代产物 氧化反应 难被氧化，不能使酸性KMnO4溶液褪色 易被氧化，能使酸性KMnO4溶液褪色 差异原因 苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响。苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而易被氧化；侧链烃基影响苯环，使苯环上烃基邻、对位的氢原子更活泼而易被取代 学生用书第28页 3．(2022·河北张家口高二段考)下列能说明苯环对侧链的性质有影响的是(　　) A．甲苯与硝酸发生取代反应可生成三硝基甲苯 B．甲苯能使热的酸性KMnO4溶液褪色而甲烷不能 C．甲苯能燃烧产生浓烟 D．1 mol甲苯最多能与3 mol H2发生加成反应 B　[甲苯和苯都能与浓硝酸、浓硫酸发生取代反应，甲苯可生成三硝基甲苯说明了甲基对苯环的影响，A错误；甲苯可看作是CH4中的1个H原子被—C6H5取代，甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色，甲苯能被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸，苯环未变化，侧链甲基被氧化为羧基，说明苯环影响甲基的性质，B正确；甲苯、苯燃烧的现象取决于碳元素的质量分数，不能说明苯环对侧链的性质有影响，C错误；苯、甲苯都能与H2发生加成反应，不能说明苯环对侧链性质产生影响，D错误。] 苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响，使苯的同系物与苯的性质有不同之处： 1．苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼可被氧化。苯的同系物被氧化时，无论它的侧链长短如何，氧化都发生在跟苯环直接相连的碳原子(有氢原子)上。 2．侧链对苯环的影响，使苯环上侧链邻、对位上的H原子变得活泼。甲苯与硝酸反应时，可生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应可生成硝基苯。　　 1．下列说法中，正确的是(　　) A．芳香烃的分子通式是CnH2n－6(n≥6，且n为正整数) B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物 C．苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色 D．苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应 D　[芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环，且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，苯的同系物的通式为CnH2n－6(n＞6，且n为正整数)；苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。] 2．下列烃中苯环上的一氯代物的同分异构体数目最少的是(　　) A．邻二甲苯　　　　　　 B．间二甲苯 C．对二甲苯 D．乙苯 C　[四种物质苯环上的一氯代物的同分异构体数分别为2、3、1、3。分子的对称性越强，其一氯代物的同分异构体数目越少。] 3．要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是(　　) A．先加足量的酸性高锰酸钾溶液，然后再加入溴水 B．先加足量溴水，然后再加入酸性高锰酸钾溶液 C．点燃需鉴别的己烯，然后观察现象 D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热 B　[己烯和甲苯都能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A项错误。先加溴水，己烯能与溴水发生加成反应变为饱和有机物，再加入酸性高锰酸钾溶液，如果褪色则证明混有甲苯，B项正确。点燃两种液体，都有浓烟，C项错误。加入浓硫酸与浓硝酸后加热，甲苯虽能反应，但甲苯量少，现象不明显，不宜采用，D项错误。] 4．如图A～G是几种烃分子的球棍模型，据此回答下列问题： (1)常温下含碳量最高的气态烃是______(填字母)。 (2)能够发生加成反应的烃有________种。 (3)一卤代物种类最多的是________(填字母)。 (4)写出F发生硝化反应的化学方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)写出由D生成聚合物的反应方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：　根据球棍模型可知A为甲烷；B为乙烷；C为乙烯；D为乙炔；E为丙烷；F为苯；G为甲苯。(1)除苯和甲苯外，其他都是气态烃。将各烃的化学式都设为CHx，得A．CH4；B．CH3；C．CH2；D．CH；E．CH。x的值越小，含碳量越高。显然乙炔含碳量最高。(2)能够发生加成反应的烃是乙烯、乙炔、苯和甲苯。(3)一卤代物数目：A、B、C、D、F的一卤代物均只有1种，G的一卤代物有4种，丙烷的一卤代物有2种。 答案：　(1)D　(2)4　(3)G 学科网（北京）股份有限公司 $$