13 专题3 第二单元 芳香烃-【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（苏教版2019）

第二单元　芳香烃 [素养发展目标]　1．能运用宏观和微观相结合的方法推测苯的结构，了解其化学键的特殊性。2．能够列举苯的主要物理性质，能描述和分析苯的重要反应，能书写相应的反应式。3．掌握苯的同系物的结构与化学性质，能够比较出苯和苯的同系物性质的差异。4．了解芳香烃的来源及其应用。结合生活实际了解芳香烃对环境和健康的影响。 一、苯的结构与性质 1．苯的分子组成及结构特点 (1)苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面。 (2)苯分子中不存在独立的碳碳单键(C—C)和碳碳双键(C===C)，6个碳碳键完全相同，是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的大π键。 【即学即练】 1．1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的平面正六边形结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列事实________（填序号）。 ①苯不能使溴的CCl4溶液褪色　②苯能与H2发生加成反应　③溴苯没有同分异构体　④邻二溴苯只有一种　⑤苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 答案：　①④⑤ 2．苯的物理性质 颜色 状态 气味 密度 溶解性 挥发性 毒性 无色 液态 有特殊气味 比水小 不溶于水，有机溶剂中易溶 沸点比较低，易挥发 有毒 3．化学性质 (1)氧化反应：苯可燃烧，其反应的化学方程式为： 2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。 (2)取代反应 ①卤代反应：FeBr3作催化剂，与液溴发生取代反应生成溴苯和邻二溴苯的化学方程式为 ， 。 ②硝化反应：苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物反应。 在50～60 ℃时生成硝基苯的化学方程式为： ； 100～110 ℃生成间二硝基苯的化学方程式为： 。 (3)加成反应：苯在一定条件下可以与H2发生加成反应，试写出反应方程式： 。 【即学即练】 2．下列有关苯的叙述中错误的是(　　) A．苯在催化剂作用下能与浓硝酸发生取代反应 B．在一定条件下苯能与氢气发生加成反应 C．在苯中加入酸性高锰酸钾溶液，振荡并静置后下层液体为紫红色 D．在苯中加入溴水，振荡并静置后下层液体为橙红色 D　[苯的密度小于水，静置后，上层液体是溴的苯溶液，为橙红色。] 学生用书第52页 二、芳香烃的来源及其应用 1．芳香烃的来源及其应用 (1)芳香烃最初来源于煤焦油中。 (2)随着石油化工的发展，通过石油化学工业中的催化重整和裂化等工艺可以获得芳香烃。 (3)一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、对二甲苯、乙苯等是基本的有机原料，可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。 2．苯的同系物 (1)组成和结构特点 ①苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物； ②分子中只有一个苯环，侧链都是烷基； ③通式为CnH2n－6(n≥6)。 (2)常见的苯的同系物 名称 结构简式 分子式 甲苯 C7H8 乙苯 C8H10 二甲苯 邻二甲苯 C8H10 间二甲苯 对二甲苯 (3)化学性质(以甲苯为例) ①氧化反应 a．燃烧反应式：C7H8＋9O27CO2＋4H2O。 b．使酸性KMnO4溶液褪色 。 ②硝化反应 ＋3H2O。 2，4，6-三硝基甲苯为淡黄色针状晶体，简称三硝基甲苯，俗称TNT，用于国防和爆破。 3．乙苯的工业制备 化学方程式为。 【即学即练】 3．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团(×) (2)苯的同系物与溴在光照条件下取代发生在侧链上(√) (3)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色(×) (4)甲苯在一定条件下与硝酸反应生成2，4，6－三硝基甲苯，说明苯环对甲基产生了影响(×) (5)己烯中混有少量甲苯，先加入足量溴的四氯化碳溶液，然后加入酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色，则证明己烯中混有甲苯(√) 学生用书第53页 一、苯的性质实验探究 (一)苯的溴化 实验装置 实验现象 将苯和液溴加入三颈烧瓶，剧烈反应，出现沸腾现象，烧瓶中充满红棕色气体，导管口有白雾冒出，反应完毕，加入NaOH溶液，下层红褐色油状液体变为无色油状液体 续表 结论 在FeBr3作催化剂时，苯和溴单质发生取代反应，生成溴苯和溴化氢，反应的化学方程式： 1．冷凝管的作用是什么？ 写出冷凝水的流向。 提示：冷凝管除导气外还兼起冷凝回流作用，直形冷凝管中冷凝水的流向为下口进。 2．为什么管末端应接近液面而不能伸入液面以下？碱石灰的作用是什么？ 提示：防止液体倒吸。吸收尾气，防止污染空气。 3．溴苯为无色油状液体，但生成的液体呈红褐色，原因是什么？加入NaOH溶液的主要目的是什么？写出相关反应的化学方程式。 提示：溴苯呈红褐色是因为溶解了单质溴。加入NaOH溶液的目的为除去溴苯中的溴。反应的化学方程式为Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O或3Br2＋6NaOH===5NaBr＋NaBrO3＋3H2O。 4．怎样从实验的角度分析苯与液溴发生的是取代反应而不是加成反应？ 提示：依据产物的不同进行判断，若是加成反应，产物中则不存在HBr，若是取代反应，则产物中存在HBr，因此可以用稀硝酸酸化的硝酸银溶液检测。 (二)硝化反应 实验装置： 反应原理： 。 实验现象：加热几分钟，反应完毕，将混合液倒入盛有水的烧杯中，在烧杯底部出现无色油状液体。 1．写出硝基苯的物理性质。 提示：硝基苯难溶于水，密度比水大，有苦杏仁味。 2．浓硫酸、浓硝酸和苯的混合如何操作？ 提示：先取浓硝酸于试管中，然后慢慢加入浓硫酸并搅拌，冷却后在不断振荡下，逐滴加入苯。 学生用书第54页 3．长导管作用是什么？ 提示：平衡气压，冷凝回流挥发的苯和硝酸。 4．该反应为什么采用水浴加热？ 提示：使反应物受热均匀，便于控制温度。防止温度过高，导致反应物挥发和硝酸分解。 各类烃的化学性质比较 试剂 烃　　 液溴 溴水 溴的四氯化碳溶液 酸性高锰酸钾溶液 烷烃 与溴蒸气在光照条件下发生取代反应 不反应，液态烷烃与溴水可以发生萃取从而使溴水层褪色 不反应，互溶不褪色 不反应 烯烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色 续表 试剂 烃　　 液溴 溴水 溴的四氯化碳溶液 酸性高锰酸钾溶液 炔烃 常温加成褪色 常温加成褪色 常温加成褪色 氧化褪色 苯 一般不反应，催化条件下可取代 不反应，发生萃取而使溴水层褪色 不反应，互溶不褪色 不反应 苯的同系物 一般不反应，光照条件下发生侧链上的取代，催化条件下发生苯环上的取代 不反应，发生萃取而使溴水层褪色 不反应，互溶不褪色 氧化褪色 1．下列有关苯、乙烯的比较正确的是(　　) A．分子中所有原子都在同一平面上 B．等质量燃烧时，苯耗氧气多 C．都能与溴水反应 D．都能被酸性KMnO4溶液氧化 A　[乙烯和苯都是平面形分子，乙烯中N(C)∶N(H)＝1∶2，苯中N(C)∶N(H)＝1∶1，等质量时，分子中含H的质量分数越大，耗氧量越多，所以苯的耗氧量少于乙烯，苯结构稳定，不和溴水、酸性KMnO4溶液反应。] 2．下列关于苯的说法不正确的是(　　) A．苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色 B．苯的结构简式可用来表示，78 g苯中含有的碳碳双键的数目为3NA C．在浓硫酸的作用下，苯与浓硝酸反应生成硝基苯，该反应为取代反应 D．苯分子为平面正六边形结构，所有原子位于同一平面上 B　[A项，苯的分子式为C6H6，不含碳碳双键，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，正确；B项，苯的结构简式可用来表示，但苯分子中不含碳碳双键，错误；C项，在浓硫酸的作用下，苯与浓硝酸反应生成硝基苯和水，反应化学方程式是＋HNO3 ＋H2O，该反应为取代反应，正确；D项，苯分子为平面正六边形结构，所有原子都位于同一平面上，正确。] 二、探究苯的同系物的结构与性质 1．是否所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色？ 提示：并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色，如，由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。 2．相同物质的量的苯与甲苯与H2加成时，需要的H2的量相同吗？ 提示：1 mol苯与1 mol甲苯均与3 mol H2发生加成反应，所以相同物质的量的苯和甲苯与H2加成时，需要的H2的量相同。 3．哪些实验事实说明在苯的同系物分子中，苯环与侧链之间发生了相互影响？ 提示：(1)苯环对侧链的影响，使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能。 (2)侧链对苯环的影响，甲苯与硝酸反应使得苯环上甲基的邻位和对位的H原子变得活泼，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。 4．二甲苯有三种同分异构体，四甲苯可能有几种？ 提示：二甲苯的三种同分异构体分别是两个甲基处于邻、间、对三个位置；将邻、间、对三个位置上的甲基分别替换为氢原子，将氢原子替换为甲基，则得到四甲苯的同分异构体，也为三种。 学生用书第55页 5．某液态烃的分子式为C8H10，实验证明它能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色。该有机物可能的同分异构体的结构简式有哪些？若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则该烃的结构简式是什么？ 提示： 苯与苯的同系物的性质比较 苯 苯的同系物 相同点 组成与结构 ①分子中都含有一个苯环 ②分子式都符合通式CnH2n－6(n≥6) 化学性质 ①燃烧时现象相同，火焰明亮，伴有浓烟。 燃烧的通式：CnH2n－6＋(n－1)O2 nCO2＋(n－3)H2O ②都易发生苯环上的取代反应 ③都能发生加成反应，但反应都比较困难 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 易被氧化剂氧化，大多数能使酸性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，使侧链烷基性质活泼而易被氧化。侧链烷基影响苯环，使苯环上邻、对位的氢更活泼而易被取代 1．下列关于甲苯的实验事实中，能够说明甲基对苯环性质产生影响的是(　　) A．甲苯能燃烧 B．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，生成苯甲酸() C．甲苯可与氢气发生加成反应 D．甲苯硝化主要产物为2，4，6－三硝基甲苯() D　[甲苯能燃烧说明甲苯具有可燃性，是甲苯本身的性质，A不能说明甲基对苯环性质有影响；甲苯中由于甲基和苯环的相互作用，使甲基活性增强，容易被酸性高锰酸钾溶液氧化，是苯环对甲基的性质产生影响，B不能说明甲基对苯环性质有影响；甲苯可以与氢气发生加成反应是苯环的性质，C不能说明甲基对苯环性质有影响；甲苯硝化主要产物为2，4，6－三硝基甲苯，由于甲基的存在使苯环中甲基的邻、对位氢活性增强，D能说明甲基对苯环性质有影响；故答案选D。] 2．某有机物的结构简式如图，则下列说法正确的是(　　) A．该物质为苯的同系物 B．该物质的一氯取代物有4种 C．该物质的分子式为C12H11 D．在FeBr3做催化剂时，该物质可以和溴水发生取代反应 B　[苯的同系物分子中只含有1个苯环，由结构简式可知，该物质的分子中含有2个苯环，不是苯的同系物，故A错误；由结构简式可知，该物质的分子中含有4类氢原子，则一氯取代物有4种，故B正确；由结构简式可知，该物质的分子式为C12H12，故C错误；由结构简式可知，在溴化铁做催化剂时，该物质可以和液溴发生取代反应，不能与溴水反应，故D错误；故选B。] 3．(2022·南阳市六下学期联考)下列关于 化合物的说法不正确的是(　　) A．③和④都属于芳香烃，互为同系物 B．沸点：①＜②＜③＜④ C．①②③④均能被酸性KMnO4溶液氧化，生成相同的有机产物 D．②和③均有5种一氯代物 A　[③和④都是含有苯环的烃类，属于芳香烃，分子式均为C9H12，互为同分异构体，A错误；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大熔、沸点越高，同分异构体之间支链数多的物质熔、沸点较低，故沸点：①＜②＜③＜④，B正确；①②③④苯环上均含有一个支链，该支链均能被酸性KMnO4溶液氧化为－COOH，故①②③④均能被酸性KMnO4溶液氧化，生成相同的有机产物，C正确；D②有标号的5种不同化学环境的H，③有标号的5种不同化学环境的H，故②和③均有5种一氯代物，D正确；故选A。] 学生用书第56页 1．有关苯的结构和性质，下列说法正确的是(　　) A．是同一种物质，说明 苯分子中碳碳双键、碳碳单键交替排列 B．苯在空气中不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟，说明苯组成中含碳量较高 C．苯是无色无味的液态烃 D．向2 mL苯中加入1 mL溴的四氯化碳溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，上层呈橙红色 B　[是同一种物质，说明苯分子中不是碳碳双键、碳碳单键交替排列，A错误；苯的分子式为C6H6，含碳量大，不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟，B正确；苯具有特殊气味，为液态烃，C错误；四氯化碳与苯互溶，苯与溴的四氯化碳溶液混合后振荡、静置，液体不分层，D错误。] 2．(2022·泗阳县实验高级中学月考)下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是(　　) A．③④　　　　　　　 B．②⑤ C．①②⑤⑥ D．②③④⑤⑥ B　[苯的同系物分子里含有一个苯环，苯环的侧链一定是烷烃基；芳香烃是含有苯环的烃(只含有碳和氢元素)。①②⑤⑥是芳香烃，其中①⑥是苯的同系物，②⑤不是苯的同系物，B项正确。答案选B。] 3．苯的结构简式可用来表示，下列关于苯的叙述中正确的是(　　) A．苯主要是以石油为原料而获得的一种重要化工原料 B．苯分子中六个碳原子之间化学键完全相同 C．苯中含有碳碳双键，所以苯的性质与乙烯相同 D．苯可以与溴水、酸性高锰酸钾溶液反应而使它们褪色 B　[石油分馏是指通过石油中含有的物质的沸点不同而使各种物质分离开的一种方法，该过程中没有新物质生成，属于物理变化，石油中没有苯，苯是煤干馏产物中获得的液态化工原料，故A错误；苯中的化学键是一个大π键，其6个碳碳化学键完全相同，故B正确；苯中的化学键是一个大π键，它既不同于碳碳单键也不同于碳碳双键，所以苯与乙烯的性质不同，故C错误；苯中的化学键是一个大π键，它没有碳碳单键和碳碳双键，所以和溴水、酸性高锰酸钾不反应，故D错误；故选B。] 4．将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应产物可能有(　　) A．①②③ B．⑥ C．③④⑤⑥ D．全部都有 C　[苯的同系物在催化剂(FeX3，X＝Cl，Br)的作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代与甲基相邻、相间、相对位置上的氢原子，也可以同时取代甲基邻、对位上的氢原子。] 5．某化学课外小组用如图装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞关闭)中。 (1)写出A中反应的化学方程式： ____________________________________________。 (2)观察到A中的现象是____________________________________________________。 (3)实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是________，写出有关反应的化学方程式： _____________________________________________。 (4)C中盛放CCl4的作用是___________________________________________________。 (5)要证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明。另一种验证的方法是向试管D中加入________，现象是 ________________________________________________________________________。 解析：　由于苯、液溴的沸点较低，且反应＋Br2 ＋HBr为放热反应，故观察到A中的现象为反应液微沸，有红棕色气体充满反应器A；在制备的溴苯中常混有Br2，加入NaOH溶液中，Br2与NaOH发生反应Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O而被除去；HBr中混有的溴蒸气在经过CCl4时被吸收；若该反应为取代反应，则必有HBr生成，若为加成反应，则没有HBr生成，故只需检验试管D中是否有大量H＋或Br－即可。 答案：　(1) (2)反应液微沸，有红棕色气体充满反应器A (3)除去溶于溴苯中的溴　 Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O (4)除去溴化氢气体中的溴蒸气 (5)石蕊溶液　溶液变为红色(或其他合理答案) 学科网（北京）股份有限公司 $$