第2章 第3节 第1课时 苯-【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（人教版2019）

第三节　芳香烃 第1课时　苯 学习目标 素养解读 1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊性。 2．了解芳香烃在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用 1.通过学习苯的结构与性质的知识及有机反应中成键、断键方式和反应类型的关系，发展学生宏观辨识与微观探析及证据推理与模型认知的学科核心素养。 2．理解芳香烃的化学性质与分子结构之间的关系，领悟“结构决定性质”的重要观念，对芳香烃的同分异构现象进行深入理解，落实证据推理与模型认知的学科核心素养 任务一　苯的结构及性质 【情境诱思】 某同学将苯与液溴反应生成的气体直接通入硝酸银溶液中，有浅黄色沉淀产生，此现象能证明苯与液溴发生了取代反应吗？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不能。若发生取代反应，则产物中存在HBr，HBr可与稀硝酸酸化的硝酸银溶液反应产生浅黄色沉淀，但是由于液溴易挥发，与AgNO3溶液反应也会产生浅黄色沉淀，因此不能确定是否有HBr存在，可先将生成的气体通过四氯化碳溶液然后再通入硝酸银溶液，若产生浅黄色沉淀则证明发生了取代反应。 1．芳香烃 分子里含有一个或多个苯环的烃类化合物属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。 2．苯 (1)物理性质 状态 颜色 气味 毒性 溶解性 密度 其他 液态 无色 有特殊 气味 有毒 不溶于水，易溶于有机溶剂 比水 小 熔、沸点较低，易挥发 (2)分子结构 苯分子中的6个碳原子均采取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°，形成平面正六边形结构。每个碳碳键的键长相等，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。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。 (3)化学性质 ①取代反应 项目 化学方程式 有机产物的性质 与Br2 反应 纯净的溴苯是无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水大 与浓硝 酸反应 (硝化 反应) 苯磺酸易溶于水，是一种强酸 与浓硫 酸反应 (磺化 反应) 苯磺酸易溶于水，是一种 强酸 [注意]苯不与溴水反应，但苯可以萃取溴水中的溴。 ②加成反应 与H2加成：。 ③氧化反应 苯不与酸性KMnO4溶液反应，但有可燃性，在空气里燃烧产生浓重的黑烟，化学方程式为2C6H6+15O212CO2+6H2O。 【易错辨析】 (1)苯乙烯中所有的原子一定在同一平面上。(×) (2)标准状况下，11.2 L苯中含有分子的数目为0.5NA。(×) (3)苯与溴水混合，充分振荡后静置，下层溶液呈橙红色。(×) (4)在浓硫酸、加热条件下生成的反应为取代反应。(√) (5)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯不能发生氧化反应。(×) 苯可作为有机化学合成中常用的原料，如制造苯乙烯、苯酚等；可作为溶剂和稀释剂，用于印刷业及药品、人造革等的制造。苯通常以蒸气形式经呼吸道进入人体，经皮肤吸收量很少。 问题1：苯的结构简式为或，如何通过实验证明苯分子结构中不含有典型的碳碳双键或碳碳单键？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子结构中不存在碳碳双键。 问题2：等物质的量的苯和甲苯()分别与H2完全加成，需要的氢气的物质的量之比是多少 ? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：1∶1。等物质的量的苯和甲苯与H2完全加成，需要的H2的量相同。 【典例分析】 【典例1】 下列关于苯的叙述正确的是(　　) A．反应①常温下能进行，属于加成反应 B．反应③与反应④的反应类型相同 C．过程②不发生反应，但会有分层现象，紫色层在下层 D．苯可以和多种物质发生反应是因为苯分子中含有碳碳双键 解析：选C。反应①常温下能进行，属于取代反应，A错误；反应③是取代反应，反应④是加成反应，反应类型不相同，B错误；过程②不发生反应，但会有分层现象，紫色层在下层，C正确；苯分子中含介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊的化学键，D错误。 【对点练】 1.苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构，下列可以证明该结论的事实是(　　) ①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 ②苯分子中碳碳键的键长完全相等 ③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生反应生成环己烷 ④经实验测得对二甲苯只有一种结构 ⑤苯在溴化铁作催化剂条件下与液溴可发生取代反应，但不能因发生化学反应而使溴水褪色 A．②③④ B．②④⑥ C．①②⑤ D．①③⑤ 解析：选C。①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构；②苯环上碳碳键的键长完全相等，说明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构；③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷，假如苯分子中是碳碳单键与碳碳双键的交替结构，也能发生加成反应；④对二甲苯只有一种结构，无法判断苯分子中是否存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构；⑤苯在FeBr3存在下与液溴可发生取代反应，生成溴苯，苯不能因发生化学反应而使溴水褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构。 [总结] 苯分子中不存在单、双键交替结构的证据 (1)苯分子是平面正六边形结构。 (2)苯分子中所有碳碳键完全等同。 (3)苯分子的邻位二元取代物只有一种。 (4)苯不能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色。 2．下列关于苯的叙述正确的是(　　) A．1 mol苯最多可与3 mol H2发生加成反应 B．苯在光照条件下可以和Cl2发生取代反应 C．苯分子含有不饱和键，可以使溴水和高锰酸钾溶液褪色 D．苯和溴的四氯化碳溶液混合，能发生加成反应且溶液分为两层 解析：选A。1 mol苯最多可与3 mol H2发生加成反应生成环己烷，A正确；苯在FeCl3做催化剂的条件下可以和Cl2发生取代反应，B错误；苯能使溴水褪色，是因为萃取，不是因为其含有不饱和键，苯不能使高锰酸钾溶液褪色，C错误；苯和溴的四氯化碳溶液不反应，苯和四氯化碳互溶，混合后也不会分层，D错误。 任务二　溴苯和硝基苯的制备 　 Ⅰ.溴苯的制备 实验步骤及装置如下： ①检查装置气密性。 ②将一定量的苯和少量液溴加入烧瓶中，加入少量铁屑，很快观察到在烧瓶口附近出现白雾。 ③反应完毕后，将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，可观察到烧杯底部有褐色不溶于水的油状液体。 问题1：实验装置中长玻璃导管的作用是什么？烧瓶口附近出现白雾的主要成分是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：导气(苯和溴都易挥发)兼起冷凝回流作用(放热反应)。白雾的成分是HBr。 问题2：分离提纯溴苯时，可向产物中加水，过滤后分液，目的是什么？向上述分液后获得的有机层中加入NaOH溶液，然后再水洗分液，向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙进行吸水干燥，最后经过某操作除去苯即得纯净的溴苯。上述操作中，NaOH溶液的作用是什么？水洗分液除去的是什么物质？某操作是哪种操作？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：加水使FeBr3溶解，过滤除去未反应的铁屑，分液除去FeBr3溶液。加入NaOH溶液的目的是除去溴，水洗分液除去的是NaOH和NaBr溶液，最后通过蒸馏除去苯即得纯净的溴苯，所以某操作应为蒸馏。 Ⅱ.硝基苯的制备 实验步骤及装置如下： ①配制混合酸。 ②向冷却后的混合酸中逐滴加入1 mL苯，充分振荡使混合均匀。 ③将烧瓶放在50～60 ℃的水浴中加热。 问题3：实验室制取硝基苯需要用到浓硝酸和浓硫酸，如何将浓硫酸与浓硝酸混合成混酸？浓硫酸的作用是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：浓硫酸的密度大于浓硝酸，应将浓硫酸沿烧杯内壁注入浓硝酸中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却至室温。浓硫酸作催化剂和吸水剂。 问题4：硝基苯是无色的，但是反应后的溶液为什么显黄色？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：硝基苯因溶有少量NO2而显黄色。 【要点归纳】 溴苯的制备说明 (1)试剂加入顺序：苯→液溴→铁屑。液溴的密度比苯的大，先加苯再加液溴是为了使苯与液溴混合均匀，待加入铁屑后，立即发生剧烈反应。 (2)加入的是铁屑，但真正起催化作用的是FeBr3(2Fe＋3Br2===2FeBr3)。 (3)与烧瓶连接的长导管有导气和冷凝回流的作用。因为苯与溴的反应放热，放出的热使一部分苯和溴变成蒸气，这些蒸气经竖直部分的导管冷凝又回流到烧瓶中，既减少了反应物的损失，又可避免生成物中混有过多的杂质。 (4)反应生成的HBr可用AgNO3溶液检验，也可用于证明苯与溴发生的是取代反应而非加成反应 硝基苯的制备说明 (1)采用水浴加热的优点：反应物受热均匀，温度易于控制。 (2)与烧瓶连接的玻璃管起冷凝回流和调节压强的作用，防止苯和浓硝酸挥发到大气中造成污染。 (3)分离提纯硝基苯的方法：将所得粗硝基苯依次用蒸馏水和NaOH溶液洗涤，再用蒸馏水洗涤；最后加入无水CaCl2干燥，过滤后进行蒸馏 【典例分析】 考向1　溴苯的制备 【典例2】 已知苯与液溴的反应是放热反应，某校学生为探究苯与溴发生的反应，用如图装置进行实验。下列说法错误的是(　　) A．通过装置Ⅱ集气瓶中有浅黄色沉淀生成不可以推断苯和液溴发生取代反应 B．装置Ⅱ中的小试管的作用有防止HBr溶于水而引起倒吸 C.实验结束后，提纯集气瓶Ⅰ中溴苯的具体步骤为水洗后分液→碱洗后分液→水洗后分液→干燥→蒸馏 D．一段时间后，装置Ⅱ中的小试管内无分层现象，硝酸银溶液变为橙红色 解析：选A。HBr中混有的溴蒸气溶解在苯中，从而排除了Br2的干扰，装置Ⅱ集气瓶中有浅黄色沉淀生成，表明苯与液溴反应生成HBr，由此可推断出苯和液溴发生了取代反应，A错误；若将反应产生的气体直接导入装置Ⅱ的AgNO3溶液中，由于HBr溶于水会产生倒吸，所以小试管的作用有防止HBr溶于水而引起倒吸，B正确；实验结束后，集气瓶Ⅰ中的混合物中含有溴苯、苯、溴、FeBr3等，若直接碱洗，将生成Fe(OH)3胶状沉淀，给后续工作带来麻烦，则应先水洗(溶解FeBr3)后分液→碱洗(吸收Br2)后分液→水洗(溶解少量碱、NaBr等)后分液→干燥(去除有机物中的少量水)→蒸馏(分离苯和溴苯)，C正确；装置Ⅱ中，起初小试管中只有苯，液溴不断溶解在苯中得到溴的苯溶液，呈橙红色，小试管内无分层现象，HBr逸出后，与AgNO3反应，生成AgBr浅黄色沉淀和HNO3，一段时间后，当生成的HNO3浓度较大时，将一部分HBr氧化为Br2，Br2溶解在硝酸银溶液中，从而使硝酸银溶液变为橙红色，D正确。 【对点练】 3.某同学用如图所示装置制备溴苯并验证其反应类型，下列说法错误的是(　　) A．将苯和液溴加入三颈烧瓶后，可观察到瓶内有红棕色气体产生 B．冷凝管中冷凝水的流向为a口进，b口出 C．AgNO3溶液中产生黄色沉淀即可证明该反应为取代反应 D．实验结束后，应先向三颈烧瓶中加入NaOH溶液再拆卸装置 解析：选C。苯和液溴的反应为放热反应，反应时有液溴挥发，故可观察到瓶内有红棕色气体，A项正确；冷凝管中冷凝水的流向为下进上出，即a口进，b口出，B项正确；AgNO3溶液中产生黄色沉淀可能是挥发出的Br2与AgNO3反应所致，C项错误；实验结束后，应先向三颈烧瓶中加入NaOH溶液吸收其中的溴蒸气和HBr气体，再拆卸装置，D项正确。 考向2　硝基苯的制备 【典例3】 硝基苯是重要的化工原料，用途广泛。 Ⅰ.制备硝基苯可能用到的有关数据列表如下： 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度(20 ℃) /(g·cm-3) 溶解性 苯 5.5 80 0.88 微溶于水 硝基苯 5.7 210.9 1.205 难溶于水 浓硝酸 － 83 1.4 易溶于水 浓硫酸 － 338 1.84 易溶于水 Ⅱ.制备硝基苯的反应装置图如下： Ⅲ.制备、提纯硝基苯的流程如下： 请回答下列问题： (1)制备硝基苯的化学方程式为______________________________________ _________________________________________________________________。 (2)反应装置中的长玻璃导管可以用____________代替(填玻璃仪器名称)；恒压滴液漏斗的优点是________________________________。 (3)最后一次水洗后分液得到粗产品2时，粗产品2应________ (填“a” 或“b”)。 a.从分液漏斗上口倒出 b．从分液漏斗下口放出 (4)步骤④用到的固体无水氯化钙的作用为________________________。 (5)步骤⑤蒸馏操作中，锥形瓶中收集到的物质为________。 解析：苯与浓硝酸、浓硫酸的混酸水浴加热到50～60 ℃发生硝化反应得到硝基苯的粗产品1，粗产品1中有硝基苯、混酸、H2O、苯等，粗产品1经蒸馏水水洗、Na2CO3溶液洗、蒸馏水水洗得粗产品2，粗产品2中含硝基苯、H2O和苯，粗产品2用固体D干燥后蒸馏得到硝基苯。(3)由于硝基苯的密度比水的密度大，故最后一次水洗后分液得到粗产品2时，粗产品2应从分液漏斗下口放出，答案选b。(4)粗产品2中含硝基苯、水和苯，步骤④用到的固体无水氯化钙的作用是作干燥剂，除去H2O。(5)由表中数据知，苯的沸点低于硝基苯的沸点，故步骤⑤蒸馏操作中，锥形瓶中收集到的物质为沸点低的苯。 答案：(1)＋HO—NO2＋H2O　(2)球形冷凝管　平衡气压，使混酸能顺利流下　(3)b　(4)作干燥剂　(5)苯 【对点练】 4.有关实验室制取硝基苯的实验，下列说法中正确的是________(填字母)。 A．配混酸时，将浓硝酸沿杯壁缓缓加入浓硫酸中不断搅拌、冷却 B．浓硫酸可以降低该反应的活化能 C．温度控制在50～60 ℃的原因之一是减少副反应的发生 D．制得的粗硝基苯可以先用乙醇萃取，分液后再洗涤 解析：配制混酸时，将浓硫酸沿杯壁缓缓加入浓硝酸中，并不断搅拌、冷却，A错误；浓硫酸在反应中既是催化剂，也是吸水剂，可以降低该反应的活化能，B正确；温度控制在50～60 ℃的原因之一是减少副反应的发生，C正确；乙醇与水能以任意比互溶，不能用来做萃取剂，D错误。 答案：BC 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．实验室取用浓硫酸、浓硝酸的混合物与苯反应制得硝基苯粗产品后，要选用如下几步操作对粗产品进行精制：①蒸馏；②水洗；③用CaCl2进行干燥；④用10%的NaOH溶液洗涤。正确的操作步骤是(　　) A．①②③④② B．②④②③① C．②④②①③ D．②④①②③ 解析：选B。粗产品依次用蒸馏水和10% NaOH溶液洗涤除去混合酸，再用蒸馏水洗涤除去生成的盐和氢氧化钠，最后用无水CaCl2干燥并蒸馏得到纯硝基苯。 2．苯分子结构的确定经历了漫长的历史过程。下列关于苯的说法正确的是(　　) A．苯的结构简式可写为“”，说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排列的 B．苯在镍等催化剂作用下可以与H2发生加成反应生成己烷 C．苯的二氯取代物有4种 D．苯可以与乙烯在一定条件下发生反应生成乙基苯即乙苯 解析：选D。虽然苯的结构简式可写为“”，但苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替排列，而是6个碳碳键均相同，是介于单键和双键之间的独特的键，A错误；苯在镍等催化剂作用下可以与H2发生加成反应生成环己烷，B错误；苯的二氯取代物有邻二氯苯、间二氯苯和对二氯苯3种，C错误；苯可以与乙烯在一定条件下发生加成反应生成乙基苯即乙苯，反应方程式为＋CH2===CH2，D正确。 3．(2024·北京清华附中高二期中)下列关于苯的叙述正确的是(　　) A．反应①为取代反应，反应的试剂是浓溴水 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物主要是1，2­二硝基苯 D．反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键 解析：选B。反应①为苯和液溴发生的取代反应，反应需要FeBr3作为催化剂，A错误；反应②为苯在氧气中燃烧，属于氧化反应，因为苯含碳量比较高，不完全燃烧，反应现象是火焰明亮并带有浓烟，B正确；反应③为苯和硝酸的取代反应，产物为硝基苯，C错误；反应④为苯与氢气的加成反应，1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应，苯分子中不存在碳碳双键，D错误。 4．下面是用苯作原料制备一系列化合物的转化关系图： 已知：Ⅰ.R—NO2R—NH2(R表示含苯环的烃基)； Ⅱ.一定条件下，苯环与浓硫酸反应，可以在苯环上引入磺酸基“—SO3H”。 (1)若实验室拟以苯等原料制备A物质，应选择上图中的装置________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 (2)A转化为B的反应类型为__________。 (3)苯转化为C的化学方程式为_______________________________________。 (4)D的结构简式为_________________________________________________。 解析：(1)苯与浓硫酸、浓硝酸在50 ℃～60 ℃发生硝化反应，得到A()，应选用水浴加热的装置Ⅲ来制取。(2)A为，A与CH3Cl在催化剂的作用下硝基间位的H被—CH3取代得到B()，反应类型为取代反应。 答案：(1)Ⅲ　(2)取代反应 学科网（北京）股份有限公司 $$