专题06 芳香烃（八大题型）-【举一反三】2024-2025学年高二化学同步讲与练（苏教版2019选择性必修3）

专题06 芳香烃 题型01 苯的物理性质 题型02 苯的化学性质 题型03 苯的溴化反应 题型04 苯的硝化反应 题型05 苯同系物的特点 题型06 苯同系物的化学性质 题型07 芳香烃的同分异构体 题型08 芳香烃的综合题型 题型01 苯的物理性质 知识积累 1．苯分子的组成 分子式： C6H6 ，最简式： CH ，结构式： ，结构简式： 。 2．苯的分子结构特点 （1）苯分子中6个碳原子和6个氢原子处于同一平面上，为 平面正六边形结构 。 （2）6个碳碳键完全相同，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的共价键。 （3）6个碳原子均采取 sp2杂化 ，分别与氢原子及相邻碳原子形成σ键，键角均为 120° ；碳碳键的键长相等，介于单键和双键之间。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。 【典例1-1】下列关于苯的说法中，正确的是 A．苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，属于饱和烃 B．从苯的凯库勒式()可以看出，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃 C．苯中的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键，不能与H2发生加成反应 D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的价键完全相同 【变式1-1】下列化学用语或图示表达错误的是 A．的电子式： B．的球棍模型： C．苯的比例模型： D．的离子结构示意图： 【变式1-2】烷烃中脱去2 mol氢原子形成1 mol双键要吸热，但1，3-环己二烯()脱去2 mol氢原子变成苯却放热，可推断1，3-环己二烯比苯稳定。(___________) 题型02 苯的化学性质 知识积累 1．氧化反应 ①苯在空气中燃烧，发出明亮的火焰并伴有浓烟。化学方程式为： 2C6H6+15O2 12CO2+6H2O ② 不能 使酸性高锰酸钾溶液褪色。 2．取代反应 在一定条件下，苯容易发生取代反应。 （1）苯的卤代反应 苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应： 溴苯()：无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。 （2）硝化反应：苯与浓硝酸在浓硫酸催化条件下的反应： 硝基苯()：无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 3．加成反应 苯与H2在温度为180~250 ℃，压强为18 MPa，以Ni为催化剂的情况下发生加成反应生成环己烷： 【典例2-1】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，有机产物是一种烃 D．反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键 【变式2-1】苯和硫酸发生磺化反应，反应历程如下： 已知：在高温或大量水存在下，-SO3H能解离成-，使苯环的电子云密度增大，最后失去SO3生成苯。 下列说法不正确的是 A．磺化反应过程中碳原子的杂化类型发生改变 B．由反应历程可知相比于苯，硝基苯更难与硫酸发生磺化反应 C．苯和硝酸反应生成硝基苯，亦能在大量水存在的条件下脱去硝基生成苯 D．甲苯制邻氯甲苯的过程中引入磺酸基可以防止某些位置被取代 【变式2-2】苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下图所示。下列说法正确的是 A．从中间体到产物，更有利于生成产物I B．生成X为苯的加成产物，生成Y为苯的取代产物 C．苯和M分子中所有碳均为杂化 D．生成Y的过程中，浓增大了反应的活化能 【变式2-3】有机物和苯通过反应合成的过程如图所示（无机小分子产物略去）。 下列说法错误的是 A．该反应是取代反应 B．若为烃基，则一定是苯的同系物 C．若为，则有4种同分异构体 D．若为，中所有碳原子可能都共平面 题型03 苯的溴化反应 知识积累 苯的溴化反应 （1）实验原理： （2）实验现象：三颈烧瓶内反应剧烈，锥形瓶内有 白雾 (HBr遇水蒸气形成)出现，溶液底部有 褐色油状液体出现 ，滴加NaOH溶液后三颈烧瓶中有红褐色沉淀形成。 （3）注意事项 ①应该用 纯溴 ； ②要使用催化剂 FeBr3 ，需加入铁屑； ③锥形瓶中的导管不能插入液面以下， 防止倒吸 ，因HBr极易溶于水。 （4）产品处理(精制溴苯) 【典例3-1】溴苯是一种化工原料，实验室合成溴苯的装置示意图如下所示。在分液漏斗中加入含有无水苯和液态溴的混合物，在烧瓶中加入少量溴化铁。 （1）在该实验中，圆底烧瓶a的容积最适合的是________（填入正确选项前的字母）。 A． B． C． D． （2）向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开 ；圆底烧瓶a中有白色雾状物产生是因为生成了 气体；装置c中碳酸钠溶液的作用是 ；其发生反应的离子方程式是 。 （3）实验过程中，装置b中液体的颜色会逐渐变为 色；产生这一现象的原因是 。 （4）某兴趣小组设计了如图流程提纯制得的粗溴苯。 已知：液溴、苯、溴苯的沸点依次为59℃、80℃、156℃。 a.操作I、II、III用到的主要玻璃仪器是 。 b.操作Ⅳ、V分别是 。 c.加入溶液的目的是除去有机层①中的 。 d.向分出的粗苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。加入氯化钙的目的是 。 e.若水层③中加入溶液后仍然显红色，说明溴化铁未被完全除尽。以简短的文字说明未被除去的溴化铁是否会影响溴苯提纯的纯度？ 。 【变式3-1】已知：溴苯的沸点为156℃，苯的沸点为80℃。实验室用苯和液溴制取溴苯并验证反应类型的实验装置如图：按以下要求回答问题： （1）冷凝管的进水口为 (填“A”或“B”)；冷凝管的作用： 。 （2）d中盛放的试剂是 ；作用： （3）有同学认为苯与溴的反应为加成反应而不是取代反应，请根据该实验装置特点和实验现象判断反应的类型。 ①反应类型： (填“加成反应”或“取代反应”)； ②叙述得出这一结论的实验现象： 。 （4）分离提纯： ①反应后a瓶中的溴苯中因溶有溴而显褐色，提纯溴苯的过程中，除去溴苯中的溴可加入 溶液，振荡，再通过 (填分离方法)分离提纯； ②苯与溴还可能发生副反应生成对二溴苯(沸点220℃)和邻二溴苯(沸点224℃)，因此最后再经 (填分离方法)即可得到较纯净的溴苯，该过程中为了受热均匀和易于控制温度，可采用 (填“水浴”或“油浴”)加热。 （5）检验鉴别：充分反应后，三颈烧瓶中的粗产品经水洗、分液后得到水洗液，为验证水洗液中是否存在不能选用的试剂是 (填字母)。 A．溶液    B．溶液    C．溶液 【变式3-2】实验室常用苯的直接溴代制取溴苯。 I．反应原理：+Br2+HBr 副反应1：+ Br2 +HBr； 副反应2：+ Br2+HBr Ⅱ．实验装置(加热和夹持装置省略)： Ⅲ．实验步骤： 步骤一：向图1装置仪器A中加入7.0mL(6.24g)无水苯和0.2g铁屑、磁力搅拌子，滴液漏斗中加入4.5mL(13.92g)液溴。先向仪器A中滴入少许液溴，反应片刻，开始启动搅拌器，继续缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态。加完液溴后，将烧瓶置于60—70°C水浴中反应10分钟，至不再有溴化氢气体逸出为止。 步骤二：反应物冷却后，用4mL水、2mL10%氢氧化钠溶液、10mL水分别洗涤1~2次。粗产品用无水氯化钙干燥后，利用图2装置进行蒸馏，收集某温度范围内的馏分，得到质量为6.30g的溴苯。 回答下列问题： （1）仪器B的作用是 。 （2）使用液溴时要注意安全。下列给出的试剂中，处理沾到皮肤上的少量液溴能够用到的有 (填序号)。 a．NaOH溶液       b．酒精      c．NaHCO3溶液 （3）实验过程中，要缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态，若滴加速度过快，溴苯产率会降低。除因反应物和生成物挥发导致溴苯产率降低外，还可能的原因是 。 （4）提纯过程中，应先用水洗，再用NaOH溶液进行洗涤。若水洗时未洗涤干净就开始利用NaOH溶液进行洗涤，造成的后果是 。 （5）洗涤过程中下列仪器不需要用到的是 (填仪器名称)。 （6）本实验溴苯产率为 %(保留3位有效数字)；利用图2装置进行蒸馏的过程中，温度计读数在73～85℃、145～160℃、205～228℃三个温度范围内上升缓慢，则收集溴苯对应的温度范围是 。 题型04 苯的硝化反应 知识积累 （1）实验原理 （2）实验现象：将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有黄色油状物质(溶有NO2)生成，然后用NaOH(5%)溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤后得无色油状、有苦杏仁味、密度比水大的液体。 （3）注意事项 ①试剂添加顺序：浓硝酸 + 浓硫酸 + 苯 ②浓硫酸的作用是 催化剂 、 吸水剂 ③必须用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度 说明：精制硝基苯的流程同上述精制溴苯的流程。 【典例4-1】浓硝酸与浓硫酸的混酸是常用的有机硝化试剂。苯硝化机理如下所示： 第一步： 第二步： 第三步：…… （1）简述配制浓硝酸与浓硫酸的混酸的实验操作： 。 （2）苯的硝化反应常采用水浴加热，其优势是 、 。 （3）硝化过程第一步中转化为体现了_______。 A．氧化性 B．还原性 C．酸性 D．碱性 （4）硝化过程第三步反应式为 。 【变式4-1】在一定条件下，苯与浓和浓混合物的反应机理和能量变化如图所示： 下列说法错误的是 A．反应②为决速步骤 B．反应①的化学方程式为 C．反应过程中碳原子的杂化方式保持不变 D．该条件下，为主产物 【变式4-2】分析以下反应，下列推论不正确的是 ① ② 产物物质的量分数依次为58%、4%、38%。 ③ 产物物质的量分数依次为6%、93%、1%。 A．甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化 B．甲基为吸电子基、硝基为推电子基，对苯环产生不同影响 C．甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代 D．硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代 【变式4-3】下列反应中前者属于取代反应，后者属于加成反应的是 A．甲烷在空气中燃烧；乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．苯滴入浓硝酸和浓硫酸的混合液中共热；乙炔与水生成乙醛 C．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应；苯与氢气在一定条件下反应生成环己烷 D．在溴水中滴入苯，振荡后溴水褪色；乙烯生成聚乙烯 题型05 苯同系物的特点 知识积累 苯的同系物的组成和结构特点 1．芳香烃 （1）概念：芳香烃是分子里含有一个或多个苯环的烃。 （2）芳香烃的来源 芳香烃最初来源于煤焦油中，现代工业生产中芳香烃主要来源于石油化学工业中的 催化重整 和 裂化 。 2．苯的同系物的组成和结构特点 （1）苯的同系物是指只含有 一个苯环 ，且侧链均为 烷基 的芳香烃。 （2）苯的同系物的通式：CnH2n-6(n≥7)。如甲苯()、乙苯()、对二甲苯()等。 【典例5-1】实验室以甲苯和为原料制备苯甲醛的主要流程如图。下列说法错误的是 A．操作I为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 B．操作Ⅲ使用的玻璃仪器中有直形冷凝管 C．操作I、II、III均利用物理性质进行物质分离 D．可循环利用的物质有硫酸和甲苯 【变式5-1】“闭链烃”又称“环烃”。分子中有环状结构的烃，分脂环烃和芳香烃两类。回答下列问题： A．    B．    C．    D．E．    F． （1）上述物质的芳香烃中属于苯的同系物的是： 。 （2）G是高分子化合物，可由B合成，写出B→G的化学方程式 。 （3）鉴别A和F可以使用的试剂是 。 （4）下列关于烃说法正确的是___________。 A．沸点：2，2-二甲基戊烷 > 正戊烷 > 新戊烷 > 2，3-二甲基丁烷 > 丙烷 B．甲苯与液溴在溴化铁催化作用下生成的一取代产物主要有：、 C．分子的同分异构体中属于烯烃的有5种(包含立体异构) D．同质量的物质燃烧耗O2量：甲烷 > 乙烷 > 乙烯 > 丙炔 > 甲苯 > 乙炔 （5）已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，如图结构简式所示的烃，下列说法中错误的是___________。 A．分子中处于同一直线上碳原子有6个 B．分子中最多有14个碳原子处于同一平面 C．该烃苯环上的一氯代物共有4种 D．该烃能发生加成反应和氧化反应 【变式5-2】 甲苯()是一种重要的化工原料，能用于生产苯甲醛()、苯甲酸( )等产品。下表列出了有关物质的部分物理性质，请回答： 名称 性状 熔点(℃) 沸点(℃) 相对密度() 溶解性 水 乙醇 甲苯 无色液体易燃易挥发 -95 110.6 0.8660 不溶 互溶 苯甲醛 无色液体 -26 179 1.0440 微溶 互溶 苯甲酸 白色片状或针状晶体 122.1 249 1.2659 微溶 易溶 注：甲苯、苯甲醛、苯甲酸三者互溶。 实验室可用如图装置模拟制备苯甲醛。实验时先在三颈瓶中加入0.5g固态难溶性催化剂，再加入15mL冰醋酸(作为溶剂)和2mL甲苯，搅拌升温至70℃，同时缓慢加入12mL过氧化氢，在此温度下搅拌反应3小时。 （1）装置a的名称是 ，主要作用是 。 （2）为使反应体系受热比较均匀，可采用的加热方式是 ；三颈瓶中发生反应的化学方程式为 。 （3）经测定反应温度升高时，甲苯的转化率逐渐增大，但温度过高时，苯甲醛的产量却有所减少，可能的原因是 。 （4）反应完毕后，反应混合液经过自然冷却至室温时，还应经过滤、 (填操作名称)等操作，才能得到苯甲醛粗产品。 （5）实验中加入过量过氧化氢且反应时间较长，会使苯甲醛产品中产生较多的苯甲酸。若想从混有苯甲酸的苯甲醛中分离出苯甲酸，正确的操作步骤是 (按步骤顺序填字母)。 a．对混合液进行分液 b．过滤、洗涤、干燥 c．水层中加入盐酸调节pH=2 d．加入适量碳酸氢钠溶液混合振荡 【变式5-3】按要求回答下列问题： （1）用系统命名法命名 的名称为 。 （2）某芳香烃结构为，它一氯代物有 种。 （3）分子式为的芳香烃，苯环上的一氯代物只有一种，该芳香烃的结构简式是 。 题型06 苯同系物的化学性质 知识积累 （1）氧化反应： ①可燃性： CnH2n-6+O2nCO2+(n-3)H2O ②如果苯环侧链直接相连接的碳原子上连接有氢原子，该苯的同系物可使酸性高锰酸钾溶液褪色。 应用：区别苯和苯的同系物。 （2）取代反应 ①卤代反应： 苯的同系物在卤化铁作催化剂时，苯环上与侧链邻位或对位的氢原子被卤原子取代，如甲苯与Br2反应： 苯的同系物在光照或加热条件下时，苯环侧链上的氢原子被卤原子取代，如甲苯与Cl2反应： ②硝化反应： 　 三硝基甲苯是一种黄色烈性炸药，俗称TNT，常用于国防和民用爆破。 （3）加成反应：甲苯与氢气的加成反应为： 【典例6-1】如图是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是 A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．反应②的现象是火焰明亮并伴有浓烟 C．反应③为取代反应，反应条件是50～60 ℃ D．反应④是1 mol甲苯与1 mol H2发生加成反应 【变式6-1】氧化反应 （1）可燃性：均产生明亮火焰，冒浓黑烟 ①苯：2C6H6+15O212CO2+6H2O ②苯的同系物：CnH2n-6+O2CO2+(n-3)H2O （2）KMnO4（H+）：（区分烷烃与烯烃、烷烃与炔烃） ①苯：不 。 ②苯的同系物：侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有 ，褪色。 。 。 。 【变式6-2】一定条件下，利用如图所示装置实现的电化学储氢(忽略其它有机物的反应)。 ①写出由生城的电极反应式： 。 ②该装置的电流效率η= (η= ×100%) 【变式6-3】完成下列反应方程式 ①苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液共热的化学方程式为 。 ②1，3-丁二烯与氯气发生1，4加成的化学方程式为 。 ③甲苯→三硝基甲苯：化学方程式 ，反应类型 。 【变式6-4】精细化学品Z是X与反应的主产物，X→Z的反应机理如下： 下列说法不正确的是 A．X与互为顺反异构体 B．X能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．X与HBr反应有副产物生成 D．Z分子中含有2个手性碳原子 题型07 芳香烃的同分异构体 【典例7-1】苯的同系物中，有的侧链能被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成芳香酸，反应如下： （1）现有苯的同系物甲、乙，分子式都是。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸，它的结构简式是 ；乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为的芳香酸，则乙可能的结构有 种。 （2）有机物丙也是苯的同系物，分子式也是，它的苯环上的一溴代物只有一种，试写出丙所有可能的结构简式： 。 【变式7-1】下列各物质与麻黄素(F)互为同分异构体的是 (填字母，下同)，与麻黄素(F)互为同系物的是 。 A．                        B． C．                D． E．                     F．麻黄素 () 【变式7-2】已知(为氢原子或烷基)。有机化合物M()可被酸性溶液氧化为，则符合条件的有机化合物M的结构共有 A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【变式7-3】某苯的同系物分子式为C11H16，经分析分子中除苯环结构外，不再含有其他环状结构，还有两个－CH3，两个－CH2－和一个，它可能的结构数目是 A．4 B．5 C．6 D．7 题型08 芳香烃的综合题型 【典例8-1】以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如下图所示，下列说法正确的是 A．电解结束后，阴极区溶液pH不变 B．电解时的阳极反应为： 2Cr3+ + 6e−+ 7H2O = + 14H+ C．1.5mol甲苯氧化为0.75mol苯甲醛和0.75mol苯甲酸时，共消耗1.2 mol D．甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离 【变式8-1】科学家实现了Rh（铑）催化苯乙烯的不对称氢硒化反应（如图），下列叙述错误的是 已知：Ar—为芳香烃基，R—为烃基。 A．化合物III中含配位键 B．总反应的原子利用率为 C．上述循环过程中，Rh形成的共价键数目不变 D．III→IV中，断裂铑氢键，形成了碳氢键 【变式8-2】具有美白功效的某化妆品的主要成分的合成方法如图所示，下列分析正确的是 A．1molX与足量溴水反应消耗 B．该反应为加成反应 C．X与Y的核磁共振氢谱中峰数目相同 D．分子中共平面的碳原子数最多为14 【变式8-3】在催化剂作用下，还原制备烃的原理如图。下列叙述错误的是 A．甲和乙互为同系物，丙、丁、戊互为同系物 B．合成甲和乙的催化剂所含元素中第一电离能最大的是Fe C．上述有机物中有4种能使酸性溶液褪色 D．丁、戊的二氯代物分别有10种和7种 【变式8-4】有机物种类繁多，性质多样。已知有下列8种物质，回答下列问题： ①   ②   ③   ④ ⑤   ⑥   ⑦   ⑧ （1）与①互为同系物的是 (填标号)；写出①与混酸(浓硫酸与浓硝酸的混合物)共热反应制炸药的化学方程式： ，该反应的反应类型为 。 （2）②的系统名称为 。 （3）聚苯乙烯用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、电线电缆、日用品等。写出在一定条件下，由③制备聚苯乙烯的化学方程式： 。 （4）④中含氧官能团的名称为 。 （5）⑥的核磁共振氢谱有 组峰，峰面积之比为 。 （6）⑦中共面的原子最多有 个。 （7）下列表示⑧的空间填充模型的为 (填标号)。 a．        b．        c． / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题06 芳香烃 题型01 苯的物理性质 题型02 苯的化学性质 题型03 苯的溴化反应 题型04 苯的硝化反应 题型05 苯同系物的特点 题型06 苯同系物的化学性质 题型07 芳香烃的同分异构体 题型08 芳香烃的综合题型 题型01 苯的物理性质 知识积累 1．苯分子的组成 分子式： C6H6 ，最简式： CH ，结构式： ，结构简式：或。 2．苯的分子结构特点 （1）苯分子中6个碳原子和6个氢原子处于同一平面上，为 平面正六边形结构 。 （2）6个碳碳键完全相同，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的共价键。 （3）6个碳原子均采取 sp2杂化 ，分别与氢原子及相邻碳原子形成σ键，键角均为 120° ；碳碳键的键长相等，介于单键和双键之间。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。 【典例1-1】下列关于苯的说法中，正确的是 A．苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，属于饱和烃 B．从苯的凯库勒式()可以看出，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃 C．苯中的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键，不能与H2发生加成反应 D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的价键完全相同 【答案】D 【解析】A．从苯的分子式C6H6可以看出，其氢原子远未达到饱和，应属于不饱和烃，而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色是由于苯分子中的碳碳键都相同，是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键，故A错误； B．苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构，不能由其来认定苯分子中含有双键，因而苯不属于烯烃，故B错误； C．在催化剂的作用下，苯与H2能发生加成反应生成环己烷，故C错误； D．苯分子为平面正六边形结构，其分子中6个碳原子之间的价键完全相同，故D正确； 故选D。 【变式1-1】下列化学用语或图示表达错误的是 A．的电子式： B．的球棍模型： C．苯的比例模型： D．的离子结构示意图： 【答案】B 【解析】A．铵根离子带1个单位正电荷，中心原子为N，N原子与每个H原子共用1对电子，A正确； B．CO2是共价化合物，直线形分子，中心原子是C，含有C=O双键，且氧原子半径小于碳原子，B错误； C．苯为正六边形结构，C正确； D．Ca2+的质子数为20，核外电子数为18，核外各层上电子数分别为2、8、8，D正确； 故选B。 【变式1-2】烷烃中脱去2 mol氢原子形成1 mol双键要吸热，但1，3-环己二烯()脱去2 mol氢原子变成苯却放热，可推断1，3-环己二烯比苯稳定。(___________) 【答案】错误 【解析】物质含有的能量越低，物质的稳定性就越强。烷烃中脱去2 mol氢原子形成1 mol双键要吸热，但1，3-环己二烯脱去2 mol氢原子变成苯却放热，说明苯含有的能量比1，3-环己二烯低，因此可推断苯比1，3-环己二烯稳定，因此该说法是错误的。 题型02 苯的化学性质 知识积累 1．氧化反应 ①苯在空气中燃烧，发出明亮的火焰并伴有浓烟。化学方程式为： 2C6H6+15O212CO2+6H2O ② 不能 使酸性高锰酸钾溶液褪色。 2．取代反应 在一定条件下，苯容易发生取代反应。 （1）苯的卤代反应 苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应： +Br2+HBr 溴苯()：无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。 （2）硝化反应：苯与浓硝酸在浓硫酸催化条件下的反应： +HO—NO2+H2O 硝基苯()：无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 3．加成反应 苯与H2在温度为180~250 ℃，压强为18 MPa，以Ni为催化剂的情况下发生加成反应生成环己烷： +3H2 【典例2-1】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，有机产物是一种烃 D．反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键 【答案】B 【解析】A．反应①为苯和液溴在溴化铁作用下生成溴苯，即取代反应，反应的试剂不是浓溴水，A错误； B．反应②为苯的燃烧，即氧化反应，由于苯中碳元素质量分数大，所以反应现象是火焰明亮并伴有浓烟，B正确； C．反应③为苯和浓硝酸在浓硫酸加热条件下发生的取代反应生成硝基苯，有机产物不属于烃，而是烃的衍生物，C错误； D．苯中碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊价键，并不存在碳碳双键，D错误； 故选B。 【变式2-1】苯和硫酸发生磺化反应，反应历程如下： 已知：在高温或大量水存在下，-SO3H能解离成-，使苯环的电子云密度增大，最后失去SO3生成苯。 下列说法不正确的是 A．磺化反应过程中碳原子的杂化类型发生改变 B．由反应历程可知相比于苯，硝基苯更难与硫酸发生磺化反应 C．苯和硝酸反应生成硝基苯，亦能在大量水存在的条件下脱去硝基生成苯 D．甲苯制邻氯甲苯的过程中引入磺酸基可以防止某些位置被取代 【答案】C 【解析】 A．在苯分子中，碳原子的价层电子对数为=3，发生sp2杂化，而在中，与-相连的碳原子，其价层电子对数为=4，发生sp3杂化，则磺化反应过程中碳原子的杂化类型发生改变，A正确； B．由反应历程可知，磺化反应需要苯环电子云密度增大，硝基是吸电子基，会使苯环电子云密度降低，不利于磺化反应的发生，所以相比于苯，硝基苯更难与硫酸发生磺化反应，B正确； C．苯和硝酸反应生成硝基苯，硝基苯中硝基与苯环之间是通过共价键结合，且该共价键比较稳定，在大量水存在的条件下不能像磺酸根那样解离，所以不能脱去硝基生成苯，C不正确； D．甲苯制邻氯甲苯时，引入磺酸基可以占据某些位置，从而防止这些位置被氯取代，之后再脱去磺酸基，可得到邻氯甲苯，D正确； 故选C。 【变式2-2】苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下图所示。下列说法正确的是 A．从中间体到产物，更有利于生成产物I B．生成X为苯的加成产物，生成Y为苯的取代产物 C．苯和M分子中所有碳均为杂化 D．生成Y的过程中，浓增大了反应的活化能 【答案】B 【解析】A．中间体到产物，产物Ⅱ的活化能更小，速率更大，产物Ⅱ能量更低，更稳定，产率更高，所以更有利于生成产物Ⅱ，A错误； B．生成X，苯分子中断裂了一个键，结合了硝基和磺酸基，属于加成反应，生成Y，苯的键没有变，只是一个氢原子被硝基替代，属于取代反应，B正确； C．苯分子中所有碳均为杂化，M分子中有一个碳形成了4个键，属于杂化，C错误； D．生成Y的反应中，硫酸作催化剂，降低了反应的活化能，D错误； 故选B。 【变式2-3】有机物和苯通过反应合成的过程如图所示（无机小分子产物略去）。 下列说法错误的是 A．该反应是取代反应 B．若为烃基，则一定是苯的同系物 C．若为，则有4种同分异构体 D．若为，中所有碳原子可能都共平面 【答案】B 【解析】A．有机物a中的烃基取代苯环的氢原子生成b，为取代反应，故A正确； B．R为烃基，若含有不饱和键，则b和苯的官能团不同，结构不相似，不一定是同系物，故B错误； C．-C4H9有4种，分别为：CH3-CH2-CH2-CH2-、CH3-CH2-CH(CH3)-、(CH3)2CH-CH2-、(CH3)3C-，则a有4种同分异构体，故C正确； D．R为—CH=CH-CH3，则R为平面结构，所有碳原子共面，苯环为平面结构，所有碳原子共面，两平面结构通过单键相连，所有的碳原子可能共平面，故D正确； 故选：B。 题型03 苯的溴化反应 知识积累 苯的溴化反应 （1）实验原理： +Br2+HBr （2）实验现象：三颈烧瓶内反应剧烈，锥形瓶内有 白雾 (HBr遇水蒸气形成)出现，溶液底部有 褐色油状液体出现 ，滴加NaOH溶液后三颈烧瓶中有红褐色沉淀形成。 （3）注意事项 ①应该用 纯溴 ； ②要使用催化剂 FeBr3 ，需加入铁屑； ③锥形瓶中的导管不能插入液面以下， 防止倒吸 ，因HBr极易溶于水。 （4）产品处理(精制溴苯) 【典例3-1】溴苯是一种化工原料，实验室合成溴苯的装置示意图如下所示。在分液漏斗中加入含有无水苯和液态溴的混合物，在烧瓶中加入少量溴化铁。 （1）在该实验中，圆底烧瓶a的容积最适合的是________（填入正确选项前的字母）。 A． B． C． D． （2）向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开 ；圆底烧瓶a中有白色雾状物产生是因为生成了 气体；装置c中碳酸钠溶液的作用是 ；其发生反应的离子方程式是 。 （3）实验过程中，装置b中液体的颜色会逐渐变为 色；产生这一现象的原因是 。 （4）某兴趣小组设计了如图流程提纯制得的粗溴苯。 已知：液溴、苯、溴苯的沸点依次为59℃、80℃、156℃。 a.操作I、II、III用到的主要玻璃仪器是 。 b.操作Ⅳ、V分别是 。 c.加入溶液的目的是除去有机层①中的 。 d.向分出的粗苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。加入氯化钙的目的是 。 e.若水层③中加入溶液后仍然显红色，说明溴化铁未被完全除尽。以简短的文字说明未被除去的溴化铁是否会影响溴苯提纯的纯度？ 。 【答案】（1）B （2）弹簧夹K，并使分液漏斗上口的小孔和塞子上的凹槽正对 HBr 吸收HBr气体，防止污染空气 或 （3）橙红 装置b中的CCl4吸收挥发出来的Br2和苯，Br2溶于CCl4中呈橙红色 （4）分液漏斗 过滤、蒸馏 Br2 除去有机物中残留的水 溴化铁沸点高于溴苯，蒸馏时不会被蒸出，因此不影响溴苯提纯的纯度 【分析】苯和溴单质的混合液置于分液漏斗中，实验开始前先打开弹簧夹K，然后使分液漏斗上口的小孔和塞子上的凹槽正对，向圆底烧瓶中滴入混合液，混合液接触催化剂溴化铁发生反应，生成溴苯和HBr，装置b中盛有四氯化碳可溶解挥发的苯和溴，溶液呈橙红色，装置c中碳酸钠溶液用于吸收HBr，防止污染空气；粗溴苯中含有溴苯、苯、Br2、FeBr3等。粗溴苯水洗后，液体分层，FeBr3易溶于水进入水层，溴易溶于有机物，和苯、溴苯一起进入有机层，分液得水层①和有机层①，操作I为分液，再加入NaOH溶液除去Br2，再次分液，操作Ⅱ也为分液，水层②中主要含有NaBr、NaBrO等，有机层②中含有苯、溴苯等。第二次水洗除去有机层②中可能含有的少量NaOH，分液后得水层③和有机层③。加入无水氯化钙吸水，操作Ⅳ为过滤，得有机层④，其中含有苯和溴苯，最后根据二者沸点不同，利用操作Ⅴ为蒸馏实现分离。水层①中加入KSCN溶液后显红色，只能说明水层①中含有铁离子，但不能说明溴化铁已完全被除尽，以此解答该题。 【解析】（1）圆底烧瓶中的液体体积应介于容积的之间，由题中可知该圆底烧瓶中所加溶液体积为+=19，则圆底烧瓶的容积应介于之间，因此应选50mL圆底烧瓶，故B正确； （2）向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开弹簧夹K，并使分液漏斗上口的小孔和塞子上的凹槽正对，便于混合液顺利流入圆底烧瓶中；苯与液溴反应生成HBr，在烧瓶中会形成酸雾；装置c中碳酸钠溶液的作用是吸收HBr气体，防止污染空气；其发生反应的离子方程式是或； （3）装置b中的CCl4吸收挥发出来的Br2和苯，Br2溶于CCl4中呈橙红色； （4）a．根据分析可知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ用到的主要玻璃仪器是分液漏斗； b．根据分析可知，操作Ⅳ、操作Ⅴ分别是过滤、蒸馏； c．根据分析可知，加入NaOH溶液的目的是除去有机层①中的单质溴； d．加入无水氯化钙目的是除去有机物中残留的水； e．溴化铁沸点高于溴苯，蒸馏时不会被蒸出，因此不影响溴苯提纯的纯度。 【变式3-1】已知：溴苯的沸点为156℃，苯的沸点为80℃。实验室用苯和液溴制取溴苯并验证反应类型的实验装置如图：按以下要求回答问题： （1）冷凝管的进水口为 (填“A”或“B”)；冷凝管的作用： 。 （2）d中盛放的试剂是 ；作用： （3）有同学认为苯与溴的反应为加成反应而不是取代反应，请根据该实验装置特点和实验现象判断反应的类型。 ①反应类型： (填“加成反应”或“取代反应”)； ②叙述得出这一结论的实验现象： 。 （4）分离提纯： ①反应后a瓶中的溴苯中因溶有溴而显褐色，提纯溴苯的过程中，除去溴苯中的溴可加入 溶液，振荡，再通过 (填分离方法)分离提纯； ②苯与溴还可能发生副反应生成对二溴苯(沸点220℃)和邻二溴苯(沸点224℃)，因此最后再经 (填分离方法)即可得到较纯净的溴苯，该过程中为了受热均匀和易于控制温度，可采用 (填“水浴”或“油浴”)加热。 （5）检验鉴别：充分反应后，三颈烧瓶中的粗产品经水洗、分液后得到水洗液，为验证水洗液中是否存在不能选用的试剂是 (填字母)。 A．溶液    B．溶液    C．溶液 【答案】（1）A 冷凝回流 （2）CCl4 吸收挥发出来的溴蒸气 （3）取代反应 e中溶液变红、中出现淡黄色沉淀 （4）NaOH 分液 蒸馏 油浴 （5）B 【分析】苯与液溴在铁作催化剂的条件下发生取代反应，生成溴苯和溴化氢，反应为放热反应，为提高苯的利用率，利用球形干燥管冷凝回流。为验证反应类型，可通过检验产物中是否存在HBr，因此d装置的作用是吸收挥发的Br2，防止干扰HBr的检验。e和f均为HBr检验装置，g为尾气处理装置 【解析】（1）在冷凝时为了使冷却效果好，要保证冷却水充满冷凝管，故冷却水的流向为下进上出，此处冷凝管的作用是导气、冷凝回流，故答案为：A；冷凝回流。 （2）d的作用是吸收挥发出来的溴蒸气且不能吸收溴化氢，溴在有机溶剂中的溶解度大，溴化氢在有机溶剂中的溶解度小，故d可用四氯化碳，故答案为：四氯化碳；吸收挥发出来的溴蒸气； （3）①苯与溴的反应为取代反应，因为生成溴苯同时有溴化氢生成，若为加成反应，则不会有溴化氢生成，因此可通过检测生成了来证明该反应是取代反应而不是加成反应；故答案为：取代反应； ②本实验中若石蕊试液变红，证明有酸生成，硝酸银溶液中有淡黄色沉淀生成，证明有溴离子，从而证明有溴化氢生成，故答案为：e中溶液变红、中出现淡黄色沉淀； （4）①氢氧化钠溶液可与溴单质反应，然后通过分液得到溴苯，故答案为：NaOH；分液。 ②对二溴苯(沸点220℃)和邻二溴苯(沸点224℃)的沸点都高于溴苯(156℃)，且三者互溶，因此应该用蒸馏的方法得到溴苯，溴苯的沸点为156℃，为了受热均匀和易于控制温度，可采用油浴加热，故答案为：蒸馏；油浴。 （5）A．氢氧化钠可与铁离子生成红褐色沉淀，可以检验铁离子； B．水洗液中存在少量溴离子，能与硝酸银生成淡黄色沉淀，无法检验铁离子； C．KSCN能与铁离子生成血红色物质而使溶液变红，可以检验铁离子； 故答案为B。 【变式3-2】实验室常用苯的直接溴代制取溴苯。 I．反应原理：+Br2+HBr 副反应1：+ Br2 +HBr； 副反应2：+ Br2+HBr Ⅱ．实验装置(加热和夹持装置省略)： Ⅲ．实验步骤： 步骤一：向图1装置仪器A中加入7.0mL(6.24g)无水苯和0.2g铁屑、磁力搅拌子，滴液漏斗中加入4.5mL(13.92g)液溴。先向仪器A中滴入少许液溴，反应片刻，开始启动搅拌器，继续缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态。加完液溴后，将烧瓶置于60—70°C水浴中反应10分钟，至不再有溴化氢气体逸出为止。 步骤二：反应物冷却后，用4mL水、2mL10%氢氧化钠溶液、10mL水分别洗涤1~2次。粗产品用无水氯化钙干燥后，利用图2装置进行蒸馏，收集某温度范围内的馏分，得到质量为6.30g的溴苯。 回答下列问题： （1）仪器B的作用是 。 （2）使用液溴时要注意安全。下列给出的试剂中，处理沾到皮肤上的少量液溴能够用到的有 (填序号)。 a．NaOH溶液       b．酒精      c．NaHCO3溶液 （3）实验过程中，要缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态，若滴加速度过快，溴苯产率会降低。除因反应物和生成物挥发导致溴苯产率降低外，还可能的原因是 。 （4）提纯过程中，应先用水洗，再用NaOH溶液进行洗涤。若水洗时未洗涤干净就开始利用NaOH溶液进行洗涤，造成的后果是 。 （5）洗涤过程中下列仪器不需要用到的是 (填仪器名称)。 （6）本实验溴苯产率为 %(保留3位有效数字)；利用图2装置进行蒸馏的过程中，温度计读数在73～85℃、145～160℃、205～228℃三个温度范围内上升缓慢，则收集溴苯对应的温度范围是 。 【答案】（1）冷凝回流易挥发的苯和溴蒸汽，提高原料利用率 （2）bc （3）副产物二溴苯增多 （4）FeBr3与NaOH反应生成Fe(OH)3不利于后续产物的分离 （5）坩埚、球形冷凝管 （6）50.2 145−160℃ 【分析】制取溴苯时，向图1装置仪器A中加入无水苯和铁屑、磁力搅拌子，滴液漏斗中加入液溴。先向仪器A中滴入少许液溴，反应片刻，开始启动搅拌器，继续缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态。加完液溴后，将烧瓶置于60—70°C水浴中让反应发生，至不再有溴化氢气体逸出为止。反应物冷却后，用4mL水(去除FeBr2)、2mL10%氢氧化钠溶液(去除未反应的溴)、10mL水(去除NaOH)分别洗涤1~2次。粗产品用无水氯化钙干燥后进行蒸馏，收集某温度范围内的馏分即为溴苯。 【解析】（1）仪器B是球形冷凝管，用于冷凝反应物的蒸汽，其作用是：冷凝回流易挥发的苯和溴蒸汽，提高原料利用率。 （2）a．NaOH溶液虽然能吸收液溴，但对皮肤有强烈的腐蚀性，不能用于处理皮肤表面的液溴，a不符合题意； b．酒精能溶解液溴，可处理皮肤表面的液溴，b符合题意； c．NaHCO3溶液具有弱碱性，能吸收液溴，且对皮肤不会造成伤害，c符合题意； 故选bc。 （3）实验过程中，要缓慢滴入液溴，使溶液呈微沸状态，若滴加速度过快，则溶液温度升高过快，会导致副反应的发生，从而使溴苯产率降低。除因反应物和生成物挥发导致溴苯产率降低外，还可能的原因是：副产物二溴苯增多。 （4）若水洗时未洗涤干净就开始利用NaOH溶液进行洗涤，会与FeBr3反应，则造成的后果是：FeBr3与NaOH反应生成Fe(OH)3不利于后续产物的分离。 （5）洗涤过程中需对混合物进行分液，需要使用分液漏斗、烧杯等，不需使用坩埚、球形干燥管，则下列仪器不需要用到的是坩埚、球形冷凝管。 （6）本实验中，苯的物质的量为=0.08mol，液溴的物质的量为=0.087mol，液溴过量，应使用苯进行计算，则生成溴苯的质量为0.08mol×157g/mol=12.56g，溴苯产率为≈50.2%；利用图2装置进行蒸馏的过程中，温度计读数在73～85℃时主要收集苯、145～160℃主要收集溴苯、205～228℃时主要收集二溴苯，则收集溴苯对应的温度范围是145−160℃。 【点睛】纯净的溴苯为无色液体，因溶解了溴而呈褐色。 题型04 苯的硝化反应 知识积累 （1）实验原理 +HNO3+H2O （2）实验现象：将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有黄色油状物质(溶有NO2)生成，然后用NaOH(5%)溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤后得无色油状、有苦杏仁味、密度比水大的液体。 （3）注意事项 ①试剂添加顺序：浓硝酸 + 浓硫酸 + 苯 ②浓硫酸的作用是 催化剂 、 吸水剂 ③必须用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度 说明：精制硝基苯的流程同上述精制溴苯的流程。 【典例4-1】浓硝酸与浓硫酸的混酸是常用的有机硝化试剂。苯硝化机理如下所示： 第一步： 第二步： 第三步：…… （1）简述配制浓硝酸与浓硫酸的混酸的实验操作： 。 （2）苯的硝化反应常采用水浴加热，其优势是 、 。 （3）硝化过程第一步中转化为体现了_______。 A．氧化性 B．还原性 C．酸性 D．碱性 （4）硝化过程第三步反应式为 。 【答案】（1）将浓硫酸沿烧杯壁缓慢倒入浓硝酸中，边倒边用玻璃棒搅拌 （2）受热均匀 便于控温 （3）D （4） 【解析】（1）配制混合溶液要将密度大的溶液注入到密度小的溶液中，便于放热和混合均匀。配制浓硝酸与浓硫酸的混酸的实验操作：将浓硫酸沿烧杯壁缓慢倒入浓硝酸中，边倒边用玻璃棒搅拌； （2）苯的硝化反应常采用水浴加热，其优势是：受热均匀、便于控温； （3）硫酸转化为了，提现了酸性，硝化过程第一步中失去转化为，提现了碱性，答案选D； （4）苯的硝化反应总方程式为：，用总反应与机理第一步、第二步方程式作差，就可得机理第三步：。 【变式4-1】在一定条件下，苯与浓和浓混合物的反应机理和能量变化如图所示： 下列说法错误的是 A．反应②为决速步骤 B．反应①的化学方程式为 C．反应过程中碳原子的杂化方式保持不变 D．该条件下，为主产物 【答案】C 【解析】A．由反应机理图可知，反应②的活化能最大，反应速率最慢，为决速步骤，A正确； B．由元素守恒和电荷守恒可知，反应①的化学方程式为，B正确； C．由图可知，苯环中碳原子为杂化，中间产物与硝基相连的碳原子为杂化，饱和碳原子为杂化，C错误； D．由反应历程可知，反应③的活化能低于反应④，且的稳定性大于，故反应③为主反应，为主产物，D正确； 故答案为：C。 【变式4-2】分析以下反应，下列推论不正确的是 ① ② 产物物质的量分数依次为58%、4%、38%。 ③ 产物物质的量分数依次为6%、93%、1%。 A．甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化 B．甲基为吸电子基、硝基为推电子基，对苯环产生不同影响 C．甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代 D．硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代 【答案】B 【解析】A．根据反应需要的温度可知，甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化，故A正确； B．甲基为推电子基、硝基为吸电子基，对苯环产生不同影响，故B错误； C．甲苯发生硝化反应时，产物的量最少，以 和为主，说明甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代，故C正确； D．硝基苯发生硝化反应时，产物、的量很少，主要生成，说明硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代，故D正确； 故答案为：B。 【变式4-3】下列反应中前者属于取代反应，后者属于加成反应的是 A．甲烷在空气中燃烧；乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．苯滴入浓硝酸和浓硫酸的混合液中共热；乙炔与水生成乙醛 C．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应；苯与氢气在一定条件下反应生成环己烷 D．在溴水中滴入苯，振荡后溴水褪色；乙烯生成聚乙烯 【答案】B 【解析】A．甲烷在空气中燃烧为氧化反应，酸性高锰酸钾溶液使乙炔为氧化反应，A项不符合题意； B．苯滴入浓硝酸和浓硫酸的混合液中共热发生取代反应产生硝基苯和水，乙炔与水生成乙醛是加成反应，B符合题意； C．乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成1,2－二溴乙烷，苯与氢气发生加成反应生成环己烷，C项不符合题意； D．在溴水中滴入苯，由于溴单质在苯中溶解度比在水中的大，水与苯互不相溶，因此振荡后看到溴水褪色，该过程中苯萃取了溴水中的溴单质，没有发生化学反应，是物理过程，乙烯发生加聚反应生成聚乙烯，D项不符合题意； 故选B。 题型05 苯同系物的特点 知识积累 苯的同系物的组成和结构特点 1．芳香烃 （1）概念：芳香烃是分子里含有一个或多个苯环的烃。 （2）芳香烃的来源 芳香烃最初来源于煤焦油中，现代工业生产中芳香烃主要来源于石油化学工业中的 催化重整 和 裂化 。 2．苯的同系物的组成和结构特点 （1）苯的同系物是指只含有 一个苯环 ，且侧链均为 烷基 的芳香烃。 （2）苯的同系物的通式：CnH2n-6(n≥7)。如甲苯()、乙苯()、对二甲苯()等。 【典例5-1】实验室以甲苯和为原料制备苯甲醛的主要流程如图。下列说法错误的是 A．操作I为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 B．操作Ⅲ使用的玻璃仪器中有直形冷凝管 C．操作I、II、III均利用物理性质进行物质分离 D．可循环利用的物质有硫酸和甲苯 【答案】A 【分析】由题给流程可知，甲苯与稀硫酸、三氧化二锰发生氧化反应生成苯甲醛，操作Ⅰ过滤得到硫酸锰晶体，操作Ⅱ分液得到含有硫酸的水相和含有苯甲醛的有机相，操作Ⅲ有机相经蒸馏得到甲苯和苯甲醛。 【解析】A．操作I得到MnSO4晶体和滤液，操作I为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，A错误； B．操作Ⅲ蒸馏得到甲苯和苯甲醛，使用的玻璃仪器中有直形冷凝管，B正确； C．由分析可知，操作I是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，操作II是分液，操作III是蒸馏，均利用物理性质进行物质分离，C正确； D．操作II得到的水相中含有硫酸，操作III蒸馏得到甲苯，可在氧化流程中循环利用，D正确； 故选A。 【变式5-1】“闭链烃”又称“环烃”。分子中有环状结构的烃，分脂环烃和芳香烃两类。回答下列问题： A．    B．    C．    D．E．    F． （1）上述物质的芳香烃中属于苯的同系物的是： 。 （2）G是高分子化合物，可由B合成，写出B→G的化学方程式 。 （3）鉴别A和F可以使用的试剂是 。 （4）下列关于烃说法正确的是___________。 A．沸点：2，2-二甲基戊烷 > 正戊烷 > 新戊烷 > 2，3-二甲基丁烷 > 丙烷 B．甲苯与液溴在溴化铁催化作用下生成的一取代产物主要有：、 C．分子的同分异构体中属于烯烃的有5种(包含立体异构) D．同质量的物质燃烧耗O2量：甲烷 > 乙烷 > 乙烯 > 丙炔 > 甲苯 > 乙炔 （5）已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，如图结构简式所示的烃，下列说法中错误的是___________。 A．分子中处于同一直线上碳原子有6个 B．分子中最多有14个碳原子处于同一平面 C．该烃苯环上的一氯代物共有4种 D．该烃能发生加成反应和氧化反应 【答案】（1）AD （2） （3）溴水或溴的四氯化碳溶液 （4）BD （5）C 【解析】（1）同系物是指结构相似、分子组成相差若干个“CH2”原子团的有机化合物；上述物质的芳香烃中属于苯的同系物的是：AD； （2） B是苯乙烯含碳碳双键可发生加聚反应，方程式为 。 （3）A中无碳碳双键，F中含有碳碳双键，则鉴别A和F可以使用的试剂是溴水或溴的四氯化碳溶液，能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色的是F； （4）A．烷烃相对分子质量越大沸点越高；相同碳原子数，烷烃支链越多沸点越低，故沸点：2，2-二甲基戊烷>2，3-二甲基丁烷>正戊烷>新戊烷>丙烷，A错误；   B．甲苯与液溴在溴化铁催化作用下生成的一取代产物主要为邻、对位的氢被取代产物：、，B正确；   C．分子的同分异构体中属于烯烃的有6种，C错误；    D．等质量的烃完全燃烧时，H的质量分数越大，耗去O2的量越多；则同质量的物质燃烧耗O2量：甲烷>乙烷>乙烯>丙炔>甲苯>乙炔，D正确； 故选BD。 （5）A．苯环对位的原子共线，则分子中处于同一直线上碳原子有6个，A正确； B．苯环直接相连的原子共面，单键可以旋转，则分子中最多有14个碳原子处于同一平面，B正确； C．该烃苯环上有2种氢，则苯环上一氯代物共有2种，C错误； D．该烃能燃烧发生氧化反应，含苯环能发生加成反应，D正确； 故选C。 【变式5-2】 甲苯()是一种重要的化工原料，能用于生产苯甲醛()、苯甲酸( )等产品。下表列出了有关物质的部分物理性质，请回答： 名称 性状 熔点(℃) 沸点(℃) 相对密度() 溶解性 水 乙醇 甲苯 无色液体易燃易挥发 -95 110.6 0.8660 不溶 互溶 苯甲醛 无色液体 -26 179 1.0440 微溶 互溶 苯甲酸 白色片状或针状晶体 122.1 249 1.2659 微溶 易溶 注：甲苯、苯甲醛、苯甲酸三者互溶。 实验室可用如图装置模拟制备苯甲醛。实验时先在三颈瓶中加入0.5g固态难溶性催化剂，再加入15mL冰醋酸(作为溶剂)和2mL甲苯，搅拌升温至70℃，同时缓慢加入12mL过氧化氢，在此温度下搅拌反应3小时。 （1）装置a的名称是 ，主要作用是 。 （2）为使反应体系受热比较均匀，可采用的加热方式是 ；三颈瓶中发生反应的化学方程式为 。 （3）经测定反应温度升高时，甲苯的转化率逐渐增大，但温度过高时，苯甲醛的产量却有所减少，可能的原因是 。 （4）反应完毕后，反应混合液经过自然冷却至室温时，还应经过滤、 (填操作名称)等操作，才能得到苯甲醛粗产品。 （5）实验中加入过量过氧化氢且反应时间较长，会使苯甲醛产品中产生较多的苯甲酸。若想从混有苯甲酸的苯甲醛中分离出苯甲酸，正确的操作步骤是 (按步骤顺序填字母)。 a．对混合液进行分液 b．过滤、洗涤、干燥 c．水层中加入盐酸调节pH=2 d．加入适量碳酸氢钠溶液混合振荡 【答案】（1）球形冷凝管 冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率 （2）水浴 +2H2O2+3H2O （3）H2O2在较高温度时分解速度加快，使实际参加反应的H2O2减少，影响产量 （4）蒸馏 （5）dacb 【分析】根据甲苯、苯甲醛、苯甲酸的性质结合实验目的、以及过氧化氢受热容易分解分析解答。 【解析】（1）根据图示，装置a为球形冷凝管，甲苯挥发会导致产率降低，通过球形冷凝管冷凝回流，可以防止甲苯挥发导致产率降低，故答案为：球形冷凝管；冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率； （2）为使反应体系受热比较均匀，可采用水浴加热；三颈瓶中甲苯被过氧化氢氧化生成苯甲醛，同时生成水，反应的化学方程式为+2H2O2+3H2O，故答案为：水浴；+2H2O2+3H2O； （3）经测定反应温度升高时，甲苯的转化率逐渐增大，但温度过高时，过氧化氢分解速度加快，实际参加反应的过氧化氢减小，苯甲醛的产量也会有所减少，故答案为：H2O2在较高温度时分解速度加快，使实际参加反应的H2O2减少，影响产量； （4）反应完毕后，反应混合液经过自然冷却至室温时，先过滤分离出固体催化剂，再利用蒸馏的方法分离出苯甲酸，故答案为：蒸馏； （5）从混有苯甲酸的苯甲醛中分离出苯甲酸，先使混合液与碳酸氢钠反应生成苯甲酸钠，再分液分离出苯甲醛，再在水层中加入盐酸调节pH=2，反应得到苯甲酸晶体，最后过滤分离得到苯甲酸，再洗涤、干燥得到苯甲酸，故操作步骤为dacb，故答案为：dacb。 【变式5-3】按要求回答下列问题： （1）用系统命名法命名 的名称为 。 （2）某芳香烃结构为，它一氯代物有 种。 （3）分子式为的芳香烃，苯环上的一氯代物只有一种，该芳香烃的结构简式是 。 【答案】（1） 1，2，4-三甲基苯 （2）4 （3） 【解析】（1）的甲基在1、2、4号碳上，系统命名为：1，2，4-三甲基苯。 （2）某芳香烃结构为，该结构是对称的，含有4种环境的H原子，它一氯代物有4种。 （3）苯环上的一溴取代物只有一种，说明苯环上只有一种氢原子，则2个碳原子不可能是形成1个乙基，只能是2个甲基，且处于对角位置，其结构简式为。 题型06 苯同系物的化学性质 知识积累 （1）氧化反应： ①可燃性： CnH2n-6+O2nCO2+(n-3)H2O ②如果苯环侧链直接相连接的碳原子上连接有氢原子，该苯的同系物可使酸性高锰酸钾溶液褪色。 应用：区别苯和苯的同系物。 （2）取代反应 ①卤代反应： 苯的同系物在卤化铁作催化剂时，苯环上与侧链邻位或对位的氢原子被卤原子取代，如甲苯与Br2反应： +Br2(或)+HBr 苯的同系物在光照或加热条件下时，苯环侧链上的氢原子被卤原子取代，如甲苯与Cl2反应： +Cl2 ②硝化反应： +3HNO3+3H2O　 三硝基甲苯是一种黄色烈性炸药，俗称TNT，常用于国防和民用爆破。 （3）加成反应：甲苯与氢气的加成反应为： +3H2 【典例6-1】如图是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是 A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．反应②的现象是火焰明亮并伴有浓烟 C．反应③为取代反应，反应条件是50～60 ℃ D．反应④是1 mol甲苯与1 mol H2发生加成反应 【答案】B 【解析】A．在光照条件下氯气与甲苯发生取代反应，取代的是甲基上的H原子，在催化剂条件下，取代苯环上的H原子，A错误； B．由于甲苯分子中含碳量比较高，故甲苯燃烧时，燃烧不充分有浓烟，所以燃烧现象为火焰明亮并伴有浓烟，B正确； C．甲苯与浓硝酸在浓硫酸作催化剂、50～60 ℃条件下发生取代反应生成三硝基甲苯，C错误； D．反应④是1 mol甲苯与 3 mol H2发生加成反应，D错误； 故选B。 【变式6-1】氧化反应 （1）可燃性：均产生明亮火焰，冒浓黑烟 ①苯：2C6H6+15O212CO2+6H2O ②苯的同系物：CnH2n-6+O2CO2+(n-3)H2O （2）KMnO4（H+）：（区分烷烃与烯烃、烷烃与炔烃） ①苯：不 。 ②苯的同系物：侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有 ，褪色。 。 。 。 【答案】 褪色 氢原子 【变式6-2】一定条件下，利用如图所示装置实现的电化学储氢(忽略其它有机物的反应)。 ①写出由生城的电极反应式： 。 ②该装置的电流效率η= (η= ×100%) 【答案】 +6e-+6H+= 64.3% 【解析】由图可知，生成的电极反应在酸性条件下发生的，因此反应为：+6e-+6H+=，有2.8mol氧气生成（转移11.2mol电子）时同时生成了2molH2（转移4mol电子）由此可知其中只有7.2mol电子用于生成，因此该装置的电流效率η=7.2mol÷11.2mol=64.3%。 【变式6-3】完成下列反应方程式 ①苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液共热的化学方程式为 。 ②1，3-丁二烯与氯气发生1，4加成的化学方程式为 。 ③甲苯→三硝基甲苯：化学方程式 ，反应类型 。 【答案】+HNO3 +H2O CH2=CH-CH=CH2＋Cl2 CH2ClCH=CHCH2Cl +3HNO3 +3H2O 取代反应 【解析】①苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液共热发生取代反应生成硝基苯，化学方程式为：+HNO3 +H2O； ②1，3-丁二烯与氯气发生1，4加成CH2ClCH=CHCH2Cl，化学方程式为：CH2=CH-CH=CH2＋Cl2 CH2ClCH=CHCH2Cl； ③甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液共热发生取代反应生成三硝基甲苯，化学方程式为： +3HNO3 +3H2O。 【变式6-4】精细化学品Z是X与反应的主产物，X→Z的反应机理如下： 下列说法不正确的是 A．X与互为顺反异构体 B．X能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．X与HBr反应有副产物生成 D．Z分子中含有2个手性碳原子 【答案】D 【解析】 A．X与互为异构体，两种结构以碳碳双键为轴形成顺反异构，A正确； B．X分子结构中存在碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B正确； C．X与HBr反应，有两种加成方式，溴原子连接在不同双键碳原子上：、　，C正确； D．Z分子中含有1个手性碳原子：，D错误； 故选D。 题型07 芳香烃的同分异构体 【典例7-1】苯的同系物中，有的侧链能被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成芳香酸，反应如下： （1）现有苯的同系物甲、乙，分子式都是。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸，它的结构简式是 ；乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为的芳香酸，则乙可能的结构有 种。 （2）有机物丙也是苯的同系物，分子式也是，它的苯环上的一溴代物只有一种，试写出丙所有可能的结构简式： 。 【答案】 （1） 9 (2) 、、、 【解析】（5）根据给出的信息可知，和苯环直接相连的碳原子上有氢原子，则此烃基可以被酸性高锰酸钾溶液氧化为一个羧基。现有苯的同系物甲、乙，分子式都是。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸，则甲分子中和苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，则甲的结构简式是；乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为的芳香酸，说明乙的苯环上有两个取代基，而且和苯环直接相连的碳原子上有氢原子，则乙分子中苯环上的两个取代基可能是两个乙基，或一个甲基和一个丙基，或一个甲基和一个异丙基，都有邻、间、对三种不同位置，所以乙的可能的结构有9种。 （6）有机物丙也是苯的同系物，分子式也是，它的苯环上的一溴代物只有一种，若苯环上有两个取代基，只可能在对位上各有一个乙基，即；若有三个取代基，苯环上的一溴代物不可能只有一种；若有四个取代基，即四个甲基，连在苯环上的位置有三种，即、、。 【变式7-1】下列各物质与麻黄素(F)互为同分异构体的是 (填字母，下同)，与麻黄素(F)互为同系物的是 。 A．                        B． C．                D． E．                     F．麻黄素 () 【答案】 DE C （4）同分异构体是物质的分子式相同，结构不同的化合物。在题目已知物质中，D．E．与F分子式相同，结构不同，互为同分异构体，则互为同分异构体的物质选项是DE；同系物是物质分子结构相似，在分子组成上相差1个或几个CH2原子团化合物。在上述物质中，与F互为同系物的物质是C。 【变式7-2】已知(为氢原子或烷基)。有机化合物M()可被酸性溶液氧化为，则符合条件的有机化合物M的结构共有 A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【答案】B 【解析】 有机化合物中，与苯环直接相连的碳原子上至少有一个氢原子才能被酸性高锰酸钾溶液氧化生成苯甲酸，则符合条件的有机化合物M的结构有、、，共3种； 故答案选B。 【变式7-3】某苯的同系物分子式为C11H16，经分析分子中除苯环结构外，不再含有其他环状结构，还有两个－CH3，两个－CH2－和一个，它可能的结构数目是 A．4 B．5 C．6 D．7 【答案】A 【解析】C11H16不饱和度为＝4，C11H16分子中除苯环外不含其它环状结构，苯环的不饱和度为4，所以，含有1个苯环，侧链为烷基；C11H16分子中存在一个，由于C11H16中含两个甲基，所以满足条件的结构中只有一个侧链。化学式为C11H16的烃结构，分子中含两个甲基，两个－CH2－和一个，1个苯环的同分异构体有：、、、，共4种； 答案选A。 题型08 芳香烃的综合题型 【典例8-1】以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如下图所示，下列说法正确的是 A．电解结束后，阴极区溶液pH不变 B．电解时的阳极反应为： 2Cr3+ + 6e−+ 7H2O = + 14H+ C．1.5mol甲苯氧化为0.75mol苯甲醛和0.75mol苯甲酸时，共消耗1.2 mol D．甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离 【答案】A 【分析】由图可知，左侧铂电极为阳极，水分子作用下铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子和氢离子，电极反应式为2Cr3+ —6e—+ 7H2O = + 14H+，放电生成的重铬酸根离子与甲苯在酸性条件下反应生成苯甲醛或苯甲酸，反应的离子方程式为3C6H5-CH3+2+16H+3C6H5-CHO +4Cr3++11H2O， C6H5-CH3++8H+C6H5-COOH +2Cr3++5H2O；右侧铂电极为电解池的阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H++2e—=H2↑，电解时，氢离子通过质子交换膜由阳极区进入阴极区。 【解析】A．由分析可知，右侧铂电极为电解池的阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H++2e—=H2↑，电解时，氢离子通过质子交换膜由阳极区进入阴极区，放电消耗氢离子的物质的量与由阳极区移向阴极区的氢离子物质的量相等，所以电解结束后，阴极区溶液pH不变，故A正确； B．由分析可知，左侧铂电极为阳极，铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子和氢离子，电极反应式为2Cr3+ —6e—+ 7H2O = + 14H+，故B错误； C．由得失电子数目守恒可知，1.5mol甲苯氧化为0.75mol苯甲醛和0.75mol苯甲酸时，共消耗重铬酸根离子的物质的量为=1.25mol，故C错误； D．甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物是互溶的液体，不可以通过分液的方法分离，故D错误； 故选A。 【变式8-1】科学家实现了Rh（铑）催化苯乙烯的不对称氢硒化反应（如图），下列叙述错误的是 已知：Ar—为芳香烃基，R—为烃基。 A．化合物III中含配位键 B．总反应的原子利用率为 C．上述循环过程中，Rh形成的共价键数目不变 D．III→IV中，断裂铑氢键，形成了碳氢键 【答案】C 【解析】A．由图可知，化合物III中铑与配位原子形成配位键，故A正确； B．由图可知，该历程的总反应是苯乙烯和RSeH发生加成反应生成有机物3，原子利用率100%，故B正确； C．由图可知，在Ⅰ和Ⅴ中Rh形成3个化学键，在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中Rh形成4个化学键，故C错误； D．由图可知，III→IV中，断裂铑氢键，形成了碳氢键，故D正确； 故选C。 【变式8-2】具有美白功效的某化妆品的主要成分的合成方法如图所示，下列分析正确的是 A．1molX与足量溴水反应消耗 B．该反应为加成反应 C．X与Y的核磁共振氢谱中峰数目相同 D．分子中共平面的碳原子数最多为14 【答案】B 【解析】A．1molX与足量溴水反应消耗，苯环不与溴水反应，A项错误； B．X与Y生成Z的反应为加成反应，B项正确； C．X分子中存在5种处于不同化学环境的氢原子，Y分子中存在4种处于不同化学环境的氢原子，X与Y的核磁共振氢谱中峰数目不相同，C项错误； D．Z分子中连接2个苯环和1个甲基的碳原子为杂化饱和碳原子，说明存在四面体空间结构，所有碳原子不可能共平面，共平面的碳原子数最多为13，D项错误； 答案选B。 【变式8-3】在催化剂作用下，还原制备烃的原理如图。下列叙述错误的是 A．甲和乙互为同系物，丙、丁、戊互为同系物 B．合成甲和乙的催化剂所含元素中第一电离能最大的是Fe C．上述有机物中有4种能使酸性溶液褪色 D．丁、戊的二氯代物分别有10种和7种 【答案】B 【解析】A．同系物是指结构相似、分子组成相差一个或若干个CH2原子团的同一类物质，因此甲和乙都是烯烃，互为同系物，丙、丁、戊都是芳香烃，互为同系物，故A正确； B．Na价电子排布为3s1，容易失去一个电子后形成稳定的8电子构型；Zn价电子排布为3d104s2，为稳定构型，不易失去电子，电离能较高；Fe价电子排布为3d64s2，d轨道容易失去1个电子得到半满稳定结构，因此Zn第一电离能最大，故B错误； C．上述有机物中烯烃和苯的同系物能使酸性高锰酸钾褪色，而苯不能使酸性高锰酸钾褪色，因此4种有机物能使酸性高锰酸钾褪色，故C正确； D．采用定一移一的方法，甲苯的二氯代物有、、，共计10种，对二甲苯的二氯代物有、，共计7种，故D正确； 故选B。 【变式8-4】有机物种类繁多，性质多样。已知有下列8种物质，回答下列问题： ①   ②   ③   ④ ⑤   ⑥   ⑦   ⑧ （1）与①互为同系物的是 (填标号)；写出①与混酸(浓硫酸与浓硝酸的混合物)共热反应制炸药的化学方程式： ，该反应的反应类型为 。 （2）②的系统名称为 。 （3）聚苯乙烯用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、电线电缆、日用品等。写出在一定条件下，由③制备聚苯乙烯的化学方程式： 。 （4）④中含氧官能团的名称为 。 （5）⑥的核磁共振氢谱有 组峰，峰面积之比为 。 （6）⑦中共面的原子最多有 个。 （7）下列表示⑧的空间填充模型的为 (填标号)。 a．        b．        c． 【答案】（1）⑤ 取代反应 （2）三甲基戊烷 （3） （4）羟基、醛基、羧基 （5）3 （6）24 （7）b 【解析】（1）⑤与①均为芳香烃，结构相似，分子组成相差3个CH2，互为同系物；①与混酸(浓硫酸与浓硝酸的混合物)共热发生硝化反应制炸药的化学方程式：；该反应的反应类型为取代反应； （2）②的主链上有5个C，三个甲基做取代基，系统名称为：三甲基戊烷； （3）由③制备聚苯乙烯的化学方程式：； （4）中含氧官能团的名称为羟基、醛基、羧基； （5）的等效氢有3种，核磁共振氢谱有3组峰，峰面积之比为3：3：6=； （6）中苯环是12原子共面，碳碳单键可旋转，甲基上只有一个氢可以与苯环共面，故共面的原子最多有24个； （7）是直线形，且碳原子半径大于氢原子，故选b。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$