1.3.3 苯、苯的同系物及其性质-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第3课时　苯、苯的同系物及其性质 [核心素养发展目标]　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.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。3.掌握苯的同系物的性质，了解有机反应类型与分子结构特点的关系。 一、芳香烃　苯的同系物命名 1．芳香烃 (1)概念：分子中含有苯环的烃。 (2)分类 ①苯及其同系物：苯是最简单的芳香烃。苯环上的氢原子被烷基取代后的产物，称为苯的同系物，通式为CnH2n－6(n≥7)。如、等。 ②多环芳烃：分子中有多个苯环的芳香烃。如联苯()、蒽()等，其中通过两个或多个苯环的并合而形成的芳香烃称为稠环芳烃，如蒽()等。 2．苯的同系物命名 苯的同系物以苯为母体来命名。 (1)习惯命名法 如称为甲苯，称为乙苯。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) 将苯环上的6个碳原子编号，可以以某个甲基所在的碳原子的位置为1号，选取最小位次号给另一个甲基编号。 称为1,2-二甲苯； 称为1,3-二甲苯； 称为1,4-二甲苯。 (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)、都是苯的同系物(　　) (3)的名称是异丙苯(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√ 1．苯有多种同系物，其中一种结构简式为，则它的名称为(　　) A．2,4-二甲基-3-乙基苯 B．1,3-二甲基-2-乙基苯 C．1,5-二甲基-6-乙基苯 D．2-乙基-1,3-二甲基苯 答案　B 解析　苯的同系物命名时，将苯环上的碳原子进行编号，编号时从简单取代基开始，并且沿使取代基位次和较小的方向进行，，因此命名为1,3-二甲基-2-乙基苯。 2．现有下列六种物质： ①　②　③ ④　⑤ ⑥ (1)不属于芳香族化合物的是________________________________________________(填序号，下同)。 (2)属于芳香烃的是________________________________________________________。 (3)属于苯的同系物的是____________________________________________________。 (4)属于多环芳烃的是______________________________________________________。 (5)属于稠环芳烃的是______________________________________________________。 答案　(1)④　(2)②③⑤　(3)③　(4)②⑤　(5)②⑤ 芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系 二、苯及其同系物的性质 1．苯及其同系物的物理性质 (1)苯的物理性质 颜色 状态 密度、溶解性 毒性 熔、沸点 挥发性 无色 液体 不溶于水且 密度比水小 有毒 较低 易挥发 (2)苯的同系物的物理性质 一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。 2．苯及其同系物的化学性质 (1)氧化反应 ①燃烧 苯及其同系物都能燃烧，燃烧时火焰明亮，伴有浓烟。完全燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。 ②与酸性KMnO4溶液反应 苯与酸性KMnO4溶液不反应，但苯的同系物中，侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子时，侧链烃基可被酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基。如： ； 。 (2)取代反应 ①与卤素单质(Cl2、Br2) ＋Br2＋HBr； ②与硝酸 ＋HNO3＋H2O； ＋3HNO3 ＋3H2O。 ③与浓硫酸 ＋H2SO4(浓)＋H2O。 特别提醒　①纯净的溴苯()是一种无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。 ②纯净的硝基苯()是一种无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 ③苯磺酸()易溶于水，是一元强酸，可以看作硫酸分子里的一个羟基被苯环取代的产物。 (3)加成反应(与H2) ①苯：＋3H2。 ②甲苯：＋3H2。 (1)苯因含碳量高，燃烧时火焰明亮，带有浓烟(　　) (2)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色(　　) (3)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(　　) (4)苯在一定条件下可以和氢气发生加成反应，说明苯中含有碳碳双键(　　) (5)除去溴苯中的溴可采用加氢氧化钠溶液分液的方法(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 1．下列有关甲苯的实验事实中，与苯环上的甲基有关(或受到影响)的是(　　) ①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯 ②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能 ③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰 ④1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应 A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 答案　C 解析　由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳原子的邻、对位碳原子上的氢原子变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。 2．(2023·上海闵行高二检测)甲苯的转化关系如图所示(部分产物未标出)。下列说法正确的是(　　) A．反应①的主要产物是 B．反应②说明甲基使苯环上的氢原子易被取代 C．反应③的两种物质刚混合时分层，上层呈紫红色 D．反应④的产物的一氯取代物有4种(不考虑立体异构) 答案　B 解析　由图可知，反应①条件为光照下进行取代，氯原子取代甲基上的氢原子，A错误；甲苯的密度小于高锰酸钾溶液，刚混合时分层，下层呈紫红色，C错误；由图可知，反应④的产物为甲基环己烷，含有5种等效氢，即一氯取代物有5种，D错误。 苯与苯的同系物的异同及原因 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都符合分子通式CnH2n－6(n≥6) 化学性质 ①燃烧时现象相同，火焰明亮，伴有浓烟；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，能使酸性KMnO4溶液褪色(侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子) 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 题组一　芳香烃的分类及命名 1．下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是(　　) ①　② ③　④ ⑤　⑥ A．③④ B．②⑤ C．①②⑤⑥ D．②③④⑤⑥ 答案　B 解析　和含有一个苯环，侧链为烷基，属于苯的同系物；和尽管都含有一个苯环，但它们都含有除碳、氢外的其他元素，不属于芳香烃；含有碳碳双键，属于芳香烃，但不是苯的同系物；含有两个苯环，属于芳香烃，但不是苯的同系物。 2．(2023·苏州高二检测)下列苯的同系物的名称不正确的是(　　) A．对二甲苯 B．乙苯 C．1,2,3-三甲苯 D．1,3,4-三甲苯 答案　D 解析　的甲基在1、2、4号碳原子上，命名为1,2,4-三甲苯，故D错误。 3．萘环的碳原子的编号如图(Ⅰ)，根据系统命名法，图(Ⅱ)化合物可称为2-硝基萘，则图(Ⅲ)化合物的名称应为(　　) 　　 (Ⅰ)　　　(Ⅱ)　　　　　　 (Ⅲ) A．2,6-二甲基萘 B．1,4-二甲基萘 C．4,7-二甲基萘 D．1,6-二甲基萘 答案　D 解析　从(Ⅰ)、(Ⅱ)知，在(Ⅰ)中的1、4、5、8位等同，都可作为1号位，而另一苯环上与1号位对称的位置为8号位。(Ⅲ)中，若把下部连接甲基的碳定为1号位，则位次和“1＋6＝7”；若把右上部连接甲基的碳定为2号位，则位次和为“2＋5＝7”；两个位次和相等，显然，选项中只有D项符合。 题组二　苯及其同系物的同分异构体 4．(2023·安徽芜湖一中高二期中)邻二甲苯是一种重要的有机溶剂。下列关于该物质的说法不正确的是(　　) A．在光照条件下与Cl2发生反应，得到的一氯代物只有一种 B．在Fe做催化剂的条件下与液溴在常温下即可反应 C．该物质属于芳香族化合物的同分异构体有2种 D．密度小于水 答案　C 解析　邻二甲苯侧链只有1类氢原子，则光照条件下，邻二甲苯与氯气发生取代反应生成的一氯代物只有1种，故A正确；铁做催化剂条件下，邻二甲苯能与液溴在常温下发生取代反应，溴原子取代苯环上的氢原子生成溴代烃，故B正确；邻二甲苯属于芳香族化合物的同分异构体有对二甲苯、间二甲苯和乙苯， 共3种，故C错误；邻二甲苯是密度小于水的芳香烃，故D正确。 5．有机物的一氯代物共有(　　) A．3种 B．4种 C．5种 D．7种 答案　C 6．(2022·天津外国语学校期中)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KMnO4溶液氧化，通常被氧化为羧基。分子式为C11H16且苯环上只有一个取代基的芳香烃可被酸性KMnO4溶液氧化的有(不考虑立体异构)(　　) A．5种 B．6种 C．7种 D．8种 答案　C 解析　由题意可知，符合条件的有机物的苯环上只有一个侧链，且侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，共有7种，分别是、、、、、、。 题组三　苯及其同系物的性质 7．苯可发生如图所示反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应①为取代反应，所得有机产物密度比水小 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物是一种芳香族化合物 D．反应④中1 mol 苯最多与3 mol H2在加热、催化剂作用下发生加成反应 答案　A 解析　苯与液溴在Fe作用下发生取代反应生成溴苯和HBr，溴苯的密度大于水，A错误；苯的含碳量高，燃烧时发出明亮火焰并伴有浓重的黑烟，B正确；反应③为取代反应，苯与浓硝酸在50～60 ℃、浓硫酸作催化剂的条件下反应生成硝基苯和水，硝基苯属于芳香族化合物，C正确。 8.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．该物质的一氯代物有4种 C．该物质的分子式为C12H11 D．在Fe作催化剂时，该物质可以和溴水发生取代反应 答案　B 解析　A项，该物质中含有两个苯环，不属于苯的同系物，错误；B项，该物质分子结构对称，其一氯代物有4种()，正确；C项，由该物质的分子结构可知，其分子式为C12H12，错误；D项，在Fe作催化剂时，该物质可以和液溴发生取代反应，而不是溴水，错误。 9．下列对有机物结构或性质的描述，错误的是(　　) A．一定条件下，Cl2可与甲苯发生苯环上的取代反应 B．乙烷和丙烯的物质的量共1 mol，完全燃烧生成3 mol H2O C．光照条件下，2,2-二甲基丙烷与Br2反应，其一溴代物只有一种 D．苯的二氯代物有3种，说明苯分子是由6个碳原子以单双键交替结合而形成的六元环状结构 答案　D 解析　Cl2在催化剂存在的条件下会发生苯环上的取代反应，A项正确；C2H6、C3H6分子中均含6个氢原子，所以1 mol混合物中含6 mol氢原子，完全燃烧后生成3 mol H2O，B项正确；2,2-二甲基丙烷的结构简式为C(CH3)4，只有一种氢原子，其一溴代物只有一种，C项正确；无论是否单双键交替，苯的二氯代物均为3种，D项错误。 10．(2023·广东实验中学高二期中)下列有关芳香烃的叙述错误的是(　　) A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热可反应生成硝基苯 B．苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成 C．乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为(苯甲酸) D．甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应，主要生成 答案　D 解析　浓硫酸作用下，苯与浓硝酸共热发生硝化反应生成硝基苯和水，故A正确；催化剂作用下苯乙烯分子中含有的苯环和碳碳双键能与氢气发生加成反应生成乙基环己烷，故B正确；乙苯属于苯的同系物，能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应生成苯甲酸，故C正确；甲苯属于苯的同系物，光照条件下与氯气发生一元取代反应生成和氯化氢，故D错误。 11．下列说法正确的是(　　) A．、、都是苯的同系物 B．苯和甲苯都能发生取代反应 C．的一氯代物有8种 D．甲苯和苯乙烯都能使溴水褪色，两者褪色原理相同 答案　B 解析　苯的同系物指的是仅含一个苯环且苯环上的侧链均为烷基的芳香烃，故、都不是苯的同系物，A项错误；该物质是具有对称结构的芳香烃，因C—C键能够旋转，故其一氯代物只有4种()，C项错误；甲苯使溴水褪色是由于甲苯将溴从溴水中萃取出来，发生的是物理变化，苯乙烯使溴水褪色是由于苯乙烯与溴发生了加成反应，发生的是化学变化，可见两者褪色原理不同，D项错误。 12．美国马丁·卡普拉斯等三位科学家因在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献，获得了诺贝尔化学奖。他们模拟出了1,6-二苯基-1,3,5-己三烯的分子模型，其结构简式如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该有机物属于芳香烃，与苯互为同系物 B．该有机物的分子式为C18H18 C．该有机物的分子中所有原子不可能在同一个平面内 D．该有机物可以发生氧化反应、取代反应、加成反应 答案　D 解析　苯的同系物分子中只有1个苯环，而该物质分子中含有2个苯环，且含碳碳双键，不是苯的同系物，但只含C、H元素，属于芳香烃，故A错误；由结构简式可知，该有机物的分子式为C18H16，故B错误；该有机物中所有原子可能在同一平面内，故C错误；苯环上的H原子可发生取代反应，碳碳双键可发生氧化、加成反应，故D正确。 13．(2023·天津南开高二期中)下列关于芳香烃的说法错误的是(　　) A．稠环芳香烃菲()在一定条件下能发生加成反应、硝化反应 B．化合物是苯的同系物 C．在一定条件下可以发生取代反应、加成反应、氧化反应和加聚反应 D．光照条件下，异丙苯()与Cl2发生取代反应生成的一氯代物有2种(不考虑立体异构) 答案　B 解析　稠环芳烃菲()中含有苯环，故该化合物在一定条件下能发生加成反应、硝化反应，A正确；苯的同系物是指含有一个苯环且侧链为烷基的烃，故化合物不是苯的同系物，B错误；中含有苯环、碳碳双键，在一定条件下可以发生取代反应、加成反应、氧化反应和加聚反应，C正确；光照条件下，异丙苯[]与Cl2发生取代反应取代侧链上的H，故生成的一氯代物有2种，D正确。 14．人们对苯及芳香烃的认识是一个不断深化的过程。 (1)由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出分子式为C6H6的一种含两个三键且无支链的链烃的结构简式：_________________________________________。 (2)已知分子式为C6H6的结构有多种，其中的两种如图Ⅰ和Ⅱ。 ①这两种结构的区别表现在： 定性方面(即化学性质方面)：Ⅱ不能________(填字母，下同)，而Ⅰ能________。 A．被酸性高锰酸钾溶液氧化 B．与溴的四氯化碳溶液发生加成反应 C．与溴在催化剂作用下发生取代反应 D．与氢气发生加成反应 定量方面：1 mol C6H6与H2加成时，Ⅰ需消耗H2____mol，而Ⅱ需消耗H2________mol。 ②今发现C6H6还有另一种立体结构(如图所示)，该结构的二氯代物有________种。 (3)已知萘的结构简式为，下列关于萘的说法正确的是________(填字母)。 A．萘的分子式为C10H10 B．1 mol萘能与6 mol H2发生加成反应 C．萘分子中所有原子在同一平面上 D．一溴代萘只有两种同分异构体 答案　(1)HC≡C—C≡C—CH2—CH3(答案合理即可)　(2)①C　CD　3　2　②3　(3)CD 解析　(2)①Ⅱ中含有碳碳双键，能被酸性高锰酸钾溶液氧化，能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应，能与氢气发生加成反应，不能与溴在催化剂作用下发生取代反应。Ⅰ中碳碳之间的键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种特殊的键，不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，不能与溴的四氧化碳溶液发生加成反应，能与溴在催化剂作用下发生取代反应，能与H2发生加成反应；Ⅰ分子结构为苯，1 mol Ⅰ能与3 mol氢气发生加成反应，Ⅱ分子中含有2个碳碳双键，所以1 mol Ⅱ能与2 mol氢气发生加成反应。 ②根据对称性即可写出，故其二氯代物有3种。 (3)萘的结构简式为。萘的分子式为C10H8，故A错误；根据萘的结构可知，1 mol萘能与5 mol H2发生加成反应，故B错误；苯环是平面结构，萘分子中所有原子在同一平面上，故C正确；萘上的氢原子有两种，一溴代萘只有两种同分异构体，故D正确。 15．(2023·河南信阳高二检测)硝基苯可用于生产染料、香料、炸药等。实验室可用浓硫酸、浓硝酸、苯为原料制备一定量的硝基苯(硝基苯的密度为1.2 g·cm－3，沸点为210 ℃；苯的密度为0.88 g·cm－3，沸点为80.1 ℃)。 Ⅰ.粗硝基苯的制备 制备装置如图1所示(夹持及加热装置省略)： 实验操作：将50 mL浓硫酸缓慢加入35 mL浓硝酸(约含0.5 mol HNO3)中，然后向混合酸中加入39 mL苯于容器a中，然后水浴55～60 ℃加热约15 min，使其充分反应。 (1)方框甲中的仪器是______________形冷凝管，仪器a的容积以________(填字母)mL为宜。 A．150 B．200 C．500 D．1 000 (2)水浴加热时，除需要水浴锅、热源外，还必须使用的一种玻璃仪器是______________。 Ⅱ.硝基苯精制 实验操作：将a中混合液与适量稀NaOH溶液混合，然后进行充分振荡、静置、分液，接着依次进行水洗→X→蒸馏(蒸馏装置如图2所示)。 (3)水洗的目的是______________，操作X所用试剂应具有的一种性质是______________。 (4)蒸馏过程中仪器c至少需要使用____________个(次)；向乙中通冷却水与加热烧瓶的顺序是____________，若最终得到36 mL精制产品，则硝基苯的产率是____________(保留三位有效数字)。 答案　(1)球　B　(2)温度计　(3)除去残留的NaOH和生成的可溶性盐　吸水性　(4)2　先通冷却水再加热烧瓶　79.8% 解析　(1)由于硝基苯的沸点为210 ℃，苯的沸点为80.1 ℃，为减少苯的挥发，提高反应物的利用率，方框甲中应采用球形冷凝管，冷凝回流；加热时，三颈烧瓶中液体体积不宜超过其容积的，不宜少于其容积的，三种液体体积之和约为124 mL，故选用200 mL的三颈烧瓶较好。(3)反应后混合液中含有没反应完的硝酸及催化剂硫酸，用NaOH溶液将它们转化为溶于水的盐除去，故相应的操作是充分振荡、静置，然后分液；分液所得产品中残留有NaOH和生成的可溶性盐，再通过水洗除去，然后用干燥剂除去残留的水，因此操作X中所用试剂应具有吸水性。(4)由于被蒸馏的液体中含有没反应完的苯及产物硝基苯，而苯的沸点比较低，故装置c先接收苯，然后接收硝基苯，故至少需要用2次；为确保蒸馏中气化的物质被冷凝，应先向冷凝管中通入冷却水；原料中苯的物质的量为＝0.44 mol，理论上可得到0.44 mol硝基苯，实际得到的硝基苯的物质的量为，由此可求出产率为×100%≈79.8%。 学科网（北京）股份有限公司 $$