第2章 第3节 芳香烃（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修第三册（人教版2024）

第三节　芳香烃 [学习目标] 1.从化学键的特殊性理解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊。能辨析物质类别与反应类型之间的关系。（宏观辨识与微观探析） 2.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机化合物分子中原子间的位置关系。（证据推理与模型认知） （见学生用书P35） 知识点1　苯 1.芳香烃 分子里含有一个或多个苯环的烃属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。 2.苯的物理性质 颜色 状态 气味 毒性 密度 溶解性 ①　无　色 ②　液　态 ③　有特殊　 气味 　④有　毒 比水 ⑤　小　 ⑥　不　 溶于水 3.苯的分子结构 4.苯的化学性质 知识点2　苯的同系物 1.概念 苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物称为苯的同系物，其通式为㉑　CnH2n－6　（n≥6）。 2.物理性质 无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。 3.化学性质 苯的同系物与苯的化学性质相似，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有些不同。 （1）氧化反应 ①苯的同系物均能燃烧，化学方程式为Cn＋O2nCO2＋（n－3）H2O。 ②苯的某些同系物能被酸性KMnO4溶液所氧化。 （应用：区别苯和苯的同系物）。 （2）取代反应 ①卤代 ＋Br2㉒　＋HBr　； ＋Cl2㉓　＋HCl　。 ②硝化 甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下反应可以生成三硝基甲苯，化学方程式为 ㉔　＋3HO—NO2＋3H2O　（三硝基甲苯的系统命名为㉕　2，4，6－三硝基甲苯　，又叫TNT，是一种㉖　淡黄色　晶体，不溶于水，也是一种烈性炸药）。 （3）加成反应 ＋3H2 4.苯的同系物的命名 （1）习惯命名法 苯的同系物的命名是以苯作为母体，其他基团作为取代基。如称为㉗　甲苯　，二甲苯有三种同分异构体，即、、，名称分别为㉘　邻二甲苯　、㉙　间二甲苯　、㉚　对二甲苯　。 （2）系统命名法 将苯环上的6个碳原子编号，可以某个甲基所在的碳原子的位置为1号，选取㉛　最小　位次号给另一个甲基编号。 芳香烃 系统命名 　㉜1，2－二甲苯　 ㉝　1，3－二甲苯　 ㉞　1，4－二甲苯　 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）苯分子结构中不存在碳碳双键，所以苯不能发生加成反应。（　×　） （2）苯能使溴水褪色是因为苯与溴水能发生化学反应。（　×　） （3）除去溴苯中的Br2可采用加入NaOH溶液分液的方法。（　√　） （4）苯的对位二元取代物只有一种，证明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替结构。（　×　） （5）甲苯与溴蒸气在光照条件下发生取代反应可以生成邻溴甲苯。（　×　） （6）甲苯与浓硝酸反应生成TNT，说明苯环对烷基的性质产生了影响。（　×　） （7）所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色。（　×　） （1）苯分子结构中不存在碳碳双键，但其是不饱和烃，可以发生加成反应。 （2）苯的邻位二元取代物只有一种能说明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替结构，但苯的间位、对位二元取代物只有一种不能说明。 （3）甲苯与溴蒸气在光照条件下发生甲基上的取代反应，甲苯与液溴在溴化铁催化条件下发生苯环上的取代反应。 （见学生用书P36） 探究点1　实验探究苯的取代反应 1.溴苯和硝基苯都是重要的工业原料。溴苯可用作农药原料，生产杀虫剂溴螨酯；用作医药原料，生产镇痛解热药和止咳药等。硝基苯可用作染料、医药、农药、荧光增白剂等的中间体。 （1）以苯、液溴、浓硝酸为原料，你能设计制备溴苯和硝基苯的实验装置吗？ （2）在制备过程中会有什么现象？应该注意哪些问题？ （3）这样制得的溴苯和硝基苯纯净吗？若不纯净，又该如何提纯？ 答案　略。 1.溴苯的制取 实验装置 （续表） 实验操作 ①将苯和少量液溴放入烧瓶中，同时加入少量铁屑作催化剂，用带导管的塞子塞紧； ②反应完毕后，向锥形瓶中滴加AgNO3溶液； ③反应完毕后，把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里 实验现象 和解释 ① 烧瓶内充满　红棕色　气体，在导管口有　白雾（HBr遇水蒸气形成）　 ② 有　淡黄色的AgBr沉淀　生成（溶液中含有Br－） ③ 烧杯底部有　褐色油状液体　生成（溴苯不溶于水，且密度比水大） 注意问题 ①应该用纯溴，苯与溴水不反应； ②要使用催化剂Fe或FeBr3，无催化剂不反应； ③锥形瓶中导管不能插入液面以下的原因是HBr极易溶于水，防止倒吸 提纯溴苯 水洗（除去可溶性杂质）→碱洗（除去Br2）→水洗（除去过量碱及生成的无机物）→干燥（除水）→蒸馏（提纯产物） 2.硝基苯的制取 实验装置 实验操作 ①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混合酸，加入反应器中； ②向室温下的混合酸中逐滴加入一定质量的苯，充分振荡，混合均匀； ③在50～60 ℃下发生反应，直至反应结束； ④反应完毕后，把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里 实验现象 和解释 烧杯底部有　黄色油状液体　生成（硝基苯不溶于水，且密度比水大） （续表） 注意问题 ①配制一定比例的混合酸时，应先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌和冷却。否则会造成浓硝酸受热迸溅、大量挥发； ②必须用50～60 ℃水浴加热，且在水浴中插入温度计测量温度 提纯硝 基苯 水洗（除去可溶性杂质）→碱洗（除去残留的酸）→水洗（除去过量碱）→干燥（除水）→蒸馏（提纯产物） （1）两装置中的导管均具有导气、冷凝回流作用；制取硝基苯实验中浓硫酸作为催化剂、吸水剂。 （2）向锥形瓶中滴加AgNO3溶液有沉淀生成，并不能说明一定有溴化氢生成，因为挥发出的溴蒸气溶于水也能生成Br－。 （3）无色的溴苯因溶有液溴而显褐色；无色的硝基苯因溶有NO2而显黄色。 【例题1】实验室用如下装置制备溴苯并验证反应有HBr生成。下列说法正确的是（　　） A.X为苯和溴水的混合液 B.Y可以是CCl4 C.Z可以是淀粉和KI混合液 D.苯和溴苯可以用如图丁所示装置分离 思维导引：解答本题的思维流程如下： （1）根据实验目的、原理分析仪器的作用； （2）根据图示中物质的性质判断所发生的反应； （3）根据物质的性质选择分离提纯的方法。 答案　B 解析　苯与溴水不反应，应该使用液溴，A项错误；溴易溶于四氯化碳，装置中挥发的Br2被CCl4吸收，防止对HBr的检测产生干扰，B项正确；HBr不和KI反应，故淀粉和KI混合液不可检测HBr，丙中试剂检验HBr可用硝酸银溶液等，C项错误；苯和溴苯可以用蒸馏的方法分离，图丁所示装置温度计水银球应位于蒸馏烧瓶的支管口处，D项错误。 【变式1】（1）如图所示是实验室制取溴苯的装置图，下列说法正确的是（　　） A.仪器A左上侧的分液漏斗中加入的是苯和溴水 B.仪器A的名称是蒸馏烧瓶 C.锥形瓶中的导管口出现大量白雾 D.碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气进入反应体系 （2）实验室制备、纯化硝基苯需要用到下列装置，其中不正确的是（　　） （1）C　（2）A 解析　（1）与Br2的反应该用纯溴，A项错误；仪器A为三颈烧瓶，B项错误；碱石灰的作用是防止溴蒸气及HBr进入空气，D项错误。（2）配制混酸时，浓硝酸的密度小于浓硫酸，应将浓硫酸注入浓硝酸中，A项错误；在水浴加热下，混酸与苯反应，B项正确；为了精制硝基苯，最后采用蒸馏操作，C项正确；反应后烧瓶中混合物有有机物和无机物，二者不互溶，采用分液操作，D项正确。 探究点2　苯与苯的同系物的比较 2.中国应用六炔基苯在铜片表面合成了石墨炔薄膜（其合成示意图如下图所示），其特殊的电子结构广泛应用于电子材料领域。 （1）六炔基苯的分子式是什么？其是否是苯的同系物？ （2）六炔基苯和石墨炔分子中碳原子的杂化方式是什么？二者是否都是平面形结构？ （3）预测六炔基苯能发生哪些的类型反应。 （4）六炔基苯合成石墨炔是否属于加聚反应？ （1）六炔基苯的分子式是C18H6；不是，苯的同系物的通式应符合CnH2n－6（n≥6）。 （2）六炔基苯和石墨炔分子中碳原子杂化方式是sp、sp2，二者都是平面形结构。 （3）加成反应（与H2）、加聚反应（碳碳三键）、氧化反应（与氧气、高锰酸钾溶液）。 （4）根据反应特点分析，应是取代反应。 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Cn（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，但比较困难 （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 易被氧化剂氧化，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、对位的氢更活泼而被取代 【例题2】下列说法中，正确的是（　　） A.芳香烃的分子通式是Cn（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 思维导引：解答本题的思维流程如下： （1）明确苯及其同系物只含一个苯环，符合通式CnH2n－6； （2）理解甲基和苯环的相互影响对性质的影响。 答案　D 解析　芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物则是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Cn（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；甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，这是侧链受苯环的影响所致。 【变式2】下列有关甲苯的实验事实中，能说明侧链对苯环性质有影响的是（　　） A.甲苯通过硝化反应生成三硝基甲苯 B.甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C.甲苯燃烧时产生很浓的黑烟 D.1 mol甲苯与3 mol氢气发生加成反应 答案　A 解析　侧链对苯环的影响，应是原来无侧链时没有的性质，现在因为有侧链而有了相应的性质。A项中甲苯硝化反应生成三硝基甲苯，和没有支链时苯的硝化反应不一样；B项中是苯环对甲基的影响，造成甲基被氧化；C项中产生黑烟是苯中碳的含量高造成的；D项中无论是苯还是苯的同系物均能与H2发生加成反应并且比例为1∶3。 （见学生用书P39） 1.（苯的性质）下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是（　　） A.苯是无色、有特殊气味的液体 B.常温下苯是一种不溶于水、密度比水小的液体 C.苯在一定条件下与溴发生取代反应 D.苯不具有典型双键所具有的加成反应的性质，故不能发生加成反应 答案　D 解析　苯在常温下为一种无色、有特殊气味的液体，A项正确；常温下苯是一种不溶于水、密度比水小的液体，B项正确；苯在一定条件下与溴发生取代反应生成溴苯，C项正确；苯在一定条件下也能发生加成反应，D项错误。 2.（芳香族化合物的性质）芳香族化合物是重要的化工原料。下列有关叙述正确的是（　　） A.邻二甲苯仅一种结构 B.苯与溴水发生取代反应而使之褪色 C.实验室制硝基苯需要用酒精灯直接加热 D.2，4，6－三硝基甲苯是一种淡黄色的晶体，易溶于水 答案　A 解析　苯不是单双键交替结构，因此苯的邻位二元取代物只有一种结构，A项正确；苯与液溴在溴化铁作催化剂情况下发生取代反应而使之褪色，苯与溴水发生萃取，B项错误；实验室制硝基苯需要用水浴加热控温在50～60 ℃，C项错误；2，4，6－三硝基甲苯是一种淡黄色的晶体，不溶于水，D项错误。 3.（芳香族化合物的性质）能发生加成反应，也能发生取代反应，同时能使溴水因反应褪色，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是（　　） A. B.C6H14 C. D. 答案　D 解析　苯、己烷、甲苯都能够和溴水发生萃取而使溴水层褪色，但是不能和溴水发生化学反应而使其褪色；苯和己烷都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，且己烷不能发生加成反应；四种有机物都能够发生取代反应。只有D项满足题意。 4.（苯的同系物的性质）下列说法正确的是（　　） A.甲苯在光照下与Cl2发生的主要反应为苯环上引入氯原子的取代反应 B.苯的溴化实验中需要的仪器有三颈烧瓶，冷凝管，锥形瓶等 C.苯与溴水混合后加入铁粉，发生放热反应，制备密度大于水的溴苯 D.苯和甲苯都属于芳香烃，都能使酸性KMnO4溶液褪色 答案　B 解析　甲苯在光照下与Cl2的反应主要为发生在－CH3上的取代反应，A项错误；苯的溴化实验中需要的仪器有三颈烧瓶，冷凝管，锥形瓶等，B项正确；苯与溴水不反应，苯与液溴在铁或溴化铁作催化剂下发生取代反应，C项错误；甲苯能使KMnO4溶液褪色，但苯不能使KMnO4溶液褪色，D项错误。 5.（综合应用）人们对苯及芳香烃的认识有一个不断深化的过程。 （1）已知分子式为C6H6的物质有多种结构，其中的两种如下： ①这两种结构的区别表现在定性方面（即化学性质方面）：Ⅱ能　　　　，而Ⅰ不能。 a.被酸性高锰酸钾溶液氧化 b.与溴水发生加成反应 c.与溴发生取代反应 d.与氢气发生加成反应 ②C6H6还可能有另一种立体结构（如图所示），该结构的二氯代物有　　　　种。 （2）萘也是一种芳香烃，它的分子式是C10H8，请你判断它的结构简式可能是　　　　。 A. B. C. D. （3）根据第（2）小题中判断得到的萘的结构简式，它不能解释萘的下列事实中的　　　　。 A.萘不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B.萘能与H2发生加成反应 C.萘分子中所有原子在同一平面内 D.一溴代萘（C10H7Br）只有两种同分异构体 解析　（1）①Ⅱ中存在碳碳双键，可被酸性KMnO4溶液氧化，也能与溴水发生加成反应，而苯中存在特殊的键，不能发生上述反应，故应选a、b。②固定一个氯原子的位置，移动另一个氯原子，另一个氯原子有三种位置，即。（2）分析各项的结构简式，写出其分子式，再与萘的分子式对照可知选C。（3）由于结构简式中含有碳碳双键，故无法解释萘不能使酸性KMnO4溶液褪色。 答案　（1）①ab　②3　（2）C　（3）A 学科网（北京）股份有限公司 $$