专题3 第2单元 第1课时 苯的结构和性质-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（苏教版2019）

第二单元　芳香烃 第1课时　苯的结构和性质 1.能运用宏观和微观相结合的方法推测苯的结构。2.能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系。3.能通过实验探究认识苯的化学性质。 一　芳香族化合物 1．芳香族化合物是指含有苯环的有机化合物，苯环是芳香族化合物最基本的结构单元。 2．芳香烃或芳烃是芳香族碳氢化合物的简称，苯是最简单的芳香烃。 二　苯的组成、结构与性质 1．组成与结构 (1)苯分子中6个1H核的核磁性完全相同，说明6个氢原子所处的化学环境完全一致。 (2)苯分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，为平面正六边形结构。 (3)大量实验表明，在苯分子中不存在独立的碳碳单键(C—C)和碳碳双键(C===C)。我们常用凯库勒式表示苯的结构，但凯库勒式不能全面反映苯的结构，基于苯环的成键特点，苯的结构又可以表示为。 2．化学性质 (1)取代反应 ①FeBr3作催化剂，苯与液溴发生取代反应生成溴苯的化学方程式为＋Br2＋HBr。 ②苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物作用50～60 ℃时反应的化学方程式为＋HNO3＋H2O，100～110 ℃反应的化学方程式为＋2HNO3＋2H2O。 (2)加成反应 苯在一定条件下可以与H2发生加成反应，反应方程式为＋3H2。 1．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)苯易发生加成反应，难发生取代反应，本质是由苯的结构决定的。(　　) (3)苯与溴水在FeBr3作催化剂时可发生取代反应。(　　) (4)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。(　　) (5)苯在一定条件下与H2发生加成反应生成环己烷，说明苯环结构中含有3个碳碳双键。(　　) (6)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ 2．下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是(　　) A．苯是无色带有特殊气味的液体 B．常温下苯是一种不溶于水但密度比水小的液体 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 3．有关苯分子的说法不正确的是(　　) A．苯分子中C原子以sp3杂化方式成键，形成夹角为120°，故为正六边形的碳环 B．每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成大π键 C．大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为6中心6电子大π键 D．苯分子中共有十二个原子共面，六个碳碳键完全相同 答案：A 4．下列关于苯的叙述正确的是(　　) A．反应①常温下不能进行，需要加热 B．反应②不能发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层 C．反应③为加成反应，产物是一种烃的衍生物 D．反应④能发生，从而证明苯中是单双键交替结构 答案：B 知识点一　苯的卤代反应 1．实验装置 2．实验现象 (1)向三颈烧瓶中加入苯和液溴后，反应迅速进行，溶液几乎“沸腾”，一段时间后反应停止，三颈烧瓶中有红棕色气体。 (2)反应结束后，三颈烧瓶底部出现红褐色油状液体(溶有溴的溴苯)。 (3)锥形瓶内有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀。 (4)向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，烧瓶中液体分层，下层为不溶于水的油状液体，且产生红褐色沉淀[Fe(OH)3]。 3．注意事项 (1)此处反应物为液溴(纯溴)而不是溴水。而溴水与苯不能发生取代反应，混合后发生萃取，分层后，水在下层，溶溴的苯在上层。 (2)苯与液溴反应必须有催化剂才能进行。虽然加入铁粉，但实际起催化作用的是FeBr3(2Fe＋3Br2===2FeBr3)，上述实验中加入NaOH，即可验证有Fe3＋的存在。 (3)直形冷凝管的作用——使苯和溴苯冷凝回流，导出HBr和少量溴蒸气。 (4)导管不可插入液面以下，以防倒吸，管口附近出现的白雾，是HBr遇水蒸气所形成的。 (5)纯净的溴苯是一种无色的液体，密度比水大，难溶于水。烧瓶中生成的溴苯因溶有溴而显褐色，其提纯的方法是将溶有溴的溴苯倒入盛有NaOH溶液的烧杯中，振荡，溴苯比水重，沉在下层，用分液漏斗分离出溴苯。过程中发生反应的化学方程式为Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O。 1．为探究苯与溴的取代反应，甲用如图装置Ⅰ进行如下实验： 将一定量的苯和溴放在烧瓶中，同时加入少量铁屑，3～5 min后发现滴有AgNO3的锥形瓶中有浅黄色的沉淀生成，即证明苯与溴发生了取代反应。 (1)①中的反应方程式为__________________________，______________________________。②中离子方程式为__________________________________________________________ ______________。 (2)①中长导管的作用是________________。 (3)烧瓶中生成的红褐色油状液滴的成分是________________，要想得到纯净的产物，可用____________(试剂)洗涤，洗涤后分离粗产品应使用的仪器是________。 (4)乙同学认为甲的实验不够严谨，因此设计如图所示装置Ⅱ，并用下列某些试剂完成该实验，可选用的试剂是：苯；液溴；浓硫酸；氢氧化钠溶液；硝酸银溶液；四氯化碳。 a的作用是______________________。 b中的试剂是______________________。 答案：(1)2Fe＋3Br2===2FeBr3　 ＋Br2＋HBr　 Br－＋Ag＋===AgBr↓ (2)导气兼冷凝回流 (3) 和Br2　NaOH溶液　分液漏斗 (4)防止倒吸　苯或四氯化碳 解析：苯与溴在溴化铁的催化作用下发生取代反应，生成溴苯和溴化氢。溴化氢可用硝酸银检验，溴苯为无色油状液体，因混有溴而呈红褐色，除去溴用NaOH溶液洗涤，发生Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O，溴元素进入水溶液与溴苯分层，用分液漏斗分液即可得溴苯。 知识点二　苯的硝化反应 1．实验步骤 (1)先将1.5 mL浓硝酸注入大试管中，再慢慢注入2 mL浓硫酸，并及时摇匀和冷却。 (2)向冷却后的酸中逐滴加入约1 mL苯，充分振荡，混合均匀。 (3)将混合物控制在50～60 ℃的条件下约10 min，实验装置如下图。 (4)将反应后的液体倒入盛水的烧杯中，可以看到烧杯底部有黄色油状物生成，经过分离得到粗硝基苯。 (5)粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤，将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。硝基苯是一种带有苦杏仁味的、无色油状液体，密度比水大，有毒，易溶于酒精和乙醚。 2．注意事项 (1)加入药品顺序不可以颠倒，因为向浓硝酸中加入浓H2SO4相当于浓H2SO4的稀释，过程是放热的。由于苯易挥发，故需冷却后才能加入。 (2)将反应容器放入水浴中，便于控制温度在50～60 ℃。因为温度在70～80 ℃时，苯将与硫酸发生磺化反应。当温度升高至100～110 ℃时则生成二取代产物(间二硝基苯)。 (3)长直导管的作用是将反应物冷凝回流。 (4)反应后的粗产品用5%的NaOH溶液洗涤，除去产品中残留的HNO3、H2SO4及NO2。 2.实验室制备硝基苯的实验装置如图所示，主要步骤如下： ①配制一定比例的浓H2SO4和浓HNO3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除去混合酸后，粗产品依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。 ⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。 填写下列空白： (1)配制一定比例的浓H2SO4和浓HNO3混合酸时，操作注意事项是_________________ _________________________。 (2)步骤③中，为了使反应在50～60 ℃下进行，常用的方法是________________________。 (3)步骤④中洗涤和分离粗硝基苯应使用的仪器是____________。 (4)步骤④中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是________________________________。 (5)纯硝基苯是无色、密度比水______、具有________味的油状液体。 答案：(1)先将浓HNO3注入容器中，再慢慢注入浓H2SO4，并及时搅拌和冷却　 (2)将反应器放在50～60 ℃的水浴中加热 (3)分液漏斗 (4)除去粗产品中残留的酸性杂质 (5)大　苦杏仁 本课归纳总结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列事实中能充分说明苯分子的平面正六边形结构中，不含有一般的碳碳双键和碳碳单键的是(　　) A．苯的一元取代物只有一种结构 B．苯的邻位二元取代物只有一种结构 C．苯的间位二元取代物无同分异构体 D．苯的对位二元取代物无同分异构体 答案：B 解析：若苯的结构中存在单双键交替结构，苯的邻位二元取代物有两种(即取代在碳碳双键两端的碳原子上和取代在碳碳单键两端的碳原子上两种情况)，但实际上无同分异构体，所以能说明苯不是单双键交替结构。 2．以苯为原料，不能通过一步反应制得的有机物是(　　) A． B． C． D. 答案：A 解析：苯分子中没有单、双键交替的结构，故不能与Br2发生加成反应生成。 3．下列实验中，能获得成功的是(　　) A．苯、浓溴水、溴化铁混合制溴苯 B．苯、浓硝酸共热制硝基苯 C．用溴水除去混在苯中的己烯 D．苯、液溴、溴化铁混合制溴苯 答案：D 解析：由苯制取溴苯，反应物必须是液溴，并用FeBr3作催化剂；制备硝基苯，需用浓硫酸作催化剂和吸水剂；溴水与己烯反应的产物能溶于苯中。 4．为了证明液溴与苯发生的反应是取代反应，设计如下实验，装置如图所示。则装置A中盛有的物质是(　　) A．水 B．NaOH溶液 C．CCl4 D．NaI溶液 答案：C 解析：在催化剂的作用下，苯环上的氢原子被溴原子所取代，生成溴苯，同时有溴化氢生成，AgNO3的作用是检验生成的溴化氢，由此来证明溴和苯发生了取代反应，但溴会对HBr的检验产生干扰，因此装置A中液体的作用是除去HBr中的Br2，Br2易溶于CCl4，而HBr不溶于CCl4，故选C。 5．硝基苯是一种重要有机合成中间体，其制备、纯化流程如图。已知：制备反应在温度稍高时会生成间二硝基苯。 下列说法错误的是(　　) A．制备硝基苯所需玻璃仪器只有酒精灯、烧杯、试管、导管 B．配制混酸时，应将浓硫酸缓慢注入浓硝酸中，边加边搅拌 C．Na2CO3溶液可以用NaOH溶液代替 D．由②、③分别获取相应物质时采用的操作方法不同 答案：A 解析：制备硝基苯时的温度为50～60 ℃，需要水浴加热，还需要用到温度计，A错误。 6．文献指出，苯与液溴在加入铁粉时发生反应的反应历程为：2Fe＋3Br2===2FeBr3，FeBr3＋Br2FeBr＋Br＋，＋Br＋，＋FeBr＋HBr＋FeBr3。下列关于该反应的说法不正确的是(　　) A．该反应起催化作用的是FeBr3 B．有水存在时，液溴与苯依然可以发生反应得到溴苯 C．苯与溴发生的有机反应类型为取代反应 D．产物溴苯中会含有一定量的溴，可加入氢氧化钠溶液，再通过分液的方法除去溴苯中的溴 答案：B 7．(2024·河北师大附属实验中学高三质检)实验室制备溴苯(沸点：156 ℃)的具体步骤如下： ①在三颈烧瓶中加入苯(沸点：80 ℃)和少量铁屑，将液溴加入三颈烧瓶中，充分反应； ②反应结束后，冷却至室温，过滤反应液； ③滤液依次用水洗、10%的NaOH溶液洗、水洗，得粗溴苯； ④向粗溴苯中加入少量无水氯化钙，静置、过滤。 下列说法正确的是(　　) A．步骤①中反应需要加热 B．生成的气体通入AgNO3溶液，出现淡黄色沉淀说明发生了取代反应 C．步骤③需要用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯 D．步骤④得到的粗溴苯中含有的杂质主要为液溴 答案：C 8．已知化合物B3N3H6(硼氮苯)与C6H6(苯)的分子结构相似，如图：，则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为(　　) A．2 B．3 C．4 D．6 答案：C 解析：硼氮苯的二氯取代物分别为2个氯原子取代2个B上的H，2个氯原子取代2个N上的H，2个氯原子处于邻位(取代B、N上的H)，2个氯原子处于对位(取代B、N上的H)，共4种。 9．下列区分苯和己烯的实验方法和判断中，正确的是(　　) A．分别点燃，无黑烟生成的是苯 B．分别加入溴水振荡，静置后分层，下层红棕色消失的是己烯 C．分别加入溴水振荡，静置后分层，上层红棕色消失的是己烯 D．分别加入酸性KMnO4溶液振荡，紫色消失的是己烯 答案：D 解析：苯与己烯性质的区别：苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水因加成而褪色，但己烯可以；另外，苯加入溴水中，会将溴从溴水中萃取出来，使水层褪色，而苯层(上层)则呈橙红色。苯与己烯在燃烧时都会产生黑烟。 10．已知苯可以进行如下转化： 下列叙述正确的是(　　) A．①②反应发生的条件均为光照 B．化合物M与L互为同系物 C．用蒸馏水可鉴别苯和化合物K D．化合物L只能发生加成反应，不能发生取代反应 答案：C 11．在一定条件下，苯与氯气在氯化铁催化下连续反应，生成以氯苯、氯化氢为主要产物，邻二氯苯、对二氯苯为次要产物的粗氯代苯混合物。有关物质的沸点、熔点如下： 氯苯 邻二氯苯 对二氯苯 沸点/℃ 132.2 180.5 174 熔点/℃ －45.6 －15 53 下列说法不正确的是(　　) A．该反应属于取代反应 B．反应放出的氯化氢可以用水吸收 C．用蒸馏的方法可将邻二氯苯从有机混合物中首先分离出来 D．从上述两种二氯苯混合物中，用冷却结晶的方法可将对二氯苯分离出来 答案：C 解析：由于氯苯的沸点最低，因此从有机混合物中首先分离出来的是氯苯，C错误。 12．工业上将苯蒸气通过炽热的铁合成可作热载体的化合物，该化合物分子中苯环上的一氯代物有3种，1 mol该化合物催化氢化时最多消耗6 mol氢气。这种化合物可能是(　　) A． B． C. D. 答案：D 二、非选择题 13．实验室制备溴苯可用下图所示装置。请回答下列问题。 (1)关闭G夹，打开B夹，从装有少量苯的三颈烧瓶的A口加少量溴，再加入少量铁屑，塞住A口，三颈烧瓶中发生的主要反应的化学方程式为______________________________。 (2)试管C中苯的作用是________________。试管D中出现的现象是______________ ______________。试管E中出现的现象是______________________________。 (3)待三颈烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时打开G夹，关闭B夹，可以看到的现象是____________________________。 (4)三颈烧瓶中的溴苯经过下列步骤分离提纯： ①向三颈烧瓶中加入10 mL水，然后过滤除去未反应的铁屑。 ②滤液依次用10 mL 水、8 mL 10%的NaOH溶液、10 mL水洗涤。NaOH溶液洗涤的作用是____________________。 ③向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。加入无水氯化钙的目的是______________________。 ④经过上述分离操作后，要进一步提纯，下列操作中必须的是________(填字母)。 A．重结晶 B．过滤 C．蒸馏 D．萃取 答案：(1) ＋Br2＋HBr (2)吸收挥发出来的溴蒸气　有白雾，试液变红　出现浅黄色沉淀 (3)广口瓶中的水沿导管进入三颈烧瓶中，瓶中液体出现分层 (4)②将多余的溴反应掉　③干燥产品(或除去产品中的水)　④C 解析：(3)待三颈烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时打开G夹，关闭B夹，由于生成的HBr易溶于水，水会倒吸进三颈烧瓶中，又因为溴苯不溶于水，所以可以看到的现象是广口瓶中的水沿导管进入三颈烧瓶中，瓶中液体出现分层。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$