2.3 第1课时 苯（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学选择性必修3（人教版2019 单选版）

第三节　芳香烃 第1课时　苯 课程标准 核心素养目标 1.认识芳香烃的组成和结构特点，比较烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的组成、结构和性质的差异。 2．了解苯在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。 1.宏观辨识与微观探析：基于苯的结构、化学键(含有大π键)的特点，从微观角度认识苯的性质及反应规律，能描述和分析苯的重要反应，并书写相关化学方程式。 2．证据推理与模型认知：基于苯加入酸性KMnO4溶液、溴水中的实验现象及共价键的键参数，推测苯分子中碳碳键的特征，建构芳香烃的结构认知模型。 [对应学生用书P47] 一、苯的组成和结构 1．苯的组成和结构 分子式 结构简式 空间填充模型 空间结构 C6H6 或 平面正六边形 2.苯分子结构的特殊性 (1)理论分析 根据苯的分子式C6H6，不饱和程度很大，应与烯烃、炔烃等不饱和烃具有相似的化学性质。 (2)实验探究(教材·实验2­1) 实验内容 实验现象 实验结论 ①液体分层，上层为无色，下层为紫色；②液体分层，上层呈橙红色，下层基本为无色 ①苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化； ②苯不能与溴水发生加成反应 (3)实验结果 苯的化学性质与烯烃和炔烃有很大差别，说明苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构。 3．苯的结构特点 (1)6个碳原子分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合，键间夹角均为120°，连接成六元环。 (2)每个碳碳键的键长相等，都是139 pm，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。 (3)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。 二、苯的性质 1．苯的物理性质 色、态 气味 溶解性 密度 熔点 沸点 无色液体 有特殊气味 不溶于水 比水的小 5.5 ℃ 80.1 ℃ 2.苯的化学性质 (1)取代反应(苯分子中C—H σ键断裂) (2)加成反应(苯分子中大π键→σ键) 在以Pt、Ni等为催化剂并加热条件下，苯能与H2发生加成反应，生成环己烷，化学方程式为。 (3)氧化反应 ①苯具有可燃性，在空气里燃烧，火焰明亮，产生浓重的黑烟，化学方程式为。 ②苯不能使酸性KMnO4溶液褪色。 ◆名师点拨 苯的组成和结构解读 (1)分子中含有一个或多个苯环的烃类化合物叫做芳香烃，苯是最简单的芳香烃。 (2)苯是芳香烃的母体，苯和乙炔的最简式均为CH，含碳量相同。 (3)苯分子中不存在单、双键交替的结构，存在6个碳原子间的大π键，大π键比较稳定，不易发生烯烃、炔烃所容易发生的加成反应。 (4)苯分子结构通常用或表示，分子中6个碳碳键完全相同，6个碳氢键完全相同。 ◆深化理解 证明苯分子中不存在 单双键交替的事实 (1)苯分子中碳碳键的键长均相等； (2)苯的邻位二元取代物只有一种结构； (3)苯不能使酸性KMnO4溶液褪色； (4)苯不能因发生化学反应而使溴水褪色。 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆深化理解 苯的化学性质解读 (1)苯与液溴在FeBr3(可加入铁粉)催化下发生反应，与溴水不反应，但能萃取溴水中的溴而使其褪色。 (2)苯的硝化反应中，浓硫酸作催化剂和吸水剂。 (3)苯与氢气发生加成反应时，1 mol苯最多消耗3 mol H2。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)在苯中加入酸性KMnO4溶液，振荡并静置后，液体分层，下层液体呈紫色(　√　) (2)苯和环己烷()分子中都只有1种氢原子，其一氯代物都只有1种(　√　) 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P49] 探究一__苯的结构与性质的关系 有关苯的发现和研究过程的相关资料如下。 ①19世纪初，英国科学家法拉第发现了苯，并将其称为“氢的重碳化合物”。 法国化学家热拉尔等人又确定了苯的相对分子质量为78，分子式为C6H6。奥地利化学家洛施密特曾提出苯具有环状结构。 ②德国化学家凯库勒在分析了大量实验事实后认为，苯分子中6个碳原子之间的结合非常牢固，形成了一个很稳定的“核”，可以与其他碳原子相连形成芳香族化合物；而这个稳定的“核”具有闭合的环状结构，由碳原子以单、双键相互交替结合而成。 ③进入20世纪，科学家用X射线衍射法证实了苯分子结构是平面正六边形；每个碳碳键的长度相等，都是139 pm，介于碳碳单键与碳碳双键的键长之间。 [问题设计] (1)写出苯燃烧生成CO2和H2O的化学方程式，并根据信息①分析苯在空气中燃烧产生浓重的黑烟的原因。 (2)写出两条实验事实证明信息②中凯库勒对苯“由碳原子以单、双键相互交替结合而成”的结论不合理。 提示：①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；②苯不能与溴水发生反应(其他合理答案均可)。 (3)结合信息③判断是否互为同分异构体？为什么？ 提示：不是；苯中6个碳碳键完全相同，邻二氯苯只有1种结构。 (1)认识苯的结构与性质的关系 (2)四类烃与Br2、溴水、酸性KMnO4溶液反应的规律 烃 Br2 溴水 酸性KMnO4溶液 烷烃 在光照条件下，发生取代反应 不反应，液态烷烃可萃取溴而使溴水褪色 不反应 烯烃 发生加成反应 发生加成反应而使溴水褪色 发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色 炔烃 发生加成反应 发生加成反应而使溴水褪色 发生氧化反应而使酸性KMnO4溶液褪色 苯 在催化剂存在条件下，发生苯环上氢原子的取代反应 不反应，可萃取溴而使溴水褪色 不反应 【例1】 一定条件下，苯可发生如图所示的反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应②不发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层 B．反应④能发生，从而证明苯中是单、双键交替结构 C．反应③为取代反应 D．反应①常温下能进行，不需要加热 B　解析：苯不溶于水，密度小于水，苯与酸性高锰酸钾溶液混合后分层，苯在上层，高锰酸钾溶液在下层，下层为紫色，A正确；苯分子中的碳碳键为一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键，不存在碳碳双键，苯能够与氢气反应，只证明苯不属于饱和烃，B错误；反应③生成硝基苯，为取代反应，C正确；在溴化铁作催化剂的条件下，苯与液溴在常温下能够发生取代反应，不需要加热，D正确。 1．下列有关苯的结构和性质的说法正确的是(　　) A. 是同一种物质，说明苯分子中碳碳双键、碳碳单键交替排列 B．苯在空气中不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟，说明苯含碳量较高 C．常温下苯是无色无味的液态烃 D．向2 mL苯中加入1 mL溴的四氯化碳溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，上层呈橙红色 B　解析：是同一种物质，说明苯分子中不是碳碳双键、碳碳单键交替排列，A错误；苯的分子式为C6H6，含碳量很高，在空气中不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟，B正确；苯具有特殊气味，常温下为液态，C错误；四氯化碳与苯互溶，苯与溴的四氯化碳溶液混合后振荡、静置，液体不分层，D错误。 探究二__制备溴苯和硝基苯的实验设计 [查阅资料]①苯与液溴在FeBr3催化下发生反应，生成溴苯()；②在浓硫酸作用下，苯与浓硝酸在50～60 ℃发生反应，生成硝基苯()。某研究性学习小组设计如图所示实验装置，制备溴苯和硝基苯。 [问题设计] (1)制备溴苯时，观察到AgNO3溶液中产生淡黄色沉淀，能否证明苯与液溴发生了取代反应？为什么？ 提示：不能；液溴易挥发，挥发出的Br2也能与AgNO3溶液反应生成AgBr沉淀。 (2)制备硝基苯装置中，长玻璃管的作用是什么？如何配制浓硝酸和浓硫酸的混合液？ 提示：冷凝回流，提高原料的利用率；将浓硫酸慢慢加入浓硝酸中，并不断搅拌、散热。 (3)利用此装置制备的硝基苯中可能会混有苯磺酸，其原因是什么？结合化学方程式分析。 提示：该装置制备硝基苯，浓硫酸起催化作用，硫酸可能会与苯发生取代反应生成苯磺酸：。 (1)制备溴苯的实验说明 (2)制备硝基苯的实验说明 【例2】 实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述正确的是(　　) A.制备过程中将液溴替换为溴水可减少溴的挥发 B.装置b中的试剂换为AgNO3溶液可检验反应过程中有HBr生成 C．为了使分液漏斗中苯和溴的混合液顺利滴下，可先打开开关K D．装置c中溶液变为橙黄色 C　解析：溴水不能和苯发生取代反应，则制备过程中不能将液溴替换为溴水，A错误；装置b中的试剂换为AgNO3溶液，液溴和HBr都能与硝酸银溶液反应生成浅黄色AgBr沉淀，不能检验反应过程中有HBr气体生成，B错误；为了使分液漏斗中苯和液溴的混合液顺利滴下，可先打开开关K，以平衡气压，C正确；挥发出来的溴蒸气会被四氯化碳吸收留在装置b中，Br2不会进入装置c中，溶液仍保持无色，D错误。 2．实验室制备硝基苯的实验装置如图所示(夹持装置已略去)。下列关于实验操作或叙述错误的是(　　) A．冷凝管的作用是冷凝回流，提高原料的利用率 B．在水浴加热前由b口通入冷却水 C．水浴加热的优点是受热均匀、便于控制温度 D．反应后的混合液，经稀碱溶液洗涤、结晶，可得硝基苯 D　解析：浓硝酸和苯都易挥发，冷凝管可冷凝回流反应物，则冷凝管的作用是冷凝回流，提高原料的利用率，A正确；根据化工生产的逆流原理，冷凝水与蒸气逆向流动冷凝效果最佳，则在水浴加热前由b口通入冷却水，B正确；水浴加热的优点是受热均匀、便于控制温度，C正确；苯和硝基苯相互混溶，且二者均不与稀碱溶液反应，反应后的混合液，经稀碱溶液洗涤，无法得到硝基苯，可根据沸点差异利用蒸馏的方法分离苯和硝基苯，D错误。 [对应学生用书P51] 1．下列关于苯的叙述正确的是(　　) A．苯的分子式是C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，所以苯属于饱和烃 B．从苯的凯库勒式看，分子中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃 C．在加热条件下，苯与液溴发生反应生成溴苯 D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的键完全相同，键长相等 D　解析：苯的分子式是C6H6，与同碳原子数的烷烃相比，氢原子数少，苯属于不饱和烃，但由于六个碳原子间形成大π键，分子中不存在碳碳双键，故不能使酸性KMnO4溶液褪色，A错误；凯库勒式只是表示苯分子结构的一种形式，并没有体现苯分子的真实结构，苯分子中不含有碳碳双键，苯不属于烯烃，B错误；在FeBr3的催化作用下，苯与液溴发生取代反应生成溴苯等，C错误；苯分子为平面正六边形结构，6个碳碳键的键能都介于碳碳单键和碳碳双键之间，且6个碳碳键完全相同，碳碳键的键长相等，D正确。 2．(2024·商丘市十校联考期末)已知苯可以进行如下转化： 下列说法正确的是(　　) A．用蒸馏水可鉴别苯和化合物K B．化合物M和L互为同系物 C．①②反应发生的条件均为光照 D．化合物L能发生加成反应，不能发生氧化反应 A　解析：化合物K为溴苯，溴苯的密度比水大，苯的密度比水小，且都不溶于水，与水分层现象不同，所以用蒸馏水可鉴别苯和溴苯，A正确；化合物M的分子式为C6H12，L的分子式为C6H10，不满足同系物的定义，两者不互为同系物，B错误；反应①为苯制溴苯的取代反应，反应条件为单质溴、溴化铁作催化剂，C错误；化合物L中有碳碳双键能发生加成反应，也能发生氧化反应，D错误。 3．(2023·鄂州高二期末)实验室制备硝基苯(反应原理为的实验装置(夹持装置已略去)如图所示。下列说法正确的是(　　) A．水浴加热的目的是防止烧瓶内液体暴沸 B．仪器a的作用是冷凝回流，提高原料的利用率 C．利用如图实验装置可制备溴苯 D．反应完全后，可用仪器a、b蒸馏得到硝基苯 B　解析：水浴加热的目的是受热均匀，便于控制温度，A错误；仪器a为球形冷凝管，目的是冷凝回流，提高原料的利用率，B正确；液溴与铁反应生成溴化铁，溴化铁作为催化剂催化液溴与苯反应，反应在常温下进行，不需要加热，C错误；蒸馏应该用直形冷凝管冷凝收集，球形冷凝管不能用于蒸馏实验操作，D错误。 4．已知苯与液溴的反应是放热反应，某校学生为探究苯与液溴发生反应的原理，用如图装置进行实验(夹持装置已略去)。 根据相关知识回答下列问题： (1)实验开始时，关闭K2，开启K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液，反应开始。则 Ⅱ 中的有机物所发生反应的化学方程式为________________________________。 (2)仪器A的名称为________， Ⅳ 中NaOH溶液的作用是________________。 (3)整套实验装置中能防止倒吸的装置有________(填装置标号)。 (4)反应结束后，开启K2，关闭K1和分液漏斗活塞，使装置 Ⅰ 中的水倒吸入装置 Ⅱ 中，这样操作的目的是____________________________。 (5)反应结束后，为了得到较纯净的溴苯，对 Ⅱ 中的溶液按下列步骤分离提纯： ①依次用10 mL水、8 mL 10%的NaOH溶液、10 mL水洗涤。用NaOH溶液洗涤的作用是__________________________________； ②洗涤后再干燥，即得到粗溴苯，此粗溴苯中还含有的主要杂质为________，要进一步提纯，下列操作中必须的是________(填标号)。 A．重结晶 B．过滤 C．蒸馏 D．萃取 (6)此装置是否能判断苯与溴发生的是取代反应：________ , __________________(填“是”则写出能说明发生的是取代反应的现象，填“否”则解释其原因)。 答案：(1) (2)直形冷凝管(或冷凝管)　吸收尾气，防止污染空气 (3) Ⅲ 和 Ⅳ (4)吸收装置 Ⅱ 中的溴化氢气体，以免逸出污染空气 (5)①除去未反应的Br2　②苯　C (6)是　 Ⅲ 中的硝酸银溶液出现淡黄色沉淀 解析：(2)仪器A为(直形)冷凝管，反应中生成溴化氢，同时挥发出溴蒸气， Ⅳ 中NaOH溶液可以吸收尾气，防止污染空气。 (4)因装置 Ⅱ 中含有溴化氢气体能污染空气，故操作目的是吸收装置 Ⅱ 中的溴化氢气体，以免逸出污染空气。 (5)反应结束后，为了得到较纯净的溴苯，对 Ⅱ 中的溶液按下列步骤分离提纯： ①依次用10 mL水、8 mL 10%的NaOH溶液、10 mL水洗涤。用NaOH溶液洗涤的作用是除去未反应的Br2；②此粗溴苯中的苯未除去，要进一步提纯，可通过蒸馏的方法除去。 (6)此装置可以判断苯与溴发生的是取代反应，现象是 Ⅲ 中的硝酸银溶液出现淡黄色沉淀。 [课时梯级训练(9)见P192] 学科网（北京）股份有限公司 $$