2.3芳香烃 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

选择性必修三 第二章第三节 （芳香烃） 人民教育出版社高中化学 新课导入 关于“苯”结构的奇思妙想 1865 凯库勒苯环 1867 杜瓦苯 1867 克劳斯苯 1868 拉登堡苯 发现者 1825 氢的重碳化合物 在烃类化合物中，有很多分子里含有一个或多个苯环，这样的化合物属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。 填充模型 球棍模型 利用现代科学手段证明苯的结构： 1935年，詹斯用X射线衍射法证实了苯分子为平面正六边形，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之间。 共价键 碳碳单键 苯环中的碳碳键 碳碳双键 键长/pm 154 139 133 一、苯的结构与性质 （一）苯的结构 通过核磁共振氢谱可知，苯中的 6个氢原子的化学环境是相同的。 分子式 最简式 结构式 结构简式 空间填充模型 球棍模型 C6H6 CH 2.苯的组成与结构 3.苯的成键与结构特点 H H H H H H （1）苯分子中碳原子____杂化形成_________键，每个碳原子余下的p轨道_______碳、氢原子构成的平面，相互_________形成______键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧，碳碳键是_____碳碳单键与碳碳双键之间的一种独特的键； 平面正六边形 （2）苯分子是________分子，苯分子为___________结构，分子中12个原子_______，键角均为_____°。 垂直于 平行重叠 大π sp2 σ键、大π 介于 非极性 共平面 120 如何证明苯环中不存在单双键交替结构？ 结构上 苯分子中六个碳碳键均等长，六元碳环呈平面正六边形 邻二氯苯只有一种结构，而若为单双键交替结构，应有两种结构 苯不能发生碳碳双键可发生的反应，如苯不能使酸性KMnO4溶液和溴的四氯化碳溶液褪色等 氯代苯的结构 Cl Cl Cl Cl 性质上 实验操作     实验现象 结 论 液体分层，上层 无色，下层紫红色 液体分层，上层橙红色， 下层无（接近无）色 苯不被酸性KMnO4溶液氧化，也不与溴水反应，但能萃取溴 实验现象： 该实验表明，苯的化学性质与烯烃和炔烃有很大差别，同时也证实了苯分子中无碳碳双键，不是碳碳单键和双键交替结构。 实验2-1: 向两只各盛有2 mL 苯的试管中分别加入酸性高锰酸钾溶液和溴水， 用力振荡，观察现象。 (二)物理性质 颜色 状态 溶解性 密度 毒性 熔、沸点 挥发性 __色 ____体 ___溶于水 比水__ ___毒 较____ ___挥发 无 液 不 小 易 沸点80.1℃，熔点5.5℃，常温下密度 0.88 g/cm3。 苯是一种重要的化工原料和_______溶剂。 有 低 有机 难 易 苯的特 殊结构 饱和烃 的性质 不饱和烃 的性质 取代 反应 加成 反应 苯的特 殊性质 大π键使苯分子中6个碳原子之间结合的更加________，使得与C相连的氢原子活动性_______。即一定条件下，苯分子中的C-H键可_______，H原子可被其他的原子或原子团_______,当能量足够、条件适宜时，苯分子中的大π键也会被破坏，故，苯也可发生______反应。 牢固 增强 断裂 取代 加成 点燃 （三）苯的化学性质 1.氧化反应： ②现象：火焰明亮且伴有浓烈的黑烟 燃烧：2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O ①______使KMnO4(H+)褪色 不能 2.取代反应 (1)苯与溴的溴代反应：苯与______在______催化下可以发生反应 现象： ①烧瓶中：液体轻微沸腾，充满红棕色气体(Br2)； ②锥形瓶中： ③烧瓶底部： (纯净的溴苯是一种_____液体，有__________气味， _____溶于水，密度比水的__________。) 溴苯 液溴 Fe 无色 特殊 不 大 出现浅黄色沉淀，导管口有白雾(HBr) 有褐色不溶于水的液体。 讨论： (1)试剂的加入顺序为？ (2)长玻璃导管的作用是什么？ (3)导管为何不能插入水中？ (4) 两种产物的位置在哪里？ (5)滴加硝酸银溶液作用？ (6)欲证明苯和液溴发生的反应是取代反应而不是加成反应，需对上述装置如何改进？ 导气、冷凝回流 溴苯在圆底烧瓶里，HBr主要挥发到锥形瓶中 苯 液溴 Fe屑 溴化氢易溶于水，防止倒吸 产生淡黄色沉淀，检验HBr 设计实验证明该反应是取代反应还是加成反应？ 除去溴蒸汽，净化HBr气体 溶液变红 产生淡黄色沉淀 除去HBr尾气 检验HBr 防倒吸 设计实验证明该反应是取代反应还是加成反应？ (7)如何获得纯净的溴苯？ 用水洗涤，除去溴苯中能溶于水的杂质（如FeBr3、HBr及Br2等） 用水洗涤，除去NaOH及生成的盐NaBr和NaBrO 无水CaCl2或无水MgSO4等固体干燥剂除去水（后过滤） 使溴苯和苯进行分离，除去溴苯中的苯 提纯方法 Br2 + 2NaOH ＝ NaBr + NaBrO + H2O 分液 （2） 硝化反应: 在浓硫酸作用下，苯在50 ~ 60℃还能与浓硝酸发生硝化反应。 慢慢滴入 反应放热，温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解，同时苯和浓硫酸在75-80℃时会发生反应 HNO3 50 ~ 60℃ 浓硫酸 NO2 H2O 硝基苯 HO NO2 HO H 实验现象：试管底部生成不溶于水的无色油状液体。 (3)水浴加热时温度计的位置？水浴加热时应控制 温度多少？水浴加热的优点有什么？ (1)混合浓硫酸和浓硝酸的操作步骤是什么？ 将浓硫酸沿试管内壁慢慢注入浓硝酸中，并振荡冷却。 悬挂在水浴中 50～60 ℃，反应物均匀受热且容易控制温度 (5)分离硝基苯和水混合物的方法是什么？分离硝基苯和苯 混合物的方法是什么？ (4)试管上方的长导管的作用是什么？ 冷凝回流、减少反应物的挥发，平衡气压。 分液 蒸馏 讨论： (2)浓硫酸的作用？ 催化剂、吸水剂 拓展：“水浴加热”容易控制恒温，且易使被加热物受热均匀。需要加热，且要控制在_______℃以下的实验，均可采用水浴加热。如果超过100 ℃，还可采用_______（100～300℃）、沙浴温度更高。 100 油浴 (6)溶液为什么显黄色？ 溶有少量NO2 用5%NaOH溶液洗涤：除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2 用蒸馏水洗涤：除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐 用无水氯化钙干燥，除去水 使硝基苯和苯进行分离，除去硝基苯中的苯 用蒸馏水洗涤：除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2 提纯方法 (6)如何提纯硝基苯？ 分液 HO SO3H 苯与浓硫酸在70 ~ 80℃可以发生磺化反应，生成苯磺酸 苯磺酸 SO3H HO H 磺酸基 （3） 磺化反应 与硝化反应的区别： 可以看作硫酸分子里的一个        被苯环取代的产物 OH 反应条件不同（水浴加热的温度），浓硫酸的作用不同。 在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷 3H2 催化剂 3.加成反应: 在紫外光条件下，苯能与氯气发生加成反应，生成六氯环己烷 3Cl2 光照 Cl Cl Cl Cl Cl Cl (六六六农药) 生成物的C共平面吗？____________ 不全共面 难 易 苯的特 殊结构 饱和烃 的性质 不饱和烃 的性质 取代 反应 加成 反应 苯的特 殊性质 第二章 烃 第三节　芳香烃 第2课时 苯的同系物 二、苯的同系物 （一）定义：苯环上的氢原子被____取代所得到的一系列产物称为苯的同系物 （二）结构特点：其分子中有____个苯环，侧链都是______。 通式: 符合该通式的烃____________是苯的同系物。 烷基 一 烷基 CnH2n－6(n≥7) 不一定 【课堂练习】下列有机物属于芳香族化合物的有 ，属于芳香烃的有 ，属于苯的同系物的有 。 ①②③④⑥⑦⑧ ②③④⑧ ②③⑧ ① ② —OH —CH3 ③ —CH3 —CH3 ④ CH = CH2 ⑤ ⑥ —NO2 ⑦ C O OH ⑧ 稠环芳香烃： 由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子的芳香烃； 萘 蒽 C10H8 教材P48 C14H10 （三）苯的同系物的命名 1.习惯命名法： (1)以苯作母体，苯环上的烷基为侧链进行命名 , 取代基＋苯 甲苯 乙苯 异丙苯 (2)如果苯环上两个氢原子被取代后，由于取代基位置不同，会有三种同分异构体。可用“邻”“间”和“对”来表示。 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 2.系统命名法： 将苯环上的6个碳原子编号，以某个最简单的取代基（如甲基）所在的碳原子为1号，并按使支链的位次和最小的原则给其他取代基编号，最后根据有机物名称的基本格式写出名称 1,4–二甲基–2–乙基苯 1，2–二甲苯 1，3–二甲苯 1，4–二甲苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 ①当苯环上连的是烷基（R-），-NO2，-X等基团时，则以苯环为母体 。先读侧链，后读苯环叫做某基苯。 异丙苯 2.系统命名法： 甲（基）苯 硝基苯 氯苯 ②当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，-CH=CH2或R较复杂时，则把苯环作为取代基,叫做苯基某某。 2.系统命名法： 1.若苯环上有两个取代基，则苯环上取代基的位置异构有____种 2.若苯环上有三个取代基，则苯环上取代基的位置异构数目由取代基种类数决定。 ①三个取代基均相同（AAA） ②三个取代基中有两个相同（AAB） ③三个取代基均不同（ABC ） 3种 6种 10种 （三）苯的同系物的同分异构体数目 3 【课堂练习】已知A为苯的同系物，且A的分子量为120，则A属于苯的同系物的可能结构有(　 　) A．5种 B．6种 C．7种 D．8种 D 分析课本P46表2-2，总结苯的同系物的物理性质规律 随碳原子数增多，熔、沸点依次升高，密度依次增大； 同分异构体之间，苯环上的支链越多，对称性越好，溶、沸点越低 ，密度越小 ①苯的同系物一般是具有类似苯的气味的无色液体，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，本身作有机溶剂 ②随碳原子数增多，熔沸点依次升高，密度依次增大；苯环上的 支链越多，溶沸点越低 ③同分异构体中，苯环上侧链越短，侧链在苯环上分布越散，熔沸 点越低 (四)苯的同系物物理性质 【识记】三种二甲苯的熔、沸点与密度 ①熔点：对二甲苯＞邻二甲苯＞间二甲苯 ②沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯 ③密度：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯 甲苯分子中含有苯环和甲基，因此其化学性质与苯和甲烷有_____之处。同时，由于甲基与苯环之间存在相互作用，甲基使苯环上与甲基处于_______位的氢原子______而易被______，而苯环也使甲基______，因此其化学性质与苯和甲烷有_________之处 CH3 相似 邻、对 活化 取代 活化 不同 【思考讨论】请预测苯的同系物的化学性质？（结构决定性质） 氧化 取代 加成 实验内容 实验现象 解释 （1）向两支分别盛有2mL苯和甲苯的试管中各加入几滴溴水，静置 （2）将上述试管用力振荡，静置 （3）向两支分别盛有2mL苯和甲苯的试管中各加入几滴酸性高锰酸钾溶液，静置 （4）将上述试管用力振荡，静置 溴水沉到试管底部 溴水的密度大于苯、甲苯 均分层，上层为橙红色，下层为无色 苯、甲苯不与溴水发生化学反应，但能萃取溴单质 苯未使酸性KMnO4溶液褪色，甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色 酸性KMnO4溶液沉到试管底部 酸性KMnO4溶液的密度大于苯与甲苯 苯与酸性KMnO4溶液不反应，甲苯被酸性高锰酸钾氧化 苯 甲苯 苯 甲苯 【实验2-2】 1.氧化反应 ①苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液        而使其        。 氧化 褪色 【思考1】为什么烷烃不能使酸性高锰酸钾褪色，甲苯却可以? 苯环对侧链影响：苯环活化侧链，使侧链易被氧化。 苯的同系物侧链的烷基中，直接与苯环连接的碳原子上没有        时，该物质一般不能被KMnO4(H＋)氧化为苯甲酸。 H 不能被氧化为苯甲酸 （五）苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) 【思考2】如何鉴别苯和甲苯？ 【思考3】如何除去苯中溶解的少量甲苯？ 取少量溶液于试管中，滴加适量酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色，则证明其为甲苯，反之则为苯。 取少量试液于试管中，滴加适量酸性高锰酸钾溶液，然后滴加适量NaOH溶液，静置，分液。 酸性高锰酸钾 C O OH NaOH溶液 C O ONa 分液 课堂检测 练习：请分析该有机物与高锰酸钾反应产物是什么? CH3 C CH3 CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2 R (H+)KMnO4 HOOC C CH3 CH3 CH3 HOOC COOH ②燃烧的通式： （五）苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) 1.氧化反应 2.取代反应 条件不同产物不同；甲基与苯基的相互影响造成的 （1）甲苯与氯气在光照下的反应 蒸馏 （五）苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) 【思考】甲苯与卤族单质发生取代反应生成的产物相同吗？为什么？ 通过什么操作分离产物？ （2）甲苯与液溴在溴化铁条件下的反应（已知：产物以一取代为主） 这表明与苯和液溴反应相比较，甲苯中由于______对______的影响，使苯环上与甲基处于________位的氢原子活化而易被取代，所以甲苯与浓硝酸反应可以生成一硝基取代物、_________________和______________ 甲基 苯环 邻、对 二硝基取代物 三硝基取代物 2.取代反应 （五）苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) （3）甲苯与浓硝酸、浓硫酸加热的反应 ①30℃ 苯环上的氢原子被取代，主要得到邻硝基甲苯和对硝基甲苯 ②100℃ 苯环上的氢原子被取代，主要得到三取代产物，写出对应化学方程式： 2，4，6-三硝基甲苯 有机产物的命名为：                     ，又叫梯恩梯(TNT)，是一种           体，     溶于水。它是一种烈性          ，广泛用于国防、采矿、筑路、水利建设等。 淡黄色晶 不 炸药 3. 甲苯：侧链（烃基）影响了苯环，使苯环上的H(尤其是邻、对位)更活跃，易于取代 2.苯：以苯环上一取代为主 【对比小结】对比苯与甲苯的结构，以及二者发生硝化反应的产物，你能得出什么结论？ 1.温度不同，产物不同； 【对比思考】 1.邻对位定位基(如-R，-OH，-OR，-NH2，-NHCOR)——甲基(推电子基)有利于苯环上邻对位发生取代反应。 2.间位定位基(-COOH，-COOR，-NO2，-HSO3，-CHO，-CO-R)——硝基(吸电子基)有利于苯环上间位发生取代反应。 3.加成反应 在Pt催化和加热的条件下，甲苯与氢气发生类似苯与氢气的_____反应 （命名生成物） 甲基环己烷 加成 三、芳香烃对人体及环境的危害 烧烤中含有超量的芳香烃，对人体有害。 抽烟呼出的烟气中，含有超量的芳香烃，对人体有危害！ 新装修的居室含有超量的芳香烃，对人体有害。 化学与生活 烷烃 环烷烃 烯烃 炔烃 苯 苯的同系物 氯气 光照下取代反应 光照下取代反应 加成反应 加成反应 铁作催化剂的取代反应 光照下取代反应（烷基上的取代） 液溴 光照下取代反应 光照下取代反应 加成反应 加成反应 铁作催化剂的取代反应 铁作催化剂的取代反应（苯环上的取代） 溴的四氯化碳溶液或者溴水 X X 加成反应 加成反应 与溴水萃取 与溴水萃取 高锰酸钾溶液 X X 氧化反应 氧化反应 X 氧化反应（与苯环直接相连的碳上有氢） 氢气 X _________ 加成反应 加成反应 加成反应 加成反应 【总结】烃与卤素单质、高锰酸钾溶液的反应 作业： 小灰P175-177 课堂小结 CnH2n－6＋eq \f(3n－3,2)O2eq \o(――→,\s\up17(点燃))nCO2＋(n－3)H2O $$