2.3.1苯 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第二单元 烃 课时4 芳香烃 你的名字 1 柑橘类水果表面凹凸不平，密密麻麻分布着许多小孔，这些小孔可产生芳香烃，可溶解橡胶。 芳香烃：分子中含有苯环的碳氢化合物。 从生产煤气的原料中制备出煤气之后，剩下一种油状的液体,法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家。1825年，他用蒸馏的方法将这种油状液体进行分离，得到另一种液体，实际上就是苯。 当时法拉第将这种液体称为“氢的重碳化合物” 1834年，德国科学家米希尔里希通过蒸馏苯甲酸和石灰的混合物，得到了与法拉第所制液体相同的一种液体，并命名为苯。 法国化学家日拉尔等人又确定了苯的相对分子质量为78，分子式为C6H6。 1861年，奥地利化学家洛施密特提出苯具有环状结构。 1865年，德国化学家凯库勒提出苯的凯库勒式。 1865年，德国化学家凯库勒在一次梦里联想到一条小蛇首尾相咬,他猜测苯可能由6个碳原子首尾相连，环中碳原子以单双键相互交替结合而成。为纪念他在苯环中研究，这一表达式命名为“凯库勒式”。 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。 苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与溴水反应。溴在苯中的溶解度比在水中的大，因此苯能将溴水中的溴萃取出来。 1:实验事实表明，苯的化学性质与烯烃和炔烃有很大差别，同时也正实了苯分子中无碳碳双键，不是碳碳单键和双键交替结构。 5 实验操作     实验现象 结论原因 液体分层，上层无色，下层紫红色 液体分层，上层橙黄色，下层无色 苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不能与溴水反应，苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构。 萃取 苯的分子结构： 结构简式： 球棍模型： 填充模型： 最简式 : CH C%=92.3% C6H6 分子的不饱和程度大 分子式： 结构式： 空间构型： 平面正六边形分子 7 根据X射线衍射法测定苯的结构特征： 6个C均采用sp2杂化，分别与H及相邻C以σ键结合。键间夹角均为120°，连接成六元环。每个碳碳键的键长相等，都是139 pm，介于碳碳单键（154pm）和碳碳双键（134pm）之间的特殊化学键。 每个C余下的p轨道垂直于C、H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；苯分子为平面正六边形结构，12个原子共面。 8 证明苯分子中不存在单双键交替的结构? 2.结构方面： 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，苯不能使酸性KMnO4溶液和溴的四氯化碳溶液褪色等 1.实验方面: 3.核磁共振氢谱结果显示： 苯的6个氢原子所处的化学环境完全相同，只有1组峰。 9 【针对性检测】 下列有关苯分子的说法不正确的是(　　)。 A.苯分子中C原子均以sp3杂化方式成键，形成夹角为120°的三个sp3杂化轨道，故苯分子为正六边形的碳环 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　 A 10 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。 2.芳香族化合物： 1.芳香烃： 3.苯的同系物： 是分子中含有苯环的化合物（一个或多个苯环）。 分子中含有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷烃基。 COOH Cl 11 苯的物理性质： 苯是一种无色，有特殊气味的液体，有毒，不溶于水；易挥发（密封保存），沸点为80.1 ℃，熔点为5.5 ℃，常温下密度为0.88 g/cm3。密度比水小。有毒 苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。 12 阅读教材，根据“结构决定性质”来预测苯可能发生的化学反应： 苯 氧化反应 加成反应 取代反应 可燃性 纯卤素 √ 使酸性KMnO4溶液褪色 × 硝酸 硫酸 H2、X2、HX、H2O √ 溴水 × 13 大π键使苯分子中6个碳原子之间结合的更加牢固，使得与C相连的氢原子活动性增强。即一定条件下，苯分子中的C-H键可断裂，H原子可被其他的原子或原子团取代；当能量足够、条件适宜时，苯分子中的大π键也会被破坏，故苯也可发生加成反应。 苯的化学性质：“易取代，难加成，能氧化” 苯的化学反应： 1.氧化反应——可燃性 2C6H6＋15O2 12CO2＋6H2O 点燃 烃CH4(1:4)、C2H4(1:2)、C2H2及C6H6(1:1)，碳的质量分数越高，黑烟越浓。 火焰明亮， 伴有浓烈的黑烟 C%=92.3% 15 2.取代反应 (1)溴化反应 苯只与纯卤素反应，卤化铁做催化剂，遇到溴水只发生萃取而分层。 放热反应 FeBr3作催化剂，苯环上氢原子被溴原子所取代 纯净的溴苯是一种无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度大于水 2Fe + 3Br2 = 2FeBr3 16 实验现象： 液体轻微沸腾，三颈烧瓶底部出现棕褐色油状液体（溴苯中混有溴） ； 锥形瓶内有白雾(生成的HBr遇水蒸气) ，加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀不溶于硝酸； 向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，溶液分层，产生红褐色沉淀。 17 2.取代反应 (1)试剂的加入顺序为？ (2)长玻璃导管的作用是什么？ (3)蒸馏水、碱石灰的作用？ (4)滴加硝酸银溶液作用？ (5)两种产物的位置在哪里？ 先加苯，再加溴，最后加铁粉 导气（苯和溴都易挥发）、冷凝回流（放热反应,烧瓶中充满红棕色蒸汽） 吸收尾气HBr和溴蒸气（易挥发，有剧毒） 产生淡黄色沉淀，检验HBr 溴苯在三颈烧瓶里，HBr挥发到锥形瓶中 冷凝、吸收HBr ①液溴的密度大，后加入有利于两者混合均匀 ②液溴易挥发,后加液溴可防止溴挥发 18 初步除去溴苯中能溶于水的杂质（如FeBr3、HBr及Br2等） Br2 + 2NaOH ＝ NaBr + NaBrO + H2O 用10%NaOH溶液洗涤：除去溴苯中未反应的Br2、HBr，转化成可溶于水的物质。 除去NaOH及生成的盐NaBr和NaBrO 分液: 用无水CaCl2或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水。 使溴苯和苯进行分离，除去溴苯中的苯。 怎样得到纯净的溴苯？ 杂质:未反应完的苯、Br2、FeBr3、反应生成的HBr 水洗: 碱洗: 水洗: 干燥: 蒸馏: 过滤、水洗、静置、分液、碱洗、分液、水洗、干燥、蒸馏 苯的化学反应： 2.取代反应 【思考与讨论】如何获得纯净的溴苯？ 产物中可能含有溴苯、苯、HBr和Br2 试剂： 操作： 目的： 水 分液 除FeBr3、HBr及Br2 HBr水溶液 溴苯 苯、溴 试剂： 操作： 目的： NaOH 分液 除Br2 NaBr溶液 NaBrO溶液 溴苯 苯 溴苯 苯 蒸馏 除苯 操作： 目的： Br2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H2O 20 生成的HBr中常混有溴蒸气，此时用AgNO3溶液对HBr的检验结果是否可靠？ 不可靠，因为溴易挥发。溴蒸气溶于水，也能生成HBr与AgNO3溶液反应生成淡黄色沉淀。 将产生的气体: ①通过CCl4或苯洗气(除去其中的溴) ②再通入AgNO3溶液中 思考：如何证明苯与液溴发生的是取代反应? 21 思考：如何证明苯与液溴发生的是取代反应? 除去溴苯 中的溴 除去溴蒸汽， 净化HBr气体 溶液变红， 检验HBr 产生淡黄色沉淀，检验HBr 除去 HBr尾气 D、E、F导管不插 入液面以下防倒吸 [实验探究] 污染小、杂质少、反应充分、操作一体化 2.取代反应 (2)硝化反应 硝基苯 在浓硫酸的作用下，苯在50~60℃时与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。 纯净的硝基苯是一种无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度大于水，易溶于有机溶剂。遇明火、高热会燃烧、爆炸。硝基苯蒸气有毒性。 温度过低，不易反应； 温度过高，苯挥发，硝酸分解，苯和浓硫酸反应生成苯磺酸等副反应 24 实验现象： 将反应后的液体倒入一个盛有水的烧杯中,可以观察到烧杯底部有黄色油状物质生成 (硝基苯因溶有少量NO2而显黄色)。 25 (1)试剂添加顺序？ (2)加热方式？ (3)温度计位置？ (4)试管上方长导管的作用？ (5)浓硫酸的作用？ 先加浓硝酸，再加浓硫酸，等混合液冷却到50-60℃后再加苯 水浴加热，容易控制温度，受热均匀 温度计水银球插入水浴中，不能触及烧杯底部及烧杯壁。 导气、冷凝回流、减少反应物的挥发 催化剂、吸水剂 催化剂加快反应；吸水剂使反应有利于正向移动 水浴温度0-100­℃ 油浴温度100-250℃ 沙浴温度400-600­℃ （否则浓硝酸会受热迸溅） 26 ⑦ 思考与讨论:如何从上述粗产品中得到纯净的硝基苯？ 沸点℃ 硝基苯 210.9℃ 苯 80.1 除去硝酸、硫酸及NO2 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 除去硝酸、硫酸及NO2 分液: 水洗: 碱洗: 水洗: 干燥: 蒸馏: 产物→水洗→碱洗→水洗→分液→无水CaCl2干燥→蒸馏→纯物质 苯的化学反应： 2.取代反应 【思考与讨论】如何获得纯净的硝基苯？ 产物中可能含有硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2 试剂： 操作： 目的： 水 分液 除酸和NO2 酸液 硝基苯 苯 残余酸 试剂： 操作： 目的： NaOH 分液 除酸和NO2 盐溶液 硝基苯 苯 硝基苯 苯 蒸馏 除苯 操作： 目的： 水洗：除去NaNO3 、NaNO2和过量的碱 干燥：除去水（加无水MgSO4） 28 苯的化学反应： 2.取代反应 (3)磺化反应 反应物和吸水剂 苯磺酸易溶于水，是一种强酸；该反应可用于制备合成洗涤剂。 苯与浓硫酸在70~80℃时可以发生磺化反应，生成苯磺酸。 29 苯的化学反应： 3.加成反应 (1)与H2加成 + 3H2 催化剂 △ Pt或Ni 大π键稳定，难加成 (2)与Cl2加成 3Cl2 紫外线/光照 Cl Cl Cl Cl Cl Cl (农药六六六) 反应条件不同，反应原理相差很大。 Cl2 FeCl3 ＋ HCl Cl 30 课堂检测 【典型例题1】苯是一种重要的有机化工原料，下列有关苯的说法 正确的是（ ） A．苯为无色无毒的液体 B．苯能在空气中燃烧生成CO2和H2O C．苯分子中碳、氢元素的质量比为1：1 D．一定条件下苯能与氢气发生取代反应 【答案】B 31 课堂检测 【典型例题2】下列关于苯的叙述正确的是(　　) A.反应①为加成反应 B.反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,是因为苯分子含 有三个碳碳双键 C.反应③为取代反应,有机产物是一种烃 D.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并带有浓烟 【答案】D 32 课堂检测 【典型例题3】 苯中不存在单双键交替结构，下列可作为证据的是（　　） ①苯不能使KMnO4酸性溶液褪色 ②苯中碳碳键的键长完全相等 ③苯在一定条件下与H2反应生成环己烷 ④经实验测得邻二甲苯仅一种结构 ⑤经实验测得间二甲苯仅一种结构 ⑥苯的一溴代物没有同分异构体 ⑦苯不能使溴水因发生化学反应而褪色 A．①②④⑦ B．①②④⑤ C．②③④⑤ D．①②⑤⑦ 【答案】A 33 课堂检测 【典型例题4】 苯与乙烯、乙炔相比较，下列叙述不正确的是（ ） A．都能燃烧，生成二氧化碳和水 B．都容易发生加成反应 C．乙烯和乙炔易发生加成反应，苯只能在特殊条件下才发生加成反应 D．乙炔和乙烯易被KMnO4氧化，苯不能被KMnO4氧化 【答案】B 34 2.苯的结构中不存在单、双键交替结构,可以作为证据的事实 是　　　 　　　 (填序号)。  ①苯不能使KMnO4(H+)溶液褪色 ②苯中碳碳键的键长均相等 ③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷 ④经实验测得邻二甲苯仅有一种结构 ⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可以发生取代反应,但不能因化学变化而使溴水褪色 练一练 ①②④⑤ 课堂检测 如图为制取溴苯的实验装置,下列有关现象叙述和解释中,不正确的是(　 　) A.实验室制取的粗溴苯呈褐色,是由于少量未反应的溴溶解于溴苯,可以用NaOH溶液除去溴苯中的溴单质 B.冷凝管的作用是导气、冷凝回流, 此处用球形冷凝管冷凝效果更好 C.锥形瓶E中CCl4的作用是吸收 HBr,防止产生白雾 D.粗溴苯经过水洗—碱洗—水洗,得到 溴苯和苯的混合物,用蒸馏的方法将其分离 C 课堂检测 1.苯和硫酸发生磺化反应，反应历程如下： ( ) 已知：在高温或大量水存在下，-SO3H能解离成-SO3-，使苯环的电子云密度增大，最后失去SO3生成苯。 下列说法不正确的是 A．磺化反应过程中碳原子的杂化类型发生改变 B．由反应历程可知相比于苯，硝基苯更难与硫酸发生磺化反应 C．苯和硝酸反应生成硝基苯，亦能在大量水存在的条件下脱去硝基生成苯 D．甲苯制邻氯甲苯的过程中引入磺酸基可以防止某些位置被取代 课 堂 练 习 C 2.苯在浓HNO3和浓H2SO4作用下，反应过程中能量变化示意图如下图所示。下列说法正确的是 A．从中间体到产物，更有利于生成产物I B．生成X为苯的加成产物，生成Y为苯的取代产物 C．苯和M分子中所有碳均为sp2杂化 D．生成Y的过程中，浓H2SO4增大了反应的活化能 课 堂 练 习 B FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$