2.3.1 苯的结构与性质 课件 -2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

学习目标 1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊 性 ， 培养宏观辨识与微观探析的能力。 2.了解苯在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。 教材内容： P41-43 第 二 章 烃 第三节芳香烃 2.3.1 苯 芳香烃：分子中含有苯环的碳氢化合物。 芳香烃的来源——煤的干馏 石油的催化重整和裂解 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。 新课导入 CH=CH₂ C ₆ H₆ C₈H₈ 苯乙烯 —CH₃ C₇H₈ 甲 苯 C₁₀ H₈ 萘 -CH₃ 邻二甲苯 C₁2H₁0 联 苯 分子中含有一个或多个苯环的 一 类烃叫做芳香烃。 一起来认识这几种有机物： 知识回顾 CH₃ C ₈ H10 O 2.下列有机物属于芳香烃的是 CCH ① -OH CI ③ ⑤ ⑥ —NO₂ ⑦ CH₃ CH₃ CH₃ 蒽 C₁₄H₁₀0 1.下列有机物属于芳香族化合物的是 对点训练 ①②④⑥⑦⑧⑨ —CH₃ —CH₃ ④⑦⑨ CH₃ —CH₃ CH₃ ⑧ N 烃类物质可以分为四类，我们已经 学习过烷烃、烯烃、炔烃的结构与 性 质 。 那么,芳香烃物质具有怎样的结构， 其性质又是怎样的? 烷烃 烯烃 炔烃 芳香烃 最简单的芳香烃是：苯 知识回顾 烃 1825年， [英]法拉第从煤焦油中 分离出“苯”,并向皇 家学会报告：略带香味， 常温为液态 … 18世纪中期， [法]热拉尔等测得苯 相对分子质量为78 , 确定分子式为C₆H₆ , 不饱和程度很大 奥地利化学 家洛施密特 提出苯具有 环状结构。 三元环? 四元环? 五元环? 六元环? 一 、苯的结构 睡梦中，凯库勒看到碳原子在他面前蹦迪，忽前忽后，像极了跳大神。不 一会，这些碳原子竟然一个挨一个，手牵手变成了“长链”。凯库勒看着 这条“碳链”,越看越像条蛇。紧跟着，它竟然真的变成了蛇，还冲他呲 出毒牙，“碳链蛇”绕着他来回飞，凶得很。不过它的威风并没有持续多 久，突然咬住了它自己的尾巴， 一边咬还一边转圈。 那晚他工作了一夜，按照他梦中的启示做了各种 推理，又和之前的数据、记录对应起来互相验证 终于，他发现梦竟然是对的!当他提出苯的环形 结构后，全世界的化学家都惊呆了。 苯的漫画故事 (1)苯的六个碳原子形成闭合环状，即平面六边形 (2)每个碳原子均连接一个氢原子 (3)各碳原子间存在着单、双键交替形式 凯库勒在1866年提出三点假设： 凯库勒，F.A. 实验探究 酸 性 高 锰 溴水 2mL苯 实验操作 酸钾溶液 -2 mL苯 实验现象 液体分层，上层无色， 下层紫红色 液体分层，上层橙红_色 ， 下层无色 结论 苯不被酸性KMnO₄溶液氧化，也不与溴水反应，但能萃取溴 →该实验证明苯分子中无 碳碳双键和碳碳三键 说明苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构 1、苯不能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色 2、邻二氯苯只有一种结构 如苯环为单键和双键的交替 结构，则两者结构不同。 结论：苯分子结构中不存在碳碳单键和双键交替结构 凯库勒的观点不能解释： ①苯中所有C采取sp² 杂化，6个碳碳键键长完全相同，形 成平面正六边形结构， ② 是碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键。 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。 (六个C-C键/六个C-H 键完全相同). ③苯的6个H原子位置等效，苯的一取代物只有一种。 ④所有原子(6个C 、6 个H) 共平面，处于对位的两个碳原子 类型 碳碳单键 苯分子中碳碳键 碳碳双键 键长 1.54pm 1.39pm 1.34pm 及与它们相连的两个氢原子，在同一条直线上。 1.苯的结构特点 6个碳原子均采用_ sp² 杂化，分别与氢原子及相 邻碳原子以0 键结合。碳原子剩余P轨道形成 大 π 键 苯分子中 不含_ 双键，苯分子为 平面正六边形 结 构 ，12 个原子共面， 核磁共振氢谱有1 组峰 C₆H₆ 球棍模型 比例模型 或<O CH 2.苯的结构 结构简式 最简式 分子式 结构式 成键特点 苯 DDR C-H H-C、 25 (凯库勒式) 为了纪念凯库勒，凯库勒式，现仍被使用。 拓展提升 结构简式 (鲍林式) 1.苯的邻位二元取代物只有一种 2.苯不能使溴水褪色 3.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 4. 经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10 m 5.经测定，苯环中碳碳键的键能均相等 哪些事实可证明苯分子中不存在单双键交替的结构? 思考：苯的邻、间、对位二元取代物都只有一种， 均能证明苯分子中不存在单、双键交替结构? 思考与讨论 密度 颜色 有特殊气味 熔点 气味 物理 沸 点 性 质 毒性 挥发性水溶性 有毒 环保油漆采用无苯溶剂 易挥发 不溶于水 5.5℃ 苯 80.1℃ 有 毒：对人的神经系统、 造血系统有伤害， 可导致白血病。 苯是一种重要的化工原料和有机溶剂 0.88g/cm³ 无色 一、苯的物理性质 大π键使苯环结构稳定，不易断裂 ①可燃性 √ ②使酸性KMnO4 溶液褪色× 二、苯的化学性质 氧化反应 ①不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②不能与溴水反应而使其褪色(萃取) 加成反应 H₂ X₂ 、HX 、H₂O 纯卤素 硝酸 硫酸 取代反应 1.苯的氧化反应 (1)可燃性2 C₆H₆+150₂ → 12CO₂+6H₂O ◆ C%=92.3% 烃 CH₄ (1:4)、C₂H ₄ (1:2)、C₂H₂ 及C₆H₆ (1:1) 碳的质量分数越高，黑烟越明显。 火焰明亮，并伴有浓烟 (2)苯不能使酸性高锰酸钾褪色 2.苯的取代反应 ——断裂C-H 键 (1)卤代反应 苯与Br₂ 只发生一元取代反应 FeBr₃ 作催化剂，苯环上氢原子被溴原子所取代 液溴(不能用溴水) 溴苯 烧瓶中：液体轻微沸腾，充满红棕色气体； 锥形瓶中：导管口有白雾； 烧瓶底部：有褐色不溶于水的液体。 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 试剂 ①必须用纯液溴，不能用溴水，苯与溴水只会萃取； ②催化剂FeBr₃ 不能遇水，否则会水解，失去催化作用； ③也可用Fe粉代替FeBr₃, 因为Fe会与溴反应生成FeBr₃。 试剂的加入顺序：先加苯，再加溴，最后加铁粉(密度：先小后大) 长导管的作用： a 、导气：因为苯和溴都易挥发 b、冷凝回流：该反应为放热反应 导管末端不插入液面下： 溴化氢易溶于水，防止倒吸。 产物的位置：溴苯由于其沸点高不容易挥发，所以留在反应的原烧瓶内 ； 溴化氢由于其易挥发，挥发到锥形瓶中 反应类型： 取代反应(不是加成反应) 苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代反应而非加成反应。 因加成反应不会生成溴化氢。 现象：有浅黄色沉淀生成 AgNO₃+HBr=AgBr↓+HNO₃ 作用：证明发生的是取代反应而不是加成反应 知识链接 上层清液中加入KSCN(aq) 溶液变血红色 说 明Fe 被Br₂ 氧化成了Fe³+ (HBr 与水蒸汽的小液滴) 长导管口处 — →大量白雾 取 溶 液 ： 锥形瓶内①滴入AgNO₃溶液 ②加入镁粉 淡黄色沉淀 产生大量气体 说明瓶内有H+ 和Br 加 入NaOH 搅拌 得到无色油状物 生成了有机物溴苯 烧杯底部有 褐色油状物、 不溶于水 互 溶 、 Fe 不反应 深红棕色 屑 剧 烈 反应 苯 液溴 混合 实验小结 烧瓶内液体 倒入烧杯内水中 ▶ 色态 气味 毒性 沸点 溶解性 HBr 无色气体 辛辣刺激气味 有毒 -66.8℃ 易溶于水、乙醇 Br₂ 深棕红色液体 易挥发 强烈刺激性臭味 溴蒸气有腐 蚀性，有毒 58.76℃ 微溶于水，易溶于苯、 CCl₄ 、酒精等有机溶剂 溴苯 无色油状液体 特殊气味 156.2℃ 不溶于水，密度比水大 苯 无色液体 易挥发 特殊气味 有毒 80.1℃ 不溶于水，密度比水小 1.蒸馏水洗后分液，除去溶于水的HBr、FeBr₃。 2 . 10%的NaOH 溶液洗涤后分液，除去未反应完的溴。 Br₂+2NaOH=NaBr+NaBrO+H₂O 3.蒸馏水洗后分液，除 去NaOH 及与其反应生成的盐。 4.加入无水氯化钙或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水分。 5.蒸 馏 ，除去苯。 思考与讨论 如何得到纯净的溴苯?纯净的溴苯是无色的液体， 但因常含有溴而显褐色。 杂质：未反应完的苯、Br₂ 、FeB r₃ 、反应生成的HBr 目标物：溴苯 除去溴苯 除去溴蒸汽， 中的溴 净化HBr气体 检验HBr酸性 检验HBr 除去HBr 尾气 ①有分液漏斗，控制液溴的量。 AgNO₃+HBr=AgBr↓+HNO₃ ②加装一个用苯(CCl₄) 除溴蒸气的装置。 ③倒扣的漏斗可以防倒吸，还有利于尾气吸收 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? 为什么?如何除去混在HBr 中的溴蒸气? 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。 实验装置 将产生的气体 ①通过苯 (CCl₄) 洗 气 (除去其中的溴) ②再通入AgNO₃ 溶液中 铁 屑 粉 石棉绒一 NaOH溶液一 HBIE 溴和苯的混合液 A B C D 苯 紫色石 蕊试液 E AgNO₃ 溶液 F NaOH 溶液 豆 均 防倒吸 (2)硝化反应 . 断裂C-H 键 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。 催化剂和吸水剂 回 流 冷 凝 作 用 温 度 计 壹 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 1.试剂的加入顺序： 先加浓硝酸，再加浓硫酸，等混合液冷却到50-60℃后，再加苯 2.浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂 3.用水浴加热，控制温度在50-60℃,温度计放在水浴中。温度过高， 苯挥发，硝酸分解。水浴加热的优点：容易控制温度，受热均匀 4.为什么硝化反应控制在50--60℃?温度计的作用及其水银球的位置? 温度低于50℃,不易反应；温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解， 同时苯和浓硫酸反应生成苯磺酸等副反应；温度计的水银球位于水浴 中，控制水浴温度，温度计的水银球插入水浴中测量温度，水银球不 能触及烧杯底部及烧杯壁。 5.试管上方的长导管的作用是导气、冷凝回流，减少反应物的挥发。 6.产物：纯净的硝基苯是无色、有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，有毒，难溶于水； 但实验室制得的硝基苯呈淡黄色，原因：硝酸部分分解产生的NO₂ 气体溶于硝基苯 知识链接 思考与讨论 如何得到纯净的硝基苯? 目标物：硝基苯 杂质： 未反应完的苯 H₂SO₄HNO₃ 反应生成的水 ①依次用蒸馏水和5%NaOH 溶液洗涤后分液，除去硝酸和硫酸。 ②蒸馏水洗后分液，除去NaOH及与其反应生成的盐。 ③加入无水氯化钙或无水硫酸镁等干燥剂干燥，除去水分。 ④蒸馏，除去苯。 除杂：产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→无水CaCl₂ →纯物质 沸点℃ 硝基苯 210.9℃ 苯 80.1 分液法，蒸馏法 SO₃H+H₂O 苯 磺 酸 (易溶于水的有机强酸) →该反应可用于制备合成洗涤剂。 苯的溴代反应、硝化反应、磺化反应都属于取代反应。 (3)磺化反应 断裂C-H 键 苯与浓硫酸在70~80℃时可以发生磺化反应，生成苯磺酸。 十HO—SO₃H 磺酸基 1 : 3 十 3 H₂ 催化 (Ni) 或 6个C共面 (2)苯与Cl₂ 在紫外线作用下加成： △ 剂 苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应 6个C不共面 3.苯的加成反应(难)当选择性加氢时，苯环往往不加氢。 (1)苯与H₂ 加 成 ：(Pt 或Ni 作为催化剂并且加热) 六氯环己烷 (农药六六六) 环己烷 加成反应 取代反应 注意：反应条件不同，反应原理相差很大。 归纳小结 苯的化学性质： 总体来说，苯的化学性质是“易取代，能加成，难氧化” 1.氧化反应：可燃性(注：不能使酸性高锰酸钾溶液褪色) 2.易取代： 卤代反应 +Br₂ FeBr₃ 一Br+HBr 个 硝化反应 +HO-NO₂ H℃₂SO₄60℃ NO₂ +H₂O 50 浓 3.难加成：与氢气、氯气加成(注：不能和溴水发生加成反应) 烃 溴单质 溴水 溴的CCl₄溶液 酸性KMnO₄溶液 烷烃 与溴蒸气在光照条 件下发生取代反应 不反应，液态烷烃与溴 水可以发生萃取从而 使溴水褪色 不反应， 互溶不褪色 不反应 烯烃 加成 加成，褪色 加成，褪色 氧化，褪色 炔烃 加成 加成，褪色 加成，褪色 氧化，褪色 苯 一般不反应，催化 条件下可取代 不反应，发生萃取而使 溴水褪色 不反应， 互溶不褪色 不反应 分析对比 各类烃的性质比较 1、 正误判断 (1)苯的结构简式可写为“ ” ,说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排 列的( × ) (2)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃，所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( ) X (3)苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色原理相同( × ) (4)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法( / (5)苯和乙烯都是不饱和烃，所以燃烧现象相同(×) 对点训练 A.反应①为取代反应，有机产物的密度比水小 B.反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟 C.反应③为取代反应，有机产物是一种烃 D.反应④中1 mol 苯最多与3 mol H₂发生加成反应，因为苯 分子中含有三个碳碳双键 $$