2.2 芳香烃 （同步讲义）化学沪科版选择性必修3

第二章 烃与卤代烃 第4课时 芳香烃 教学目标 使学生掌握苯及其同系物的分子结构、化学性质和主要用途，理解芳香烃的概念与分类。 重点和难点 教学重点：苯的分子结构特点（平面正六边形、大π键）及其典型化学性质（取代反应为主，如卤化、硝化）。 教学难点：理解苯的特殊稳定性与取代反应机理，区分苯与烯烃、烷烃的性质差异。 · 知识点一 苯的物理及化学性质 1．苯的结构 苯分子具有平面正六边形结构 （1）6个碳原子与6个氢原子均在同一个平面上。 （2）各个键角都是120° （3）苯分子中碳碳之间的键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种独特的键 苯的化学键形成 苯分子中的6个碳原子均采取______________________杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以______________________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______________________和______________________的键长之间。每个碳原子余下的______________________轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大______________________键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。 2．苯的物理性质 苯是______________________带有______________________的液体，沸点80 ℃，熔点5.5 ℃，密度比水______________________，在660体积的水中只能溶解1体积的苯。苯是一种重要的化工原料和______________________ 3．苯的化学性质 （1）苯的氧化反应： ①苯______________________被酸性高锰酸钾氧化； ②苯燃烧时产生______________________。 2+15O212CO2+6H2O （2）苯的取代反应： +Br2 Fe Br +HBr ①苯和液溴的取代反应。铁作______________________， ②苯和HNO3的硝化反应： 生成物硝基苯是一种无色有______________________的油状液体，密度比水大，有毒。 （3）苯和H2的加成反应：苯______________________具有典型的双键所应有的加成反应性质，与烯烃相比，苯不易发生加成反应，但在特殊情况下（催化剂、一定温度），仍能发生加成反应 从此反应发现，苯的结构中在加成反应时可以看成有三个双键 即学即练 下列事实不能用有机物分子中基团间的相互作用解释的是 A．乙炔能发生加成反应而乙烷不能 B．甲烷不能使酸性溶液褪色而甲苯能使其褪色 C．水与钠反应比乙醇与钠反应更剧烈 D．苯发生硝化反应生成硝基苯而甲苯生成三硝基甲苯 ◆ 知识点二 涉及苯的实验室实验 1、 苯的取代反应-苯与液溴反应 苯和液溴的取代反应。铁作______________________， 产物中溴苯是密度比水大的无色液体，由于______________________而显褐色（可加______________________，震荡后用分液漏斗分离可除去），在瓶口出现______________________。 2、 苯的取代反应-苯的硝化反应 苯和HNO3的硝化反应： 生成物硝基苯是一种无色有______________________的油状液体，密度比水大，有毒。 注意： （1）浓硫酸作______________________（2）在______________________条件下进行反应，温度过高，苯易挥发、硝酸易分解，同时苯和浓硫酸会发生副反应 （磺化反应） （3）混合两酸的配制方法：______________________。 （4）实验中，生成物是一种淡黄色的油状液体，是因为______________________【思考】如何除去酸和NO2？ 【回答】______________________ （5）要用水浴加热，用水控制温度，温度计放在水中。 微点拨： ①纯净的溴苯为无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水的大。 ②纯净的硝基苯为无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 ③苯磺酸易溶于水，是一种强酸。 即学即练 人们对苯的认识有一个不断探究深化的过程。回答下列问题： (1)凯库勒式被广泛用于表示苯的结构。下列不可作为苯结构中不存在单双键交替结构的证据是___________(填字母)。 A．苯在一定条件下与反应生成环己烷 B．苯不能使酸性溶液褪色 C．经实验测得邻二甲苯仅一种结构 D．苯分子中碳原子与碳原子之间的距离均相等 (2)写出苯在浓硫酸、加热条件下与浓硝酸反应的化学方程式：______________________。 (3)甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下也可发生反应生成一种淡黄色晶体(又名TNT)，写出这种物质的结构简式：______________________。 (4)某学生为探究苯与溴发生的反应，用如图装置进行实验(已知：苯与溴可以互溶)。 ①装置IV的作用是______________________。 ②III中小试管内苯的作用是______________________。 ③通过该实验，可知苯与溴发生了______________________反应，能说明该反应发生的现象是______________________，II中发生反应的化学方程式为______________________。 ◆ 知识点三 苯的同系物 1．苯的同系物是指苯环上的氢原子被______________________取代所得到的一系列产物，其分子中有______________________个苯环，侧链都是______________________，通式为______________________。 2．苯的同系物的物理性质 (1)苯的同系物为无色液体，______________________溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的______________________。 (2)三种二甲苯的熔、沸点与密度 ①熔点：______________________＞______________________＞______________________。 ②沸点：______________________＞______________________＞______________________。 ③密度：______________________＞______________________＞______________________。 3．苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) (1)氧化反应 ①甲苯能使酸性KMnO4溶液______________________，这是由于甲苯上的______________________被酸性KMnO4氧化的结果。 ②燃烧 燃烧的通式为______________________。 (2)取代反应 甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下发生反应生成2,4,6­三硝基甲苯，发生反应的化学方程式为______________________。______________________(3)加成反应 在一定条件下甲苯与H2发生加成反应，生成甲基环己烷，化学反应方程式为______________________（4）甲苯的化学性质： ①侧链被氧化：--------可以用来鉴别______________________ 这表明苯环和侧链的相互影响使苯的同系物的性质发生明显的变化。应该注意甲苯、二甲苯被酸性KMnO4溶液氧化，被氧化的是侧链，即甲基被氧化。类似的氧化反应，都是苯环上的烷基被氧化，这也是苯环对烷基影响的结果。 【注意】无论侧链多长，侧链都只被氧化为羧基。例如乙苯被高锰酸钾氧化之后，也是生成______________________。 ②邻、对位上的氢容易被取代：-----由于侧链对苯环的影响，使苯环上的邻、对位上的氢______________________被取代。（当苯环上连有—O﹣、—OH、—OR、—NH2、—X（X表示卤素原子）等原子或原子团时，有利于新取代基进入它的邻位和对位，当连有—NO2、—CHO、—CCl3等原子团时，有利于新取代基进入间位） 三硝基甲苯是一种淡黄色的针状晶体，不溶于水，平时比较稳定，即使受热或撞击也不易爆炸。但是在敏感的起爆剂引爆下，就发生猛烈爆炸，所以它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路、兴修水利等。 苯的侧链碳原子上的氢原子也可以被取代，如甲苯和Cl2的反应，如果是在光照的情况下就会发生侧链上的取代反应，如果是在铁做催化剂的条件下就会发生苯环上的取代反应。 ③ 苯的同系物也能像苯那样发生加成反应，但较困难。 即学即练 下列分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上的是 A． B． C． D． 1、 苯及苯的同系物的性质总结 (1)通式：CnH2n－6(n≥6)。 2．苯及苯的同系物的化学性质 (1)氧化反应：均可燃烧、苯不能与酸性KMnO4溶液反应。 由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中，如果侧链烷基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被酸性KMnO4溶液氧化，侧链烷基通常被氧化为羧基(—COOH)。 (2)取代反应：①苯及其同系物均可发生溴代、硝化反应，但苯的同系物受烷基影响苯环上的氢活性增强，易发生取代。 ②苯的同系物的烷基在光照下与X2发生取代反应。 (3)加成反应：苯及其同系物均可与H2发生加成，生成环烷烃。 实践应用芳香烃原子共平面问题 1.四种代表物的空间结构：甲烷的四面体结构(其中3个原子共面)，乙烯的6原子共面结构，乙炔的4原子共线结构，苯的12原子共面结构。 2. 判断方法 分子中出现饱和碳原子，整个分子不共面。 分子中出现一个，至少有6个原子共面。 分子中出现一个，至少有4个原子共线。 分子中出现一个苯环，至少有12个原子共面。 实践应用 考点一 烃类的共平面问题 【例1】下列分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上的是 A． B． C． D． 【变式1-1】某烃的结构简式为，分子中共线碳原子数为，至少有个碳原子共面，至多有个碳原子共面，、、分别是 A．7、6、11 B．7、8、12 C．5、9、13 D．5、8、11 【变式1-2】有关分子结构的下列叙述中，正确的是 A．除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上 B．所有的原子都在同一平面上 C．12个碳原子不可能都在同一平面上 D．12个碳原子有可能都在同一平面上 考点二 苯环上的反应 【例2】苯硝化反应的部分过程如下图。若用氘代苯()进行该反应(反应机理相同)，反应速率无明显变化。下列说法正确的是 已知：键能大于键能。 A．反应的中间体结构中，仍存在大键 B．反应过程中，苯环上碳原子杂化方式未发生过改变 C．用氘代苯反应时，步骤i中有键的断裂与形成 D．用氘代苯反应时，总反应速率主要由步骤ⅱ决定 【变式2-1】已知：苯环引入取代基会改变苯环的电子云密度，从而改变苯环再次取代反应的难易以及取代的位置。苯环上的电子云密度越大，取代越容易。 ⅰ． ⅱ．(各产物的物质的量分数) ⅲ．(各产物的物质的量分数) 下列说法正确的是 A．浓硫酸在反应中起催化剂和脱水剂的作用 B．间二甲苯发生硝化反应所需温度低于30℃ C．发生硝化反应生成取代物的主要产物仅有 D．由以上实验可知苯环上电子云密度：苯>甲苯>硝基苯 【变式2-2】某实验小组用如图所示装置制备一硝基甲苯(包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯)，反应原理为： 实验步骤： ①浓硝酸与浓硫酸按体积比1：3配制混合溶液(即混酸)共40mL； ②在三颈烧瓶中加入13g甲苯(易挥发)，按如图所示装好药品和其他仪器； ③向三颈烧瓶中加入混酸； ④控制温度约为50~55℃，反应大约10min，三颈烧瓶底部有大量淡黄色油状液体出现； ⑤分离出一硝基甲苯，经提纯最终得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯共15g。 相关物质的性质如下： 有机物 密度 沸点/℃ 溶解性 甲苯 0.866 110.6 不溶于水 对硝基甲苯 1.286 237.7 不溶于水，易溶于液态烃 邻硝基甲苯 1.162 222 不溶于水，易溶于液态烃 (1)仪器A的名称是______________________。 (2)仪器B的作用是______________________进水口是______________________(填“a”或“b”)。 (3)为了使反应在50℃~60℃下进行，常用的加热方法是______________________。 (4)若实验后在三颈烧瓶中收集的产物较少，可能的原因是______________________。 (5)写出甲苯与混酸反应生成邻硝基甲苯的化学方程式：______________________。 (6)分离反应后产物的方案如下： 操作1的名称是______________________操作2的名称是______________________。 操作2中不需要用到下列仪器中的______________________(填字母)。 a．冷凝管        b．酒精灯        c．温度计        d．分液漏斗        e．蒸发皿 基础达标 1．下列反应所得的有机产物只有一种的是 A．1，3-丁二烯与氯气以等物质的量混合反应 B．丙烯水化法制丙醇 C．与NaOH的乙醇溶液作用下的消去反应 D．甲苯与液溴在溴化铁作催化剂条件下的取代反应 2．一种生产聚苯乙烯的流程如下，下列叙述正确的是 A．苯乙烯所有原子一定在同一平面内 B．苯乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，而乙苯不能使其褪色 C．鉴别乙苯与苯乙烯可用溴的四氯化碳溶液 D．反应①的反应类型是加成反应，反应②的反应类型是取代反应 3．a、b、c、d、e均为不饱和烃，下列说法不正确的是 A．a、b、c、d、e完全加氢后的产物不完全互为同分异构体 B．a、b、c、d、e均能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．a、b、c、d、e中碳原子的杂化方式不相同 D．c、d、e分别与足量的HCl发生加成反应后所得的二氯代烃互为同分异构体 4．下列说法正确的是 A．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上 B．氯乙烯与乙烯均含有碳碳双键，二者互为同系物 C．与互为同分异构体且具有相同官能团的芳香烃有四种 D．分子中至少有16个原子共平面 5．在下列5种有机分子中，一氯代物种类相同的一组是 A．①④ B．②③ C．②⑤ D．①⑤ 综合应用 6．化工原料Z是X与HBr反应的主产物。X→Z的反应机理如下： 下列说法错误的是 A．X中所有碳原子可共平面 B．X→Z反应类型是加成反应 C．Y中有2个碳原子采取杂化 D．X与HBr反应可产生一种无手性的副产物 7．苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是 A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ B．由苯得到M时，苯中的碳碳双键发生了变化 C．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物 D．对于生成Y的反应，浓作催化剂 8．下列实验装置或操作能达到实验目的是 A．用图I检验草木灰中钾元素的存在 B．用图II灼烧海带以提取碘 C．用图III进行石油的分馏 D．用图IV比较、对反应速率的影响 9．某有机物分子的结构简式如图所示，下列相关叙述正确的是 A．该有机化合物含有3种官能团 B．该有机物分子中最多有14个碳原子在同一平面内 C．该有机物分子中最多有6个碳原子共线 D．该有机物分子中最多有12个碳原子在同一平面内 10．化合物M可用于油漆、颜料、涂料工业，其结构如图。下列关于该物质的说法正确的是 A．分子式为C14H10O3 B．分子中碳的杂化方式有2种，所有碳原子可能共平面 C．分子中含有4种官能团 D．苯环上的一代氯物有5种 拓展培优 11．苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下： ①+KMnO4+MnO2；②+HCl+KCl 名称 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/() 溶解性 甲苯 92 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇 苯甲酸 122 122.4(100℃左右开始升华) 248 —— 微溶于冷水，易溶于乙醇、热水 根据下列实验步骤，回答相关问题： I．制备苯甲酸： ①在如图所示三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。 (1)仪器a的名称为______________________，冷却水应从______________________(填“m”或“n”)口通入。 Ⅱ．分离提纯： ②停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从仪器a上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0g。 ③纯度测定：称取0.122g粗产品，配成乙醇溶液，于100mL容量瓶中定容。每次移取25.00mL溶液，用的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。 (2)加入饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是______________________，趁热过滤的原因是______________________。 (3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加入______________________，若______________________，则证明苯甲酸已洗涤干净。 (4)用KOH标准溶液滴定时，适宜选择______________________为指示剂，滴定至终点时的现象是______________________。 (5)产品中苯甲酸的质量分数为______________________(保留两位有效数字)。 12．硝基苯是一种重要的化工原料，某实验小组将18mL苯与足量浓硫酸和浓硝酸混合液共热制备硝基苯并测定产率，制备原理和装置示意图(夹持装置省略)如下： 查阅资料，反应机理包括以下三个反应。 Ⅰ．___________ Ⅱ． Ⅲ． (1)a处应选择的仪器为______________________(填“A”或“B”)。 (2)的中心原子采用______________________杂化。 (3)反应机理Ⅰ表示的化学方程式为______________________。 (4)反应结束后，提纯硝基苯的实验过程如下。 已知： 摩尔质量/(g·mol-1) 密度/(g·cm-3) 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性 苯 78 0.88 5.5 80.1 均不溶于水，易溶于有机溶剂 硝基苯 123 1.21 5.7 210.9 ①操作1、2、3相同，需用到的主要玻璃仪器有烧杯和______________________。 ②无水固体的作用是______________________。 ③操作5的名称为______________________。 (5)实验过程涉及的下列操作中，错误的是___________(填字母)。 A．量筒量取苯后，无需洗涤残留液 B．往浓硝酸中加入浓硫酸后，立即加入苯 C．将产品放置在托盘天平左盘称量 D．提纯操作中，可省去操作2、3 (6)硝基苯的产率为______________________(列出计算式)。用量筒量取苯时，若俯视刻度线会导致测定产率______________________(填“偏高”或“偏低”)。 13．实验室制备溴苯的反应装置如图所示(夹持装置已略去)，回答下列问题： (1)实验开始前，先应______________________。 (2)苯的空间结构为______________________。 (3)实验进行时，仪器a中发生的反应有和______________________。 (4)CCl4的作用为______________________。 (5)仪器b的名称为______________________，其作用为______________________。 (6)烧杯盛装的溶液中，发生反应的离子方程式为______________________(不考虑空气的影响)。 14．苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理如下： (未配平)        名称 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·mL-1) 溶解性 甲苯 92 -95 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇 苯甲酸 122 122.4(100℃升华) 248 微溶于冷水，易溶于乙 醇、热水 实验步骤： Ⅰ.在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠(装置如图，夹持及加热仪器省略)。 Ⅱ.停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸完全析出。过滤，用少量冷水洗涤沉淀，将固体放在沸水浴上干燥。称量粗产品为 0.8600g。 回答下列问题： (1)根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为_______ (填编号)。 A．100mL B．250mL C．500mL D．1000mL (2)冷凝管中冷凝水的进水口为______________________ (填“a ”或“b”)。当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是______________________。 (3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是______________________ 。 (4)干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是______________________。 (5)据此估算本实验中苯甲酸的产率接近 _______ (填编号)。 A．70% B．60% C．50% D．40% (6)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过______________________的方法来提纯。 15．某药物中间体的合成路线如下： (1)C的分子式为______________________，G中官能团的名称为______________________。 (2)A→B的反应类型为______________________。 (3)由苯生成F的化学方程式为______________________。 (4)G的碱性______________________(填“>”“<”或“=”)苯胺。 (5)X是E的同系物，同时满足下列条件的X有______________________种(不考虑立体异构)。其中核磁共振氢谱有5组峰的X的结构简式为______________________。 ①X比E少一个碳原子   ②苯环上只有一个支链 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 烃与卤代烃 第4课时 芳香烃 教学目标 使学生掌握苯及其同系物的分子结构、化学性质和主要用途，理解芳香烃的概念与分类。 重点和难点 教学重点：苯的分子结构特点（平面正六边形、大π键）及其典型化学性质（取代反应为主，如卤化、硝化）。 教学难点：理解苯的特殊稳定性与取代反应机理，区分苯与烯烃、烷烃的性质差异。 · 知识点一 苯的物理及化学性质 1．苯的结构 苯分子具有平面正六边形结构 （1）6个碳原子与6个氢原子均在同一个平面上。 （2）各个键角都是120° （3）苯分子中碳碳之间的键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种独特的键 苯的化学键形成 苯分子中的6个碳原子均采取sp2杂化，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。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。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。 2．苯的物理性质 苯是无色带有特殊气味的液体，沸点80 ℃，熔点5.5 ℃，密度比水小，在660体积的水中只能溶解1体积的苯。苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。 3．苯的化学性质 （1）苯的氧化反应： ①苯不能被酸性高锰酸钾氧化； ②苯燃烧时产生明亮并带有浓烟的火焰。 2+15O212CO2+6H2O （2）苯的取代反应： +Br2 Fe Br +HBr ①苯和液溴的取代反应。铁作催化剂， ②苯和HNO3的硝化反应： 生成物硝基苯是一种无色有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，有毒。 （3）苯和H2的加成反应：苯不具有典型的双键所应有的加成反应性质，与烯烃相比，苯不易发生加成反应，但在特殊情况下（催化剂、一定温度），仍能发生加成反应 从此反应发现，苯的结构中在加成反应时可以看成有三个双键 即学即练 下列事实不能用有机物分子中基团间的相互作用解释的是 A．乙炔能发生加成反应而乙烷不能 B．甲烷不能使酸性溶液褪色而甲苯能使其褪色 C．水与钠反应比乙醇与钠反应更剧烈 D．苯发生硝化反应生成硝基苯而甲苯生成三硝基甲苯 【答案】A 【解析】A．乙炔含有碳碳三键，加成反应由三键本身的不饱和性决定，与基团间相互作用无关，A符合题意； B．甲苯的甲基受苯环活化，使其易被氧化，属于基团间作用，B不符合题意； C．乙醇中烷基的供电子效应减弱羟基活性，属于基团间作用，C不符合题意； D．甲基活化苯环使硝化更易进行，属于基团间作用，D不符合题意； 故选A。 ◆ 知识点二 涉及苯的实验室实验 1、 苯的取代反应-苯与液溴反应 苯和液溴的取代反应。铁作催化剂， 产物中溴苯是密度比水大的无色液体，由于溶解了溴而显褐色（可加NaOH溶液，震荡后用分液漏斗分离可除去），在瓶口出现白雾。 2、 苯的取代反应-苯的硝化反应 苯和HNO3的硝化反应： 生成物硝基苯是一种无色有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，有毒。 注意： （1）浓硫酸作催化剂、脱水剂 （2）在55～60 ℃的水浴条件下进行反应，温度过高，苯易挥发、硝酸易分解，同时苯和浓硫酸会发生副反应 （磺化反应） （3）混合两酸的配制方法：将浓硫酸沿器壁慢慢注入浓硝酸中，并不断搅拌至冷却。 （4）实验中，生成物是一种淡黄色的油状液体，是因为硝基苯中混有了硝酸分解产生的NO2 【思考】如何除去酸和NO2？ 【回答】依次加入蒸馏水和NaOH溶液洗涤，再用分液漏斗分液即可 （5）要用水浴加热，用水控制温度，温度计放在水中。 微点拨： ①纯净的溴苯为无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水的大。 ②纯净的硝基苯为无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 ③苯磺酸易溶于水，是一种强酸。 即学即练 人们对苯的认识有一个不断探究深化的过程。回答下列问题： (1)凯库勒式被广泛用于表示苯的结构。下列不可作为苯结构中不存在单双键交替结构的证据是___________(填字母)。 A．苯在一定条件下与反应生成环己烷 B．苯不能使酸性溶液褪色 C．经实验测得邻二甲苯仅一种结构 D．苯分子中碳原子与碳原子之间的距离均相等 (2)写出苯在浓硫酸、加热条件下与浓硝酸反应的化学方程式： 。 (3)甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下也可发生反应生成一种淡黄色晶体(又名TNT)，写出这种物质的结构简式： 。 (4)某学生为探究苯与溴发生的反应，用如图装置进行实验(已知：苯与溴可以互溶)。 ①装置IV的作用是 。 ②III中小试管内苯的作用是 。 ③通过该实验，可知苯与溴发生了 反应，能说明该反应发生的现象是 ，II中发生反应的化学方程式为 。 【答案】(1)A (2) (3) (4) 吸收多余的HBr，防止倒吸 吸收溴蒸气 取代 Ⅲ中硝酸银溶液内出现淡黄色沉淀 (多写亦可) 【分析】苯是平面结构，苯中不存在单双键交替的结构，而是介于单键和双键之间的一类特殊的碳碳键，苯可以发生硝化反应，也可以在催化剂作用下和液溴发生取代反应，据此分析； 【解析】（1）A．大π键和碳碳双键都能发生加成反应，苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷，不能证明苯环结构中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，A符合题意； B．苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，B不符合题意； C．如果是单双键交替结构，邻二甲苯的结构有两种，一种是两个甲基夹C-C键，另一种是两个甲基夹C=C键，邻二甲苯只有一种结构，说明苯环中的碳碳键只有一种，不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，C不符合题意； D．苯分子中碳原子与碳原子之间的距离均相等，所以苯的结构中不存在单双键交替结构，若为单双键交替结构会导致碳碳键长不一致，D不符合题意； 故选A； （2） 苯在浓硫酸、加热条件下与浓硝酸反应的化学方程式； （3） 甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下发生取代反应，产物结构简式：； （4）①装置Ⅳ中是氢氧化钠溶液，HBr有毒气体，装置Ⅳ的作用是吸收HBr，防止污染空气，同时能防倒吸； ②Ⅲ中小试管内苯的作用是吸收溴蒸气，因为溴易溶于苯，这样可以避免溴蒸气进入装置中干扰溴化氢的检验； ③苯与溴发生取代反应会生成溴化氢，溴化氢遇水蒸气形成白雾，同时溴化氢与硝酸银反应会生成淡黄色沉淀溴化银，所以根据Ⅲ中产生淡黄色沉淀的现象；能说明该反应发生的是取代反应。现象Ⅱ中苯与液溴在溴化铁(铁丝与溴反应生成溴化铁)作催化剂的条件下发生取代反应，化学方程式为。 ◆ 知识点三 苯的同系物 1．苯的同系物是指苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物，其分子中有一个苯环，侧链都是烷基，通式为CnH2n－6(n≥7)。 2．苯的同系物的物理性质 (1)苯的同系物为无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。 (2)三种二甲苯的熔、沸点与密度 ①熔点：对二甲苯＞邻二甲基＞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。 3．苯的同系物的化学性质(以甲苯为例) (1)氧化反应 ①甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，这是由于甲苯上的甲基被酸性KMnO4氧化的结果。 ②燃烧 燃烧的通式为CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。 (2)取代反应 甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下发生反应生成2,4,6­三硝基甲苯，发生反应的化学方程式为 。 (3)加成反应 在一定条件下甲苯与H2发生加成反应，生成甲基环己烷，化学反应方程式为 （4）甲苯的化学性质： ①侧链被氧化：--------可以用来鉴别苯的同系物和苯（无α-H的侧链，不能发生氧化反应） 这表明苯环和侧链的相互影响使苯的同系物的性质发生明显的变化。应该注意甲苯、二甲苯被酸性KMnO4溶液氧化，被氧化的是侧链，即甲基被氧化。类似的氧化反应，都是苯环上的烷基被氧化，这也是苯环对烷基影响的结果。 【注意】无论侧链多长，侧链都只被氧化为羧基。例如乙苯被高锰酸钾氧化之后，也是生成苯甲酸。 ②邻、对位上的氢容易被取代：-----由于侧链对苯环的影响，使苯环上的邻、对位上的氢易被取代。（当苯环上连有—O﹣、—OH、—OR、—NH2、—X（X表示卤素原子）等原子或原子团时，有利于新取代基进入它的邻位和对位，当连有—NO2、—CHO、—CCl3等原子团时，有利于新取代基进入间位） 三硝基甲苯是一种淡黄色的针状晶体，不溶于水，平时比较稳定，即使受热或撞击也不易爆炸。但是在敏感的起爆剂引爆下，就发生猛烈爆炸，所以它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路、兴修水利等。 苯的侧链碳原子上的氢原子也可以被取代，如甲苯和Cl2的反应，如果是在光照的情况下就会发生侧链上的取代反应，如果是在铁做催化剂的条件下就会发生苯环上的取代反应。 ③ 苯的同系物也能像苯那样发生加成反应，但较困难。 即学即练 下列分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．该分子是萘的结构，萘环是平面结构，所有碳原子都在萘环平面上，所以分子中所含碳原子可能处在同一平面上，不符合题意，A错误； B．苯环是平面结构，碳碳双键也是平面结构，与苯环和碳碳双键直接相连的原子与它们所在平面共面，通过单键旋转，分子中所有碳原子可以处在同一平面上，不符合题意，B错误； C．苯环是平面结构，通过单键旋转，两个苯环可以共平面，甲基碳原子也可处于该平面，分子中所含碳原子可能处在同一平面上，不符合题意，C错误； D．该分子中连接两个苯环的碳原子与周围的碳原子形成四面体结构，单键旋转也无法使所有碳原子共面，所以分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上，D正确； 故选D。 1、 苯及苯的同系物的性质总结 (1)通式：CnH2n－6(n≥6)。 2．苯及苯的同系物的化学性质 (1)氧化反应：均可燃烧、苯不能与酸性KMnO4溶液反应。 由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中，如果侧链烷基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被酸性KMnO4溶液氧化，侧链烷基通常被氧化为羧基(—COOH)。 (2)取代反应：①苯及其同系物均可发生溴代、硝化反应，但苯的同系物受烷基影响苯环上的氢活性增强，易发生取代。 ②苯的同系物的烷基在光照下与X2发生取代反应。 (3)加成反应：苯及其同系物均可与H2发生加成，生成环烷烃。 实践应用 2、 芳香烃原子共平面问题 1.四种代表物的空间结构：甲烷的四面体结构(其中3个原子共面)，乙烯的6原子共面结构，乙炔的4原子共线结构，苯的12原子共面结构。 2. 判断方法 分子中出现饱和碳原子，整个分子不共面。 分子中出现一个，至少有6个原子共面。 分子中出现一个，至少有4个原子共线。 分子中出现一个苯环，至少有12个原子共面。 实践应用 考点一 烃类的共平面问题 【例1】下列分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．该分子是萘的结构，萘环是平面结构，所有碳原子都在萘环平面上，所以分子中所含碳原子可能处在同一平面上，不符合题意，A错误； B．苯环是平面结构，碳碳双键也是平面结构，与苯环和碳碳双键直接相连的原子与它们所在平面共面，通过单键旋转，分子中所有碳原子可以处在同一平面上，不符合题意，B错误； C．苯环是平面结构，通过单键旋转，两个苯环可以共平面，甲基碳原子也可处于该平面，分子中所含碳原子可能处在同一平面上，不符合题意，C错误； D．该分子中连接两个苯环的碳原子与周围的碳原子形成四面体结构，单键旋转也无法使所有碳原子共面，所以分子中所含的碳原子不可能处在同一平面上，D正确； 故选D。 【变式1-1】某烃的结构简式为，分子中共线碳原子数为，至少有个碳原子共面，至多有个碳原子共面，、、分别是 A．7、6、11 B．7、8、12 C．5、9、13 D．5、8、11 【答案】C 【解析】碳碳三键两端碳原子及与其直接相连的碳原子共线，苯环对角线上的原子共线，则该分子中共线的碳原子个数为5个；苯环上原子及与苯环直接相连的原子共平面，碳碳三键两端碳原子及与其直接相连的碳原子共线也共面，碳碳双键两端碳原子及与其直接相连的原子共平面，结合单键可旋转特性，至少有9个碳原子共面，至多有13个碳原子共面，答案选C。 【变式1-2】有关分子结构的下列叙述中，正确的是 A．除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上 B．所有的原子都在同一平面上 C．12个碳原子不可能都在同一平面上 D．12个碳原子有可能都在同一平面上 【答案】D 【分析】 按照结构特点，其空间结构可简单表示为下图所示：，据此分析解题 【解析】A．由图可以看到，要使苯环外的碳原子共直线，必须双键部分键角为，但烯烃中键角为，所以苯环外的碳原子不可能共直线，A错误； B．直线l一定在平面N中，甲基上3个氢原子只有一个可能在这个平面内；—CHF2中的两个氟原子和一个氢原子，最多只有一个在碳碳双键决定的平面M中；平面M和平面N一定共用两个碳原子，可以通过旋转碳碳单键，使两平面重合，此时仍有—CHF2中的两个原子和—CH3中的两个氢原子不在这个平面内，B错误； C．由图可以看到，分子中存在乙烯和苯是平面型结构，且两平面之间是单键连接，可以任意旋转，乙炔是直线型结构，故12个碳原子可能都在同一平面上，C错误； D．由图可以看到，分子中存在乙烯和苯是平面型结构，且两平面之间是单键连接，可以任意旋转，乙炔是直线型结构，故12个碳原子可能都在同一平面上，D正确； 故选D。 考点二 苯环上的反应 【例2】苯硝化反应的部分过程如下图。若用氘代苯()进行该反应(反应机理相同)，反应速率无明显变化。下列说法正确的是 已知：键能大于键能。 A．反应的中间体结构中，仍存在大键 B．反应过程中，苯环上碳原子杂化方式未发生过改变 C．用氘代苯反应时，步骤i中有键的断裂与形成 D．用氘代苯反应时，总反应速率主要由步骤ⅱ决定 【答案】A 【解析】A．中间体结构中形成正离子需失去一个电子，所以仍然存在大键，A正确； B．反应过程中，苯环上碳原子在中间体时连有硝基的碳杂化方式变为杂化，B错误； C．由图可知步骤i中没有C-D键的断裂与形成，C错误； D．两步反应中ⅱ断C-H键，C-D键能大于C-H键能，若用氘代苯而反应速率无明显变化，说明不是决速步骤，故过程的反应速率主要由决定，D错误； 故选A。 【变式2-1】已知：苯环引入取代基会改变苯环的电子云密度，从而改变苯环再次取代反应的难易以及取代的位置。苯环上的电子云密度越大，取代越容易。 ⅰ． ⅱ．(各产物的物质的量分数) ⅲ．(各产物的物质的量分数) 下列说法正确的是 A．浓硫酸在反应中起催化剂和脱水剂的作用 B．间二甲苯发生硝化反应所需温度低于30℃ C．发生硝化反应生成取代物的主要产物仅有 D．由以上实验可知苯环上电子云密度：苯>甲苯>硝基苯 【答案】B 【解析】A．浓硫酸在反应中的作用为催化剂以及吸水剂，促进反应正向进行，故A错误； B．甲苯主要取代位置为邻、对位，间二甲苯中两个甲基中间的氢比甲苯的甲基邻位氢更容易取代，则间二甲苯发生硝化反应所需温度低于30℃，故B正确； C．硝基苯主要取代位置为间位，甲苯主要取代位置为邻、对位，则发生硝化反应主要取代硝基的间位和甲基的邻、对位，即生成的主要产物是，可能还有，故C错误； D．甲基使苯环取代更容易，硝基使苯环取代困难，则知苯环上电子云密度：苯>甲苯>硝基苯，故D错误； 故答案为B。 【变式2-2】某实验小组用如图所示装置制备一硝基甲苯(包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯)，反应原理为： 实验步骤： ①浓硝酸与浓硫酸按体积比1：3配制混合溶液(即混酸)共40mL； ②在三颈烧瓶中加入13g甲苯(易挥发)，按如图所示装好药品和其他仪器； ③向三颈烧瓶中加入混酸； ④控制温度约为50~55℃，反应大约10min，三颈烧瓶底部有大量淡黄色油状液体出现； ⑤分离出一硝基甲苯，经提纯最终得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯共15g。 相关物质的性质如下： 有机物 密度 沸点/℃ 溶解性 甲苯 0.866 110.6 不溶于水 对硝基甲苯 1.286 237.7 不溶于水，易溶于液态烃 邻硝基甲苯 1.162 222 不溶于水，易溶于液态烃 (1)仪器A的名称是 。 (2)仪器B的作用是 进水口是 (填“a”或“b”)。 (3)为了使反应在50℃~60℃下进行，常用的加热方法是 。 (4)若实验后在三颈烧瓶中收集的产物较少，可能的原因是 。 (5)写出甲苯与混酸反应生成邻硝基甲苯的化学方程式： 。 (6)分离反应后产物的方案如下： 操作1的名称是 操作2的名称是 。 操作2中不需要用到下列仪器中的 (填字母)。 a．冷凝管        b．酒精灯        c．温度计        d．分液漏斗        e．蒸发皿 【答案】(1)分液漏斗 (2) 冷凝回流 a (3)水浴加热 (4)混酸未冷却即加入三颈烧瓶(或水浴温度过高)，导致反应温度过高而产生大量副产物或冷凝效果不佳导致浓硝酸、甲苯等反应物挥发而降低一硝基甲苯的产率 (5) (6) 分液 蒸馏 de 【分析】制备一硝基甲苯：分别量取浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒入烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入，并不断搅拌，配制混合溶液(即混酸)，因反应液体沸点较低，加热时容易发生暴沸，所以在三颈瓶中加入沸石，再向三颈瓶中加入混酸，并不断搅拌，水浴加热，控制温度，且便于控制反应速率，反应大约，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现，分离出一硝基甲苯，经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯，据此分析解答。 【解析】（1）根据图示装置可知，A为分液漏斗。 （2）B仪器是冷凝管，其作用是冷凝并回流易挥发的甲苯以防损失；由于冷凝水应当“下口进，上口出”，故进水口为a。 （3）为使反应维持在 50 ℃～60 ℃ 左右，常采用“水浴加热”的方法。 （4）若反应结束后在烧瓶中收集到的产物过少，常见原因是冷凝回流不当或温度过高，导致甲苯或产物随蒸气挥发、逸出而损失。 （5）生成邻硝基甲苯的化学方程式写作：。 （6）由于产物是有机物和无机物的混合物，二者不互溶，分层，所以分离产物的“操作1”为“分液”，用以分离有机层和无机酸层；有机混合物中各物质互溶，所以“操作2”为“蒸馏”，利用不同沸点分离甲苯与邻、对硝基甲苯。在操作2(蒸馏)中不需要用到的仪器是“分液漏斗”、“蒸发皿”故选de。 基础达标 1．下列反应所得的有机产物只有一种的是 A．1，3-丁二烯与氯气以等物质的量混合反应 B．丙烯水化法制丙醇 C．与NaOH的乙醇溶液作用下的消去反应 D．甲苯与液溴在溴化铁作催化剂条件下的取代反应 【答案】C 【解析】A．1,3-丁二烯含有共轭双键，与氯气等物质的量反应时，会发生1,2-加成（产物）和1,4-加成（产物），存在两种加成产物，A错误； B．丙烯中碳碳双键两侧不对称，与水反应为加成反应，产物为或，B错误； C．该卤代烃与带溴的碳原子相邻的有三个甲基，且这三个甲基的环境完全相同，发生消去反应的产物只有一种，得到的烯烃只有，C符合题意； D．甲苯与液溴在催化下发生苯环上的取代，甲苯中的甲基是邻、对位定位基，其苯环上的取代反应主要生成邻位和对位取代物，故产物为邻溴甲苯和对溴甲苯，D不符合题意； 故选C。 2．一种生产聚苯乙烯的流程如下，下列叙述正确的是 A．苯乙烯所有原子一定在同一平面内 B．苯乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，而乙苯不能使其褪色 C．鉴别乙苯与苯乙烯可用溴的四氯化碳溶液 D．反应①的反应类型是加成反应，反应②的反应类型是取代反应 【答案】C 【解析】A．苯乙烯中苯环为平面结构，乙烯也为平面结构，两者通过单键连接，单键可旋转，故其所有原子不一定在同一平面内，A错误； B．苯乙烯含碳碳双键，能还原酸性KMnO4使其褪色，乙苯中与苯环直接相连的碳上有氢，也能被酸性KMnO4氧化为苯甲酸而使其褪色，B错误； C．乙苯不含碳碳双键，与溴的四氯化碳溶液不反应，苯乙烯含碳碳双键，能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应使溶液褪色，可以鉴别，C正确； D．反应①属于加成反应；反应②为乙苯脱氢生成苯乙烯，属于氧化反应，D错误； 故答案选C。 3．a、b、c、d、e均为不饱和烃，下列说法不正确的是 A．a、b、c、d、e完全加氢后的产物不完全互为同分异构体 B．a、b、c、d、e均能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C．a、b、c、d、e中碳原子的杂化方式不相同 D．c、d、e分别与足量的HCl发生加成反应后所得的二氯代烃互为同分异构体 【答案】C 【解析】A．a为伞花烃（C10H14，含苯环），完全加氢后为环己烷衍生物（C10H20）；b为异丙烯基苯（含苯环和双键），加氢后含9个碳，产物为C9H18，与a、c、d、e（C10H20）分子式不同，故加氢产物不完全互为同分异构体，A正确； B．a为苯的同系物（含α-H），b、c、d、e含碳碳双键，均能被酸性高锰酸钾氧化，使溶液褪色，B正确； C．a中苯环碳为sp2杂化，甲基、异丙基碳为sp3杂化；b、c、d、e含双键（碳为sp2杂化）、饱和碳（碳为sp3杂化），五种物质均含sp2和sp3两种杂化方式，C错误； D．c、d、e为同分异构体（C10H16），与足量HCl加成后生成C10H18Cl2，因双键位置不同导致氯原子位置不同，产物互为同分异构体，D正确； 故答案选C。 4．下列说法正确的是 A．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上 B．氯乙烯与乙烯均含有碳碳双键，二者互为同系物 C．与互为同分异构体且具有相同官能团的芳香烃有四种 D．分子中至少有16个原子共平面 【答案】D 【解析】A．丙烷分子中碳原子以单键连接，由于甲烷的四面体结构，碳碳单键键角约109°28′，3个碳原子呈锯齿形排列，不在一条直线上，A错误； B．氯乙烯含氯原子，乙烯为烯烃，二者官能团种类不同，结构不相似，分子组成也非相差CH2原子团，不互为同系物，B错误； C．原物质的分子式为C9H10，其同分异构体中具有相同官能团的芳香烃包括：单取代（-C3H5含双键，3种）和二取代（甲基与乙烯基的邻、间、对位置异构），共3+2=5种（扣除原物质本身），C错误； D．苯分子是平面分子，苯分子中的6个C原子构成平面正六边形，处于对位的两个C原子及与该C原子连接的2个H原子在同一条直线上。一条直线上2点位于同一某一平面上，则该直线上所有点都处于该平面上，因此分子中至少有16个原子共平面，D正确； 故答案为D。 5．在下列5种有机分子中，一氯代物种类相同的一组是 A．①④ B．②③ C．②⑤ D．①⑤ 【答案】C 【解析】分子①为高度对称结构，等效氢2种，一氯代物2种，如图：； 分子②为对二异丙烯基苯，苯环上有3种等效氢，异丙烯基中2种等效氢，共5种等效氢，一氯代物5种，如图：； 分子③苯环上有4种等效氢，中间次甲基和甲基各1种等效氢，共6种等效氢，一氯代物6种，如图：； 分子④为高度对称稠环芳烃，分子高度对称，等效氢3种，一氯代物3种，如图：； 分子⑤为对称性较低的稠环芳烃，等效氢5种，一氯代物5种，如图：； 答案选C。 综合应用 6．化工原料Z是X与HBr反应的主产物。X→Z的反应机理如下： 下列说法错误的是 A．X中所有碳原子可共平面 B．X→Z反应类型是加成反应 C．Y中有2个碳原子采取杂化 D．X与HBr反应可产生一种无手性的副产物 【答案】C 【解析】A．X为苯乙烯，苯环与乙烯基均为平面结构，单键可旋转使两平面重合，所有碳原子可共平面，故A正确； B．苯乙烯与HBr反应时，双键断裂，H⁺和Br⁻分别加在双键两端碳原子上，属于加成反应，故B正确； C．Y苯环中的碳均为sp²杂化，带正电的碳为sp²杂化，仅-CH₃中的碳为sp³杂化，故C错误； D．X与HBr的副产物为Ph-CH₂-CH₂Br，Ph-CH₂-CH₂Br中无手性碳，故D正确； 选C。 7．苯在浓和浓作用下，反应过程中能量变化示意图如下。下列说法不正确的是 A．从中间体到产物，无论从产物稳定性还是反应速率的角度均有利于产物Ⅱ B．由苯得到M时，苯中的碳碳双键发生了变化 C．X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物 D．对于生成Y的反应，浓作催化剂 【答案】B 【解析】A．生成产物Ⅱ的反应的活化能更低，反应速率更快，且产物Ⅱ的能量更低即产物Ⅱ更稳定，以上2个角度均有利于产物Ⅱ， A正确； B．苯中不含碳碳双键，由苯得到M时，苯中大键发生改变，B错误； C．根据前后结构对照，X为苯的加成产物，Y为苯的取代产物，C正确； D．苯的硝化反应中，浓作催化剂，D正确； 故答案选B。 8．下列实验装置或操作能达到实验目的是 A．用图I检验草木灰中钾元素的存在 B．用图II灼烧海带以提取碘 C．用图III进行石油的分馏 D．用图IV比较、对反应速率的影响 【答案】C 【解析】A．检验钾元素需通过焰色反应，钾的焰色为紫色，需透过蓝色钴玻璃观察以排除钠元素干扰，A错误； B．灼烧海带应在坩埚中进行，烧杯不能用于固体灼烧（易炸裂且加热面积小），B错误； C．石油分馏时，温度计水银球需位于蒸馏烧瓶支管口处（测定馏分温度），冷凝管应下口进水、上口出水（保证冷凝充分），C正确； D．比较Cu2+、Fe3+对反应速率的影响需控制变量，图IV中H2O2浓度不同，且催化剂的阴离子不同，变量不唯一，无法比较、对反应速率的影响，D错误； 故选C。 9．某有机物分子的结构简式如图所示，下列相关叙述正确的是 A．该有机化合物含有3种官能团 B．该有机物分子中最多有14个碳原子在同一平面内 C．该有机物分子中最多有6个碳原子共线 D．该有机物分子中最多有12个碳原子在同一平面内 【答案】B 【解析】A．该有机物分子中含有碳碳三键、碳碳双键2种官能团，A错误； B．与苯环、碳碳双键直接相连的原子为平面形结构，且三键具有乙炔的直线形结构特点，饱和碳原子为四面体结构，与该碳原子在同一平面上的原子最多有2个顶点，根据三点确定一个平面的原子，该有机物分子中最多有14个碳原子在同一平面内，B正确； C．连接碳碳三键的碳原子的苯环对角线的碳原子可共直线，共4个，C错误； D．由选项B分析可知，该有机物分子中最多有14个碳原子在同一平面内，D错误； 故选B。 10．化合物M可用于油漆、颜料、涂料工业，其结构如图。下列关于该物质的说法正确的是 A．分子式为C14H10O3 B．分子中碳的杂化方式有2种，所有碳原子可能共平面 C．分子中含有4种官能团 D．苯环上的一代氯物有5种 【答案】B 【解析】A．由结构简式可知M的分子式为：C14H12O3，故A错误； B．分子中含有单键碳原子和双键碳原子，杂化方式分别为：，两个苯环和碳氧双键分别确定一个平面，且单键可以旋转，则所有碳原子可能共平面，故B正确； C．M中含羟基、羰基、醚键三种官能团，故C错误； D．该物质含两个苯环，如图，一氯代物共6种，故D错误； 故选B。 拓展培优 11．苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下： ①+KMnO4+MnO2；②+HCl+KCl 名称 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/() 溶解性 甲苯 92 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇 苯甲酸 122 122.4(100℃左右开始升华) 248 —— 微溶于冷水，易溶于乙醇、热水 根据下列实验步骤，回答相关问题： I．制备苯甲酸： ①在如图所示三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。 (1)仪器a的名称为 ，冷却水应从 (填“m”或“n”)口通入。 Ⅱ．分离提纯： ②停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从仪器a上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0g。 ③纯度测定：称取0.122g粗产品，配成乙醇溶液，于100mL容量瓶中定容。每次移取25.00mL溶液，用的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。 (2)加入饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ，趁热过滤的原因是 。 (3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加入 ，若 ，则证明苯甲酸已洗涤干净。 (4)用KOH标准溶液滴定时，适宜选择 为指示剂，滴定至终点时的现象是 。 (5)产品中苯甲酸的质量分数为 (保留两位有效数字)。 【答案】(1) 球形冷凝管 m (2) 除去过量的，避免在用浓盐酸酸化时产生 防止产品因温度降低而析出造成损耗 (3) 硝酸酸化的硝酸银溶液 无白色沉淀产生 (4) 酚酞 当最后半滴KOH标准溶液滴入后，溶液由无色变为红色，且半分钟内不褪色 (5)86% 【解析】（1）根据图中信息得到仪器a的名称是球形冷凝管，冷却水应从下口通入，答案选m； （2）具有还原性，能与发生氧化还原反应，由此可以除去未反应完全的，避免在用浓盐酸酸化时产生；趁热过滤可以防止产品因温度降低而析出造成损耗； （3）苯甲酸晶体析出时，会混有杂质KCl，向最后一次洗涤液中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀产生，则证明苯甲酸已洗涤干净； （4）用KOH标准溶液滴定时，滴定终点在弱碱性范围，适宜选择酚酞为指示剂，滴定至终点时的现象是当最后半滴KOH标准溶液滴入后，溶液由无色变为红色，且半分钟内不褪色； （5） 。 12．硝基苯是一种重要的化工原料，某实验小组将18mL苯与足量浓硫酸和浓硝酸混合液共热制备硝基苯并测定产率，制备原理和装置示意图(夹持装置省略)如下： 查阅资料，反应机理包括以下三个反应。 Ⅰ．___________ Ⅱ． Ⅲ． (1)a处应选择的仪器为 (填“A”或“B”)。 (2)的中心原子采用 杂化。 (3)反应机理Ⅰ表示的化学方程式为 。 (4)反应结束后，提纯硝基苯的实验过程如下。 已知： 摩尔质量/(g·mol-1) 密度/(g·cm-3) 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性 苯 78 0.88 5.5 80.1 均不溶于水，易溶于有机溶剂 硝基苯 123 1.21 5.7 210.9 ①操作1、2、3相同，需用到的主要玻璃仪器有烧杯和 。 ②无水固体的作用是 。 ③操作5的名称为 。 (5)实验过程涉及的下列操作中，错误的是___________(填字母)。 A．量筒量取苯后，无需洗涤残留液 B．往浓硝酸中加入浓硫酸后，立即加入苯 C．将产品放置在托盘天平左盘称量 D．提纯操作中，可省去操作2、3 (6)硝基苯的产率为 (列出计算式)。用量筒量取苯时，若俯视刻度线会导致测定产率 (填“偏高”或“偏低”)。 【答案】(1)B (2)sp (3) (4) 分液漏斗 除去有机物中的水分 蒸馏 (5)BD (6) 偏低 【解析】（1）a处应选择的仪器为冷凝回流，应该选择球形冷凝管，选B； （2）中间产物的价层电子对数是＝2，采用sp杂化； （3）根据总反应和前两步反应机理，第Ⅰ步反应为：； （4）混合液水洗分层，碱洗除酸，水洗除碱，加入无水Na2SO4固体干燥，得到粗产品，经蒸馏得到产品； ①操作1、2、3相同为分液体，，需用到的主要玻璃仪器有烧杯和分液漏斗； ②无水固体的作用是干燥，除去有机物中的水分； ③操作5利用沸点不同，进行分离，名称为蒸馏； （5）A．量筒属于量出式仪器，故量取苯后，无需洗涤残留液，A正确； B．往浓硝酸中加入浓硫酸后，过程中会产生大量热量，应该冷却后加入苯，B错误； C．托盘天平左物右码，故左盘称量，C正确； D．提纯操作中，不可省去操作2、3，会增大药品用量，D错误； 故选BD； （6）硝基苯的产率为；用量筒量取苯时，若俯视刻度线会导致量取的苯偏少，产品偏小，测定产率偏低。 13．实验室制备溴苯的反应装置如图所示(夹持装置已略去)，回答下列问题： (1)实验开始前，先应 。 (2)苯的空间结构为 。 (3)实验进行时，仪器a中发生的反应有和 。 (4)CCl4的作用为 。 (5)仪器b的名称为 ，其作用为 。 (6)烧杯盛装的溶液中，发生反应的离子方程式为 (不考虑空气的影响)。 【答案】(1)检查装置气密性 (2)平面正六边形 (3) (4)除去挥发出来的液溴 (5) 长颈漏斗 防倒吸 (6) 【分析】a装置制备溴苯，中间的装有CCl4洗气瓶的装置吸收HBr中混有的溴蒸气，最后面的装置吸收HBr，同时防止倒吸。 【解析】（1）有气体生成的实验，为防止气体泄漏，实验开始前，先应检查装置气密性。故答案为：检查装置气密性； （2）苯中碳以sp2杂化，苯的空间结构为平面正六边形。故答案为：平面正六边形； （3） 实验进行时，仪器a中发生的反应有和苯与液溴在FeBr3催化下反应生成溴苯和溴化氢，。故答案为：； （4）溴和四氯化碳均为非极性分子，相互溶解，CCl4的作用为除去挥发出来的液溴。故答案为：除去挥发出来的液溴； （5）仪器b的名称为长颈漏斗，其作用为防倒吸。故答案为：长颈漏斗；防倒吸； （6）烧杯盛装的溶液中，HBr与足量的Na2CO3溶液发生反应生成NaHCO3，发生反应的离子方程式为。故答案为：。 14．苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理如下： (未配平)        名称 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·mL-1) 溶解性 甲苯 92 -95 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇 苯甲酸 122 122.4(100℃升华) 248 微溶于冷水，易溶于乙 醇、热水 实验步骤： Ⅰ.在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠(装置如图，夹持及加热仪器省略)。 Ⅱ.停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸完全析出。过滤，用少量冷水洗涤沉淀，将固体放在沸水浴上干燥。称量粗产品为 0.8600g。 回答下列问题： (1)根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为_______ (填编号)。 A．100mL B．250mL C．500mL D．1000mL (2)冷凝管中冷凝水的进水口为 (填“a ”或“b”)。当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是 。 (3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 。 (4)干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是 。 (5)据此估算本实验中苯甲酸的产率接近 _______ (填编号)。 A．70% B．60% C．50% D．40% (6)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过 的方法来提纯。 【答案】(1)B (2) a 当回流液体中不再出现油珠时，说明难溶于水的甲苯已被高锰酸钾完全氧化成苯甲酸 (3)除去过量的高锰酸钾 (4)苯甲酸因升华而损失 (5)C (6)重结晶 【分析】实验室定量制取苯甲酸的原理为：将1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾放入装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠，此时发生反应：；反应结束后，停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣，合并滤液和洗涤液，于冰水中冷却，得到苯甲酸钾溶液，再用浓盐酸酸化至苯甲酸完全析出，过滤，用少量冷水洗涤沉淀，将固体放在沸水浴上干燥，得到苯甲酸固体为 0.8600g，发生的反应为：；据此分析解答。 【解析】（1）根据题干信息，加入三颈烧瓶中的液体为1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，溶液体积约为102mL左右，而三颈烧瓶所盛液体体积通常占其容积的～，则选250mL三颈烧瓶最适合，故所给的四个选项中，符合条件的选项为：B。 （2）冷凝回流装置中的冷凝水采用下进上出的方式，则进水口为：a；在反应中甲苯为不溶于水的油状液滴，苯甲酸易溶于水，故当回流液体中不再出现油珠时，说明难溶于水的甲苯已被高锰酸钾完全氧化成苯甲酸。 （3）高锰酸钾与盐酸会发生氧化还原反应生成氯气，加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时产生氯气。 （4）根据题干中的数据可知，苯甲酸在100℃左右时易升华，所以干燥苯甲酸时，若温度过高，苯甲酸因升华而损失。 （5）根据分析中方程式可知，高锰酸钾稍稍过量，理论上1mol甲苯最终可以得到1mol苯甲酸，则1.5mL甲苯理论上得到的苯甲酸质量为：，现实际得到苯甲酸质量为：0.8600g，则苯甲酸的产率约为：，则所给的四个选项中，符合条件的选项为：C。 （6）苯甲酸的溶解度受温度影响较大，要得到纯度更高的苯甲酸，可通过重结晶的方法来提纯。 15．某药物中间体的合成路线如下： (1)C的分子式为 ，G中官能团的名称为 。 (2)A→B的反应类型为 。 (3)由苯生成F的化学方程式为 。 (4)G的碱性 (填“>”“<”或“=”)苯胺。 (5)X是E的同系物，同时满足下列条件的X有 种(不考虑立体异构)。其中核磁共振氢谱有5组峰的X的结构简式为 。 ①X比E少一个碳原子   ②苯环上只有一个支链 【答案】(1) 氨基 (2)加成反应 (3)++ (4)> (5) 8 【分析】由苯和乙烯加成生成，在催化剂、高温作用下生成，再和物质D一起转化为；苯在浓硫酸、浓硝酸并加热的条件下生成的F为硝基苯，硝基苯和E再转化为产物G，以此解题。 【解析】（1）结合C的结构简式可知，其分子式为；结合G的结构简式可知，G中官能团的名称为氨基； （2） 根据流程可知，的反应为，属于加成反应； （3） 苯在浓硫酸、浓硝酸并加热的条件下生成硝基苯，方程式为：； （4）G相当于将苯胺氨基中的换成了一个推电子基，导致的氨基氮原子的电子云密度更大，碱性更强，故答案为：>； （5） X比E少一个碳原子，是E的同系物、苯环上只有一个支链，则X可以看作含1个碳碳双键、4个碳原子为碳链，以苯基作取代基，该碳链的结构及苯基的位置关系为：，共8种，其中核磁共振氢谱有5组峰的结构简式为：。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $