第三节 芳香烃（举一反三专项训练，北京专用）【上好课】化学人教版选择性必修3

第三节 芳香烃 题型01 苯的分子结构 题型02 苯的性质 题型03 苯的同系物的结构 题型04 苯的同系物的性质 题型05 苯的同系物同分异构体数目判断的方法 题型06 有机物分子中原子共线与共面的判断 题型01 苯的分子结构 分子式 结构式 结构简式 空间充填模型 C6H6 或 化学键 形成 苯分子中的6个碳原子均采取sp2杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的sp2杂化轨道以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 结构特点 ①6个碳碳键键长完全相同。 ②是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊化学键。 ③苯的6个氢原子所处的化学环境完全相同。 ④分子中6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内。 ⑤苯分子中处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，在同一条直线上。 【归纳总结构】 苯不存在单双键交替结构，可以从以下几个方面证明： (1)结构上：六个碳碳键的键长和键能完全相同；邻二取代苯无同分异构体。 (2)性质上：溴水不褪色；酸性高锰酸钾溶液不褪色。 【典例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 【答案】D 【解析】A项，苯的分子式是C6H6，与同数碳原子的烷烃相比，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，分子中不存在碳碳不饱和键，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色，A不正确；B项，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，所以苯不属于烯烃，B不正确；C项，在FeBr3的催化作用下，苯与液溴发生取代反应生成溴苯等，C不正确；D项，苯分子为平面正六边形结构，6个碳碳键的键能都介于单键和双键之间，且都相等，碳碳键的键长相等，D正确；故选D。 【变式1-1】苯分子结构中不存在碳碳单键、双键交替结构，不能作为其证据的事实是( ) A．苯分子中碳碳键的键长均相等 B．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色 C．经实验测得邻二甲苯只有一种结构 D．苯和足量氢气发生加成反应生成环己烷 【答案】D 【解析】A项，苯分子中碳碳键的键长均相等，说明苯环中的化学键只有1种，不存在碳碳单双键交替结构，A不符合题意；B项，苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯环中不含碳碳双键，可以证明苯分子结构中不存在碳碳单双键交替结构，B不符合题意；C项，如果苯分子结构中是碳碳单双键交替结构，则邻二甲苯的结构有两种，一种是两个甲基连接C-C单键，另一种是两个甲基连接C=C双键，而经实验测得邻二甲苯只有一种结构，说明苯分子结构中不存在碳碳单双键交替结构，C不符合题意；D项，苯和氢气发生加成反应生成环己烷，发生加成反应是双键或三键具有的性质，不能证明苯分子结构中不存在碳碳单双键交替结构，D符合题意；故选D。 【变式1-2】下列关于苯的叙述正确的是( ) A．苯分子的碳原子在同一平面，氢原子不在同一平面 B．苯的结构简式可写为，但没有碳碳双键 C．苯若不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，则苯是饱和烃 D．苯分子中既含有碳碳单键又含有碳碳双键 【答案】B 【解析】A项，苯分子是平面形分子，所有的碳原子和氢原子在同一平面，A错误；B项，苯的结构简式可写为，但没有碳碳双键，6个碳碳键均为介于单键和双键之间独特的键，B正确；C项，苯若不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但苯一定条件下能与H2加成反应，是不饱和烃，C错误；D项，苯分子中不含有碳碳单键和碳碳双键，6个碳碳键均为介于单键和双键之间独特的键，D错误；故选B。 【变式1-3】关于苯的下列说法正确的是( ) A．苯的分子是环状结构，其性质跟烷烃相似 B．表示苯的分子结构，其中含有碳碳双键，因此苯的性质跟烯烃相同 C．苯的分子式是C6H6，分子中的碳原子远没有饱和，因此能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键 【答案】D 【解析】A项，苯环是特殊的环状结构，其性质跟环烷烃并不相似，如苯能与H2发生加成反应，但烷烃不能与H2加成，A错误；B项，表示苯的分子结构，但是在分子中并不含有碳碳双键，六个碳碳键均为介于单键与双键之间独特的键，因此苯的性质跟烯烃不相同，B错误；C项，苯的分子式是C6H6，分子中的C原子远没有饱和，但是由于苯环有其特殊的稳定性，所以不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C错误；D项，苯环上的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的化学键，所以其的键能、键长介于单双建之间，D正确；故选D。 题型02 苯的性质 1．苯的物理性质 无色，有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂。熔沸点低，有毒。 2．化学性质 (1)氧化反应：燃烧时火焰明亮，有浓烟，反应方程式：2C6H6+15O212CO2+6H2O。 (2)取代反应 ①卤代反应：苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应： +Br2+HBr↑。 产物(名称为溴苯)：无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。 ②硝化反应：苯与浓硝酸在浓硫酸催化条件下的反应： +HO—NO2+H2O。 (名称为硝基苯)：无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。 ③磺化反应：苯与浓硫酸在70～80 ℃发生反应生成苯磺酸： +HO—SO3H+H2O。 (3)加成反应 苯与H2在以Pt、Ni为催化剂并加热的情况下发生加成反应生成环己烷： +3H2 。 【易错警示】 在紫外线照射下，苯可以与3分子氯气发生加成反应生成六氯环己烷(六六六)。 【典例2】下列关于苯的叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，反应的试剂是浓溴水 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物是炸药TNT D．反应④中1mol苯最多与3mol发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键 【答案】B 【解析】A项，反应①为苯和液溴发生的取代反应，反应需要铁作为催化剂，故A错误；B项，反应②为苯在氧气中燃烧，属于氧化反应，因为含碳量比较高，不完全燃烧，反应现象是火焰明亮并带有浓烟，故B正确；C项，反应③为苯和硝酸的取代反应，产物为硝基苯，不是炸药TNT，故C错误；D项，反应④为苯与氢气的加成反应，1mol苯最多与3molH2发生加成反应，苯分子中不存在碳碳双键，故D错误；故选B。 【变式2-1】下列关于苯的说法不正确的是( ) A．苯不能燃烧 B．苯密度小于水 C．苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．一定条件下，苯可与浓硝酸发生取代反应 【答案】A 【解析】A项，苯能燃烧，充分反应后生成二氧化碳和水，A项错误；B项，苯密度小于水，B项正确；C项，苯的结构中含有单双键交替的大π键，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C项正确；D项，一定条件下，苯可与浓硝酸发生取代反应，D项正确；故选A。 【变式2-2】图1是实验室合成溴苯并检验其部分生成物的装置(夹持装置已略去)，下列说法正确的是( ) A．可以用CCl4萃取除去溴苯中混有的溴 B．装置B中的液体逐渐变为橙红色，是因为溴与苯发生氧化还原反应 C．装置E具有防倒吸的作用，不可以用图2所示装置代替 D．装置C中石蕊试液慢慢变红，装置D中产生浅黄色沉淀 【答案】D 【解析】A项，溴苯和溴都易溶于CCl4，所以不能用CCl4萃取溴苯中混有的溴，故A错误；B项，苯与液溴反应是放热反应，溴易挥发，因此A中产生的溴蒸气进入到B中，使B中的液体逐渐变为橙红色，故B错误；C项，E倒扣漏斗具有防倒吸的作用，HBr不溶于CCl4，因此可用图2 代替装置，故C错误；D项，B吸收挥发的溴蒸气，HBr进入到C、D、E中，因此可以观察到C中石蕊试液与HBr作用而慢慢变红，D中的产生浅黄色的AgBr沉淀，故D正确；故选D。 【变式2-3】苯和液溴反应的机理能垒图可如题图所示，FeBr3催化该反应的过程中结合Br-。下列叙述正确的是( ) A．苯和液溴反应的 B．催化时FeBr3与Br-以σ键结合 C．苯和液溴反应的决速步为第二步 D．若将Br2换成ICl，将会生成 【答案】B 【解析】A项，苯和液溴反应的，A错误；B．催化时FeBr3与Br-以σ键结合，B正确；C．第一步的正活化能比第二步的大，活化能越大反应速率越慢，决速步骤是第一步，C错误；D．若将Br2换成ICl，连接苯环的是略带正电的基团，则生成碘苯，D错误；故选B。 题型03 苯的同系物的结构 1．苯的同系物 (1)定义：苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物，其分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。 (2)通式：CnH2 n-6 (n>6)。 2．常见的苯的同系物 甲苯(C7H8)：苯环上连一个甲基 乙苯(C8H10)：苯环上连一个乙基 二甲苯(C9H12)：有三种同分异构体——邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯 异丙苯(C10H14)：苯环上连一个异丙基 【典例3】下列物质属于芳香烃，且是苯的同系物的是( ) A．①②③④ B．①③⑥ C．①②⑥ D．①②③⑥ 【答案】B 【解析】①甲苯，既属于芳香烃，又属于苯的同系物；②苯乙烯，属于芳香烃，不属于苯的同系物；③乙苯，既属于芳香烃，又属于苯的同系物；④苯酚。既不属于芳香烃，也不属于苯的同系物；⑤萘，属于芳香烃，不属于苯的同系物；⑥三甲基苯，既属于芳香烃，又属于苯的同系物；故选B。 【变式3-1】下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是( ) A． B． C． D． 【答案】C 【解析】含苯环的烃为芳香烃；含一个苯环、侧链为烷烃基的烃为苯的同系物。A项，属于芳香烃，属于苯的同系物，故A不选；B项，属于酚类，不属于芳香烃，故B不选；C项，属于芳香烃，不是苯的同系物，故C选；D项，属于芳香烃，属于苯的同系物，故D不选；故选C。 【变式3-2】下列说法中，正确的是( ) A．苯的同系物的分子通式是CnH2n-6(n≥6) B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的烃类化合物 C．在苯的同系物分子中存在大π键，每个碳原子均采取sp2杂化 D．苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸、酸性高锰酸钾溶液等发生反应 【答案】A 【解析】A项，芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物指分子中仅含有一个苯环，苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，其分子通式为CnH2n－6(n≥7，且n为正整数)，A正确；B项，苯的同系物指分子中仅含有一个苯环，苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，B错误；C项，在苯的同系物分子中苯环上存在大π键，苯环上的碳原子均采取sp2杂化，烷基上的碳原子采取sp3杂化，C错误；D项，苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应，甲苯能和酸性高锰酸钾溶液反应，但是苯不与酸性高锰酸钾溶液反应，D错误；故选A。 【变式3-3】下列选项中的两种化合物均属于芳香族化合物，且互为同系物的是( ) A．与 B．与 C．与 D．与 【答案】C 【解析】芳香族化合物，即含有苯环，互为同系物要求结构相似，官能团的种类和数目均相同。A项，两种物质中，前者不含苯环，A错误；B项，两种物质中前者含有醛基，后者不含，二者不互为同系物，B错误；C项，二者均含苯环，且只含酮羰基，故二者互为同系物，C正确；D项，二者均不含苯环，D错误；故选C。 题型04 苯的同系物的性质 1．氧化反应 (1)可燃性 ①反应：CnH2n－6+O2nCO2+(n－3)H2O ②现象：产生明亮火焰，冒浓黑烟 (2)酸性KMnO4溶液 ①氧化条件：与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，能够被酸性KMnO4溶液氧化 褪色 不褪色 ②氧化原因：苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而易被氧化。 ③氧化产物：不管烃基碳原子数为多少，都被氧化成“苯甲酸” CH3COOH CH2CH3COOH CH3CH2－CH3HOOC－COOH 2．硝化反应 (1)反应：+3HO－NO2+3H2O (2)原因：侧链烃基影响苯环，使苯环邻、对位的氢更活泼而易被取代 3．卤代反应 4．加成反应： 【易错警示】 并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色，如，由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。 【典例4】(2025·北京海淀区高二期中)分析以下反应，下列推论不正确的是( ) ① ② 产物物质的量分数依次为58%、4%、38%。 ③ 产物物质的量分数依次为6%、93%、1%。 A．甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化 B．甲基为吸电子基、硝基为推电子基，对苯环产生不同影响 C．甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代 D．硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代 【答案】B 【解析】A项，根据反应需要的温度可知，甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化，故A正确；B项，甲基为推电子基、硝基为吸电子基，对苯环产生不同影响，故B错误；C项，甲苯发生硝化反应时，产物的量最少，以 和为主，说明甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代，故C正确；D项，硝基苯发生硝化反应时，产物、的量很少，主要生成，说明硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代，故D正确；故选B。 【变式4-1】下列是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．完全燃烧时，反应②的耗氧量比等质量的苯多 C．反应③体现了苯环对侧链性质的影响，使其活性增强 D．反应④为加成反应，生成物的一氯代物的种类是4种 【答案】B 【解析】在光照条件下与Cl2发生-CH3上的取代反应；与H2发生加成反应生成等；与浓硝酸、浓硫酸的混合液发生取代反应生成等；燃烧生成二氧化碳和水。A项，由分析可知，反应①为取代反应，其产物不可能是，A不正确；B项，甲苯和苯的碳原子数为1的最简式分别为、CH，质量相同时，最简式中H原子数目越多，完全燃烧时，耗氧越多，则反应②的耗氧量比等质量的苯多，B正确；C项，反应③体现了侧链对苯环性质的影响，使其活性增强，发生了三个氢原子的取代，C不正确；D项，反应④为加成反应，生成物分子中有5种氢原子，则其一氯代物的种类是5种，D不正确；故选B。 【变式4-2】下列是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．完全燃烧时，反应②的耗氧量比等质量的苯多 C．反应③体现了苯环对侧链性质的影响，使其活性增强 D．反应④为加成反应，生成物的一氯代物的种类是4种 【答案】B 【解析】在光照条件下与Cl2发生-CH3上的取代反应；与H2发生加成反应生成等；与浓硝酸、浓硫酸的混合液发生取代反应生成等；燃烧生成二氧化碳和水。A项，由分析可知，反应①为取代反应，其产物不可能是，A不正确；B项，甲苯和苯的碳原子数为1的最简式分别为、CH，质量相同时，最简式中H原子数目越多，完全燃烧时，耗氧越多，则反应②的耗氧量比等质量的苯多，B正确；C项，反应③体现了侧链对苯环性质的影响，使其活性增强，发生了三个氢原子的取代，C不正确；D项，反应④为加成反应，生成物分子中有5种氢原子，则其一氯代物的种类是5种，D不正确；故选B。 【变式4-3】下列关于2－环己基丙烯(  )和2－苯基丙烯(  )的说法中正确的是( ) A．二者均为芳香烃 B．2－苯基丙烯分子中所有碳原子一定共平面 C．二者均可发生加聚反应和氧化反应 D．2－苯基丙烯的一氯代产物只有3种 【答案】C 【解析】A项，  结构中不含苯环，不是芳香烃，故A错误；B项，2－苯基丙烯分子中所有碳原子可能共平面，不能说一定，因为当苯环与丙烯基连接的单键旋转时就不在同一平面内，故B错误；C项，两者都有碳碳双键，所以二者均可发生加聚反应和氧化反应，故C正确；D项，因2－苯基丙烯分子中含有5种等效氢原子，则其一氯代产物有5种，故D错误；故选C。 题型05 苯的同系物同分异构体数目判断的方法 1．等效氢法：分子中完全对称的氢原子称为“等效氢”原子，判断一元取代物同分异构体的数目关键是要找出“等效氢”原子的数目，如C8H10苯的同系物的一溴代物种数的判断。 结构简式 烃基上一溴代物 苯环上的一溴代物 一溴代物 乙苯 2 3 5 邻二甲苯 1 2 3 间二甲苯 1 3 4 对二甲苯 1 1 2 2．“定一移一”法 (1)苯环上连有两个取代基时，可固定一个，移动另一个，从而得出邻、间、对三种同分异构体。 (2)苯环上连有三个取代基时，可先固定两个取代基，得到几种结构，再逐一插入第三个取代基，从而确定同分异构体的种数。如二甲苯苯环上的一氯代物种数共6种，分别为 (2种)、 (3种)、 (1种)(①、②、③表示氯原子的位置)。 【典例5】某烃的分子式为C11H16，它不能因化学反应而使溴水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色，且被氧化成邻苯二甲酸，符合上述条件的烃有(不考虑立体异构) ( ) A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 【答案】C 【解析】某烃的分子式为C11H16，不饱和度为4，符合CnH2n-6的通式，则除了苯环外都是饱和烃基，它不能因化学反应而使溴水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色，则该烃为苯的同系物，且被氧化成邻苯二甲酸，则苯环上只有2个邻位取代基，且直接与苯相连的碳上有H原子，符合条件的有共5种，故选C。 【变式5-1】下列有关同分异构体数目的叙述中，错误的是( ) A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种 B．C8H10中有4种属于芳香烃的同分异构体 C．乙苯的同分异构体共有三种 D．菲的结构简式为它与硝酸反应可生成5种一硝基取代物 【答案】C 【解析】甲苯苯环上有3种H原子，含3个碳原子的烷基有正丙基、异丙基2种，所以所得产物有3×2＝6种，故A正确；分子式为C8H10的芳香烃，其不饱和度＝2 (2×8＋2－10)＝4，分子中含有1个苯环，故侧链为烷基，若有1个侧链，为CH2CH3，有1种，若有2个侧链，为2个—CH3，有邻、间、对3种，符合条件的结构共有4种，故B正确；含有苯环的同分异构体就有邻、间、对三种，故C错误；为对称结构，有如图所示的5种H原子：，所以与硝酸反应可生成5种一硝基取代物，故D正确。 【变式5-2】已知(为氢原子或烷基)。有机化合物M()可被酸性溶液氧化为，则符合条件的有机化合物M的结构共有( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【答案】B 【解析】有机化合物中，与苯环直接相连的碳原子上至少有一个氢原子才能被酸性高锰酸钾溶液氧化生成苯甲酸，则符合条件的有机化合物M的结构有、、，共3种；故选B。 【变式5-3】某苯的同系物分子式为C11H16，经分析分子中除苯环结构外，不再含有其他环状结构，还有两个－CH3，两个－CH2－和一个，它可能的结构数目是( ) A．4 B．5 C．6 D．7 【答案】A 【解析】C11H16不饱和度为＝4，C11H16分子中除苯环外不含其它环状结构，苯环的不饱和度为4，所以，含有1个苯环，侧链为烷基；C11H16分子中存在一个，由于C11H16中含两个甲基，所以满足条件的结构中只有一个侧链。化学式为C11H16的烃结构，分子中含两个甲基，两个－CH2－和一个，1个苯环的同分异构体有：、、、，共4种；故选A。 题型06 有机物分子中原子共线与共面的判断 1．单键可旋转，双键/三键不可旋转： 单键(σ键)能自由旋转，会导致相连的刚性结构“可摆转”(如甲烷取代物中，取代基可绕C-C单键旋转，最多3个原子共面)； 双键(π键)、三键(2个π键)不能旋转，其连接的结构是“固定刚性”的(如乙烯与苯环通过单键连接，单键旋转可让两者共面或不共面，最多所有原子共面)。 2．常见分子的空间结构 代表物 空间结构 碳原子杂化类型 结构 球棍模型 结构特点 CH4 正四面体 sp3 任意3原子共面，C—C可以旋转 C2H4 平面结构 sp2 6原子共面，C==C不能旋转 C2H2 直线形 sp 4原子共线(面)，C≡C不能旋转 C6H6 平面正六边形 sp2 12原子共面，对角线上4原子共线 3．分子空间结构的基本判断 (1)结构中每出现一个碳碳双键：至少有6个原子共面。 (2)结构中每出现一个碳碳三键：至少有4个原子共线或共面。 (3)结构中每出现一个苯环：至少有12个原子共面。 (4)结构中每出现一个饱和碳原子：分子中所有原子不可能全部共面。 3.有机物分子中原子共线、共面的分析 先观察大分子的结构，找出甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的“影子”，再依据甲烷“正四面体”、乙烯“平面形”、乙炔“直线形”和苯“平面形”等空间结构和键角展开结构简式，并注意键的旋转。解题时注意题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。 【解题技法】 (1)拆分子：将复杂分子拆分为甲烷、乙烯、乙炔、苯等核心刚性结构； (2)看连接：判断结构间通过单键/双键/三键连接(单键可旋转，双键/三键固定)； (3) 定共面/共线：以刚性结构为基础，结合单键旋转极限，确定最多/最少共面/共线原子数。 【典例6】描述下列分子结构的叙述中，正确的是( ) A．X( )分子中所有碳原子可能共面 B．Y()分子中所有碳原子一定共面 C．Z ()分子中所有碳原子可能共面 D．W ()中所有碳原子均可共面 【答案】C 【解析】A项，该物质分子中含有多个饱和C原子，具有甲烷的四面体结构，故该物质分子中不可能所有碳原子共平面，A 不正确；B项，有机物Y中两个碳碳双键所确定的平面不一定共面，B不正确；C项，碳氧双键、碳碳双键、苯环以及它们所连碳原子分别共面，各平面以单键相连，单键可以旋转，所以化合物Ⅱ分子中所有碳原子可能共面，C正确；D项，W结构中连接两个苯环的碳原子为饱和碳原子，其连接的4个碳原子一定不全共平面，D不正确。故选C。 【变式6-1】下列有机化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( ) A． B．   C．   D．   【答案】C 【解析】A项，乙炔为直线结构，丙炔中甲基碳原子处于乙炔中H原子位置，所有碳原子处于同一直线，所有碳原子都处在同一平面上，故A不符合；B项，苯为平面结构，甲苯中甲基碳原子处于苯中H原子位置，所有碳原子都处在同一平面上，故B不符合；C项，2-甲基丙烷中，3个甲基处于2号碳原子四面体的顶点位置，2号碳原子处于该四面体内部，所以碳原子不可能处于同一平面，故C符合；D项，乙烯为平面结构，2-甲基丙烯中2个甲基的碳原子处于乙烯中H原子位置，所有碳原子都处在同一平面上，故D不符合；故选C。 【变式6-2】下列有关说法正确的是( ) A．CH3CH===CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上 B．苯乙烯()分子的所有原子可能在同一平面上 C．分子中的所有原子都在同一平面上 D． 的名称为3－甲基－4－异丙基己烷 【答案】B 【解析】A项，以“”为中心，联想乙烯分子中的键角为120°，该分子中4个碳原子不可能共线；B项，单键可绕轴旋转，烯平面与苯平面可能共面，因而所有原子可能共面；C项，含有饱和碳，所有原子不可能共面；D项，应选含支链最多的碳链为主链，正确的名称为：2，4－二甲基－3－乙基己烷，故选B。 【变式6-3】于  的说法正确的是( ) A．分子中有3种杂化轨道类型的碳原子 B．分子中共平面的原子数目最多为14个 C．与Cl2发生取代反应生成的一氯代物有两种 D．在一定条件下，1mol该物质与足量H2反应，最多消耗4molH2 【答案】A 【解析】A项，甲基上碳原子杂化类型为sp3，苯环上碳原子杂化类型为sp2，碳碳三键上碳原子杂化类型为sp，故A正确；B项，苯空间构型为平面正六边形，乙炔的空间构型为直线形，不共线三点确定一个平面，因此该有机物中共平面原子数目最多为15，故B错误；C项，在光照条件下，氯气取代甲基上的氢原子，在Fe或FeCl3催化剂下，能与苯环上的氢原子发生取代反应，因此该有机物与氯气发生取代反应得到一氯代物至少5种，故C错误；D项，1个苯环最多与3个氢气发生加成，1个碳碳三键最多能与2个氢气发生加成，因此1mol该有机物最多与5mol氢气发生反应，故D错误；答案为A。 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 芳香烃 题型01 苯的分子结构 题型02 苯的性质 题型03 苯的同系物的结构 题型04 苯的同系物的性质 题型05 苯的同系物同分异构体数目判断的方法 题型06 有机物分子中原子共线与共面的判断 题型01 苯的分子结构 分子式 结构式 结构简式 空间充填模型 C6H6 或 化学键 形成 苯分子中的6个碳原子均采取sp2杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的sp2杂化轨道以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 结构特点 ①6个碳碳键键长________。 ②是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的________。 ③苯的6个氢原子所处的化学环境________________。 ④分子中6个碳原子和6个氢原子都在________________。 ⑤苯分子中处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，在________________。 【归纳总结构】 苯不存在单双键交替结构，可以从以下几个方面证明： (1)结构上：六个碳碳键的键长和键能完全相同；邻二取代苯无同分异构体。 (2)性质上：溴水不褪色；酸性高锰酸钾溶液不褪色。 【典例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 【变式1-1】苯分子结构中不存在碳碳单键、双键交替结构，不能作为其证据的事实是( ) A．苯分子中碳碳键的键长均相等 B．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色 C．经实验测得邻二甲苯只有一种结构 D．苯和足量氢气发生加成反应生成环己烷 【变式1-2】下列关于苯的叙述正确的是( ) A．苯分子的碳原子在同一平面，氢原子不在同一平面 B．苯的结构简式可写为，但没有碳碳双键 C．苯若不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，则苯是饱和烃 D．苯分子中既含有碳碳单键又含有碳碳双键 【变式1-3】关于苯的下列说法正确的是( ) A．苯的分子是环状结构，其性质跟烷烃相似 B．表示苯的分子结构，其中含有碳碳双键，因此苯的性质跟烯烃相同 C．苯的分子式是C6H6，分子中的碳原子远没有饱和，因此能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键 题型02 苯的性质 1．苯的物理性质 ________色，有________气味的液体，________溶于水，密度比水________，不溶于水，易溶于有机溶剂。熔沸点________，有毒。 2．化学性质 (1)氧化反应：燃烧时火焰________，有________烟，反应方程式：2C6H6+15O2________________。 (2)取代反应 ①卤代反应：苯与液溴在FeBr3催化条件下的反应： +Br2________。 产物(名称为________)：________色液体，有________气味，________溶于水，密度比水的________。 ②硝化反应：苯与浓硝酸在浓硫酸催化条件下的反应： +HO—NO2________。 (名称为_______________)：________色液体，有苦杏仁气味，________溶于水，密度比水的________。 ③磺化反应：苯与浓硫酸在70～80 ℃发生反应生成苯磺酸： +HO—SO3H________。 (3)加成反应 苯与H2在以Pt、Ni为催化剂并加热的情况下发生加成反应生成环己烷： +3H2 。 【易错警示】 在紫外线照射下，苯可以与3分子氯气发生加成反应生成六氯环己烷(六六六)。 【典例2】下列关于苯的叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，反应的试剂是浓溴水 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物是炸药TNT D．反应④中1mol苯最多与3mol发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键 【变式2-1】下列关于苯的说法不正确的是( ) A．苯不能燃烧 B．苯密度小于水 C．苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．一定条件下，苯可与浓硝酸发生取代反应 【变式2-2】图1是实验室合成溴苯并检验其部分生成物的装置(夹持装置已略去)，下列说法正确的是( ) A．可以用CCl4萃取除去溴苯中混有的溴 B．装置B中的液体逐渐变为橙红色，是因为溴与苯发生氧化还原反应 C．装置E具有防倒吸的作用，不可以用图2所示装置代替 D．装置C中石蕊试液慢慢变红，装置D中产生浅黄色沉淀 【变式2-3】苯和液溴反应的机理能垒图可如题图所示，FeBr3催化该反应的过程中结合Br-。下列叙述正确的是( ) A．苯和液溴反应的 B．催化时FeBr3与Br-以σ键结合 C．苯和液溴反应的决速步为第二步 D．若将Br2换成ICl，将会生成 题型03 苯的同系物的结构 1．苯的同系物 (1)定义：苯环上的氢原子被________取代所得到的一系列产物，其分子中只有一个苯环，侧链都是________。 (2)通式：__________________。 2．常见的苯的同系物 甲苯(C7H8)：苯环上连一个________基 乙苯(C8H10)：苯环上连一个________基 二甲苯(C9H12)：有三种同分异构体——________二甲苯、________二甲苯、对二甲苯 异丙苯(C10H14)：苯环上连一个________基 【典例3】下列物质属于芳香烃，且是苯的同系物的是( ) A．①②③④ B．①③⑥ C．①②⑥ D．①②③⑥ 【变式3-1】下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是( ) A． B． C． D． 【变式3-2】下列说法中，正确的是( ) A．苯的同系物的分子通式是CnH2n-6(n≥6) B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的烃类化合物 C．在苯的同系物分子中存在大π键，每个碳原子均采取sp2杂化 D．苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸、酸性高锰酸钾溶液等发生反应 【变式3-3】下列选项中的两种化合物均属于芳香族化合物，且互为同系物的是( ) A．与 B．与 C．与 D．与 题型04 苯的同系物的性质 1．氧化反应 (1)可燃性 ①反应：CnH2n－6+O2 ____________________________ ②现象：产生明亮火焰，冒浓________ (2)酸性KMnO4溶液 ①氧化条件：与苯环直接相连的碳原子上有________________，能够被酸性KMnO4溶液氧化 ________ ____________ ②氧化原因：苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而易被氧化。 ③氧化产物：不管烃基碳原子数为多少，都被氧化成“苯甲酸” CH3________________ CH2CH3________________ CH3CH2－CH3 _______________________ 2．硝化反应 (1)反应：+3HO－NO2________________________________ (2)原因：侧链烃基影响苯环，使苯环邻、对位的氢更活泼而易被取代 3．卤代反应 4．加成反应： 【易错警示】 并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色，如，由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。 【典例4】(2025·北京海淀区高二期中)分析以下反应，下列推论不正确的是( ) ① ② 产物物质的量分数依次为58%、4%、38%。 ③ 产物物质的量分数依次为6%、93%、1%。 A．甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化 B．甲基为吸电子基、硝基为推电子基，对苯环产生不同影响 C．甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代 D．硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代 【变式4-1】下列是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．完全燃烧时，反应②的耗氧量比等质量的苯多 C．反应③体现了苯环对侧链性质的影响，使其活性增强 D．反应④为加成反应，生成物的一氯代物的种类是4种 【变式4-2】下列是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，其产物可能是 B．完全燃烧时，反应②的耗氧量比等质量的苯多 C．反应③体现了苯环对侧链性质的影响，使其活性增强 D．反应④为加成反应，生成物的一氯代物的种类是4种 【变式4-3】下列关于2－环己基丙烯(  )和2－苯基丙烯(  )的说法中正确的是( ) A．二者均为芳香烃 B．2－苯基丙烯分子中所有碳原子一定共平面 C．二者均可发生加聚反应和氧化反应 D．2－苯基丙烯的一氯代产物只有3种 题型05 苯的同系物同分异构体数目判断的方法 1．等效氢法：分子中完全对称的氢原子称为“等效氢”原子，判断一元取代物同分异构体的数目关键是要找出“等效氢”原子的数目，如C8H10苯的同系物的一溴代物种数的判断。 结构简式 烃基上一溴代物 苯环上的一溴代物 一溴代物 乙苯 ________ ________ ________ 邻二甲苯 ________ ________ ________ 间二甲苯 ________ ________ ________ 对二甲苯 ________ ________ ________ 2．“定一移一”法 (1)苯环上连有两个取代基时，可固定一个，移动另一个，从而得出邻、间、对三种同分异构体。 (2)苯环上连有三个取代基时，可先固定两个取代基，得到几种结构，再逐一插入第三个取代基，从而确定同分异构体的种数。如二甲苯苯环上的一氯代物种数共6种，分别为 (2种)、 (3种)、 (1种)(①、②、③表示氯原子的位置)。 【典例5】某烃的分子式为C11H16，它不能因化学反应而使溴水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色，且被氧化成邻苯二甲酸，符合上述条件的烃有(不考虑立体异构) ( ) A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 【变式5-1】下列有关同分异构体数目的叙述中，错误的是( ) A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种 B．C8H10中有4种属于芳香烃的同分异构体 C．乙苯的同分异构体共有三种 D．菲的结构简式为它与硝酸反应可生成5种一硝基取代物 【变式5-2】已知(为氢原子或烷基)。有机化合物M()可被酸性溶液氧化为，则符合条件的有机化合物M的结构共有( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【变式5-3】某苯的同系物分子式为C11H16，经分析分子中除苯环结构外，不再含有其他环状结构，还有两个－CH3，两个－CH2－和一个，它可能的结构数目是( ) A．4 B．5 C．6 D．7 题型06 有机物分子中原子共线与共面的判断 1．单键可旋转，双键/三键不可旋转： 单键(σ键)能自由旋转，会导致相连的刚性结构“可摆转”(如甲烷取代物中，取代基可绕C-C单键旋转，最多3个原子共面)； 双键(π键)、三键(2个π键)不能旋转，其连接的结构是“固定刚性”的(如乙烯与苯环通过单键连接，单键旋转可让两者共面或不共面，最多所有原子共面)。 2．常见分子的空间结构 代表物 空间结构 碳原子杂化类型 结构 球棍模型 结构特点 CH4 ________ ________ 任意3原子共面，C—C可以旋转 C2H4 ________ ________ 6原子共面，C==C不能旋转 C2H2 ________ ________ 4原子共线(面)，C≡C不能旋转 C6H6 ____________ ________ 12原子共面，对角线上4原子共线 3．分子空间结构的基本判断 (1)结构中每出现一个碳碳双键：至少有________原子共面。 (2)结构中每出现一个碳碳三键：至少有________个原子共线或共面。 (3)结构中每出现一个苯环：至少有________个原子共面。 (4)结构中每出现一个饱和碳原子：分子中所有原子________________全部共面。 3.有机物分子中原子共线、共面的分析 先观察大分子的结构，找出甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的“影子”，再依据甲烷“正四面体”、乙烯“平面形”、乙炔“直线形”和苯“平面形”等空间结构和键角展开结构简式，并注意键的旋转。解题时注意题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。 【解题技法】 (1)拆分子：将复杂分子拆分为甲烷、乙烯、乙炔、苯等核心刚性结构； (2)看连接：判断结构间通过单键/双键/三键连接(单键可旋转，双键/三键固定)； (3) 定共面/共线：以刚性结构为基础，结合单键旋转极限，确定最多/最少共面/共线原子数。 【典例6】描述下列分子结构的叙述中，正确的是( ) A．X( )分子中所有碳原子可能共面 B．Y()分子中所有碳原子一定共面 C．Z ()分子中所有碳原子可能共面 D．W ()中所有碳原子均可共面 【变式6-1】下列有机化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( ) A． B．   C．   D．   【变式6-2】下列有关说法正确的是( ) A．CH3CH===CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上 B．苯乙烯()分子的所有原子可能在同一平面上 C．分子中的所有原子都在同一平面上 D． 的名称为3－甲基－4－异丙基己烷 【变式6-3】于  的说法正确的是( ) A．分子中有3种杂化轨道类型的碳原子 B．分子中共平面的原子数目最多为14个 C．与Cl2发生取代反应生成的一氯代物有两种 D．在一定条件下，1mol该物质与足量H2反应，最多消耗4molH2 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $