2.3.1 苯 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

第二章 烃 人教版化学 选择性必修3 第三节 芳香烃 第一课时 苯 人教版化学 选择性必修3 教学目标 1.明确芳香烃的概念，掌握苯的分子结构：其空间结构、碳原子杂化方式、化学键特点等，能用不同方式表示苯的分子组成和结构。 3.学会运用苯的性质解决相关的化学问题，如判断苯的反应类型、书写反应方程式、分析实验现象等。 2.了解苯的物理性质，掌握苯的化学性质，如取代反应(与液溴、浓硝酸、浓硫酸的反应)、加成反应(与氢气、氯气的反应)和氧化反应(燃烧)。 2 新课引入 苯的发现 1825年， [英]法拉第从煤焦油中分离出“苯”，略带香味，常温为液态，确定最简式为CH 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。 凯库勒在1866年提出三点假设： (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 凯库勒式 能否反映苯的真实结构? 各碳原子间单双建交替？ 3 一、苯的结构 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。 ③结构式: ①分子式： C6H6 ②最简式: CH C%=92.3% 分子的不饱和程度大 ④球棍模型: ⑤空间填充模型: 一、苯的结构 碳原子均采取_____杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的_____杂化轨道以σ键结合，键间夹角均为_____，连接成六元环状。 sp2 sp2 120° 120° 苯分子中并没有交替存在的单、双键，每个碳碳键的键长相等，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的化学键 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。 一、苯的结构 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； 二氯代苯的结构 Cl Cl Cl Cl 性质上 实验操作     实验现象 结 论 液体分层，上层 色， 下层_____色 液体分层，上层 色， 下层___色 无 紫红 橙红 无 苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，也不能与溴水反应. 该实验证明苯分子中 碳碳双键和碳碳三键 苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构。 萃取 无 一、苯的结构 X射线衍射法测定结构 20世纪，科学家用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139pm，介于碳碳单键和碳碳双键之间。 键长(pm，即10-12 m) C—C 154 C==C 133 苯中碳碳键 139 一、苯的结构 ⑥结构简式: 苯分子的结构特点: 1)平面正六边形结构:6个碳碳键完全相同，12个原子共平面，键角120° 2)苯分子中的碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键。 为了纪念凯库勒，凯库勒式现仍被使用。 3)苯分子中并没有交替存在的单、双键。 凯库勒式 苯的大π键结构使苯的性质比烯烃稳定。 一、苯的结构 二、苯的性质 1.苯的物理性质 苯有毒！苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。 颜色 状态 气味 密度 熔、沸点 溶解性 挥发性 无色 液体 特殊气味 比水小 0.88g/cm3 不溶于水, 易溶于有机溶剂 易挥发 熔点5.5℃，沸点80.1 ℃ 用冰冷却时结成无色的晶体。 应用：苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。 10 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。 二、苯的性质 在一定条件下,能发生氧化、取代、加成等反应。 1）苯的氧化反应：在空气中燃烧 2C6H6 + 15O2 12CO2+ 6H2O 点燃 现象：火焰明亮， 伴有浓烈的黑烟 【注意】①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 ②苯和溴水发生萃取而使之褪色。 烃CH4(1:4)、C2H4(1:2)、C2H2及C6H6(1:1) 碳的质量分数越高，黑烟越明显。 二、苯的性质 1.苯的化学性质 苯能够发生取代反应 ——断裂C-H键 2.取代反应 (1)卤代反应 Br2 FeBr3 Br HBr ↑ Fe ∆H < 0 溴苯 Fe3+作催化剂，无催化剂不反应 无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水大 液溴，不能用溴水 浓溴水主要成份是HBrO3和HBr 13 知识链接： 思考交流：苯与溴的实验设计 1.溴是一种易挥发有剧毒的药品 2.液溴的密度比苯的大 3.溴与苯的反应非常缓慢，常用FeBr3作为催化剂 4.该反应是放热反应，不需要加热 5.反应最后苯和溴会有剩余，它们易挥发 6.长导管在很多实验中被用作冷凝蒸气使之回流 7. HBr的性质与HCl相似 + Br2 FeBr3 Br + HBr↑ 14 A B C √ D 1.根据以上信息，请选择最合适的装置制溴苯 2. 实验方案 步骤：在烧瓶中加入苯后再加少量液态溴， 同时加入少量铁屑，用带长导管的瓶塞塞紧瓶口， 反应完毕后，把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里。 ---苯与液溴的取代反应 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。 实验现象： a.导管口出现白雾b.锥型瓶中液体滴入AgNO3溶液后有浅黄色沉淀 c.烧瓶中的液体倒入冷水中，在水的底部有褐色不溶于水的油状液体。 16 苯 液溴 混合 长导管口处 锥形瓶内 ①滴入AgNO3溶液 烧瓶内液体 倒入烧杯内水中 Fe屑 互溶、 不反应 深红棕色 剧烈 反应 大量白雾 淡黄色沉淀 烧杯底部有褐色油状物、不溶于水 实验小结: 取溶液： ②加入镁粉 产生大量气体 加入NaOH搅拌 得到无色油状物 上层清液中加入KSCN(aq)溶液变血红色 (HBr与水蒸汽的小液滴) 说明瓶内有H+ 和Br— 说明Fe被Br2氧化成了Fe3+ 生成了有机物溴苯 思考讨论： 苯与Br2反应生成溴苯的同时有HBr生成，说明它们发生了取代反应<加成反应不会生成HBr。 1.哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？ 2. 纯净的溴苯应是无色的，为什么反应所得的溴苯为褐色？ 因为反应剩余液溴、苯等溶解在溴苯中。 18 3.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？ 将产生的气体通过CCl4中洗气(除去其中的溴和苯)，再通入AgNO3溶液中。 紫色石蕊试液 或AgNO3溶液 不可靠，因为溴易挥发。 AgNO3 +HBr = AgBr↓ +HNO3 长导管 :用于导气和冷凝回流 防止倒吸 除去其中的溴和苯 思考讨论： 思考讨论： 4.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HBr 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 操作： 目的： 蒸馏 除苯 苯 溴苯 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 Br2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H2O 苯的溴代反应注意事项： 1. 苯只与纯卤素反应。遇到溴水只发生萃取而分层。 2. 必须有FeBr3做催化剂； 3. 苯与Br2只发生一元取代反应 4. 试剂的加入顺序为：先加苯，再加溴，最后加铁粉 5. 长导管的作用： a.导气 b.冷凝回流：因为该反应为放热反应，苯和溴都易挥发 6. 产物的位置： HBr由于其易挥发，挥发到锥形瓶中 同步练习 1. 实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述正确的是 A.制备过程中将液溴替换为溴水可减少溴的挥发 B.装置b中的试剂换为AgNO3溶液可检验反应过程中有HBr生成 C.为减少反应物的挥发，先向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液，后打开开关K D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、分液、蒸馏，即可得到溴苯 D 纯净的硝基苯是一种 液体，有 气味， 溶于水，密度比水 。其蒸汽有毒。 (2)硝化反应 无色 苦杏仁 不 大 浓硫酸可催化苯和浓硝酸在50~60℃反应，生成硝基苯。 (硝基苯) 催化剂和脱水剂 + HO-NO2 浓H2SO4 50℃—60℃ NO2 + H2O 2.取代反应 苯与硝酸的反应在50℃--60℃ 时产物是硝基苯。 温度低于50℃，不易反应； 23 ①先向反应容器中注入浓硝酸，再慢慢注入浓硫酸，并及时摇匀和冷却. ②向冷却后的混合酸中， 逐滴加入苯 ③将混合物控制在50-60℃的条件下水浴加热 ④将反应后的液体倒入盛冷水的烧杯中。 实验步骤： 水浴 加热 温度计必须悬挂在水浴中 浓硝酸和浓硫酸的混合酸要冷却到50-60℃以下，再慢慢滴入苯，边加边振荡 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 长导管的作用：冷凝回流。 先加浓硝酸，再加浓硫酸 24 + HO-NO2 浓H2SO4 500C—600C NO2 + H2O 实验现象： 有黄色油状物生成. (溶解了NO2的硝基苯) 溶有NO2的硝基苯 纯净的硝基苯 思考：NO2怎么来的？ 硝酸分解 思考：如何从上述粗产品中得到纯净的硝基苯？ 除杂： ①蒸馏水洗涤(除去NO2) ②NaOH溶液洗涤(除去未反应的硝酸和硫酸) ③蒸馏水洗涤(除去NaOH溶液及与其反应生成的盐) ④无水CaCl2干燥 ⑤蒸馏(除去苯) 产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→分液→无水CaCl2干燥→蒸馏→纯物质 产物中可能含有硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2 2. 50～60℃时，苯与浓硝酸在浓硫酸催化下可制取硝基苯。下列对该实验的描述错误的是（ ） A.最好用水浴加热，并用温度计控温 B.长玻璃管起冷凝回流作用 C.提纯硝基苯时只需直接用蒸馏水洗涤，便可洗去混在硝基苯中的杂质 D.加入过量硝酸可以提高苯的转化率 同步练习 C 3.在实验室中，下列除去杂质的方法正确的是 A．除去Cl2中的少量HCl：通入饱和食盐水中洗气 B．除去CO2中的少量SO2：通入饱和Na2CO3溶液中洗气 C．除去硝基苯中混有的少量浓HNO3和浓H2SO4：倒入水中，静置，分液 D．除去乙烯中混有的SO2：通入酸性KMnO4溶液中洗气 同步练习 A + HO－SO3H 70℃~80℃ －SO3H + H2O 磺酸基 苯磺酸 ☆★苯的溴代反应、硝化反应、磺化反应都属于取代反应。 2.取代反应 (3) 苯的磺化反应 该反应可用于制备合成洗涤剂。 (易溶于水的有机强酸) 29 3.苯的加成反应(难) + H2 催化剂(Ni) △ 环己烷 3 ①苯与H2加成： ②苯与Cl2在紫外线作用下加成 六氯环己烷 或 (农药六六六) 苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应 C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6 紫外线 (Pt或Ni作为催化剂并且加热) 30 注意：反应条件不同，反应原理相差很大。 + Cl2 Cl + HCl FeCl3 取代反应 加成反应 傅克反应 (苯＋卤代烃/酰氯→烷基苯/酮) 在无水三氯化铝等路易斯酸存在下，芳烃与卤烷作用，在芳环上发生亲电取代反应，其氢原子被烷基取代，生成烷基芳烃的反应，称为傅列德尔一克拉夫茨烷基化反应；芳烃与酰卤或酸酐作用，芳环上的氢原子被酰基取代，生成芳酮的反应，称为傅列德尔～克拉夫茨酰基化反应。 AlCl3 C2H5 HBr C2H5Br AlCl3 HCl CH3C O Cl CCH3 O 拓展 苯的化学性质小结： (2)可燃 (1)稳定 (3)易取代： (4) 难加成： 2C6H6 + 15O2 12CO2 + 6H2O 点燃 磺化反应 与氢气、氯气加成 不能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色。 卤代反应 硝化反应 + HO-NO2 浓H2SO4 500C—600C NO2 + H2O +HO－SO3H 70℃~80℃ －SO3H + H2O + Br2 FeBr3 Br + HBr 总体来说，苯的化学性质是“易取代，难加成，可燃烧” 1.下列关于苯的叙述正确的是 A.常温下反应①不能进行，需要加热 B.反应②不能发生，但是仍有分层现象,紫色层在下层 C.反应③为加成反应 D.反应④能发生，证明苯中是单双键交替结构 B 课堂检测 课堂检测 2．苯分子的结构中，不存在C—C键和C=C键的简单交替结构，下列事实中：①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色； ②苯分子中碳碳键的键长均相等； ③苯在加热和催化剂存在条件下氢化生成环己烷； ④经实验测得邻二甲苯只有一种结构； ⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色。可以作为依据的有： A．①②④⑤ B．①②③④ C．①③④⑤ D．②③④⑤ A 课堂检测 3．苯的硝化反应机理如下图。已知碳正离子与吸电子基团相连会降低稳定性，与给电子基团相连会增强稳定性，下列说法不正确的是 A．浓硫酸在反应中作催化剂 B．反应②破坏了苯环的芳香性，可推测反应②活化能大于反应③ C．发生硝化反应的容易程度：甲苯>硝基苯>苯 D．通过控制酸的浓度可以调控硝化反应的速率 C 4．已知：MnO2+2NaBr+2H2SO4 MnSO4+Na2SO4+Br2↑+2H2O，实验室利用如图所示的装置制备溴苯。下列说法正确的是 课堂检测 A．装置接口按气流方向连接顺序为：d→a→b→f→e→c B．装置甲中进行水浴加热的目的是防止溴蒸气冷凝 C．装置乙中有淡黄色沉淀产生，可证明苯与溴发生了取代反应 D．可用乙醇作洗涤剂除去溴苯中溶解的少量Br2 →e→f B 课堂检测 5．某校学生用如图所示装置进行实验(夹持装置略)，探究苯与液溴发生反应的原理，并分离、提纯反应产物。 2)实验开始时，关闭 　　（填“K1”或“K2”，下同）、打开 　　。 1)仪器A的名称为 　 　。 分液漏斗 K1 K2 三颈烧瓶中发生主要反应的化学方程式为 . + Br2 FeBr3 Br + HBr 课堂检测 5．某校学生用如图所示装置进行实验(夹持装置略)，探究苯与液溴发生反应的原理，并分离、提纯反应产物。 3)能说明苯与液溴发生了取代反应的现象是 　 　。 Ⅲ中硝酸银溶液内有浅黄色沉淀生成 4）生成的溴苯因溶有未反应的溴而显橙黄色，提纯的方法是 　 　。 将溶有溴的溴苯倒入盛有NaOH溶液的烧杯中，振荡，溴苯的密度大于水，沉在下层，用分液漏斗分离出溴苯 课堂检测 5．某校学生用如图所示装置进行实验(夹持装置略)，探究苯与液溴发生反应的原理，并分离、提纯反应产物。 5)装置Ⅲ小试管中试剂X可选用 　　(填标号)，原因是 　　 。 AC 苯和CCl4能吸收挥发出来的溴蒸气 A.苯 B.水 C.四氯化碳 6)装置Ⅳ的作用是 　 。 吸收未反应的HBr，防止污染环境且能防止倒吸 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS Lavf58.12.100 $