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第二章 烴
第三節 芳香烴
教學目標
1、教學目標
1) 通過實驗活動，預測、驗證并分析苯及其同系物的化學性質。
2) 通過對比、類比等方法，說出苯和苯的同系物的性質的異同，舉例說明有機化合物中官能團之間的相互影響。
2、教學重點和難點
1) 重點：苯及其同系物的結構與性質。
2) 難點：苯的結構與性質。
一、芳香烴
顏色：
無色
氣味：
特殊氣味
狀態：
液體
熔點：
5.5℃
沸點：
80.1℃
密度：
比水小
毒性：
有毒
溶解性：
其他：
1、苯的物理性質
不溶于水
易揮發、標況下為固體、是一種常見的有機溶劑
一、芳香烴
2、苯的分子結構
[猜測] 依據苯的分子式C6H6可推測其分子的不飽和程度很大，應與烯烴、炔烴等不飽和烴具有相似的化學性質。
教材P41·實驗2 1
向盛有2 mL苯的試管中加入酸性高錳酸鉀溶液，用力振蕩，觀察現象。
向盛有2 mL苯的試管中加入溴水，用力振蕩，觀察現象。
實驗操作
實驗現象
實驗結論
一、芳香烴
教材P41·實驗2 1
一、芳香烴
2、苯的分子結構
教材P41·實驗2 1
向盛有2 mL苯的試管中加入酸性高錳酸鉀溶液，用力振蕩，觀察現象。
向盛有2 mL苯的試管中加入溴水，用力振蕩，觀察現象。
實驗操作
實驗結論
實驗現象
液體分層，上層為無色，下層為紫色
液體分層，上層呈橙紅色，下層無色
苯不能被高錳酸鉀酸性溶液氧化
苯不能與溴水發生加成反應
實驗結果：說明苯分子具有不同于烯烴和炔烴的特殊結構
一、芳香烴
2、苯的分子結構
研究表明：
1) 苯分子為平面正六邊形結構，其中的6個碳原子均采取sp2雜化，分別與氫原子及相鄰碳原子以σ鍵結合，鍵間夾角均為120o，連接成六元環狀。
2) 每個碳碳鍵的鍵長相等，都是139pm，介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵的鍵長之間。
3) 每個碳原子余下的p軌道垂直于碳、氫原子構成的平面，相互平行重疊形成大π鍵，均勻地對稱分布在苯環平面的上下兩側。分子中的所有原子處在同一平面。
一、芳香烴
2、苯的分子結構
①分子式：
②結構簡式：
③空間結構：
C6H6
或
一、芳香烴
3、苯的化學性質
在通常情況下不易發生烯烴和炔烴所容易發生的加成反應，在一定條件下可發生氧化、加成和取代反應。
1) 氧化反應：能燃燒、不能使酸性KMnO4溶液褪色
現象:
火焰明亮，伴有濃重的黑煙 (與乙炔相同)
方程式:
2C6H6 ＋ 15O2 12CO2 ＋ 6H2O
點燃
一、芳香烴
3、苯的化學性質
2) 取代反應：苯與溴在FeBr3催化下，可將苯環上的H取代
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
純凈的溴苯是一種無色液態，有特殊的氣味，不溶于水，密度比水大，常因溶有溴單質而呈褐色。
鹵代反應
一、芳香烴
3、苯的化學性質
2) 取代反應：在濃硫酸、50~60oC，可與濃硝酸發生硝化反應
＋ HO NO2
＋ H2O
NO2
濃硫酸
50~60oC
純凈的硝基苯是一種無色液態，有苦杏仁氣味，不溶于水，密度比水的大，常因溶有NO2而呈微黃色。
硝化反應
＋ HO SO3H
＋ H2O
SO3H
Δ
補: 苯的磺化反應
苯磺酸易溶于水的強酸
一、芳香烴
3、苯的化學性質
3) 加成反應：在以Pt、Ni等為催化劑并加熱的條件下，苯能與H2發生加成反應
＋ 3H2
Ni

環己烷
一、芳香烴
制取溴苯的實驗設計
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
已知：①苯、液溴在鐵屑作用下劇烈反應生成溴苯，且放出熱量；②液溴、苯等有揮發性。
注意：
I) 實驗中需使用液溴，不能使用溴水
II) 反應中加入的是鐵粉，實際起催化作用的是FeBr3
III) 苯與Br2只發生一元取代反應
IV) 長導管的作用：導氣兼起冷凝回流作用
V) 導管末端不能伸入到液面中(防止倒吸)
一、芳香烴
制取溴苯的實驗設計
＋ Br2
FeBr3
＋ HBr
Br
實驗現象：
I) 導管口有白霧產生
II) 錐形瓶中出現淺黃色沉淀
III) 反應結束后燒瓶中液體倒入盛有水的燒杯中，燒杯底部有油狀的褐色液體
生成的HBr遇水蒸氣
產生AgBr沉淀
溴苯中混有溴
一、芳香烴
思考：如何獲得純凈的溴苯？
產物中可能含
有溴苯、苯、
HBr和Br2
試劑：
操作：
目的：
水
分液
除HBr
HBr水溶液
溴苯
苯、溴
試劑：
操作：
目的：
NaOH
分液
除Br2
NaBr溶液
NaBrO溶液
溴苯
苯、水
試劑：
目的：
MgSO4
除水
操作：
目的：
溴苯
苯
蒸餾
除苯
溴苯
苯
一、芳香烴
思考：如何改進？
冷凝回流導氣
吸收HBr防止污染
防倒吸
除溴苯中溶解的溴
一、芳香烴
(19國Ⅰ)實驗室制備溴苯的反應裝置如下圖所示，關于實驗操作或敘述錯誤的是( )
A. 向圓底燒瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打開K
B. 實驗中裝置b中的液體逐漸變為淺紅色
C. 裝置c中的碳酸鈉溶液的作用是吸收溴化氫
D. 反應后的混合液經稀堿溶液洗滌、結晶，得到溴苯
一、芳香烴
制取硝基苯的實驗設計
＋ HO NO2
＋ H2O
NO2
濃硫酸
50~60oC
思考：
1) 為何要嚴格控制溫度？
2) 水浴加熱的優點？
3) 濃硫酸的作用？
反應放熱，溫度過高，苯易揮發、硝酸會分解，同時苯和濃硫酸在70 ~ 80℃時發生副反應
容易控制溫度，受熱均勻
催化劑
一、芳香烴
思考：如何獲得純凈的硝基苯？
產物中可能含有
硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2
試劑：
操作：
目的：
水
分液
除酸
酸液
硝基苯
苯
殘余酸
試劑：
操作：
目的：
NaOH
分液
除酸
鹽溶液
硝基苯
苯、水
操作：
目的：
硝基苯
苯
蒸餾
除苯
一、芳香烴
思考：如何獲得純凈的硝基苯？
產物中可能含有
硝基苯、苯、硫酸、硝酸、NO2
試劑：
操作：
目的：
水
分液
除酸
酸液
硝基苯
苯
殘余酸
試劑：
操作：
目的：
NaOH
分液
除酸
鹽溶液
硝基苯
苯、水
試劑：
目的：
MgSO4
除水
操作：
目的：
硝基苯
苯
蒸餾
除苯
硝基苯
苯
二、苯的同系物
1、苯的同系物
1) 概念：
苯環上的氫原子被烷基取代所得到的一系列產物
2) 苯的同系物結構特點：
分子中只有一個苯環
與苯環相連接的全部是烷基
CH3
CH2CH3
CH=CH2
CH3—CH—CH—CH3
OH
3) 苯及其同系物的通式：
CnH2n-6 (n≥6)
二、苯的同系物
4) 苯的同系物的同分異構體
問：試寫成分子式為C9H12屬于苯的同系物的同分異構體？
分析：一個丙基: _______
一個甲基＋一個乙基: _______
三個甲基: _______
兩種
三種
三種
1、苯的同系物
二、苯的同系物
2、苯的同系物的物理性質
一般具有類似苯的氣味的無色液態，不溶于水，易溶于有機溶劑，密度比水的小。
二、苯的同系物
表2 2 常見的苯的同系物及其部分物理性質
苯的同系物
CH3
C2H5
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
名稱
熔點/℃
沸點/℃
密度/(g·cm 3)
甲苯
乙苯
鄰二甲苯
(1,2-二甲苯)
間二甲苯
(1,3-二甲苯)
對二甲苯
(1,4-二甲苯)
95
95
25
48
13
111
136
144
139
138
0.867
0.867
0.880
0.864
0.861
二、苯的同系物
3、苯與苯的同系物的性質比較
1) 都能燃燒 (火焰明亮并伴有濃重的黑煙→都含有苯環)
CnH2n 6 ＋ O2 nCO2＋ (n 3)H2O
(3n 3)
2
點燃
3) 組合性 (體現烷烴與苯的性質的綜合)
2) 都能加成 (都含有苯環)
+ 3H2
催化劑
Δ
CH3
CH3
二、苯的同系物
3、苯與苯的同系物的性質比較
3) 組合性 (體現烷烴與苯的性質的綜合)
Cl2/Fe
Cl2/hv
CH3
Cl
CH3
CH3
Cl
CH3
Cl
CH2Cl
CHCl2
CCl3
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化學性質
4) 相互影響 (苯環與烷基的相互影響)
二、苯的同系物
教材P44·實驗2 2 苯和甲苯的性質比較
實驗內容
實驗現象
解釋
(1)向兩只分別盛有2 mL苯和甲苯的試管中各加入幾滴溴水，靜置
(2)將上述試管用力振蕩，靜置
(3)向兩只分別盛有2 mL苯和甲苯的試管中各加入酸性高錳酸鉀溶液，靜置
(4)將上述試管用力振蕩，靜置
兩支試管中的液體均分層，上層為無色的有機層，下層均是溴水
苯和甲苯都不溶于水，密度都比水小
兩支試管中的液體均分層，上層為橙色，下層無色
溴在苯和甲苯中的溶解度比在水中的大
兩支試管中的液體均分層，上層為無色的有機層，下層均是紫色的酸性高錳酸鉀溶液
苯和甲苯都不溶于水，密度都比水小
盛有甲苯的試管中溶液褪色，而盛有苯的試管中無明顯變化
甲苯可以酸性高錳酸鉀溶液反應，而苯不與其反應
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化學性質
4) 相互影響 (苯環與烷基的相互影響)
①烴基對苯環的影響：
受烴基的影響，苯環的活動性有所增強，較易發生多元取代反應，同時 CH3會使苯環上位于甲基鄰、對位上的H原子易于取代。
＋3HNO3
濃硫酸
Δ
＋ 3H2O
CH3
CH3
NO2
NO2
O2N
2,4,6-三硝基甲苯又叫TNT，是一種淡黃色晶體，不溶于水，它是一種烈性炸藥，廣泛用于國防、開礦、建筑等。
二、苯的同系物
3、苯的同系物的化學性質
4) 相互影響 (苯環與烷基的相互影響)
②苯環對烴基的影響：
受苯環的影響，苯的同系物中作為側鏈的烴基的活動性有所增強，如果側鏈烴基中與苯環直接相連的碳原子上有氫原子，該烴基就能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，且與烷基的多少和大小無關。
即：
C
H
酸性高錳酸鉀溶液
COOH
二、苯的同系物
4) 相互影響 (苯環與烷基的相互影響)
②苯環對烴基的影響：
受苯環的影響，苯的同系物中作為側鏈的烴基的活動性有所增強，如果側鏈烴基中與苯環直接相連的碳原子上有氫原子，該烴基就能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，且與烷基的多少和大小無關。
CH2CH3
CH3
C(CH3)3
酸性高錳酸鉀溶液
COOH
COOH
C(CH3)3
應用：鑒別苯和部分苯的同系物
二、苯的同系物
練、芳香化合物A是一種基本化工原料，可以從煤和石油中得到。A、B、C、D、E轉化關系如圖所示：
回答下列問題：
(1)A的化學名稱是___________
E屬于_________(填“飽和烴”或“不飽和烴”)。
(2)A→B的反應類型是__________
在該反應的副產物中，與B互為同分異構體的結構簡式為___________
(3)A→C的化學方程式為____________________。
(4)A與酸性KMnO4溶液反應可得到D，寫出D的結構簡式：_________。
鄰二甲苯
(1,2 -二甲基苯)
飽和烴
取代反應
CBr3
CH2Br
COOH
COOH
＋ Br2
FeBr3
CH3
CH3
＋ HBr
Br
CH3
CH3
Br
CH3
CH3
二、苯的同系物
資料卡片：稠環芳香烴
萘
蒽
菲
C10H8
C14H10
C14H10
思考：萘的二氯代物有 種
二、苯的同系物
思考：萘的二氯代物有 種
方法一：“定一移一”
Cl
Cl
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
方法二：“組合法”
α
β
α
α
α
β
β
β
①α＋α組合： 種
②β＋β組合： 種
③α＋β組合： 種
3
3
4
三、有機分子里的共線、共面問題
練、某有機物分子結構如下
關于該分子結構的說法正確的是( )
A. 除苯環外的其余碳原子有可能都在一條直線上
B. 除苯環外的其余碳原子不可能都在一條直線上
C. 12個碳原子不可能都在同一平面上
D. 12個碳原子一定都在同一平面上
C≡C CH3
CH3 HC═CH
解決該類問題時還應注意：
1、認真審題：如分子中最多有多少個原子共面？可能共面的原子有多少個？一定共面的原子有多少個？最多有多少個碳原子共面？
2、單鍵可以旋轉，而雙、三鍵不能旋轉。
三、有機分子里的共線、共面問題
甲烷 乙烯 乙炔 苯
空間充填模型
正四面體形
平面長方形
直線形
平面正六邊形
三、有機分子里的共線、共面問題
類比遷移規律
(1) CH4型：四面體結構
凡是碳原子與其他四個原子形成共價單鍵時，空間結構為四面體結構
結論：結構中每出現一個飽和碳原子，則整個分子不再共面。
三、有機分子里的共線、共面問題
(2)乙烯型：平面結構
當乙烯分子中某氫原子被其他原子或原子團取代時，則代替該氫原子的原子一定在乙烯的平面內
結論：結構中每出現一個碳碳雙鍵，至少有6個原子共面
三、有機分子里的共線、共面問題
(3)乙炔型：直線結構
當乙炔分子中的一個氫原子被其他原子或原子團取代時，代替該氫原子的原子一定和乙炔分子的其他原子共線
結論：結構中每出現一個碳碳三鍵，至少有4個原子共線
三、有機分子里的共線、共面問題
(4)苯型：平面型結構
當苯分子中的一個氫原子被其他原子或原子團取代時，代替該氫原子的原子一定在苯分子所在平面內
結論：結構中每出現一個苯環，至少有12個原子共面
三、有機分子里的共線、共面問題
練、某有機物分子結構如下
關于該分子結構的說法正確的是( )
A. 除苯環外的其余碳原子有可能都在一條直線上
B. 除苯環外的其余碳原子不可能都在一條直線上
C. 12個碳原子不可能都在同一平面上
D. 12個碳原子一定都在同一平面上
C≡C CH3
CH3 HC═CH

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