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(共63張PPT)
第三節　芳香烴
第二章　烴
基礎課時 　苯
1
1.從化學鍵的特殊性了解苯的結構特點,進而理解苯性質的特殊性。2.了解芳香族類化合物在日常生活、有機合成和化工生產中的重要作用。
學習目標
一、苯的結構及性質
二、苯的兩個典型實驗
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、苯的結構及性質
對點訓練
(一)知識梳理
1.物理性質
顏色 ______色
狀態 液體
氣味 有______氣味
溶解性 ______溶于水
密度 0.88 g·cm-3,比水的小
熔點 5.5 ℃
沸點 80.1 ℃
無
特殊
不
2.分子的結構
(1)分子組成和結構:
C6H6
CH
(2)空間結構:________________ 。
(3)成鍵特點
雜化及 鍵的 特點 6個碳原子均采取____雜化,分別與氫原子及相鄰碳原子以____鍵結合,鍵間夾角均為____,連接成六元環;每個碳碳鍵的鍵長____,介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵的鍵長之間。
大π鍵 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____重疊形成____鍵,均勻地對稱分布在苯環平面的上下兩側。
平面正六邊形
sp2
σ
120°
相等
平行
大π
3.化學性質
(1)氧化反應:不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色,苯具有可燃性。在空氣
里燃燒會產生濃重的黑煙?；瘜W方程式為____________________________。
(2)取代反應
無
特殊氣味
不
大
無
苦杏仁
不
大
溴代
提示　苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,不能使溴的四氯化碳溶液褪色,說明苯分子結構中不存在碳碳雙鍵。
問題2　將苯加入到溴水中,振蕩靜置后,發現溴水層的顏色褪去了,這是什么原因呢
提示　苯與溴水不能因發生化學反應而使溴水褪色,但苯與水互不相溶,且溴在苯中的溶解度比在水中大得多,故苯與溴水混合,苯能將溴水中的溴萃取出來,靜置后液體會分層,水層近于無色。
提示　1∶1。等物質的量苯和甲苯與H2完全加成,需要H2的量相同。
1.苯分子中不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的交替結構,下列可以證明該結論的事實是(　　)
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　②苯分子中碳碳鍵的鍵長完全相等?、郾侥茉诩訜岷痛呋瘎┐嬖诘臈l件下與氫氣發生反應生成環己烷?、芙泴嶒灉y得對二甲苯只有一種結構　⑤苯在溴化鐵作催化劑條件下與液溴可發生取代反應,但不能因發生化學反應而使溴水褪色
A.②③④ B.②④⑥ C.①②⑤ D.①③⑤
C
解析　①苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,說明苯分子中不含碳碳雙鍵,可以證明苯分子中不存在碳碳單鍵與碳碳雙鍵的交替結構;②苯環上碳碳鍵的鍵長完全相等,說明苯分子中不存在碳碳單鍵與碳碳雙鍵的交替結構。③苯能在一定條件下與H2加成生成環己烷,假如苯分子中是碳碳單鍵與碳碳雙鍵的交替結構,也能發生加成反應;④對二甲苯只有一種結構,無法判斷苯分子中是否存在碳碳單鍵與碳碳雙鍵的交替結構;⑤苯在FeBr3存在下與液溴可發生取代反應,生成溴苯,苯不能因發生化學反應而使溴水褪色,說明苯分子中不含碳碳雙鍵,可以證明苯分子中不存在碳碳單鍵與碳碳雙鍵的交替結構。
2.(2024·北京清華附中高二期中)下列關于苯的敘述正確的是(　　)
A.反應①為取代反應,反應的試劑是濃溴水
B.反應②為氧化反應,反應現象是火焰明亮并帶有濃煙
C.反應③為取代反應,有機產物主要是1,2-二硝基苯
D.反應④中1 mol苯最多與3 mol H2發生加成反應,是因為苯分子中含有三個碳碳雙鍵
B
解析　反應①為苯和液溴發生的取代反應,反應需要鐵作為催化劑,A錯誤;反應②為苯在氧氣中燃燒,屬于氧化反應,因為含碳量比較高,不完全燃燒,反應現象是火焰明亮并帶有濃煙,B正確;反應③為苯和硝酸的取代反應,產物為硝基苯,C錯誤;反應④為苯與氫氣的加成反應,1 mol苯最多與3 mol H2發生加成反應,苯分子中不存在碳碳雙鍵,D錯誤。
【題后歸納】　苯分子中不存在單、雙鍵交替結構的證據
(1)苯分子是平面正六邊形結構。
(2)苯分子中所有碳碳鍵完全等同。
(3)苯分子的鄰位二元取代物只有一種。
(4)苯不能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色。
二、苯的兩個典型實驗　
對點訓練
(一)知識梳理
1.制備溴苯的實驗
實驗步驟 及現象 ①檢查裝置氣密性
②將一定量的苯和少量液溴加入燒瓶中,加入少量鐵屑,很快觀察到在燒瓶口附近出現白霧。
③反應完畢后,將燒瓶中的液體倒入盛有冷水的燒杯中,可觀察到燒杯底部有褐色不溶于水的油狀液體。
④分離提純溴苯的方法:可向產物中加水,過濾,除去未反應的鐵屑、溴化鐵等;濾液中加入NaOH溶液,除去溴,然后再水洗,分液,除去NaOH溶液,向分液出的粗溴苯中加入少量的無水氯化鈣進行吸水干燥,最后蒸餾除去苯即得純凈的溴苯。
2.制備硝基苯的實驗方案
實驗 步驟 ①配制混合酸:先將1.5 mL濃硝酸注入燒瓶中,再沿燒瓶內壁慢慢注入
2 mL濃硫酸,并及時搖勻,冷卻
②向冷卻后的混合酸中逐滴加入1 mL苯,充分振蕩使混合均勻
③將燒瓶放在50~60 ℃的水浴中加熱
實驗 現象 將反應后的液體倒入一個盛有水的燒杯中,可以觀察到燒杯底部有微黃色油狀液體出現(因溶解了NO2而呈微黃色)
(二)問題探究
問題1　實驗室制取硝基苯需要用到濃硝酸和濃硫酸,如何將濃硫酸與濃硝酸混合成混酸
提示　濃硫酸的密度大于濃硝酸,應將濃硫酸沿燒杯內壁注入濃硝酸中,并用玻璃棒不斷攪拌,冷卻至室溫。
問題2　苯的硝化反應中需控制溫度為50~60 ℃,試分析其原因,可采用何種加熱方式
提示　苯的硝化反應中,若加熱溫度過低,則反應速率緩慢,若溫度過高,如70~80 ℃時,則易發生磺化反應生成苯磺酸;可采用水浴加熱,便于控制加熱溫度。
問題3　制備的硝基苯中仍然有混酸和苯等雜質,如何除去這些雜質得到純凈的硝基苯
提示　將所得粗硝基苯依次用蒸餾水和5% NaOH溶液洗滌,再用蒸餾水洗滌;最后加入無水CaCl2干燥,過濾后進行蒸餾。
【探究歸納】
1.溴苯的制備說明
(1)試劑加入的順序:苯→液溴→鐵屑。液溴的密度比苯的大,先加苯再加液溴是為了使苯與液溴混合均勻,待加入鐵屑后,立即發生劇烈反應,因此,試劑加入的順序不能顛倒。
(2)加入的是鐵屑,但真正起催化作用的是FeBr3(2Fe+3Br2===2FeBr3)。
(3)與燒瓶連接的長導管有導氣和冷凝回流的作用。因為苯與溴的反應放熱,放出的熱使一部分苯和溴變成蒸氣,這些蒸氣經豎直部分的導管冷凝又回流到燒瓶中,既減少了反應物的損失,又可避免生成物中混有過多的雜質。
(4)反應生成的HBr可用AgNO3溶液檢驗,也可用于證明苯與溴發生的是取代反應而非加成反應。
2.硝基苯的制備說明
(1)采用水浴加熱的優點:反應物受熱均勻,溫度易于控制。
(2)與燒瓶連接的玻璃管起冷凝回流和調節壓強的作用,防止苯和濃硝酸揮發到大氣中造成污染。
(3)分離提純硝基苯的方法:將所得粗硝基苯依次用蒸餾水和5% NaOH溶液洗滌,再用蒸餾水洗滌;最后加入無水CaCl2干燥,過濾后進行蒸餾。
3.(2024·湖南長沙市第一中學高二月考)已知苯與液溴的反應是放熱反應,某校學生為探究苯與溴發生的反應,用如圖裝置進行實驗。下列說法錯誤的是(　　)
A.通過裝置 Ⅱ 集氣瓶中有淺黃色沉淀生成不可以推斷苯和液溴發生取代反應
B.裝置 Ⅱ 中苯的作用是吸收揮發出的溴
C.實驗結束后,提純集氣瓶 Ⅰ 中溴苯的具體步驟為水洗后分液→堿洗后分液→水洗后分液→干燥→蒸餾
D.一段時間后,裝置Ⅱ中的小試管內無分層現象,硝酸銀溶液變為橙紅色
A
解析　HBr中混有的溴蒸氣溶解在苯中,從而排除了Br2的干擾,裝置Ⅱ集氣瓶中有淺黃色沉淀生成,表明苯與液溴反應生成HBr,由此可推斷出苯和液溴發生了取代反應,A錯誤;若將反應產生的氣體直接導入裝置Ⅱ的AgNO3溶液中,由于溴的揮發會對HBr的檢驗產生干擾,故Ⅱ中苯的作用為吸收溴,B正確;實驗結束后,集氣瓶 Ⅰ 中的混合物中含有溴苯、苯、溴、FeBr3等,若直接堿洗,將生成Fe(OH)3膠狀沉淀,給后續工作帶來麻煩,則應先水洗(溶解FeBr3)后分液→堿洗(吸收Br2)后分液→水洗(溶解少量堿、NaBr等)后分液→干燥(去除有機物中的少量水)→蒸餾(分離苯和溴苯),C正確;裝置Ⅱ中,起初小試管中只有苯,液溴不斷溶解在苯中得到溴的苯溶液,呈橙紅色,小試管內無分層現象,HBr逸出后,與AgNO3反應,生成AgBr淺黃色沉淀和HNO3,一段時間后,當生成HNO3濃度較大時,將一部分HBr氧化為Br2,溶解在硝酸銀溶液中,從而使硝酸銀溶液變為橙紅色,D正確。
4.(2024·陜西西安雁塔區第二中學高二期中)硝基苯是重要的化工原料,用途廣泛。
Ⅰ.制備硝基苯可能用到的有關數據列表如下:
物質 熔點/℃ 沸點/℃ 密度(20 ℃)/ （g·cm-3） 溶解性
苯 5.5 80 0.88 微溶于水
硝基苯 5.7 210.9 1.205 難溶于水
濃硝酸 　　　 83 1.4 易溶于水
濃硫酸 　　　 338 1.84 易溶于水
Ⅱ.制備硝基苯的反應裝置圖如下:
Ⅲ.制備、提純硝基苯的流程如下:
請回答下列問題:
(1)制備硝基苯的化學方程式為　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)反應裝置中的長玻璃導管可以用　　　　　代替(填玻璃儀器名稱);恒壓滴液漏斗的優點是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)最后一次水洗后分液得到粗產品2時,粗產品2應　　　　 (填“a” 或“b”)。
a.從分液漏斗上口倒出 b.從分液漏斗下口放出
(4)步驟④用到固體無水氯化鈣的作用為　　　　　　　 　　　　　　　　。
(5)步驟⑤蒸餾操作中,錐形瓶中收集到的物質為　　　　。
球形冷凝管
平衡氣壓,使混合酸能順利流下
b
作干燥劑
苯
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)苯的結構
1.(2024·陜西咸陽市實驗中學高二月考)下列有關苯的描述中,錯誤的是(　　)
A.苯分子中每個碳原子的sp2雜化軌道中的一個參與形成大π鍵
B.常溫下苯是一種不溶于水且密度小于水的液體
C.苯分子中碳原子的三個sp2雜化軌道與其他原子形成三個σ鍵
D.苯分子呈平面正六邊形,六個碳碳鍵完全相同,鍵角均為120°
A
解析　苯分子中每個碳原子的雜化方式都是sp2,未雜化的p軌道參與形成大π鍵,A錯誤;常溫下苯是一種不溶于水且密度小于水的液體,B正確;苯分子中每個碳原子的雜化方式都是sp2,碳原子的三個sp2雜化軌道與其他原子形成三個σ鍵,C正確;苯分子呈平面正六邊形,六個碳碳鍵完全相同,鍵角均為120°,D正確。
2.苯環實際上不具有碳碳單鍵和碳碳雙鍵的簡單交替結構,可以作為證據的事實有(　　)
①苯的間位二元取代物只有一種 ②苯的鄰位二元取代物只有一種
③苯分子中碳碳鍵的鍵長均相等 ④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色
⑤苯在加熱和催化劑存在條件下,與氫氣發生加成反應
⑥苯在FeBr3存在的條件下,與液溴發生取代反應,但不能因化學變化而使溴水褪色
A.①②③④ B.②③④⑥ C.③④⑤⑥ D.全部
B
3.(2024·福建福州外國語學校高二期中)甲烷分子中的4個氫原子都可以被取代,若甲烷分子中的4個氫原子都被苯基取代,可以得到的分子如圖,對該分子的描述,不正確的是(　　)
A.分子式為C25H20
B.所有的碳原子可能都在同一平面上
C.所有原子一定不在同一平面上
D.此物質屬于烴
B
解析　分子中含有4個苯環,共含有25個C和20個H,則分子式為C25H20,故A正確;甲烷是正四面體,苯環是平面形分子,中間碳所連的四個碳原子一定不在同一平面上,B錯誤;分子中含有飽和烴基,具有甲烷的結構特點,所有原子不可能在同一平面上,C正確;該有機物只有C和H元素,屬于烴,D正確。
4.關于苯的說法中,正確的是(　　)
D
解析　從苯的分子式C6H6可以看出,其氫原子遠未達到飽和,應屬不飽和烴,而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色是由于苯分子中的碳碳鍵都相同,是一種介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間的獨特的鍵,A錯誤;苯的凱庫勒式并未反映出苯的真實結構,不能由其來認定苯分子中含有雙鍵,因而苯也不屬于烯烴,B錯誤;在催化劑的作用下,苯與H2能發生加成反應生成環己烷,C錯誤;苯分子為平面正六邊形結構,其分子中6個碳原子之間的價鍵完全相同,D正確。
(二)苯的性質
5.(2024·云南昆明五華區高二月考)下列反應類型相同的是(　　)
A.CH3Cl光照下與氯氣反應;乙烯使溴水褪色
B.苯使溴水褪色;苯的燃燒反應
C.苯的硝化反應;苯的磺化反應
D.乙烯使KMnO4溶液褪色;乙烯合成聚乙烯
C
解析　CH3Cl光照下與氯氣發生取代反應生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫,乙烯使溴水褪色,是乙烯與溴單質發生加成反應所致,兩個反應的反應類型不同,A不符合題意;苯使溴水褪色,是因為苯可以萃取溴單質,使水層接近無色,不屬于化學變化,B不符合題意;苯的硝化反應和磺化反應分別是苯與硝酸、硫酸發生取代反應得到的,所以兩個反應類型均屬于取代反應,C符合題意;乙烯使KMnO4溶液褪色是因為酸性高錳酸鉀被乙烯還原所致,屬于有機反應類型中的氧化反應,而乙烯合成聚乙烯,屬于加聚反應,D不符合題意。
6.苯分子結構的確定經歷了漫長的歷史過程。下列關于苯的說法正確的是(　　)
D
(三)苯的典型實驗
7.實驗室制備硝基苯,經過配制混酸、硝化反應(50~60 ℃)、洗滌分離、干燥蒸餾等步驟,以下裝置能達到目的的是(　　)
解析　濃硫酸密度大,為防止酸液飛濺,配制混酸時應將濃硫酸加入濃硝酸中,A錯誤;制備硝基苯時反應溫度應在50~60 ℃,為控制反應溫度應該用水浴加熱,B錯誤;硝基苯不溶于水且密度比水的大,分離硝基苯應該用分液的方法,C正確;蒸餾硝基苯時,溫度計水銀球應該與支管口平齊,D錯誤。
C
8.(2024·河北邯鄲市高二十校聯考)苯環的結構很穩定,常溫下較難發生化學反應。某實驗小組利用下列裝置探究苯在一定條件下的反應產物?；卮鹣铝袉栴}:
Ⅰ.實驗室制取硝基苯常采用如圖所示裝置。
已知:苯與硝基苯的沸點分別為80.1 ℃、210.9 ℃,且二者互溶。
(1)①開始時應向試管中加入一定量的苯、濃硫酸和　　　　　。
②該裝置采取水浴加熱并控制溫度在50~60 ℃的原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;寫出制取硝基苯的化學方程
式: 　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。 制得的產物可通過
　　　　　方法提純。
濃硝酸
受熱均勻,容易控制溫度
蒸餾
Ⅱ.該小組同學還設計了A、B、C三組實驗裝置用來制取溴苯。
(2)裝置C中當把軟橡膠袋中的鐵粉加到混合液中后,觀察到的現象有液體沸騰,燒瓶中　　　　　　　　　　　,三個裝置中所共同發生的有機反應的化學方程式為
　　　　　　　 　　　　　　　　。
溶液顏色逐漸變淺,且充滿白霧
(3)實驗結束后,小明取裝置A中錐形瓶中的水溶液少許,加入AgNO3溶液得到淺黃色沉淀,證明苯與溴發生了取代反應,該結論　　　　　(填“正確”或“錯誤”),原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)裝置B中足量CCl4的作用是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
(5)裝置B也存在兩個明顯的缺點,使實驗的效果不好或不能正常進行。這兩個缺點是原料逸出使利用率降低和　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
錯誤
液溴具有很強的揮發性,揮發出來的Br2與H2O能反應生成HBr
除去HBr中的揮發出來的Br2,排除溴與水反應對實驗結論的干擾
試管中導管插入液面以下,且未使用防倒吸裝置
解析　(3)由于液溴具有很強的揮發性,揮發出來的Br2與H2O能反應生成HBr,故實驗結束后,小明取裝置A中錐形瓶中的水溶液少許,加入AgNO3溶液得到淺黃色沉淀,證明苯與溴發生了取代反應,該結論是錯誤的;(4)由(3)分析可知,裝置B中足量CCl4的作用是除去HBr中的揮發出來的Br2,排除溴與水反應對實驗結論的干擾;(5)HBr極易溶于水,吸收HBr時需要防倒吸裝置,故裝置B也存在兩個明顯的缺點,使實驗的效果不好或不能正常進行,這兩個缺點是原料逸出使利用率降低和試管中導管插入液面以下,且未使用防倒吸裝置。
B級　素養培優練
選擇題有1個或2個選項符合題意
9.(2024·湖南永州市第一中學高二月考)在探索苯分子結構的過程中,人們寫出了符合分子式“C6H6”的多種可能結構(如圖所示),下列說法正確的是(　　)
A.c、e的一氯代物均有2種
B.五種物質均能與氫氣發生加成反應
C.a、b、c、e能使溴的四氯化碳溶液褪色
D.五種物質中,只有a分子的所有原子處于同一平面
AD
解析　c、e均有兩種環境的H原子,對應的一氯取代物有2種,A正確;d對應的結構中沒有碳碳雙鍵,不能與氫氣發生加成反應,B錯誤;b、c、e對應的結構中能使溴的四氯化碳溶液褪色,苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色,C錯誤;依據甲烷結構可知,分子內有甲基、亞甲基結構的所有原子不可能共平面,苯環所有原子共平面,因此只有a對應的結構中所有原子均處于同一平面,D正確。
10.苯的硝化反應和磺化反應的反應進程與相對能量的關系如圖,下列說法不正確的是(　　)
A.硝化反應中有極性鍵的斷裂和形成
B.在硝化反應中速率較快的反應是中間體B轉化為
硝基苯
C.磺化反應中間體A某些變成產物,某些逆轉成起始物
D
如圖所示是以苯為原料制備某些化合物的轉化關系圖:
(1)A是一種密度比水的______ (填“小”或“大”)的無色液體。苯轉化為A的化學反應方程式為
大
______________________________________;
A轉化為B的反應類型是　　　　。
取代反應
(2)實驗室制取的C中往往混有少量的溴,除去C中少量溴的原理是
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　 (用化學方程式表示):由C轉化為D的化學方程式是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)B中苯環上的二氯代物有　　　　種。
3Br2+6NaOH===5NaBr+NaBrO3+3H2O
6
Thanks！
本
講
內
容
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