人教版 (2019)选择性必修3第三节 芳香烃导学案

第三节　芳香烃学案及课堂检测

核心素养发展目标

1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊性。

2.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。

3.掌握苯的同系物的性质，了解有机反应类型与分子结构特点的关系。

知识梳理

一、苯

1．芳香烃

分子里含有苯环的烃类化合物。最简单的芳香烃是苯。

2．苯的分子结构

(1)分子结构

苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面，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°，连接成六元环状。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)分子组成和结构的不同表示方法

3．苯的物理性质

4.苯的化学性质

课堂练习

1、判断题

(1)苯的结构简式可写为“”，说明苯分子中碳碳单键和碳碳双键是交替排列的(　　)

(2)苯的一氯代物只有一种结构，说明苯分子中的碳碳键完全相同，不存在单双键交替排列的形式(　　)

(3)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃，所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色(　　)

(4)苯和乙烯都能使溴水褪色，二者褪色原理相同(　　)

(5)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法(　　)

(6)苯和乙烯都是不饱和烃，所以燃烧现象相同(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×

2(2020·广东省高二月考)为探究苯与溴的取代反应，甲用如图装置Ⅰ进行如下实验：

将一定量的苯和溴放在烧瓶中，同时加入少量铁屑，3～5 min后发现滴有AgNO3的锥形瓶中有浅黄色的沉淀生成，即证明苯与溴发生了取代反应。

(1)装置Ⅰ中①的化学方程式为________________________________________。

②中离子方程式为_______________________________________。

(2)①中长导管的作用是____________________________________________。

(3)烧瓶中生成的红褐色油状液滴的成分是________________，要想得到纯净的产物，可用________________试剂洗涤。洗涤后分离粗产品应使用的仪器是________________________。

(4)乙同学设计如图所示装置Ⅱ，并用下列某些试剂完成该实验，可选用的试剂是苯、液溴、浓硫酸、氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、四氯化碳。

a的作用是_____________________________________________________________________；

b中的试剂是___________________________________________________________________。

比较两套装置，装置Ⅱ的主要优点是_______________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案　(1)2Fe＋3Br2===2FeBr3，＋Br2＋HBr↑　

Br－＋Ag＋===AgBr↓　(2)导气兼冷凝回流　(3) 与Br2　NaOH溶液　分液漏斗　(4)防止倒吸　CCl4或　可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气

解析　(1)因溴与铁反应生成溴化铁：2Fe＋3Br2===2FeBr3，苯和液溴在溴化铁的催化作用下生成溴苯和溴化氢：＋Br2＋HBr↑；②中反应的离子方程式为Br－＋Ag＋===AgBr↓。

(2)反应为放热反应，长导管使挥发出来的溴单质冷凝，防止对产物的干扰，即长导管的作用为导气，冷凝回流。

(3)反应生成的溴苯和溴互溶呈红褐色油状液滴，可用NaOH溶液试剂洗涤，让反应生成溶于水的物质，再进行分液。

(4)从图上信息可知，导管是短进短出，装置a的作用是防止倒吸；b中要除去Br2，试剂为苯或四氯化碳，该装置的优点是：可以控制反应进行；避免杂质干扰；防止污染空气。

二、苯的同系物

1．组成和结构特点

(1)苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。

(2)分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。

(3)通式为CnH2n－6(n≥7)。

2．常见的苯的同系物

3.物理性质

一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。

4．化学性质

苯的同系物与苯都含有苯环，因此和苯具有相似的化学性质，能在一定条件下发生溴代、硝化和催化加氢反应，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有所不同。

(1)氧化反应

①苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。

②均能燃烧，燃烧的通式：

CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。

(2)取代反应

(3)加成反应

甲苯与氢气反应的化学方程式：

＋3H2。

课堂练习

1.判断题

(1)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团(　　)

(2)符合CnH2n－6(n≥6)通式的烃一定是苯及其同系物(　　)

(3)相同物质的量的苯和甲苯与氢气完全加成时消耗的氢气的量相同(　　)

(4)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色(　　)

(5)甲苯在一定条件下与硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯，说明苯环对甲基产生了影响(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

2．在苯的同系物中加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后褪色，正确的解释是(　　)

A．苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的碳原子数多

B．苯环受侧链影响易被氧化

C．侧链受苯环影响易被氧化

D．由于苯环和侧链的相互影响均易被氧化

答案　C

解析　苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，原因是苯环对侧链产生影响，故选项C正确。

3．写出甲苯与Cl2在光照条件下发生反应所生成的有机产物结构简式可能为__________________________________。若要分离这些有机产物，可采用的方法是________。

答案　、、　蒸馏

4．甲苯与Br2在FeBr3催化下可能得到的主要有机产物结构简式为__________________，这表明与苯和液溴反应相比较，甲苯中由于________对________的影响，使苯环上与甲基处于________位的氢原子活化而易被取代，所以甲苯与浓硝酸反应可以生成一硝基取代物、________________和________________，其中三硝基取代物的结构简式为_______________。

答案　、　甲基　苯环　邻、对　二硝基取代物　三硝基取代物　

总结归纳

1．苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同

2.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系如下图

课堂检测

1．下列有关甲苯的实验事实中，与苯环上的甲基有关(或受到影响)的是(　　)

①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯

②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能

③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰

④1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应

A．①③  B．②④  C．①②  D．③④

答案　C

解析　由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳的邻、对位碳上的氢原子变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。

2．苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构，可以作为证据的事实有(　　)

①苯的间位二取代物只有一种　②苯的邻位二取代物只有一种　③苯分子中碳碳键的键长均相等　④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　⑤苯在加热和催化剂存在条件下，与氢气发生加成反应　⑥苯在FeBr3存在的条件下，与液溴发生取代反应，但不能因化学变化而使溴水褪色

A．①②③④   B．②③④⑥

C．③④⑤⑥   D．全部

答案　B

解析　苯不能因化学变化使溴水褪色，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，都说明苯分子中没有典型的碳碳双键。若苯环上具有单键和双键交替的结构，碳碳键的键长应该不等(双键键长比单键键长短)，其邻位二氯取代物应该有和两种。

3．将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应产物可能有(　　)

①　②　③　④　⑤

⑥

A．①②③   B．⑥

C．③④⑤⑥   D．全部都有

答案　C

解析　苯的同系物在催化剂(Fe3＋)的作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代与甲基相邻、相间、相对位上的氢原子，也可以同时取代。甲基对苯环的作用，使邻、对位上的氢原子变得活泼，容易被取代，实验测定，邻、对位上的取代物比间位上的取代物多一些，但并不是无间位取代物。

4．要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是(　　)

A．先加入足量的酸性KMnO4溶液，然后再加入溴水

B．先加入足量溴水，然后再加入酸性KMnO4溶液

C．点燃这种液体，然后观察火焰的明亮程度

D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热

答案　B

解析　要鉴别出己烯中是否混有甲苯，用C项中的方法显然无法验证；而D中反应物会把己烯氧化也不可以；只能利用溴水和酸性KMnO4溶液，若先加酸性KMnO4溶液，己烯也可以使酸性KMnO4溶液褪色，故A项不对；若先加入足量溴水，则可以把己烯转变成卤代烃，不能与KMnO4酸性溶液反应，若再加入酸性KMnO4溶液褪色，则说明有甲苯，故B项正确。

5．某有机物的分子式为C6H6，人们认为它是一种不饱和烃。

(1)若该烃分子是含有碳碳三键且无双键、无支链的链烃，其结构共有________种。

(2)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列事实________(填写序号)。

①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色　②苯能与氢气发生加成反应　③溴苯没有同分异构体　④邻二溴苯只有一种

(3)苯分子的空间构型为____________；现代化学认为苯分子碳碳之间的键是____________。

(4)苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，写出苯的硝化反应的化学方程式________________。

答案　(1)4　(2)①④　(3)平面正六边形　介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键

(4)＋HO—NO2(浓)＋H2O

解析　因为该有机物是含有碳碳三键、无双键的直链的链烃，从分子式C6H6可知，它比同碳原子数的饱和链烃(C6H14)少8个氢原子，该烃分子中含有两个碳碳三键，可能的结构有如下4种：HC≡C—C≡C—CH2—CH3、HC≡C—CH2—C≡C—CH3、HC≡C—CH2—CH2—C≡CH、CH3—C≡C—C≡C—CH3。苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含有碳碳双键，可以推测苯环结构中并不是C—C和C==C交替而形成；邻二溴苯只有1种结构，说明苯环结构中的6个碳碳键(只有一种)完全相同，不存在C—C和C==C的交替结构。