高中化学苏教版 (2019)选择性必修3第二单元 芳香烃第1课时导学案及答案

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[核心素养发展目标] 1.能运用宏观和微观相结合的方法推测苯的结构，了解其化学键的特殊性。2.能描述苯的分子结构特征与性质之间的关系，能通过实验探究苯的化学性质。3.能根据苯分子的平面结构模型，判断含苯环的有机物分子中原子间的空间位置关系。
一、芳香烃及苯的结构
1．芳香烃
(1)概念：分子中含有苯环的碳氢化合物。
(2)分类
①苯的同系物：苯分子中的氢原子被烷基取代后的产物。
分子结构特点：分子中只含一个苯环，侧链是烷基。
分子组成通式：CnH2n－6(n≥6)。
②多环芳烃
a．多苯代脂肪烃：多个苯环通过脂肪烃基连在一起，如二苯甲烷()。
b．联苯(联多苯)：苯环之间通过碳碳单键直接相连，如联苯()。
c．稠环芳烃：苯环间通过共用苯环的若干条环边而形成的，如蒽()。
2．苯的分子组成及结构特点
(1)苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面。
(2)苯分子中不存在独立的碳碳单键(C—C)和碳碳双键(C==C)，6个碳碳键完全相同，是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的大π键。
(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)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团( )
(3)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( )
(4)苯分子中6个碳碳键键长、键能都相等，说明苯分子中不存在单双键交替结构( )
(5)和为同一物质，说明苯环中的碳碳键完全相同( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
1．苯环结构中不存在碳碳单键、碳碳双键的交替结构，下列可以作为证据的事实是__________(填序号)。
①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ②苯不能使溴水因发生化学反应而褪色 ③苯在加热和有催化剂存在的条件下能还原成环己烷 ④苯中碳碳键的键长完全相等 ⑤邻二氯苯只有一种 ⑥间二氯苯只有一种
答案 ①②④⑤
解析 本题考查苯分子结构的证明方法，应抓住单、双键性质的不同进行对比思考。如果苯中存在交替的单、双键结构，则会出现下列几种情况：Ⅰ.因为含C==C，具有烯烃的性质，则既能使溴水褪色，也能使酸性KMnO4溶液褪色；Ⅱ.C—C和C==C的键长不可能相等；Ⅲ.邻二氯苯会有两种，即和。而题中③和⑥的性质不管苯环中单、双键是否有交替，结果都一样。
2．已知下列反应热数据：
① (g)＋H2(g)―→(g) ΔH＝－119.6 kJ·ml－1
② (g)＋2H2(g)―→ (g) ΔH＝－237.1 kJ·ml－1
③ (g)＋3H2(g)―→ (g) ΔH＝－208.4 kJ·ml－1
试回答下列问题：
(1)以上四种有机物中最稳定的物质是________。
(2)苯与H2反应生成1,3-环己二烯为________(填“吸热”或“放热”)反应，两者相比，较稳定的为_________________________________________________________(试通过计算说明)。
(3)通过数据分析，说明苯环中是否存在典型的双键结构，推测苯环中的碳碳键应当是什么键？
答案 (1)
(2)吸热 ，由③式－②式可得：(g)＋H2(g)―→(g) ΔH＝＋28.7 kJ·ml－1，和H2生成需要吸收能量，说明的稳定性强于
(3)由①②可知，碳碳双键加氢时总要放出热量，且放出热量和碳碳双键成正比，但苯和H2加成反应生成1,3-环己二烯却需要吸收能量，说明苯中不存在一般的碳碳双键，而是一种不同于碳碳单键和碳碳双键的特殊化学键。
二、苯的化学性质
1．取代反应
(1)苯的溴化
实验问题探究：
①直形冷凝管中冷凝水的流向为下口进，上口出(填“上口”或“下口”)，冷凝管除导气外还兼起冷凝回流作用。
②导气管末端应接近液面而不能伸入液面以下，原因为吸收HBr，防止液体倒吸。
③碱石灰的作用为吸收尾气，防止污染空气。
④溴苯为无色油状液体，但生成的液体呈红褐色，原因是什么？加入NaOH溶液的主要目的是什么？写出相关反应的化学方程式。
提示 溴苯呈红褐色是因为溶解了单质溴，加入NaOH溶液的目的为除去溴苯中的溴，反应的化学方程式为Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O或3Br2＋6NaOH===5NaBr＋NaBrO3＋3H2O。
⑤经NaOH洗涤的溴苯还要经过水洗、干燥、蒸馏才能获取纯净的溴苯，最后水洗的目的是什么？
提示 除去溴苯中溶解的少量NaOH及NaBr、NaBrO或NaBrO3。
(2)苯的硝化反应
实验装置：
反应原理：
＋HNO3eq \(――――→,\s\up7(浓H2SO4),\s\d5(60 ℃))＋H2O。
现象：加热几分钟，反应完毕，将混合液倒入盛有水的烧杯中，在烧杯底部出现无色油状液体。
注意：①硝基苯难溶于水，密度比水大，有苦杏仁味。
②长导管作用：平衡气压，冷凝回流挥发的苯和硝酸。
③水浴加热的原因：
a．使反应物受热均匀，便于控制温度。
b．防止温度过高，导致反应物挥发和硝酸分解。
④如温度升至100～110 ℃时，会生成间二硝基苯，反应的化学方程式为
＋2HNO3eq \(――――――→,\s\up7(浓H2SO4),\s\d5(100～110 ℃))＋2H2O。
⑤温度计的放置：温度计应放在水浴中，控制水浴温度。
2．加成反应
在催化剂镍的作用下，苯和H2在180～250 ℃、压强18 MPa条件下，发生加成反应，化学方程式为＋3H2eq \(――――――――――→,\s\up7(Ni),\s\d5(180～250 ℃，18 MPa))。
(1)苯易取代，难加成，原因在于苯分子结构稳定，加成反应需破坏苯环结构，取代反应不需要破坏苯环结构。
(2)苯的取代反应只要在催化剂存在的条件下即可发生，苯的加成则需要较高温度、高压和催化剂，其本质源于苯分子结构。
(1)苯的分子式为C6H6，不能使酸性KMnO4溶液褪色( )
(2)从苯的凯库勒式()看，苯分子应当和CH2==CH2具有相同的化学性质( )
(3)在催化剂作用下，苯和液溴发生反应，发生了加成反应( )
(4)除去溴苯中溶有的少量溴，可用NaOH溶液洗涤除去( )
(5)苯在一定条件下可以和液溴及浓HNO3反应，反应类型相同( )
(6)苯易发生加成反应，难发生取代反应，本质是由苯的结构决定的( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
某化学课外小组用如图所示装置制取溴苯。
先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器A中(A下端活塞关闭)。
(1)写出A中反应的化学方程式：___________________________________________________。
(2)A中观察到的现象是__________________________________________________________。
(3)实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是________________，
写出有关的化学方程式：__________________________________________________________。
(4)C中盛放CCl4的作用是________________________________________________________。
(5)要证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，即能证明。另一种验证的方法是向试管D中加入_____________________，现象是________________________________________________________________________。
答案 (1)2Fe＋3Br2===2FeBr3、＋Br2eq \(――→,\s\up7(FeBr3))＋HBr
(2)剧烈反应，有红棕色气体充满A容器，溶液底部有红褐色油状液体出现
(3)除去溶于溴苯中的溴 Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O(或3Br2＋6NaOH===5NaBr＋NaBrO3＋3H2O)
(4)除去溴化氢气体中的溴蒸气等
(5)石蕊溶液 溶液变红色(其他合理答案均可)
解析 在铁存在的条件下，苯和液溴在装置A中反应，生成的HBr及挥发出的少量苯和Br2蒸气由长导管进入CCl4中，苯和Br2蒸气被吸收，HBr进入装置D中被H2O吸收。反应结束后，A中混合液放入装置B中，多余的Br2被NaOH溶液吸收，生成的溴苯和苯处于装置B液体的下层。第(5)小题是对用宏观现象证明微观反应原理的考查，实际上是一种对假设的验证，若发生了取代反应，根据取代产物的性质设计实验验证即可。
1．下列各组物质，不能用分液漏斗分离的是( )
A．苯和水 B．苯和二甲苯
C．溴苯和水 D．汽油和水
答案 B
解析 苯和水互不相溶，可用分液漏斗分离，A不符合；苯和二甲苯互溶，不能用分液漏斗分离，B符合；溴苯和水互不相溶，可用分液漏斗分离，C不符合；汽油和水互不相溶，可用分液漏斗分离，D不符合。
2．下列有机物不能以苯为原料一步制取的是( )
A． B.
C． D．
答案 C
解析 可以由苯与浓H2SO4、浓HNO3发生硝化反应制得；可以由苯与氢气发生加成反应制得；可以由苯与Cl2发生取代反应制得；而C项中不能由苯为原料一步制得。
3．下列实验操作正确的是( )
A．将溴水、铁粉和苯混合加热可制得溴苯
B．除去溴苯中红棕色的溴，可用稀NaOH溶液反复洗涤，并用分液漏斗分液
C．用苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在混合液中
D．制取硝基苯时，应取浓H2SO4 2 mL，加入1.5 mL浓HNO3，再滴入苯约1 mL，然后放在水浴中加热
答案 B
解析 制溴苯应该用液溴，A错误；制备硝基苯时，温度计应放在水浴中，C错误；制备硝基苯时，应将浓硫酸缓慢加入浓硝酸中，与浓硫酸的稀释原理一样，D错误。
4．60 ℃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
答案 C
解析 该反应温度不超过100 ℃，所以用水浴加热，A正确；因反应物受热易挥发，所以长玻璃管起冷凝回流作用，B正确；用蒸馏水洗涤不能除去未反应完的苯，因为苯不易溶于水，C错误；加入过量硝酸可以提高苯的转化率，D正确。
5．下列关于苯的叙述正确的是( )
A．反应①为取代反应，有机产物与水混合后浮在上层
B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟
C．反应③为取代反应，只生成一种产物
D．反应④中1 ml苯最多与3 ml H2发生加成反应，是因为苯分子含有3个碳碳双键
答案 B
解析 反应①是苯的卤代反应，生成的溴苯不溶于水，密度比水大，故在下层，A错误；反应②为苯的燃烧反应，因苯含碳量高，故燃烧时伴有浓烟，B正确；反应③为苯的硝化反应，属于取代反应，得到硝基苯和水，C错误；反应④是苯的加成反应，但苯中不含有碳碳双键，苯分子中的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键，D错误。
题组一 芳香烃及苯的结构辨识
1．萘也是一种芳香烃，它的分子式是C10H8，它的结构简式可能是( )
A. B．
C. D．
答案 C
解析 A的分子式为C12H10，B的分子式为C8H10，D的分子式为C10H14，只有C项符合要求。
2．(2020·常德市武陵区校级月考)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的平面正六边形结构，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( )
①苯不能使溴的CCl4溶液褪色；②苯能与H2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；⑤苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
A．①②⑤ B．②④⑤ C．①④⑤ D．①③⑤
答案 C
解析 ①苯不能使溴的CCl4溶液褪色，则苯不含碳碳双键，不能解释；②苯能与H2发生加成反应，则苯含碳碳双键，能解释；③溴苯没有同分异构体，则苯上的氢化学环境均相同；④若苯是单、双键交替的平面正六边形结构，则邻二溴苯有两种结构，但邻二溴苯只有一种，不能解释；⑤苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，则苯不含碳碳双键，不能解释。
3．(2020·甘肃省秦州区校级期末)下列关于苯分子结构的说法错误的是( )
A．各原子均位于同一平面上，6个碳原子彼此连接成为一个平面正六边形的结构
B．苯环中含有3个C—C,3个C==C
C．苯分子中6个碳碳键完全相同
D．苯分子中碳碳之间的键是介于单键和双键之间特殊的键
答案 B
解析 A项，苯分子12个原子在同一平面上，每个C与相邻的两个C以及一个H形成的三个共价键夹角为120°，处于对角线位置的两个C和两个H应在同一条直线上，具有平面正六边形结构，正确；B项，苯分子含有一种特殊的化学键，键长介于C—C和C==C之间，碳碳之间不存在单、双键，错误；C项，苯分子为平面正六边形结构，苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键，其分子中6个碳原子之间的价键完全相同，正确；D项，苯分子中的碳碳键为介于单键和双键之间的独特的键，正确。
题组二 苯的结构与化学性质
4．(2020·西安市莲湖区期末)下列关于苯的说法不正确的是( )
A．苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色
B．苯的结构简式可用来表示，78 g苯中含有的碳碳双键的数目为3NA
C．在浓硫酸的作用下，苯与浓硝酸反应生成硝基苯，该反应为取代反应
D．苯分子为平面正六边形结构，所有原子位于同一平面上
答案 B
解析 A项，苯的分子式为C6H6，不含碳碳双键，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，正确；B项，苯的结构简式可用来表示，但苯分子中不含碳碳双键，错误；C项，在浓硫酸的作用下，苯与浓硝酸反应生成硝基苯和水，反应化学方程式是＋HNO3eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(60 ℃))＋H2O，该反应为取代反应，正确；D项，苯分子为平面正六边形结构，所有原子都位于同一平面上，正确。
5．(2020·哈尔滨市南岗区校级期末)下列关于苯的叙述错误的是( )
A．苯在催化剂作用下能与液溴发生取代反应
B．在苯中加入酸性KMnO4溶液，振荡并静置后下层液体为紫色
C．在苯中加入溴水，振荡并静置后下层液体为橙色
D．在一定条件下，苯能与氢气发生加成反应
答案 C
解析 A项，苯在催化剂FeBr3的作用下能与液溴发生取代反应生成溴苯，正确；B项，苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，且苯不溶于水，密度小于水，因此在苯中加入酸性KMnO4溶液，振荡并静置后下层液体为紫色，正确；C项，苯和溴水不反应，但可以发生萃取，苯的密度小于水的，所以在苯中加入溴水，振荡并静置后上层液体为橙色，错误；D项，在一定条件下，苯能与氢气发生加成反应生成环己烷，正确。
6．(2021·广东模拟)由反应＋HNO3(浓)eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(60 ℃)) ＋H2O制备、纯化硝基苯的实验过程中，下列操作未涉及的是(部分夹持装置略去)( )
答案 C
解析 制取硝基苯是苯与混酸在60 ℃时发生反应，A装置是制取过程；分液可以得硝基苯，装置B可用于分离、洗涤硝基苯的水相和有机相；分液后再经干燥和蒸馏得纯净的硝基苯，装置D用于分离苯和硝基苯；制备和纯化硝基苯的过程中不需要蒸发操作。
7．(2020·唐山月考)文献指出，苯与液溴在加入铁粉时发生反应的反应历程如下：2Fe＋3Br2===2FeBr3，FeBr3＋Br2FeBreq \\al(－,4)＋Br＋，，。关于该反应下列说法不正确的是( )
A．该反应起催化作用的是FeBr3
B．有水存在时，液溴与苯依然可以发生反应得到溴苯
C．苯与溴发生有机反应的类型为取代反应
D．产物溴苯中会含有一定量的溴，可加入氢氧化钠溶液，再通过分液的方法除去溴苯中的溴
答案 B
解析 A项，苯与溴单质的反应过程中FeBr3的质量和性质都没有改变，所以FeBr3是催化剂，正确；B项，有水存在时，溴单质与水反应生成HBr和HBrO，不能反应生成溴苯，错误；C项，苯与溴反应生成溴苯与HBr，苯中的氢原子被溴原子取代，属于取代反应，正确；D项，单质溴与氢氧化钠溶液反应生成易溶于水的盐，与溴苯分层，然后可以分液分离，正确。
8．(2020·北京市平谷区期末)已知苯可以进行如下转化：
下列叙述正确的是( )
A．①②反应发生的条件均为光照
B．化合物M与L互为同系物
C．用蒸馏水可鉴别苯和化合物K
D．化合物L只能发生加成反应，不能发生取代反应
答案 C
解析 A项，反应①为苯的取代，反应条件为溴、铁或溴化铁作催化剂，错误；C项，化合物K为溴苯，溴苯的密度比水大，苯的密度比水小，用蒸馏水可鉴别苯和溴苯，正确；D项，化合物L中有碳碳双键能发生加成反应，其他碳原子上的氢也可以被取代，错误。
9．(2020·北京朝阳区校级月考)某化学兴趣小组为探究苯与溴发生反应的原理，用如图所示装置进行了实验。根据相关知识回答下列问题：
(1)实验开始时，关闭K2，开启K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液。过一会儿，在装置Ⅲ中可能观察到的现象是__________________________________________________。
整套实验装置中能防止倒吸的装置有________(填装置序号)。
(2)该实验中采用冷凝装置，其作用是____________________________________________
____________________________________________________________________________。
装置Ⅲ中小试管内苯的作用是__________________________________________________
____________________________________________________________________________。
(3)实验室用溴和苯反应制取溴苯，得到粗溴苯后，采用如下操作进行精制：①蒸馏；②水洗；③用干燥剂干燥；④用10% NaOH溶液洗。正确的操作顺序为_________________________。
(4)在短线上填上除杂所用的试剂及分离方法。
溴苯中的溴：____________________________________________________________________；
乙烷中的乙烯：__________________________________________________________________；
苯中的乙醇：____________________________________________________________________。
答案 (1)小试管中有气泡产生，液体变为棕黄色；广口瓶中有白雾出现，AgNO3溶液中有淡黄色沉淀生成
Ⅲ和Ⅳ
(2)冷凝回流挥发出的溴和苯，减少苯和液溴的损失、提高原料利用率 除去HBr中的Br2，防止干扰HBr的检验
(3)②④②③①
(4)NaOH溶液，分液 溴水，洗气 水，分液
解析 (1)因从冷凝管出来的气体为溴蒸气和溴化氢，溴化氢不溶于苯，溴化氢遇空气中水蒸气形成酸雾，溴化氢能与硝酸银反应生成溴化银沉淀，故现象是小试管中有气泡，液体变棕黄色；有白雾出现；广口瓶内溶液中有淡黄色沉淀生成。装置Ⅲ试管里苯与导管口接触，不会减小装置内的气体压强，所以可以防止发生倒吸；Ⅳ烧杯中，倒立的干燥管容积大，发生倒吸后，水上升到干燥管中，使烧杯中液面下降，上升的液体又在重力作用下回流到烧杯中，所以可以防止发生倒吸。
(2)苯与溴都容易挥发，所以需要采用冷凝装置，冷凝回流挥发出的溴和苯，减少苯和液溴的损失，提高原料利用率，如果发生取代反应会产生溴化氢，如果发生加成反应不会产生溴化氢。但挥发出的溴会干扰实验，而溴易溶于苯，溴化氢不溶于苯，小试管中的苯能除去HBr中的Br2，防止干扰HBr的检验。
(3)该反应中，铁和溴能反应生成溴化铁，溴化铁作催化剂且易溶于水，所以混合物中含溴化铁；苯和溴不可能完全反应，混合物中含有溴和苯；制取溴苯的同时还有溴化氢生成，所以混合物的成分有溴化铁、溴、苯、溴苯、溴化氢，操作顺序如下：②HBr、溴化铁易溶于水而其他物质不易溶于水，所以先水洗去氢溴酸和溴化铁，分液得到的有机层有溴、苯、溴苯；④溴和氢氧化钠反应，所以用10% NaOH溶液洗去溴单质，分液得到的有机层苯、溴苯；②残留部分氢氧化钠，氢氧化钠能溶于水而其他物质不溶于水，所以用水洗去多余的氢氧化钠；③用水洗涤后会残留部分水，所以用干燥剂除去多余的水，分液得到的有机层苯、溴苯；①两者沸点不同，苯的沸点小，先被蒸馏出，溴苯留在母液中，所以采取蒸馏的方法分离溴苯与苯。
(4)溴与NaOH反应后，与溴苯分层，然后分液可分离；乙烯和Br2发生加成反应，生成密度比水大的1,2-二溴乙烷，而乙烷不反应，故除去乙烷中的乙烯应选溴水，采用洗气的操作；乙醇和水互溶，苯和水不互溶，故可加入水，充分振荡后，静置分液，来分离苯和乙醇。实验装置
实验现象
将苯和液溴加入三颈烧瓶，剧烈反应，出现沸腾现象，烧瓶中充满红棕色气体，导管口有白雾冒出，反应完毕，加入NaOH溶液，下层红褐色油状液体变为无色油状液体
结论
在FeBr3作催化剂时，苯和溴单质发生取代反应，生成溴苯和溴化氢
反应的化学方程式：＋Br2eq \(――→,\s\up7(FeBr3))＋HBr