1、专题三有机化合物的获得与应用第一单元 化石燃料与有机化合物第4课时 煤的综合利用 苯课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固一、煤的综合利用1煤的气化煤的气化就是把煤转化为可燃性的过程，生成的气体可作为燃料或。2煤的液化煤的液化是把煤转化成的过程。把煤与混合后，在及存在下，使煤气转化成，然后再合成。气体化工原料气液体燃料适当的溶剂高温、高压催化剂一氧化碳和氢气液体燃料3煤的干馏煤 干 馏 得 到 的 固 体、液 体 和 气 体 产 物 分 别是，其中从液体产物煤焦油中可以分离得到等有机化合物。利用苯、甲苯、二甲苯等有机物可以制备染料、农药、溶剂和多种。焦炭、煤焦油和焦炉煤气苯、
2、甲苯、二甲苯化肥合成材料4煤的干馏、气化、液化的比较 二、苯1苯的分子结构(1)分子式：。(2)结构式：C6H6(3)结构特点：a.结构，所有原子共平面。b碳碳键键长相等，不是的交替，苯环上的碳碳键是一种独特的共价键。c碳碳键夹角为。d分子中含或的一类碳氢化合物，属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。平面六边形单、双键介于单键和双键之间的120有一个多个苯环2苯的性质苯是一种色、气味，的液体，溶于水，密度比水。(1)取代反应与烷烃相比，苯易发生取代反应。无有特殊性有毒不小()溴代反应方程式为。注意：a.苯只能与取代，不与反应。溴水中的溴只可被苯。Br2FeBr3HBr液溴溴水萃取b反应中加入的催化剂
3、是，实际起催化作用的是。c生成的是色液体，密度水。d苯与 Br2 只发生取代反应。e欲得较纯溴苯，可用溶液洗涤，以除。Fe 粉FeBr3无大于一元稀 NaOHBr2()硝化反应硝化反应是指苯分子中的氢原子被所取代的反应，属于取代反应。方程式为 。NO2HONO2浓硫酸H2O(2)加成反应苯不具有典型的双键所应有的加成反应性质，与烯烃相比，苯不易发生加成反应，但在特殊情况下(催化剂、一定温度)仍能发生加成反应，如与 H2 加成：注意：a.1 mol 苯与 3 mol H2 加成。b苯与 H2 发生加成反应后，由平面形结构改变为空间立体构型。(3)氧化反应在空气中燃烧的方程式为。注：a.苯的含碳量
4、高，点燃有的黑烟。b苯使酸性高锰酸钾溶液褪色。2C6H615O2点燃 12CO26H2O较浓不能三、甲烷、乙烯与苯的比较 四、苯的同系物、芳香烃及芳香族化合物探究点一 煤的综合利用1煤的气化、液化和干馏 2.煤干馏的主要产品及用途 1干馏和蒸馏的区别是什么？提示：(1)条件不同：干馏是在加强热条件下，蒸馏是在加热条件下，温度的高低不同。(2)环境不同：干馏需要隔绝空气，蒸馏不需要隔绝空气。(3)物质变化的类型不同：干馏过程发生的主要是化学变化，蒸馏过程发生的是物理变化。(4)目的不同：干馏是为了制取新物质，蒸馏是为了分离混合物。2从煤焦油中分离出芳香烃，应采用什么方法？3煤的气化、液化同水的汽
5、化、液化一样都属于物理变化，这种说法正确吗？提示：煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。可根据各种芳香烃的沸点不同，利用分馏法进行分离。提示：不正确。煤的气化、液化均是化学变化。【例 1】煤的干馏是煤气化的重要方法，是煤综合利用最“古老”的方法，也是最简单的方法。所谓煤的干馏是在隔绝空气和高温的条件下，煤可以发生分解，生成固态的焦炭、液态的煤焦油、气态的焦炉煤气。下面是某实验小组设计的煤干馏的实验方法，装置如图所示。取约 23 g 的煤粒，在研钵中研磨至粉末状态；用药匙将煤粉放入玻璃管中，在具支试管中加入 2 mL 水，然后按照如图所示安装好装置；点燃酒精喷灯，对玻璃管均匀加热后再集中加热，注
6、意观察具支试管中气泡的产生速率；待具支试管中溶液内的气泡产气速率均匀后，用明火靠近具支试管的支管口处，可以观察到产生的气体能够燃烧。根据上述实验设计回答下列问题。(1)实验结束后，应该先把玻璃管从溶液中取出，然后熄灭酒精喷灯火焰，这样操作的目的是_。(2)焦炉煤气是一种混合性的可燃性气体，其点燃前必须进行_操作，目的是_，但该实验没有进行该操作，实验中需要多排一会儿气体，至气泡均匀时再点燃。(3)取下具支试管，可以发现其中的液体分为两层，上层是_，下层是_，在溶液中滴加酚酞试剂，溶液显_色，原因是_。防止因为先撤走酒精喷灯导致玻璃管内温度降低，具支试管中的溶液沿玻璃导管倒吸入热的玻璃管中，从而
7、使玻璃管破裂验纯防止爆炸煤焦油水溶液红溶液中溶解了氨气【解析】这是实验室中进行煤干馏的实验方法。该题考查了实验安全问题、煤干馏的气体的可燃性及煤焦油的成分，值得注意的是煤气化的产物中含有部分氨气，且煤焦油多为苯、甲苯等芳香烃化合物，不溶于水，实际上煤焦油中有机化合物的成分达几千种。下列属于煤的综合利用且说法正确的是()A煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物，可采用先干馏后分馏的方法分离B将煤干馏制得煤焦油和焦炭C煤的气化和液化为物理变化D将煤变为煤饼作燃料B解析：煤是由有机化合物和无机化合物组成的复杂混合物，经过干馏才能得到苯、甲苯、二甲苯等的混合物，可用分馏法将它们分离，A 错误；将煤干馏制
8、得煤焦油和焦炭属于煤的综合利用，B 正确；煤的气化是煤与水蒸气的反应，属于化学变化，煤的液化分直接液化和间接液化，煤的直接液化是指煤与氢气作用生成液体燃料；煤的间接液化是指将煤先转化为 CO 和 H2，再在催化剂作用下合成甲醇，因此煤的液化属于化学变化，C 错误；将煤变为煤饼作燃料，不属于煤的综合利用，D 错误。探究点二 苯的特殊结构和性质1苯的结构的特殊性(1)苯的分子式为 C6H6，是一种高度不饱和烃。(2)实验探究苯的结构实验操作实验现象实验结论(1)向试管中加入少量苯，再加入酸性高锰酸钾溶液，振荡试管，观察现象液体分层，上层为无色，下层为紫色苯与酸性高锰酸钾溶液不反应(2)向试管中加入
9、少量苯，再加入溴水，振荡试管，观察现象液体分层，上层为橙色，下层为无色苯与溴水不反应苯的分子式 C6H6 与己烷的分子式 C6H14 碳原子数相同，但相差 8 个 H 原子，从分子式分析苯远远不饱和，但苯却不具有不饱和烃的性质，所以苯的分子结构是十九世纪化学界的一个谜。直到德国化学家凯库勒经过多年的研究在 1866 年提出了苯是环状结构后，人类才慢慢地解开了苯的结构。对苯的进一步研究表明，苯分子具有平面正六边形结构，分子中六个碳原子形成一个六元环，六个碳碳键完全等同，是一种介于单键和双键之间的独特的共价键，分子中六个碳原子和六个氢原子共处于同一平面内，是一种高度对称的平面形分子。(3)苯的分子
10、结构 特别提醒：凯库勒式不合理性已成事实，由于历史的原因仍然使用，但不能认为苯就是 C=C 和 CC 交替排列的结构。由于苯环结构的特殊性，在判断苯能否与其他物质反应时，要特别注意，反应条件和反应物的状态。2性质方面的体现(1)苯不能使酸性 KMnO4 溶液和溴水褪色，由此可知苯在化学性质上与烯烃有很大差别。(2)苯在催化剂(Fe 或 FeBr3)作用下与液溴发生取代反应，说明苯具有类似烷烃的性质。(3)苯又能与 H2 在催化作用下发生加成反应，说明苯具有烯烃的性质。总之，苯易发生取代反应，能发生加成反应，难被氧化，其化学性质不同于烷烃、烯烃。3苯的性质的两个易错点(1)苯与卤素单质能发生取代
11、反应，但与卤素单质的水溶液不发生化学反应，只是萃取，如苯与溴水混合。(2)苯与卤素单质只发生单取代反应，如苯与溴只生成溴苯，不能生成二溴苯等。1如何证明苯的分子结构中碳碳键不是单双键交替？提示：苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色，苯的邻位二取代物只有一种，这些都说明苯的分子中碳碳键不是单双键交替的结构。2一定条件下，苯、甲烷和乙烯均能与溴反应，条件相同吗？反应类型呢？提示：苯与液溴在溴化铁作催化剂时才能反应，甲烷与溴蒸气在光照时反应，乙烯与溴水常温下反应，三者反应类型分别是取代反应、取代反应和加成反应。【例 2】苯环结构中，不存在单、双键交替结构，可以作为证据的事实是()苯不能使
12、KMnO4(H)溶液褪色苯中碳碳键的键长均相等苯能在一定条件下跟 H2 加成生成环己烷经实验测得邻二甲苯仅有一种结构苯在 FeBr3 存在的条件下同液溴可以发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色ABC DC【解析】苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在 CC 与 C=C 的交替结构，故正确；苯环上碳碳键的键长相等，说明苯环结构中的化学键只有一种，不存在 CC 与 C=C 的交替结构，故正确；与氢气加成是苯和双键都有的性质，因此苯能在一定条件下跟 H2 加成生成环己烷，不能证明苯环结构中不存在 CC与 C=C 的交替结构，故错误；如果是单双键交替结构，
13、邻二甲苯的结构有两种，一种是两个甲基夹 CC，另一种是两个甲基夹 C=C。邻二甲苯只有一种结构，说明苯环结构中的化学键只有一种，不存在 CC 与 C=C 的交替结构，故正确；苯不因化学变化而使溴水褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在 CC 与 C=C 的交替结构，故正确。所以可以作为苯分子中不存在单、双键交替排列结构的证据。苯的结构简式可用来表示，下列关于苯的叙述中正确的是()A苯分子中处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，不可能在同一条直线上B苯中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃C苯分子中的 6 个碳碳键可以分成两类不同的化学键D苯分子中既不含有碳碳双键，也不含有碳碳
14、单键D解析：苯分子处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子，这四个原子共直线；苯分子中不含有碳碳双键，苯不属于烯烃；苯分子中的 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键。故选 D。探究点三 苯的取代反应的有关实验1苯与液溴的反应下面是制取溴苯的实验方案与实验步骤：把苯和少量液溴放在烧瓶里，同时加入少量铁屑作催化剂。用带导管的瓶塞塞紧瓶口(如图)，跟瓶口垂直的一段导管可以兼起冷凝器的作用。在常温时，很快就会看到在导管口附近出现白雾(由溴化氢遇水蒸气所形成)。反应完毕后，向锥形瓶内的液体里滴入 AgNO3 溶液，有浅黄色溴化银沉淀生成。把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里
15、，烧杯底部有红褐色不溶于水的液体。不溶于水的液体是溴苯，它是密度比水大的无色液体，由于溶解了溴而显褐色。注意事项：装置特点：长导管，导管管口接近水面，但不接触。长导管的作用：导气，冷凝。苯、溴、铁按此顺序加药品(加入药品是液溴，不是溴水。苯与溴水只萃取，不反应)。铁粉的作用：催化(真正的催化剂是 FeBr3)。注意观察三个现象：导管口的白雾；烧瓶中的现象；滴入硝酸银后水中生成的沉淀。将反应的混合物倒入水中的现象是什么？(有红褐色的油状液体沉于水底)溴苯的物理性质如何？(比水重，不溶于水，无色油状液)如何除去溴苯中的溴？(水洗，再用 10%烧碱溶液洗，再干燥，蒸馏)2苯与浓硝酸的反应制取硝基苯的
16、实验方案与实验步骤：先将 1.5 mL 浓硝酸注入大试管中，再慢慢注入 2 mL 浓硫酸，并及时摇匀和冷却。向冷却后的混酸中逐滴加入 1 mL 苯，充分振荡，混合均匀。将大试管放在 5060 的水浴中加热约10 min，实验装置如图所示。将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，可以观察到烧杯底部有黄色油状物生成，用分液漏斗分离出粗硝基苯。粗产品依次用蒸馏水和 5%NaOH 溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。若将用无水 CaCl2 干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，可得纯硝基苯。蒸馏应在通风柜或通风良好处进行。纯硝基苯为无色、具有苦杏仁气味的油状液体，其密度大于水。注意事项：装置特点：水浴；温度计位置；水浴
17、的水面高度(反应装置中的温度计，应插入水浴液面以下，以测量水浴温度)。药品加入的顺序：先浓硝酸再浓硫酸(冷却到 5060 再加入苯)。水浴温度：5060(温度高苯挥发，硝酸分解)温度下，水浴加热。HNO3(HONO2)去OH 后，生成NO2，称为硝基。浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂。反应方程式：如何设计一简单的实验证明苯与液溴发生的是取代反应而非加成反应？提示：苯与液溴若发生取代反应，则生成物中有 HBr；若发生加成反应，则不会生成 HBr。可通过验证反应后的生成物中含有 HBr，证明苯与液溴发生了取代反应。步骤：(1)将苯和液溴反应产生的气体通过 CCl4(除去挥发出来的溴蒸气)；(2)再将气
18、体通入 AgNO3 溶液，若产生淡黄色沉淀，则说明有 HBr 生成，即证明苯与液溴发生了取代反应而非加成反应。【例 3】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，在装置中可能观察到的现象是_。(2)整套实验装置中能防止倒吸的装置有_(填装置序号)。(3)通过该实验可知，苯与溴反应的原理是_(用化学方程式表示)。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和(4)该实验中采用冷凝装置，其作用是_。(5)装置中小
19、试管内苯的作用是_。(6)若实验时无液溴，但实验室有溴水，该实验_(填“能”或“不能”)成功。【思路分析】解此题的关键是了解生成溴苯的实验原理和操作要点。冷凝挥发出的苯和溴蒸气，减少苯和溴的损失除去 HBr 中的 Br2，防止干扰 HBr 的检验能【解析】(1)在催化剂作用下，液溴与苯发生反应生成溴苯和极易溶于水的溴化氢，溴化氢遇水蒸气形成白雾，HBr 与AgNO3 发生反应 HBrAgNO3=AgBrHNO3，则装置广口瓶中会产生淡黄色沉淀；挥发出的少量溴蒸气溶于苯，呈棕黄色。(2)溴化氢不溶于苯，装置小试管中苯既可以吸收 Br2 排除干扰又可防止倒吸；在装置烧杯中，倒立的干燥管内容积大，若
20、水上升至干燥管中，使烧杯中液面下降而与干燥管下口脱离，而上升的液体在重力作用下又回到烧杯中，故能防倒吸。(3)根据产物溴化氢可以证明苯与液溴发生取代反应。(4)苯和溴的沸点都较低，易挥发，使用冷凝装置，可使挥发出的苯和溴蒸气冷凝回流到装置中的广口瓶内，减少苯和溴的损失，提高原料利用率。(5)装置中小试管中苯可除去 HBr 中的 Br2，防止干扰 HBr 的检验。(6)实验室中若无液溴，可先用苯萃取溴水中的溴，分液后，取苯层即可。下列实验能获得成功的是()A苯与浓溴水用铁作催化剂制溴苯B将苯与浓硝酸混合共热制硝基苯C加入水后分液可除去溴苯中的溴D可用分液漏斗分离硝基苯和水D解析：苯与液溴在 Fe
21、Br3 作催化剂时才能反应生成溴苯，苯与浓溴水不反应，A 错误；苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在水浴加热时生成硝基苯，B 错误；溴在水中的溶解度比在溴苯中的溶解度小，除去溴苯中过量的溴，应加入氢氧化钠溶液后再分液，C 错误；硝基苯难溶于水，可用分液漏斗分离，D 正确。探究点四 有机物分子中原子共线、共面的问题1熟悉常见的分子结构(1)CH4：正四面体结构。凡是碳原子与 4 个原子形成 4 个共价键时，其空间构型都是四面体，5 个原子中最多有 3个原子共平面。2分析方法要掌握有机物分子里多原子共线、共面的规律，可从以下几个方面入手分析：一是在同一个共价键两端的原子的位置关系。无论单键、双键、叁键还是
22、更复杂的键，都可看作一条线段，则在同一个共价键两端的原子在同一条直线上。二是同共价键原子的旋转性。共价单键两端的原子可沿着共价键的轴心自由旋转，原子的位置关系保持不变。共价双键、叁键等两端的原子不能沿着共价键的轴心旋转，自然就不涉及原子的位置关系的问题。例如：中可能共面的碳原子最多 9 个，一定共面的碳原子是 7 个，可能共面的所有原子最多 17 个，一定共面的原子是 12 个。三是根据常见分子空间构型分析时要以面为中心进行分析。在判断有机物分子中原子共面情况时，要把被分析的分子看作简单的、常见分子的衍生物，即复杂问题简单处理。如判断丙烷分子中的原子共面时，可把其看作一个甲烷分子中的两个氢原子
23、分别被 2 个甲基(CH3)取代而得，这样根据甲烷分子的结构，可判断出丙烷中至少有 3 个原子共平面；但所有原子不可能共平面。【例 4】下列有机分子中，所有原子不可能处于同一平面的是()D【思路分析】判断有机物分子中的原子是否共面，要把握以下三点：(1)甲烷、苯、乙烯分子中的 H 原子如果被其他原子所取代，则取代后的分子构型基本不变。(2)当分子中出现碳原子与其他原子形成四个单键(即饱和碳原子)时，所有原子不可能共面。(3)共价单键可以自由旋转，共价双键不能旋转。【解析】在丙烯、氯乙烯、苯、甲苯四种有机化合物中，分子内所有原子均在同一平面的是()A BC D解析：丙烯和甲苯中都含有甲基，甲基中
24、的碳氢原子不在同一平面上(呈四面体结构)，所以含有甲基的有机物的所有原子不可能都在同一个平面上；氯乙烯和苯均为平面形结构。故选 B。B1以苯为原料，不能一步制得的物质是()A环己烷 B苯乙烯()C溴苯D硝基苯解析：苯跟氢气加成可得环己烷，苯在 FeBr3 催化作用下跟溴反应生成溴苯，在浓硫酸作用下，苯在 5060 时可与浓硝酸和浓硫酸共热发生取代反应生成硝基苯。B2下列关于苯的叙述正确的是()A反应为取代反应，有机产物的密度比水小B反应为取代反应，有机产物是一种烃C反应中 1 mol 苯最多与 3 mol H2 发生加成反应，是因为苯分子含有三个碳碳双键D反应为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴
25、有浓烟D解析：苯与液溴发生取代反应，生成溴苯，溴苯的密度比水大，故 A 错误；苯能与浓硝酸发生硝化反应生成硝基苯，硝基苯中除了含有 C、H，还含有 N 和 O，不属于烃，故 B 错误；苯分子中不存在碳碳双键，而是一种介于单键和双键之间独特的键，故 C 错误；苯仅含有 C、H，能在空气中燃烧，发生氧化反应，燃烧时因含碳量高火焰明亮并带有浓烟，故 D 正确。3下列说法正确的是()A通过石油的裂化，可直接得到乙烯、丙烯等有机化工原料B煤在空气中加强热得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水等产品的过程叫做煤的干馏C硅是良好的半导体材料，常用于制造光导纤维D4下列关于苯和乙烯的叙述中正确的是()A两者都容易发
26、生取代反应B两者都可以与溴水发生加成反应C两者分子中所有原子都在同一平面内D两者都含有碳碳双键，能与酸性 KMnO4 溶液反应解析：A 中，苯易取代、能加成，乙烯易加成，不发生取代反应；B 中，乙烯与溴水能发生加成反应，苯不能与溴水反应；D 中，苯分子中不含碳碳双键，不能与酸性 KMnO4 溶液反应，乙烯能与酸性 KMnO4 溶液反应而使其褪色。C5下列物质中，在一定条件下既能发生加成反应，又能发生取代反应，但不能使 KMnO4 酸性溶液褪色的是()A甲烷 B乙烷 C乙烯 D苯解析：甲烷和乙烷能发生取代反应，不能发生加成反应，A、B 项错误；乙烯能使酸性 KMnO4 溶液褪色，C 项错误；苯既
27、能发生加成反应，又能发生取代反应，但不能使 KMnO4 酸性溶液褪色，D 项正确。D6已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，关于结构简式如图的烃，下列说法中正确的是()A分子中至少有 9 个碳原子处于同一平面上B分子中至少有 10 个碳原子处于同一平面上C分子中至少有 11 个碳原子处于同一平面上D该烃属于苯的同系物C解析：要判断 A、B、C 三个选项正确与否，必须弄清题给分子的空间结构。从苯的空间结构(平面正六边形)入手分析，将题给分子表示为如图所示，就容易将“一个苯环必定有 12 个原子共面”的特征想到题给分子中以分子中左边的苯环为中心分析，这个苯环上的 6 个碳原子、直接连在这个苯环上的 2
28、个甲基中的碳原子、另一个苯环中在虚线上的 3 个碳原子(如图所示)，共有 11 个碳原子必定在同一平面。7有机物：(1)该物质苯环上一氯代物有种；(2)1 mol 该物质和溴水混合，消耗 Br2 的物质的量为mol；(3)1 mol 该物质和 H2 加成需 H2mol；425(4)判断下列说法不正确的有。A此物质可发生加成、取代、加聚、氧化等反应B和甲苯属于同系物C使溴褪色的原理与乙烯相同D能使酸性 KMnO4 溶液褪色是发生的加成反应BD解析：该物质苯环上 4 个氢原子都可被 Cl 取代而得到 4 种不同的产物；与溴水混合发生加成反应，2 mol 双键与 2 mol 的Br2 加成；与 H2 加成可同时发生苯环与碳碳双键的加成，共计 5 mol H2；该物质苯环侧链是不饱和的，所以不是苯的同系物，同时该物质与酸性 KMnO4 溶液是发生氧化反应。8实验室用苯和浓硝酸、浓硫酸发生反应制取硝基苯的装置如图所示。回答下列问题：(1)反应需在 5060 的温度下进行，图中给反应物加热的方法是水浴加热，其优点是和。便于控制温度受热均匀(2)在配制混合酸时应将加入中。(4)由于装置的缺陷，该实验可能会导致的不良后果是。苯、浓硝酸等挥发到空气中，造成污染浓硫酸浓硝酸解析：(1)水浴加热的优点是受热均匀、便于控制温度。温示提馨请 做：课时作业 19PPT文稿（点击进入）