1、专题3 常见的烃第二单元 芳香烃美国宇航局的“斯皮策”天文望远镜在距地球 100 光年的遥远星系发现了生命必需的有机物多环芳香烃。多环芳香烃中含有多个苯环，在地球上广泛存在。天文学家猜测，在古老星系发现的多环芳香烃，可能是“生命的种子”，遇到地球这样合适的环境，就会生根发芽，绽放生命之花。“斯皮策”天文望远镜在年龄有 140 亿年的星系中发现了多环芳香烃，证明了多环芳香烃在星系演化过程中扮演着重要角色。1掌握苯及苯的同系物的结构特点和化学性质。(重、难点)2了解芳香烃的来源及其应用，通过实验活动了解苯及其同系物对人体健康的危害，防止苯中毒。3以芳香烃的代表物为例，注意在组成、结构、性质上和烷烃
2、、烯烃、炔烃的比较。(难点)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、苯的结构与性质1苯的分子结构和物理性质(1)苯的分子结构(2)物理性质2.苯的化学性质苯分子中的碳碳键介于单键和双键之间，苯既有的性质，能发生反应，也有的性质，能发生反应。烷烃取代烯烃加成(1)取代反应反应装置为：(2)加成反应(3)氧化反应不能使 KMnO4 酸性溶液褪色。燃烧：火焰，有烟，反应方程式为：。明亮浓2C6H615O2点燃 12CO26H2O二、苯的同系物1苯的同系物的组成和结构特点苯的同系物是苯环上的氢原子被取代后的产物，其分子中只有一个，侧链都是，通式为。烷基苯环烷基CnH2n6(n7)2
3、常见的苯的同系物3苯的同系物的化学性质(1)氧化反应甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性 KMnO4 溶液而使其褪色。均能燃烧，燃烧的化学方程式的通式为：。氧化CnH2n63n32O2点燃 nCO2(n3)H2O(2)取代反应甲苯与浓硝酸和浓 H2SO4 的混合酸在一定条件下反应生成三硝基甲苯的化学方程式为：三、芳香烃的来源及应用1定义分子里含有一个或多个的烃。2来源(1)1845 年至 20 世纪 40 年代是芳香烃的主要来源。(2)20 世纪 40 年代以后，通过石油化学工业中的获得。3应用简单的芳香烃，如苯、甲苯等可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。苯环煤催化重整探究点一 苯的结构
4、和性质的特殊性1苯分子中存在独特的碳碳键2苯分子的特殊结构在性质方面的体现(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(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，但不能使酸性 KMnO4 溶液、溴水褪色。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。1如何证明苯分子中的碳碳键是完全相同的？提示：如果苯分子为单双键交替排列的结构，则苯的邻位二氯取代物应有 2 种：而事实上苯的邻位二氯取代物只有 1 种，说明苯分子中
5、的碳碳键是完全相同的。2苯只与纯液溴反应，而不与溴水或溴的四氯化碳溶液反应，苯能使溴水褪色吗？为什么？提示：能。苯能与液溴发生反应，不能与溴水发生反应。但苯能将溴水中的溴萃取出来而分层，上层(苯层)为橙色或橙红色，下层(水层)为无色。3苯分子中的碳碳键不饱和，因此苯与乙烯的性质相同，能够发生加成反应。这种说法正确吗？为什么？提示：不正确。苯环中的碳碳不饱和键不同于烯烃中的碳碳双键，尽管能够发生某些加成反应，如与氢气可以发生加成反应，但苯不能与溴发生加成反应。【例 1】苯分子的结构中，不存在 CC 键和 C=C 键的简单交替结构，下列事实中：苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色；苯分子中碳碳键的键长均相
6、等；苯在加热和催化剂存在条件下氢化生成环己烷；经实验测得邻二甲苯只有一种结构；苯在 FeBr3 存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色。可以作为依据的有()ABCD A【思路分析】解答本题时要注意以下三点：(1)碳碳单键和碳碳双键的键长不相等。(2)碳碳双键易被氧化，能发生加成反应。(3)邻二甲苯只有一种结构，说明 6 个键等同。【解析】若苯环分子中存在 CC 和 C=C 的交替结构，则 C=C 能使酸性高锰酸钾溶液褪色，能与溴水发生加成反应；CC 和 C=C 的键长不相等，若单、双键交替存在，则邻二甲苯应有两种，故、均可作为苯环中不存在单、双键交替结构的依据，而无法证明
7、苯中不存在单、双键交替结构。综合起来可以说明苯分子结构中的碳碳键是一种介于单键和双键之间的特殊的化学键。下列关于苯的说法中，正确的是()A苯的分子式为 C6H6，它不能使 KMnO4 酸性溶液褪色，属于饱和烃B从苯的凯库勒式()看，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃C在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了加成反应D苯分子为平面正六边形结构，6 个碳原子之间的价键完全相同D解析：从苯的分子式 C6H6 看，其氢原子数远未达饱和，应属不饱和烃，而苯不能使 KMnO4 酸性溶液褪色是由于苯分子中的碳碳键是介于单键与双键之间的独特的键所致；苯的凯库勒式()并未反映出苯的真实结构，只是由于习惯而沿用
8、，不能由其来认定苯分子中含有双键，因而苯也不属于烯烃；在催化剂的作用下，苯与液溴反应生成了溴苯，发生的是取代反应而不是加成反应；苯分子为平面正六边形结构，其分子中 6 个碳原子之间的价键完全相同。只有 D 项正确。探究点二 苯及其同系物的化学性质比较一、苯的同系物的化学性质由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处又有不同之处。二、反应条件不同，产物也可能不同甲苯在光照条件下与 Br2 反应是侧链上的氢被取代，而在溴化铁的催化作用下是苯环上的氢被取代。1相同物质的量的苯与甲苯，与 H2 加成时，需要的 H2 的量相同吗？提示：1 mol 苯与 1 mol 甲苯均与 3 mol
9、 H2 发生加成反应，所以相同物质的量的苯与甲苯，与 H2 加成时，需要的 H2 的量相同。2是否所有苯的同系物都能使酸性 KMnO4 溶液褪色？与酸性 KMnO4 溶液反应的产物是什么？【例 2】下列说法中正确的是()A芳香烃的通式是 CnH2n6(n6，n 为正整数)B苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物C苯和甲苯都不能使酸性 KMnO4 溶液褪色D一定条件下，苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应【思路分析】在苯环上连有侧链后，由于苯环对侧链的影响，使得侧链比较活泼，能被酸性 KMnO4 溶液氧化。D【解析】芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物是指分子
10、中含有一个苯环，且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，苯的同系物的通式为 CnH2n6(n7，n 为正整数)；一定条件下，苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，但甲苯能使酸性 KMnO4 溶液褪色而苯不能，这是因为CH3 受苯环的影响，易被酸性 KMnO4 溶液氧化。将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应所得的产物可能有()A B仅CD全部C解析：苯的同系物在 Fe(或 FeBr3)催化作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代甲基邻位、间位、对位上的氢原子，也可以将苯环上多个氢原子同时取代，而在此条件下，甲基上的氢原子不能被取代，因此不可能有。探究点三 苯的同系物的同分异构体苯的同系物的分子通式
11、为 CnH2n6(n7)，将分子式减去 6个碳(苯环所含碳)后，分析剩余的含一定数目碳原子数的烷基，烷基可按由整到散的思路书写。例如余C3H7，则分为C3H7(丙基)，C2H5 和CH3 两个烷基，3 个CH3三种情况书写1当苯环上只有 1 个取代基时：2苯环上有两个烃基时：定一移二法：对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基，以确定同分异构体的数目。例如 C9H12 有两个取代基时：3当苯环上有三个烃基时则定二移三的方法。例如 C9H12 有 3 个CH3 时：当 3 个取代基不相同时则会出现更复杂的位置异构，要注意判断是否重复。,芳香族化合物的同分异构体可以
12、在苯的同系物书写的基础上迁移，通常在官能团异构的基础上按以上位置异构顺序书写。4等效氢法分子中完全对称的氢原子互为“等效氢原子”，其中引入一个新的原子或原子团时，只形成一种物质；在移动原子、原子团时，要按照一定的顺序，避免遗漏或重复。5换元法苯的同系物的苯环上有多少种可被取代的氢原子，就有多少种取代产物。在苯环上的取代产物中，若有 n 个可被取代的氢原子，则 m 个取代基(mn)的取代产物与(nm)个取代基的取代产物种数相同。如二氯苯与四氯苯的同分异构体数目相同。【例 3】二甲苯苯环上的一溴代物有六种同分异构体，这些一溴代物与生成它的对应二甲苯的熔点如下表所示：根据上述数据回答下列问题：(1)
13、熔点为 234 的一溴二甲苯的结构简式是_。(2)熔点为54 的二甲苯的结构简式是_。【思路分析】首先分析数据，从数据中找出相关规律，再把所求问题转化为判断二甲苯的一溴代物的同分异构体的数目。【解析】由表中数据可知，熔点为 13 的二甲苯苯环上的一溴代物只有一种，其熔点为 234；熔点为27 的二甲苯苯环上的一溴代物有两种，其熔点分别为 213.8 和 214.5；熔点为54 的二甲苯苯环上的一溴代物有三种，它们的熔点分别为 206、204 和 205。这样只要确定出二甲苯的三种同分异构体苯环上的一溴代物的同分异构体数目就可以了。二甲苯的三种同分异构体分别是某烃的分子式为 C10H14，它不能
14、使溴水褪色，但可使酸性KMnO4 溶液褪色，分子结构中只含有一个烷基，符合条件的烃有()A2 种 B3 种 C4 种 D5 种B解析：该烃的分子式为 C10H14，符合分子通式 CnH2n6，它不能使溴水褪色，但可使酸性 KMnO4 溶液褪色，说明它是苯的同系物；因其分子中只含一个烷基，可推知此烷基为C4H9，它具有以下4种结构：CH2CH2CH2CH3，CH(CH3)CH2CH3，CH2CH(CH3)2，C(CH3)3，由于第种侧链上与苯环直接相连的那个碳原子上没有氢原子，不能发生侧链氧化，因此符合条件的烃只有 3 种。故正确答案为 B。探究点四 烃的检验应用上述性质可以鉴别不同类型的烃，同
15、时要特别注意条件如液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、光照、催化剂等对反应的影响。【例 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 KMnO4 酸性溶液，然后再加入溴水B先加入足量溴水，然后再加入 KMnO4 酸性溶液C点燃这种液体，然后观察火焰的明亮程度D加入浓 H2SO4 与浓 HNO3 后加热【思路分析】烯烃能使溴水和 KMnO4 酸性溶液都褪色，而苯的同系物不能使溴水褪色。B【解析】要鉴别出己烯中是否混有甲苯，用 C 法显然无法验证；而 D 中反应物会把己烯氧化也不可；只能利用溴水和KMnO4 酸性溶液，若先加 KMnO4 溶液，己烯也可以使 KMnO4还原而褪色，
16、故 A 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 KMnO4 酸性溶液褪色，则说明有甲苯，故正确答案为 B。下列各组物质用酸性高锰酸钾溶液和溴水都能区别的是()A苯和甲苯B1-己烯和二甲苯C苯和 1-己烯D己烷和苯C解析：如果要区别各个选项中的两种物质，它们与酸性KMnO4 溶液或溴水混合一定有不同现象。探究点五 苯及其同系物的实验设计苯与溴的反应、苯与浓硝酸的反应是苯及其同系物的典型取代反应，根据这两个反应设计的实验也是考试中时常涉及的内容。下面是溴苯和硝基苯的制备实验方案。1制备溴苯的实验方案 2.制备硝基苯的实验方案(1)化学方程式(2
17、)制取装置(3)注意事项药品的加入：将浓硫酸慢慢加入到浓硝酸中，并不断振荡降温，降温后再逐滴滴入苯，边滴边振荡。加热方式及原因：采用水浴加热方式，其原因是易控制反应温度在 5060 范围内。温度计放置的位置：温度计的水银球伸入到水浴的水中，但温度计的水银球不能触及烧杯底部及烧杯壁。长直玻璃导管的作用是冷凝回流。硝基苯是无色油状液体，因为溶解了 NO2 而呈褐色。(1)苯与溴单质发生取代反应，必须用液溴，并且有合适的催化剂(如 FeBr3)存在，苯与溴水不能发生取代反应，只能将 Br2从水中萃取出来。(2)制取硝基苯时应控制温度不能过高，若温度超过 70，则主要发生磺化反应生成(苯磺酸)。如何证
18、明生成溴苯的反应为取代反应？提示：反应装置用 AgNO3 溶液检验有 HBr 生成(产生浅黄色沉淀)即可证明制溴苯的反应为取代反应，但挥发出的溴蒸气遇到 AgNO3 溶液会出现同样现象，干扰 HBr 的检验，故应用 CCl4 除去 HBr 中混有的溴蒸气。【例 5】下图中 A 是制取溴苯的实验装置，B、C 是改进后的装置。请仔细分析、对比三个装置，回答以下问题：(1)写出三个装置中共同发生的两个反应的化学方程式：_、_；写出 B 中右边试管中所发生反应的化学方程式：_。(2)装置 A 和 C 均采用了长玻璃导管，其作用是_。(3)在装置 B、C 装好仪器及药品后要使反应开始，应对装置 B进行的
19、操作是_；应对装置 C 进行的操作_。2Fe3Br2=2FeBr3 Br2FeBr3BrHBr AgNO3HBr=AgBrHNO3导出 HBr，兼起冷凝回流的作用旋转分液漏斗的活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上托起软橡胶袋使铁粉落入溴和苯的混合液中(4)装置 B、C 较好地解决了 A 中加装药品和使装置及时密封的矛盾，方便了操作。A 装置中这一问题在实验中造成的后果是_。(5)B 中采用了洗气瓶吸收装置，其作用是_，反应后洗气瓶中可能出现的现象是_。(6)B 装置也存在两个明显的缺点，使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是_。Br2 和苯的蒸气逸出，污染环境，同时使反应物利用率降低吸收反应
20、中随 HBr 逸出的溴蒸气和苯蒸气CCl4 由无色变成橙色随 HBr 逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中，原料利用率低；由于导管插入 AgNO3 溶液中，易产生倒吸【思路分析】分析实验室制溴苯的实验原理，尤其注意在进行实验改进和设计时，要依据实验原理和物质的性质，同时要注意实验中的倒吸、环境污染等问题。【解析】苯在铁粉作用下可与液溴发生取代反应生成 Br，同时生成，故可用 AgNO3 溶液(HNO3 酸化)来检验反应生成的 HBr，进而证明确实发生了取代反应。但该反应放热，Br2、苯又易挥发，挥发出的 Br2、苯进入空气中会造成污染，同时也使反应物的利用率降低。下图为苯和溴的取代反应的实验
21、装置图，其中 A 为由具有支管的试管制成的反应容器，在其下端开了一个小孔，塞好石棉绒，再加入少量铁屑粉。填写下列空白：(1)向反应容器 A 中逐滴加入溴和苯的混合液，几秒钟内就发生反应。写出 A 中所发生反应的化学方程式(有机物写结构简式)：(2)试管 C 中苯的作用是。反应开始后，观察 D 和 E 两试管，看到的现象为。(3)反应 23 min 后，在 B 中的 NaOH 溶液里可观察到的现象是。(4)在上述整套装置中，具有防倒吸作用的仪器有(填字母)。吸收 HBr 气体中的 Br2 蒸气D 中石蕊试液变红，E 中产生浅黄色沉淀NaOH 溶液的底部有无色油珠产生DEF解析：仔细观察实验装置图
22、，结合制溴苯的实验原理，弄清各仪器内发生的反应及产生的现象，该实验能清楚观察到生成物以及能除去 HBr 气体中的溴蒸气，消除了 Br2 对 HBr 检验的干扰，能证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应。1苯环结构中不存在碳碳单、双键的交替结构，下列可以作为证据的事实是()苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色苯不能使溴水因发生化学反应而褪色苯在加热和有催化剂存在的条件下能还原成环己烷苯中碳碳键的键长完全相等邻二氯苯只有一种间二氯苯只有一种ABCDD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：.因为含 C=C，具有烯烃的
23、性质，则既能使溴水褪色，也能使 KMnO4 酸性溶液褪色；.苯环中 CC 和C=C 键 长 不 可 能 相 等；.邻 二 氯 苯 会 有 两 种，即。而题中和的性质不管苯环中单、双键是否有交替，结果都一样。2校园“毒跑道”事件媒体常有报道，其对人体造成伤害的原因之一是超标使用了苯、甲苯等有机溶剂。下列有关说法正确的是()A甲苯的分子式为B甲苯分子中所有原子都处于同一平面C甲苯的一氯取代物有 5 种同分异构体，它们的熔沸点各不相同D甲苯和苯互为同系物D解析：A 项，为甲苯的结构简式，其分子式为 C7H8，错误；B 项，甲烷空间构型为正四面体形，因此甲基上所有原子不共面，错误；C 项，甲苯分子中有
24、 4 种不同的氢原子，因此一氯代物有 4 种，错误；D 项，甲苯和苯结构相似，分子组成上相差 1 个“CH2”，因此互为同系物，正确。3有 8 种物质：甲烷，丙烯，1,3-丁二烯，聚乙烯，丙炔，环己烷，邻二甲苯，环己烯()。其中既能使酸性 KMnO4 溶液褪色，又能与溴水反应使溴水褪色的是()ABCDB解析：烯烃、炔烃都能使酸性 KMnO4 溶液褪色和与溴水反应使溴水褪色；邻二甲苯能使酸性 KMnO4 溶液褪色，但不能与溴水反应；尤其要注意的是聚乙烯的结构简式为CH2CH2，其分子中已无碳碳双键，因而不再具有烯烃的性质。4实验室用溴和苯在 FeBr3 催化下制取溴苯，得到粗溴苯后，要用如下操作
25、提纯：蒸馏；水洗；用干燥剂干燥；用 10%的 NaOH 溶液洗涤。正确的操作顺序是()ABCDA解析：粗溴苯中混有溴化铁、溴化氢、苯和溴，苯和溴苯的沸点相差比较大，可通过蒸馏分离，溴化铁和溴化氢易溶于水，因此可先通过水洗除去溴化铁和溴化氢，然后再用氢氧化钠溶液除去溴，再水洗除去多余的 NaOH，最后通过干燥、蒸馏使溴苯和苯分离，故选 A。5下列叙述中，错误的是()A苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持 5560 可反应生成硝基苯B甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应，主要生成 2氯甲苯或 4氯甲苯C乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为(苯甲酸)D苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷B解析：苯与浓硝酸、浓
26、硫酸共热并保持 5560 发生取代反应生成硝基苯和水，A 项正确；甲苯与氯气在光照下反应，甲基上的氢原子被取代而苯环上的氢原子不被取代，B 项错误；乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为苯甲酸，C 项正确；苯环和碳碳双键在合适的条件下均能与氢气发生加成反应，苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷，D 项正确。6苯环和侧链相互影响，下列关于甲苯的实验事实中，能说明苯环对侧链有影响的是()A甲苯能与浓硝酸、浓硫酸反应生成三硝基甲苯B甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色C甲苯能燃烧产生带浓烟的火焰D1 mol 甲苯能与 3 mol H2 发生加成反应B解析：A 项，甲苯和苯都能与浓硝酸、浓硫酸发生取代反应，但产
27、物不同，侧链对苯环有影响，使苯环变得活泼，更容易发生取代反应，甲苯硝化生成三硝基甲苯，说明侧链对苯环有影响；B 项，甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，生成苯甲酸，说明苯环对侧链有影响；C 项，烃燃烧产生带浓烟的火焰与烃中碳的含量有关，不能说明苯环对侧链有影响；D 项，1 mol 甲苯或 1 mol 苯都能与 3 mol H2 发生加成反应，不能说明苯环对侧链有影响。7为探究苯与溴的取代反应，甲用如图装置进行如下实验：将一定量的苯和溴放在烧瓶中，同时加入少量铁屑，35 min后发现滴有 AgNO3 溶液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)
28、装置中内发生反应的化学方程式为(2)装置中长导管的作用是。导气，冷凝回流2Fe3Br2=2FeBr3、(3)烧瓶中褐色油状液滴中的成分是，要想得到纯净的该产物，可用洗涤。洗涤后分离粗产品应使用的仪器是。NaOH 溶液分液漏斗(4)乙同学设计如图所示装置，并用下列某些试剂完成该实验。可选用的试剂：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，装置的主要优点是。安全装置，防止倒吸苯(或四氯化碳)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：2Fe3Br2=2FeBr3，苯和液溴在溴化铁的催化作用下生成溴苯和溴化氢：(2)反应为放热反应，长导管让挥发出来的溴单质冷凝，防止对产物的检验产生干扰，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形成红褐色油状液滴，可用NaOH 溶液洗涤，再对粗产品进行分液。(4)从题图信息可知，导气管是短进短出，装置 a 作安全装置，防止倒吸；b 中要除去 Br2，试剂为苯或四氯化碳。温示提馨请 做：课时作业 10PPT文稿（点击进入）