1、第三章 有机化学第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料自学导引第2课时苯典例导析规律技巧随堂演练课时作业知识与技能1.了解苯的分子结构，进一步掌握结构和性质的关系。2.掌握苯的取代反应和加成反应。三维目标过程与方法通过实验了解有机化合物分子结构和性质的关系，形成对有机反应特殊性的正确认识。情感、态度与价值观通过苯的分子模型，提出苯的分子结构假说，利用实验探究确定苯的结构和性质，从而激发学生探究学习的兴趣。一、苯1苯的分子结构(1)分子式：_。自学导引(2)结构式：(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
2、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。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。()溴代反应_注意：a.苯只能与_取代，不与_反应。溴水中的溴只可被苯_。b反应中加入的催化剂是_，实际起催化作用的是_。c生成的Br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_。()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，也属于取代反应的范畴。_。(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
3、)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，由平面型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.苯的含碳量高，点燃有_的黑烟。b苯_使酸性高锰酸钾溶液褪色。二、甲烷、乙烯与苯的比较甲烷 乙烯苯分子式状态碳碳键型介于单键与双键之间的_空间结构甲烷 乙烯苯能否取代反应能否加成反应燃烧反应前后体积变化(100以上)甲烷 乙烯苯能否使溴水褪色_(但发生萃取)能否使KMnO4(H)褪色答案：一、1.(1)C6H6(2)(3)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无 有特殊性 有毒
4、不 小(1)液溴 溴水 萃取 Fe粉 FeBr3 无 大于 二、CH4 C2H4 C6H6 气体 气体 液体 碳碳单键 碳碳双键 一种独特的键 正四面体 平面型 平面型 能 不能 能 不能 能 能 体积不变 体积不变 体积增大 不能 能 不能 不能 能 不能一、与苯有关的两个实验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：把苯和少量液态溴放在烧瓶里，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，向规律技巧锥形瓶内的液体里滴入AgNO3溶液，有浅黄色溴化
5、银沉淀生成。把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里，烧杯底部有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)苯的物理性质如何？(比水重，不溶于水，油状)如何除去溴苯中的溴？(水洗，再用10%烧碱溶液洗，再干燥，蒸馏
6、)反应方程式：Br2FeBr3 BrHBr2苯与浓硝酸的反应制取硝基苯的实验方案与实验步骤：配：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，混和均匀。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
7、度大于水。注意事项：装置特点：水浴；温度计位置；水浴的水面高度(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：二、各类烃与液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、KMnO4酸性溶液反应的比较液溴溴水溴的四氯化碳溶液KMnO4酸性溶液烷烃与溴蒸气在光照条件下取代不反应，液态烷烃可发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶，不褪色不反应液溴溴水溴的四氯化碳溶液KMnO4酸性溶液烯烃加成加成
8、褪色加成褪色氧化褪色苯一般不反应，催化下可取代不反应，发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶，不褪色不反应三、有机物分子里多原子共线、共面的规律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、三键还是更复杂的键，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、三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。甲烷：键角10928，分子正四面体型。最多有3个H原子或1个C原子和2个H
9、原子在同一个平面内。最多有2个原子在同一条直线上。乙烯：键角120，分子平面矩形。最多有6个原子在同一个平面内。最多有2个原子在同一条直线上。乙炔：键角180，分子直线形。最多有4个原子在同一个平面内。最多有4个原子在同一条直线上。苯：键角120，分子平面正六边形。最多有12个原子在同一个平面内。最多有4个原子在同一条直线上。三是先分析后综合。如：CH3CH3，最多有4个原子在同一个平面内。CH2=CHCH3最多有7个原子在同一个平面内。C6H5CCCH=CH2(C6H5是苯基)，最多有18个原子在同一个平面内。四、求烃的分子式的方法1直接求算法直接求算出1mol气体中各元素原子的物质的量，即
10、可推出分子式。如果给出一定条件下的气体密度(或相对密度)及各元素的质量比，求其分子式的步骤为：密度(或相对密度)摩尔质量1mol气体中各元素原子的物质的量分子式。2最简式法根据分子式为最简式的整数倍，利用相对分子质量及求得的最简式可确定分子式。如烃的最简式求法为：n(C):n(H)碳的质量分数12:氢的质量分数1a:b。最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，nMr12ab。3余数法用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。MrCxHyMrCH2Mr14余2 为烷烃除尽 为烯烃或环烷烃差2 为炔烃或二烯烃差6 为苯或苯的同系物其中商数为烃中的碳原子数。4化学方程式法利用燃烧反应的化学方程式
11、，要抓住以下几点：气体体积变化、气体压强变化、气体密度变化、混合物平均相对分子质量等，同时可结合适当的方法，如平均值法、十字交叉法、讨论等技巧，迅速求出分子式。两混合烃，若其平均相对分子质量小于或等于26，则该烃中必含甲烷。两气态混合烃，充分燃烧后，若生成CO2的体积小于2倍原混合烃的体积，则原混合烃中必含CH4；若生成水的物质的量小于2倍原混合烃的物质的量，则必含C2H2。气态混合烃与足量的氧气充分燃烧后，若总体积保持不变(温度在100以上)，则原混合烃中的氢原子平均数为4；若体积增大，氢原子平均数大于4；若体积减小，氢原子平均数小于4，即必含C2H2。当为混合烃时，一般是设平均分子式，结合
12、反应式和体积求出平均组成，利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。有时也可利用平均相对分子质量来确定可能的组成，采用十字交叉法计算较为便捷。当条件不足时，可利用已知条件列方程，进而解不定方程，结合烃CxHy中的x，y为正整数，烃的三态与碳原子数的相关规律(特别是烃为气态时，x4)及烃的通式和性质，运用讨论法，可快捷地确定气态烃的分子式。典例导析【例1】苯分子实际上不具有碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，可以作为证据的事实有()苯的间位二元取代物只有一种。苯的邻位二元取代物只有一种。苯不能使酸性KMnO4溶液褪色。知识点一 苯的特殊结构苯能在一定条件下与氢气反应生成环己烷。苯在FeBr3存在
13、的条件下同液溴发生取代反应。A BCD【解析】【答案】C点拨：抓住苯分子的独特结构与性质的关系，发挥空间想象能力，认真分析苯的不同结构对二元取代物的影响和不同的结构特点对物质化学性质的影响。变式训练1 1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的六边形平面结构，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(填入编号)。A苯不能使溴水褪色B苯能与H2发生加成反应C溴苯没有同分异构体 D邻二溴苯只有一种【答案】AD【例2】对比饱和链烃、不饱和链烃的结构和性质，苯的独特性质具体来说是()A难氧化(燃烧除外)，易加成，难取代B易取代，能加成，难氧化(燃烧除外)C易氧化(燃烧除外)，易加
14、成，难取代D因是单双键交替结构，故易加成为环己烷知识点二 苯的性质【解析】在5060条件下，苯即能跟混酸(浓硫酸与浓硝酸混合而成)发生取代反应，反应较易进行。在加热、加压并有催化剂存在时，苯能跟H2发生加成反应，但不能跟溴水发生加成反应。也就是说，苯的加成反应能进行，但较难。苯很难被氧化(燃烧除外)，不能使酸性KMnO4溶液褪色。【答案】B变式训练2 下列关于苯的说法中，正确的是()A苯的分子式为C6H6，它不能使酸性KMnO4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
15、之间的价键完全相同【解析】从苯的分子式C6H6看，其氢原子数未达饱和，应属不饱和烃，而苯不能使酸性KMnO4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；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，不能由此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。【答案】D【例3】下列有机分子中，所有原子不可能处于同一平面的是()知识点三 有机物分子共线共面问题【解析】【答案】D变式训练3 在丙烯、氯乙烯、苯、甲苯四种有机化合物中，分子内所有
16、原子均在同一平面的是()A BCD【解析】丙烯和甲苯中都含有甲基，甲基中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。【答案】B【例4】标准状况下，1.68L无色可燃性气体在足量氧气中完全燃烧。若将产物通入足量澄清石灰水中，得到白色沉淀的质量为15.0g；若用足量碱石灰吸收燃烧产物，增重9.3g。(1)计算燃烧产物中水的质量。(2)若原气体是单一气体，通过计算推断它的分子式。(3)若原气体是两种等物质的量的气体的混合物，其中只有一种是烃，请写出它们的分子式(只要求写出一组)。知识点四 有机物分子式的确定【解析】
17、(1)气体燃烧生成CO2的质量为15.0 g100 gmol144 g/mol6.6 g。气体燃烧生成H2O的质量为9.3 g6.6 g2.7 g。(2)标准状况下，1.68 L气体的物质的量为1.68 L22.4 Lmol10.075 mol。每摩尔气体中含碳的物质的量为15.0 g100 gmol1 0.0752.0 mol。含氢的物质的量为：2.7 g18 g mol120.0754.0 mol。则气体的分子式为C2H4。(3)若原气体是两种等物质的量的气体的混合物，其中只有一种是烃，则烃与另一种可燃性气体组成的混合气体的平均分子组成为C2H4。现为等物质的量混合，所以在2 mol混合气
18、体中，应含有4 mol C原子、8 mol H原子，则这两种气体可以是C4H6和H2按组成的混合气体，也可以是C3H8与CO或C3H6与CH2O按组成的混合气体。【答案】(1)2.7g(2)C2H4(3)C4H6、H2(或C3H8、CO或C3H6、CH2O)变式训练4 常温下，将由A、B(已知B为烯烃)两种气态烃组成的2L混合气体在足量氧气中充分燃烧，生成4L二氧化碳和4.8L水蒸气(气体的体积均在同温、同压下测定)。试推测A、B的分子式及混合气体中各组分的体积分数。【解析】从烃完全燃烧时生成CO2和H2O的体积关系可推知A必为烷烃(因为A、B完全燃烧时生成CO2的体积比H2O的体积少)。又可
19、从2L混合气体燃烧生成4L二氧化碳和4.8L水蒸气知，混合气体的平均分子式为C2H4.8，所以，A、B两种混合气体的可能组合有：A为CH4，B为C3H6；A为CH4，B为C4H8；A为C2H6，B为C2H4。再根据这两种分子中碳、氢原子的原子个数与平均数之间的关系，运用十字交叉法计算出A是C2H6，其体积分数是40%，B是C2H4，其体积分数是60%。【答案】A：C2H6,40%B：C2H4,60%1高速公路萧山路段一辆运送化学物品的槽罐车侧翻，罐内15t苯泄入路边300m长的水渠，造成严重危害，许多新闻媒体进行了报道，以下报道中有科学性错误的是()A由于大量苯溶入水中，渗入土壤，会对周边农田
20、、水源造成严重污染B由于苯是一种易挥发、易燃的物质，周围地区如果有火星就可能引起爆炸随堂演练C可以采取抽吸水渠中上层液体的办法，达到部分清除泄漏物的目的D处理事故时，由于事故发生地周围比较空旷，有人提出用点火焚烧的办法来清除泄漏物，但由于苯燃烧会产生大量的黑烟，扩大污染，所以该办法未被采纳2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3下列有关苯的叙述中，错误的是()A苯在催化剂作用下能与液溴发生取代反应B在一定条件下，苯能与氢气发生加成反应C在苯中加入酸性高锰酸钾溶液，振荡并静置后下层液体为紫红色D在苯中加入溴水，振荡并静置后下层液体为橙色4将溴水和苯混合振荡，静置
21、后分液分离，把分离出的苯置于一试管中，加入某些物质后可以在试管口产生白雾，这种物质是()A亚硫酸钠B溴化铁C锌粉D铁粉5科学家对物质性质的推断一般要基于一些实验事实。下列能说明苯与一般的烯烃性质不同的事实是()A苯分子是高度对称的平面型分子B苯不与溴水反应C苯不与酸性KMnO4溶液反应D1mol苯在一定条件下可与3mol氯气发生加成反应6下列关于苯和乙烯的叙述中正确的是()A两者都容易发生取代反应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7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
22、褪色的是()A甲烷B乙烷C乙烯D苯8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9有机物：(1)该物质苯环上一氯代物有_种；(2)该物质和溴水混合，耗Br2的物质的量为_mol；(3)该物质和H2加成需H2_mol；(4)判断下列说法不对的有_。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10实验探究：通过实验事实的验证与讨论，认识苯的结构式
23、。(1)提出假设：从苯的分子式看，C6H6具有不饱和性；从苯的凯库勒式看，分子中含有碳碳双键，所以，苯一定能使_褪色。(2)实验验证：苯不能使_褪色。经科学测定，苯分子里6个碳原子之间的键_(填“相同”或“不相同”)；6个碳原子和6个氢原子都在同一_上。(3)结论：苯的凯库勒式中的双键跟烯烃中的双键_，苯的性质没有表现出不饱和性，反而结构稳定，说明苯分子_(填“同于”或“不同于”)一般的碳碳单、双键交替的环状结构。(4)应用：为了表示苯分子的结构特点，结构简式用_表示，用凯库勒式表示苯分子的结构是不确切的。答案与解析：1A 苯不易溶于水，所以大量苯不会溶入水中，渗入土壤，但是仍然会对周边农田、
24、水源造成污染。2B 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 时可与浓硝酸发生取代反应生成硝基苯。3D A项，苯在FeBr3作催化剂条件下能与液态溴发生取代反应；B项，一定条件下苯能与H2发生加成反应生成环己烷；C项，苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，与KMnO4溶液混合后会分层，苯在上层；D项，苯能萃取溴水中的Br2使溴水褪色，由于苯的密度比水小，因此液体分层后有机层在上层，上层为橙色，下层近于无色。4BD 将溴水和苯混合振荡静置分液，分离出有机层为溴的苯溶液，因此只要加入FeBr3或铁粉(2Fe3Br2=2FeBr3)即加入了催化剂，则苯
25、与溴发生取代反应生成产物之一HBr遇空气中水蒸气产生氢溴酸小液滴，而产生白雾。5BC6C 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。7D 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。8C 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
26、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。9(1)4(2)2(3)5(4)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，两个双键与2mol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5molH2；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。10(1)酸性KMnO4溶液(或溴水)(2)酸性KMnO4溶液(或溴水)相同 平面(3)不同 不同于(4)温示提馨请做：课时作业（18）
