1、第二单元芳香烃煤的综合利用一、芳香烃1.苯的分子结构及性质(1)结构：(2)物理性质：(3)化学性质：颜色状态气味密度水溶性熔沸点毒性_色_体特殊气味比水_不溶_有毒无液小低氧化燃烧：现象：_。取代反应a.卤代反应与Br2反应：火焰明亮，产生浓烟b.硝化反应其中浓硫酸的作用是：_加成反应催化剂和吸水剂2.苯的同系物(1)概念:苯环上的_被_取代的产物。通式为_。(2)化学性质(以甲苯为例)：氢原子烷基CnH2n-6(n6)氧化氧化反应:a.能够燃烧b.甲苯能使酸性高锰酸钾溶液_。苯的同系物中，如果与苯环直接连接的碳原子上连有氢原子，该苯的同系物就能够使酸性KMnO4溶液褪色，与苯环相连的烷基通
2、常被氧化为羧基褪色取代反应(以甲苯生成TNT的反应为例)：_ _甲苯比苯更容易发生苯环上的取代反应，是由于甲基对苯环的影响所致。加成反应(以甲苯与氢气的反应为例)：_3.芳香烃(1)芳香烃：分子里含有一个或多个_的烃。(2)芳香烃在生产、生活中的作用：苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳香烃都是重要的有机化工原料,苯还是一种重要的有机溶剂。(3)芳香烃对环境、健康产生影响：油漆、涂料、复合地板等装饰材料会挥发出苯等有毒有机物，秸秆、树叶等物质不完全燃烧形成的烟雾和香烟的烟雾中含有较多的芳香烃，对环境、健康产生不利影响。苯环二、煤的综合利用1.煤的组成有机物无机物H、O、N、SC2.煤的加工方法及产品隔绝
3、空气加强热使之分解C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)焦炉气煤焦油可燃性气体高温【思考辨析】1.苯不能使溴水褪色。()【分析】苯可以萃取溴水中的溴而使溴水褪色，但不是化学反应。2.邻二甲苯沸点大于对二甲苯。()【分析】邻二甲苯分子间作用力大于对二甲苯，沸点：邻二甲苯大于对二甲苯。3.苯的邻二取代物不存在同分异构体。()【分析】苯环上的碳碳键完全相同，苯的6个氢原子处于相同化学环境，苯的邻二取代物只有一种。4.苯的同系物与溴在光照条件下取代发生在侧链上。()【分析】苯的同系物侧链是烷基，类似甲烷，光照条件下可与溴发生取代反应，若取代苯环上的氢原子则需要铁作催化剂。5.甲苯可使溴水或酸性K
4、MnO4溶液褪色。()【分析】甲苯可萃取溴水中的溴而使溴水层褪色，但不与溴水反应；甲苯可被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色。6.石油的分馏和煤的干馏是物理变化，石油的裂化和煤的气化是化学变化。()【分析】石油的分馏是物理变化，而煤的干馏、煤的气化和石油的裂化都是化学变化。考点 1原子共线、共面问题1.典型有机物的结构名称空间结构结构特点键角甲烷(CH4)正四面体10928乙烯(C2H4)平面形120名称空间结构结构特点键角乙炔(C2H2)HCCH直线形180苯(C6H6)平面形120甲醛(CH2O)平面三角形1202.四个基本规律(1)饱和碳原子为中心的四个价键上所连接的其他原
5、子，与中心碳构成四面体结构，键角等于或接近10928。(2)具有结构的分子，以为中心，与相连的4个原子和中的两个碳原子，共6个原子在同一平面上，键角等于或接近120。(3)具有CC结构的有机物分子，与叁键上两个碳原子相连接的原子和叁键中的两个碳原子，共4个原子在一条直线上。(4)苯环结构中的6个碳原子和连在苯环上的6个原子，共12个原子在一个平面上。3.四种常见连接(1)直线与平面连接：直线结构中如果有2个原子(或者一个共价键)与一个平面结构共用，则直线在这个平面上。如CH2CHCCH，其结构式为中间两个碳原子既在乙烯平面上，又在乙炔直线上，所以该化合物中所有原子共平面。(2)平面与平面连接：
6、如果两个平面结构通过单键相连，则由于单键可旋转，两个平面可能重合，也可能不重合。如苯乙烯分子中，共平面原子最多16个。(3)平面与立体结构连接:如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键可以旋转，甲基的一个氢原子可能处于这个平面上。如丙烯分子()中，共面原子至少6个，最多7个。(4)直线、平面与立体结构连接：如图所示的大分子中共平面原子最多19个，分析时要注意两点：观察大分子的结构，先找出甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的“影子”，再将甲烷“正四面体”、乙烯“平面结构”、乙炔“直线形结构”和苯“平面结构”等分子构型知识迁移过来即可；苯环以单键连接在1号不饱和碳原子上，不管单键如何旋转，2号和3号碳原子
7、总是处于乙烯平面上。【误区警示】(1)苯环对位上的2个碳原子及与之相连的两个氢原子，这四原子在一条直线上。(2)碳原子上的氢原子被其他原子或原子团取代，键角变化较小，一般不会使“不共线变成共线”“不共平面变成共平面”。(3)判断共线共面问题，要注意看清题目是“一定共线(面)”还是“一定不共线(面)”或“不一定共线(面)”。【典例1】(双选)(2013池州模拟)下列关于的下列叙述中,正确的是()A.苯环侧链上的5个碳原子有可能都在一条直线上B.苯环侧链上的5个碳原子不可能都在一条直线上C.11个碳原子有可能在同一平面上D.11个碳原子不可能在同一平面上【解题指南】解答本题应注意以下2点：(1)将
8、分解为已知结构的物质。(2)注意看清选项叙述的是“有可能”还是“不可能”。【解析】选B、C。苯环侧链可以看成是一个甲烷、一个乙烯、一个乙炔连接而成，5个碳原子不可能都在一条直线上如图所示：侧链上的5个碳原子在一个平面内，该平面与苯环平面以单键相连，两个平面可能重合，也可能不重合，11个碳原子有可能在同一平面上，也有可能不在同一个平面上。【互动探究】(1)中的3个氟原子最多有几个能在苯环侧链上的5个碳原子所确定的平面上？提示：1个。(2)最多有多少个原子共平面？提示：19个。苯环平面和侧链上的5个碳原子组成的平面可以重合成一个平面，只有3个氟原子中的2个氟原子不能在这个平面上，其余原子均可能在这
9、个平面上。考点 2苯及其同系物化学性质的区别和同分异构体1.苯与苯的同系物化学性质的区别(1)甲基对苯环的影响:苯的同系物比苯更容易发生苯环上的取代反应,苯主要发生一元取代,而苯的同系物能发生邻、对位取代,如苯与浓硫酸、浓硝酸混合加热主要生成甲苯与浓硫酸、浓硝酸在一定条件下易生成2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。苯的同系物发生卤代反应时,在光照和催化剂条件下,卤素原子取代氢的位置不同:如(2)苯环对取代基的影响：烷烃不易被氧化，但苯环上的烷基易被氧化。苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，用这个方法可以鉴别苯和苯的同系物。2.含苯环化合物同分异构体的书写苯的氯代物
10、(1)苯的一氯代物只有一种：(2)苯的二氯代物有3种:3.苯的同系物及其卤代物(1)甲苯(C7H8)不存在同分异构体。(2)分子式为C8H10的芳香烃同分异构体有4种:(3)甲苯的一氯代物的同分异构体有4种：【误区警示】(1)符合CnH2n-6(n6)的物质可能是含有多个双键、叁键或环的物质，不一定是苯或苯的同系物。(2)并不是所有苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色，如直接连在苯环上的碳原子上没有氢原子，这类苯的同系物不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。【典例2】(2013广州模拟)已知：烷基苯在KMnO4酸性溶液作用下，侧链被氧化成羧基，如烷基苯在光照下与Cl2反应生成氯苄，如一个碳原子上同时连接
11、两个羟基的有机物是不稳定的。有机物AG的转化关系如图所示。A是芳香族化合物，苯环上的一溴代物只有一种。(1)写出生成B、C、D、E、F的反应类型：B_；C_；D_；E_；F_。(2)写出下列转化的化学方程式：AD_；BC_。(3)化合物F分子中一定有个碳原子共平面。(4)与E具有相同官能团的E的稳定的同分异构体的结构简式有：_、_、_。【解题指南】解答本题要注意以下2点：(1)找准突破口，推出A的结构简式。(2)注意已知的三个信息，结合流程图推出各物质。【解析】该题的突破口是物质A，A是芳香烃，分子式是C8H10，且苯环上的一溴代物只有一种，故A的结构简式是根据转化关系图可知A转化成B属于氧化
12、反应，B的结构简式是则C为A转化成D属于取代反应，根据E+B G和G的分子式可以推断D为E为G为环酯。化合物F为与苯环相连的原子与苯环在同一平面上，故F分子中一定有8个碳原子共平面。E为二元芳香醇，稳定的同类同分异构体除E外还有3种。答案：(1)氧化反应取代反应(酯化反应)取代反应取代反应(水解反应)氧化反应【变式训练】烷基取代苯可以被酸性高锰酸钾溶液氧化生成但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子没有CH键，则不容易被氧化得到现有分子式是C11H16的烷基取代苯。已知可以被氧化成为的C11H16的异构体共有7种。其中3种是请写出其他4种的结构简式：_，_，_，_。【解析】由题给信息可知，该烃苯环上
13、只有一个侧链，故只要写出其侧链(C5H11)的7种同分异构体即可，但还应注意的一个限制条件是：与苯环直接相连的碳原子上必须有氢原子，据此可写出其他4种同分异构体。答案:【备选考点】烃的燃烧规律1.气态烃完全燃烧前后气体体积的变化根据燃烧通式CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O推断(1)燃烧后温度高于100，即水为气态时：V=V后-V前=y4时，V0，体积增大；y=4时，V=0，体积不变；y4时，V0，体积减小。点燃(2)燃烧后温度低于100，即水为液态时：V=V前-V后=气体体积一定减小。(3)无论水为气态还是液态，燃烧前后气体体积的变化都只与烃分子中的氢原子数有关，而与碳原子数无关。2.
14、烃的组成与燃烧产物的关系(1)质量相同的烃 CxHy,越大，则生成的CO2越多；若两种烃中相等，质量相同，则生成的CO2和H2O的量均相等。(2)碳的质量分数相同的有机物(最简式可以相同，也可以不同)，只要总质量一定，以任意比例混合，完全燃烧后产生的CO2的量总是一个定值。(3)不同的有机物完全燃烧时，生成的CO2和H2O的物质的量之比相同，则它们分子中碳原子和氢原子的物质的量之比相同。3.耗氧量大小比较(1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧，耗氧量与碳的质量分数(或氢的质量分数)有关，碳质量分数越小(或氢质量分数越大)耗氧量越多即越大，耗氧量越多。(2)等质量的烃，若最简式相同，完全燃烧耗氧量
15、相同，且燃烧产物的量均相同，推广：最简式相同的有机物无论以何种比例混合，只要总质量相同，完全燃烧耗氧量就不变。(3)等物质的量的烃完全燃烧时，耗氧量取决于值的大小，其值越大，耗氧量越多。(4)很多烃的含氧衍生物可改写为CxHy(H2O)m(CO2)n的形式，等物质的量该有机物与烃CxHy完全燃烧耗氧量相同。【误区警示】(1)相对分子质量相同的有机物的分子式不一定相同。含氢量(或含碳量)相同的有机物，最简式不一定相同，含氢量最大的烃为甲烷。(2)烃完全燃烧实质是将烃中的碳转化为二氧化碳，烃中的氢转化为水，要学会运用质量守恒定律进行有关计算和推断，解决相关实际问题。(3)在判断有机混合物完全燃烧耗
16、氧量时，要注意前提条件是等质量还是等物质的量。【典例】m mol乙炔跟n mol氢气在密闭容器中反应，生成p mol乙烯，将反应后混合气体完全燃烧生成CO2和H2O，所需氧气的物质的量是()A.(3m+n)molB.C.(3m+n+2p)molD.【解析】选D。乙炔与氢气反应前后各种原子的数目不变，不需要考虑乙炔与氢气的反应。计算出m mol乙炔与n mol氢气单独完全燃烧生成CO2和H2O，所需氧气的物质的量之和就是要求的答案。【互动探究】(1)【典例】中完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量分别是多少？提示：根据碳、氢原子守恒，生成CO2的物质的量等于m mol乙炔中碳原子的物质的量，CO2
17、的物质的量为2m mol；生成H2O的物质的量等于m mol乙炔和n mol氢气中氢原子的物质的量的一半，H2O的物质的量为(m+n)mol。(2)常温常压下，【典例】中气体完全燃烧前后气体体积变大还是减小？提示：常温常压下水为液态，完全燃烧后气体体积将减小。【变式训练】120 时,1体积某烃和4体积O2混合,完全燃烧后恢复到原来的温度和压强,体积不变,该烃分子式中所含碳原子数不可能是()A.1 B.2 C.3 D.4【解析】选D。根据烃完全燃烧的化学方程式CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O和题给数据可得：解得：y=4,x3，则该烃的分子式可能是CH4、C2H4、C3H4。点燃1.(20
18、13宁波模拟)下列说法正确的是()A.煤中含有大量的苯及苯的同系物，煤干馏时可得到苯及甲苯等芳香烃B.煤的气化就是高温下将煤转化为气态物质C.天然气、水煤气都属于可再生的清洁燃料D.煤是苯等芳香烃的重要来源【解析】选D。煤中并不含有苯及同系物，在干馏时会生成苯及同系物，A项错；煤的气化是使煤和水蒸气在高温下作用，生成CO、H2、CH4等气体燃料，而不是将煤气化，B错；天然气不是可再生能源，C错；煤是芳香烃的一个主要来源，D正确。2.(2013宁波模拟)下列说法中正确的是()A.芳香烃的分子通式是CnH2n-6(n6,nN)B.苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类物质C.苯和甲苯都不能使酸
19、性KMnO4溶液褪色D.苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应【解析】选D。芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环，苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，其通式为CnH2n-6(n6,nN)；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，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。3.某烃的结构简式为它可能具有的性质是()A.易溶于水，也易溶于有机溶剂B.既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色C.能发生加聚反应，其加聚产物可用表示D.能使溴水褪色，但不能使酸性KMnO4溶液褪色【解析】选B。该烃含有应既能使溴水褪色，又
20、能使酸性KMnO4溶液褪色，还能加聚，但加聚产物的结构简式应为此外烃类都难溶于水。4.下列烃中，一氯代物的同分异构体最少的是()A.对二甲苯B.间二甲苯C.邻二甲苯D.乙苯【解析】选A。一氯代物的同分异构体种数等于有机物中不同化学环境下氢原子种数。A有2种，B有4种，C有3种，D有5种。5.(2013黄山模拟)某芳香烃A有如下转化:(1)写出反应类型:反应_；反应_。(2)写出结构简式：A_,E_。(3)写出化学反应方程式:反应_,反应_。【解析】本题以有机物的相互转化为载体,考查学生对有机知识的综合运用及解决实际问题的能力。结合反应条件和已知物质的结构简式进行推断。涉及的反应条件只有第步会使
21、生成的有机物中增加一个碳，其他步骤只能使一些官能团发生变化，而不会使碳链发生变化，从反应的生成物结构结合反应条件可推断相关物质分别是：答案：(1)加成反应加聚反应1.下列说法错误的是()A.(2009江苏高考)对氯甲苯的结构简式为B.(2011山东高考)甲烷和氯气反应生成一氯甲烷，苯和硝酸反应生成硝基苯的反应类型相同C.(2011山东高考)苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键D.(2011浙江高考)“硝基苯制备”实验中，将温度计插入水浴，但水银球不能与烧杯底部和烧杯壁接触【解析】选A。对氯甲苯的结构简式应为A项错误；B项中二者均为取代反应，B项正确；乙烯中含
22、碳碳双键能使溴的四氯化碳溶液褪色，苯中没有碳碳双键，不能使溴的四氯化碳溶液褪色，C项正确。烧杯底部温度高,测出的温度比烧杯中水的实际温度要高，烧杯壁的温度较低，测出的温度比烧杯中水的实际温度要低，温度计应插入水浴中，且不与烧杯底部和烧杯壁接触，D项正确。2.(双选)(2011海南高考)下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有()A.乙烷B.甲苯C.氟苯D.四氯乙烯【解析】选C、D。甲烷是正四面体形结构，乙烷相当于甲基取代甲烷分子中的一个氢原子，甲苯相当于苯基取代甲烷分子中的一个氢原子，乙烷和甲苯均为立体结构，苯是平面正六边形结构，氟苯相当于一个氟原子取代苯分子中的一个氢原子，其空间构型不
23、变；乙烯是平面结构，四氯乙烯相当于4个氯原子分别取代乙烯分子中的4个氢原子，其空间构型不变。3.(2012福建高考)对二甲苯(英文名称p-xylene,缩写为PX)是化学工业的重要原料。(1)写出PX的结构简式_。(2)PX可发生的反应有_、_(填反应类型)。(3)增塑剂(DEHP)存在如图所示的转化关系，其中A是PX的一种同分异构体。B的苯环上存在2种不同化学环境的氢原子，则B的结构简式是_。D分子所含官能团是_(填名称)。C分子有1个碳原子连接乙基和正丁基，DEHP的结构简式是_。(4)F是B的一种同分异构体，具有如下特征：a.是苯的邻位二取代物；b.遇FeCl3溶液显示特征颜色c.能与碳
24、酸氢钠溶液反应。写出F与NaHCO3溶液反应的化学方程式_。【解析】(2)对二甲苯的结构简式为可以和卤素单质发生取代反应，可以和浓硝酸发生硝化反应，能够燃烧，能够被酸性高锰酸钾溶液氧化成同时也能与氢气在一定条件下发生加成反应。(3)对二甲苯的同分异构体有：因为其氧化产物B分子中含有4个氧原子，说明其含2个COOH，即A为因为B的苯环上存在2种不同化学环境的氢原子，所以B为邻苯二甲酸，A为邻二甲苯。C为醇，含乙基和正丁基，其结构简式为CHO可以发生银镜反应。(4)F是邻苯二甲酸的同分异构体，能够与FeCl3溶液发生显色反应，说明含酚羟基，能与碳酸氢钠溶液反应，说明含羧基，还差1个不饱和结构，应该为其结构简式为答案：(1)(2)取代反应氧化反应(或其他合理答案)【反思提升】1.解答考查芳香烃和卤代烃结构、性质、应用以及对环境、健康的影响的题目要注意熟悉考纲要求的基础知识，特别是一些易错、易混点，看清题目要求，注意将相关反应按类型进行归类，学会根据考纲要求的物质的结构与性质，推断陌生物质的结构与性质。2.解答有机综合推断类题目要注意理清烃与烃的衍生物相互转化的路线，注意转化过程中碳链和官能团的变化，充分利用题给条件进行推断，看清题目要求，注意表达。
