高中化学 芳香烃专题练习解析.docx

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高中化学芳香烃专题练习解析

芳香烃

【学习目标】

1、认识芳香烃的组成、结构；

2、了解苯的卤代、硝化及加氢的反应，知道苯的同系物的性质、苯的同系物与苯性质的差异；

3、结合生产、生活实际了解某些烃、烃的衍生物的重要作用及对环境和健康可能产生的影响，芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。

【要点梳理】

要点一、苯的结构和性质

分子中含有一个或多个苯环的碳氢化合物都属于芳香烃。

我们已学习过最简单、最基本的芳香烃——苯。

1．分子结构。

苯的分子式为C6H6，结构式为

，结构简式为或。

大量实验表明，苯分子里6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。

苯分子里的所有原子都在同—平面内，具有平面正六边形结构，键角为120°，是非极性分子。

2．物理性质。

苯是无色有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃，苯用冰冷却可凝结成无色的晶体，苯有毒。

3．化学性质。

【高清课堂：

芳香烃#苯的化学性质】

苯的化学性质比较稳定，但在一定条件下，如在催化剂作用下，苯可以发生取代反应和加成反应。

（1）取代反应。

（溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大）

（硝基苯是无色，有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒）

（2）加成反应。

（3）氧化反应。

①苯在空气中燃烧发出明亮的带有浓烟的火焰：

2+15O2

12CO2+6H2O

②苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。

4．苯的用途。

苯是一种重要的化工原料，它广泛应用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等，苯也常用作有机溶剂。

特别提示

（1）苯的结构简式：

并不能反映苯的真实分子结构，只是由于习惯才沿用至今。

实际上苯分子中的碳碳键是完全相同的。

（如

与

是同种物质）

（2）由于苯环结构的特殊性，在判断苯体现什么性质时要特别注意反应条件和反应物的状态。

要点二、苯的同系物

【高清课堂：

芳香烃#苯的同系物及其性质】

1．苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，其结构特点是：

分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基。

甲苯、二甲苯是较重要的苯的同系物。

2．苯的同系物的分子通式为CnH2n－6（n≥6，n∈N）。

苯的同系物由于所连侧链的不同和不同的侧链在苯环上的相对位置的不同而具有多种同分异构体，如分子式为C8H10的对应的苯的同系物有下列4种同分异构体。

3．简单的苯的同系物（如甲苯、二甲苯、乙苯等），在通常状况下都是无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，其本身也是有机溶剂。

4．由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处也有不同之处。

（1）苯的同系物与苯在化学性质上的相似之处：

①都能燃烧，燃烧时发出明亮的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：

CnH2n－6+

O2

nCO2+（n－3）H2O。

②都能与卤素单质（X2）、硝酸、硫酸等发生取代反应。

③都能与氢气等发生加成反应。

（2）苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处：

①由于侧链对苯环的影响，使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强，发生的取代反应有所不同。

②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。

在苯的同系物中，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被热的酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基（—COOH）。

要点三、芳香烃的来源及其应用

1．通常煤是获取一切芳香烃的主要来源，现在还通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

2．一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料。

可用于合成炸药、染料、农药、药品、合成材料等。

【典型例题】

类型一：

苯及苯的同系物的结构

例1对于苯乙烯（

）的下列叙述：

　　①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可发生加聚反应；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；⑥所有的原子可能共平面，其中正确的是（　　）。

　　A．仅①②④⑤　　　　B．仅①②⑤⑥　　C．仅①②④⑤⑥　　D．全部正确

【答案】C

　　【解析】物质的性质推测可根据其结构特征和物质的相似性来分析解答，苯乙烯分子中含有苯环和碳碳双键，其性质应与苯、乙烯有相似之处，从分子结构看，是两个平面结构的组合，而这两个平面有可能重合，故⑥的说法正确；苯环上可发生取代反应，故⑤的说法正确；碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化，也可发生加聚反应，故①②说法正确；苯乙烯属于烃类，而烃类都难溶于水而易溶于有机溶剂，故③的说法不正确而④的说法正确。

　　【总结升华】解答本题需将苯、乙烯的性质迁移到对苯乙烯性质的预测上。

 举一反三：

【高清课堂：

芳香烃#例3】

【变式1】苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是

①苯不能使溴水褪色

②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应

④经测定，邻二甲苯只有一种结构

⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m

A．①②④⑤B．①②③⑤

C．①②③D．①②

　　【答案】A

类型二：

苯及其同系物的性质

例2（2015兰州模拟）下列关于有机物的认识正确的是（）

A．C2H6与氯气发生取代反应①、C2H4与HCl发生加成反应均可得到纯净的C2H5Cl

B．将甲烷和乙烯的混合气体通过盛有浓溴水②的洗气瓶，即可提纯甲烷

C．甲烷的二氯代物只有1种，新戊烷的二氯代物③有2种

D．苯使酸性KMnO4溶液、溴水都能褪色，发生的都是氧化反应④

【思路点拨】

关键信息

信息分析与迁移

信息①

甲烷与氯气的取代易发生副反应，乙烷性质与甲烷类似

信息②

浓溴水会挥发出溴蒸气

信息③

新戊烷的结构简式为

信息④

苯的化学性质：

难氧化，不能使酸性KMnO4溶液褪色

【答案】C

【解析】C2H6与氯气发生取代反应得到的取代产物不唯一，无法得到纯净的C2H5Cl，A错误；浓溴水易挥发，气体通过它时会带出溴蒸气，B错误；甲烷中所有氢原子均相同，所以其二氯代物只有1种，新戊烷的二氯代物中，两个氯原子取代同一甲基的氢原子的同分异构体有1种，取代不同甲基的氢原子得到的二氯代物有1种，总共含有2种二氯代物，C正确；苯不与酸性KMnO4溶液反应，使溴水褪色属于萃取，D错误。

【总结升华】甲烷、乙烯与苯的化学性质比较：

物质

甲烷

乙烯

苯

与

Br2

反

应

Br2试剂

纯溴

溴水

纯溴

反应条件

光照

无

FeBr3

反应类型

取代

加成

取代

氧

化

反

应

酸性

KMnO4

溶液

不能使酸性KMnO4溶液褪色

能使酸性KMnO4溶液褪色

不能使酸性KMnO4溶液褪色

燃烧

燃烧时火焰呈淡蓝色

燃烧时火焰明亮，带黑烟

燃烧时火焰明亮，带浓烟

鉴别

不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色

能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色

将溴水加入苯中振荡分层，上层呈橙色，下层为无色

举一反三：

【变式1】（2015郴州模拟）有8种物质：

①乙烷；②乙烯；③乙炔；④苯；⑤甲苯；⑥溴乙烷；⑦聚丙烯；⑧环己烯。

其中既不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能与溴水反应使溴水褪色的是（　　）

A．①②③⑤B．④⑥⑦⑧

C．①④⑥⑦D．②③⑤⑧

　　【答案】C

【解析】甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色；乙烯、乙炔、环己烯既能使酸性KMnO4溶液褪色又能与溴水反应使溴水褪色；乙烷、苯、溴乙烷、聚丙烯既不能使酸性KMnO4溶液褪色也不能与溴水反应而使溴水褪色。

类型三：

苯及其同系物的同分异构现象

例3某液态烃的分子式为C8H10，实验证明它能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色。

（1）试判断该有机物属于哪类烃，并写出其可能的同分异构体的结构简式。

（2）若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则该烃的结构简式为________。

【答案】

（1）该有机物属于苯的同系物。

支链为乙基时，

，支链是2个甲基时，

、

或

。

（2）

【解析】

（1）由该烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色，分子式为C8H10与烷烃C8H18相比少8个H，说明它应属于苯的同系物，所以分子中应有1个苯环结构，支链上有2个碳原子。

书写苯的同系物的同分异构体时应首先按照支链的种类和数目的不同分别讨论，2个碳原子形成一个支链（—CH2CH3）的情况；2个碳原子形成两个支链的情况（—CH3），再根据支链的位置不同确定同分异构体的结构简式。

（2）本题考查苯的同系物、苯环上的取代及同分异构体种数的确定等知识。

解决这类问题时，最好从苯环上碳原子的轴对称性入手。

如

，当苯环上发生一溴取代时，虽然有5个位置上的H原子可被Br原子代替，但实际上与—C2H5相邻的两个位置上的H原子是等效的（即α—H），或者说这两个位置上的H原子呈轴对称，同理与—C2H5相间的两个位置上的H原子也是等效的（即β—H），加上对位碳原子上的γ—H，

的一溴代物的同分异构体共有3种，分别为

。

同理

中苯环上只有两种不同位置的H原子，故其一溴取代产物有两种。

中苯环上有3种不同位置的H原子，其苯环上的一溴取代产物有3种同分异构体，分别为

、

。

中苯环上的一溴取代产物只有一种，即

。

【总结升华】有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。

这种通过等效氢来确定一元取代物同分异构体数目的方法，叫等效氢法。

等效氢的判断方法是：

（1）同一个碳原子上的氢原子是等效的。

如

分子中—CH3上的3个氢原子等效。

（2）同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。

如

分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。

举一反三：

【变式1】某有机化合物A的结构简式如下：

（1）A的分子式是________；

（2）A在NaOH水溶液中加热反应得到B和C，C是芳香化合物。

B和C的结构简式是B：

________、C：

________。

该反应属于________反应。

　　【答案】

（1）C16H21O4N

【巩固练习】

一、选择题

1．某烃的分子式为C10H14它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，其分子结构中只含有一个烷基，符合上述条件的烃有（）。

A．2种B．3种C．4种D．5种

2．下列事实中，能说明苯与一般烯烃在性质上有很大差别的是（）。

A．苯不与溴水发生加成反应

B．苯不能被酸性KMnO4溶液氧化

C．1mol苯能与3molH2发生加成反应

D．苯能够燃烧产生浓烟

3．充分燃烧某液态芳香烃X，并收集产生的全部水，恢复到室温时，得到水的质量跟原来芳香烃的质量相等。

则X的分子式为（）。

A．C10H10B．C11H14C．C12H18D．C13H20

4．下列说法中正确的是（）。

A．芳香烃就是指苯和苯的同系物

B．通常可从煤焦油中或通过石油的催化重整来获取芳香烃

C．乙苯分子中所有原子可以处于同一平面上

D．苯和甲苯既能发生取代反应，又能发生加成反应

5．（2015甘肃诊断考试）已知甲苯的一氯代物有4种，则甲苯与足量的氧气加成后的产物的一氯代物有（不考虑立体异构）（）

A．5种B．4种C．3种D．2种

6．化学上通常把原子数和电子数相等的分子或离子称为等电子体，人们发现等电子体间的结构和性质相似（即等电子原理）。

B3N3H6被称为无机苯，它与苯是等电子体，则下列说法中不正确的是（）。

A．无机苯是由极性键组成的非极性分子

B．无机苯能发生加成反应和取代反应

C．无机苯的二氯取代物有3种同分异构体

D．无机苯不能使酸性KMnO4溶液褪色

7．（2015沈阳模拟）历史上最早应用的还原性染料是靛蓝，其结构简式如图所示，下列关于靛蓝的叙述中错误的是（　　）

A．靛蓝由碳、氢、氧、氮四种元素组成

B．它的分子式是C16H10N2O2

C．该物质是苯的同系物

D．它是不饱和的有机物

8．在实验室里，下列除去杂质的方法正确的是（）。

A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振荡，用汽油萃取出溴

B．乙烷中混有乙烯，通入氢气在一定条件下反应，使乙烯转化为乙烷

C．硝基苯中混有浓硝酸和浓硫酸，将其倒入浓烧碱溶液中，静置，然后分液

D．乙烯中混有CO2，将其通入NaOH溶液中洗气

9．用2个—NO2取代甲苯苯环上的2个氢原子，所得取代产物的结构共有（）。

A．3种B．4种C．5种D．6种

10．并五苯的结构简式为

。

关于它们下列说法中不正确的是（）。

A．并五苯由22个碳原子和14个氢原子组成B．并五苯属于芳香烃

C．并五苯的一氯代物有4种同分异构体D．并五苯是苯的同系物

11．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法中正确的是（）。

A．石油裂解得到的汽油是纯净物B．石油产品都可用于聚合反应

C．天然气是一种清洁的化石燃料D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料

二、填空题

1．如下图，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）写出三个装置中所共同发生的两个反应的化学方程式：

________；________。

写出B的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进行的操作是________；应对装置C进行的操作是________。

（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________。

2．通常情况下，多个羟基连在同一碳原子上的分子结构是不稳定的，容易自动失水，形成碳氧双键的结构：

下面是9个化合物的转变关系图：

（1）化合物①是________，它跟氯气发生反应的条件A是________；

（2）化合物⑤和⑦可在酸的催化下去水生成化合物⑨，⑨的结构简式是________，名称是________；

（3）化合物⑨是重要的定香剂，香料工业上常用化合物②和⑧直接合成它，此反应的化学方程式是________。

3．重氮甲烷（CH2←N≡N）在加热或光照时分解生成氮气和碳烯：

CH2←N≡N

N2+∶CH2，碳烯（∶CH2）与烯烃或苯环能起加成反应，生成含三元环的化合物：

（1）重氮甲烷与结构简式为________的有机物在光照下反应生成

；

（2）重氮甲烷与苯共热完全反应生成的环状化合物的结构简式为________，与该产物互为同分异构体的芳香烃共有________种，其中烷基上发生一氯取代生成物只有一种的芳香烃的结构简式为________。

4．人们对苯的认识有一个不断深化的过程。

（1）1834年德国科学家米希尔里希，通过蒸馏安息香酸（

）和石灰的混合物得到液体，命名为苯，写出苯甲酸钠、氢氧化钠与碱石灰共热生成苯的化学方程式：

________。

（2）由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出C6H6的一种含三键且无支链链烃的结构简式：

________。

苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，任写一个苯发生取代反应的化学方程式：

________。

（3）烷烃中脱去2mol氢原子形成1mol双键要吸热，但1，3-环己二烯（）脱去2mol氢原子生成苯却放热，可推断苯比1，3-环己二烯________（填“稳定”或“不稳定”）。

（4）1866年凯库勒（右图）提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解决了苯的部分性质，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

（5）现代化学认为苯分子碳碳之间的键是________。

5．（2015上海调研）若A是相对分子质量为106的烃，则其分子式只可能是________，若A中含有苯环，则其苯环上的一硝基取代物共有________种。

【参考答案与解析】

一、选择题

1．B

【解析】该烃的分子式C10H14符合分子通式CnH2n－6，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；因其分子中只有一个烷基，可推知此烷基为—C4H9，它具有以下4种结构：

①—CH2CH2CH2CH3，②—CH（CH3）CH2CH3，③—CH2CH（CH3）2，④—C（CH3）3，由于第④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。

2．A、B

【解析】苯既不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能与溴水发生加成反应而使溴水褪色，这是苯与一般烯烃的明显区别之处。

3．C

【解析】芳香烃中碳、氢的质量比等于水的氧、氢的质量比，故芳香烃中

，则

。

4．B、D芳香烃是含有一个或多个苯环的烃类，苯和苯的同系物只是芳香烃的一部分，乙苯分子中乙基上的两个碳原子与其他原子或原子团构成四面体结构，因而乙苯分子中所有原子不可能处于同一平面上。

5．A

【解析】甲苯与足量氢气加成得到甲基环己烷，六元环上有4种氢，加上甲基上的氢，共5种氢原子，所以一氯代物有5种。

6．C

【解析】抓住关键句“它（无机苯）与苯是等电子体”“等电子体间的结构和性质相似”。

苯能发生加成反应和取代反应，但不能使酸性KMnO4溶液褪色，则无机苯也应具有这些性质；但无机苯是由极性键组成的多原子分子，其结构简式为

，其二氯取代产物有4种（其中间位同分异构体有2种）。

7．C

【解析】由结构简式可知，靛蓝由碳、氢、氧、氮四种元素组成，故A正确；由结构简式可知，它的分子式是C16H10N2O2，故B正确；有机物含有O、N等元素，属于烃的衍生物，不是苯的同系物，故C错误；含不饱和键和苯环，则它是不饱和的有机物，故D正确。

8．C、D

【解析】溴苯中的溴可通过浓NaOH溶液除去，加KI后并没有溴单质析出；乙烷中的乙烯可通过溴水而除去，采用加氢法会引入新的杂质H+，且反应条件较苛刻。

9．D

【解析】本题可用“有序分析法”求解。

即：

将一个—NO2固定在—CH3的邻位，移动另一个—NO2可得4种异构体；再将一个—NO2固定在—CH3的间位，移动另一个—NO2，可再得2种异构体，共6种异构体。

10．D

【解析】由并五苯的结构简式可知其分子式为C22H14；因其是含有若干个苯环的烃，应属芳香烃；根据对称性原则，易知其分子中只有4种类型的氢原子，即其一氯代物只有4种；苯的同系物是含有一个苯环，苯环上的侧链都是烷基的一类芳香烃，显然并五苯不是苯的同系物。

11．C

【解析】汽油是多种烃的混合物；石油产品中含有的烷烃不能用于聚合反应；天然气的主要成分是CH4，它是一种清洁能源；水煤气指的是CO和H2的混合气体，它可由反应C+H2O（g）

CO+H2得到。

二、填空题

1．

（1）

HBr+AgNO3==AgBr↓+HNO3

（2）导出HBr，兼起冷凝器的作用

（3）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，使铁粉落入溴和苯组成的混合液中

（4）溴蒸气和苯蒸气逸出，污染环境

（5）吸收反应中随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气CCl4由无色变成橙色

（6）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溶液中而易产生倒吸

2．

（1）甲苯或

光照

（2）

苯甲酸苯甲酯（或苯甲酸苄酯）

（3）

【解析】由题给信息和转化关系，先分析①→③应是

。

（1）问可解，同时可推知

与Cl2反应是连锁反应，同时应有：

再分析⑤可得②应是

，则④应是

，水解后应为

，再由题给信息

脱水—→

，即⑦为苯甲酸，⑧为

，⑨为苯甲酸苯甲酯，则

（2）、（3）问可解。

3．

（1）

（2）

8

【解析】

（1）由题给信息，生成物中含三元环的位置即原有机物含C＝C键的位置，从而可推出该有机物的结构简式为

。

（2）因一个苯环相当于含三个双键，它们完全与碳烯反应后的生成物的结构简式为

，其分子式为C9H12，其苯的同系物应有8种：

其中一氯取代物只有一种的是

。

4．

（1）

（2）HC≡C—C≡C—CH2—CH3

（或其他合理答案）

（3）稳定（4）A、D

（5）介于单键和双键之间的特殊的键（或其他合理答案）

【解析】

（1）根据生成物之一是，利用质量守恒可推知另一生成物为Na2CO3，从而写出反应的化学方程式来。

（2）按要求任写一种含2个三键的链烃即可。

（3）只以脱氢角度分析，由1，3-环己二烯脱氢生成苯放出热量，表明1，3-环己二烯分子本身的能量高于苯，即苯比1，3-环己二烯要稳定。

（4）若苯环存在单双键交替的结构，则苯应能使溴水褪色，且邻二溴苯应有2种结构，故不能解释A、D两个事实。

（5）现代化学认为苯分子中的碳碳键是介于单键与双键这间的独特的键。

5．C8H109

【解析】A是相对分子质量为106的烃，可先求出A分子中碳原子数最多时应是几个碳：

106÷12=8…10，得其分子式为C8H10，这应是答案。

若将一个碳原子换成12个氢原子得C7H22，已超过饱和烷烃（CnH2n+2）的限制，所以C7H22、C6H34……都不是答案。

C8H10为苯的同系物，共有4种同分异构体：

、

。

其苯环上的一硝基取代物依次有3种、2种、3种和1种，故C8H10苯环上的一硝基取代物共有9种。