专题92 芳香烃精讲深剖解析版.docx
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专题92芳香烃精讲深剖解析版
第02讲芳香烃
真题速递
1.(2019全国Ⅰ卷)关于化合物2−苯基丙烯(
),下列说法正确的是
A.不能使稀高锰酸钾溶液褪色
B.可以发生加成聚合反应
C.分子中所有原子共平面
D.易溶于水及甲苯
【答案】B
【解析】A项、2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键,能够与高锰酸钾溶液发生氧化反应,使酸性高锰酸钾溶液褪色,A错误;B项、2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键,一定条件下能够发生加聚反应生成聚2-苯基丙烯,B正确;C项、有机物分子中含有饱和碳原子,所有原子不可能在同一平面。
2-苯基丙烯中含有甲基,所有原子不可能在同一平面上,故C错误;D项、2-苯基丙烯为烃类,分子中不含羟基、羧基等亲水基团,,难溶于水,易溶于有机溶剂,则2-苯基丙烯难溶于水,易溶于有机溶剂甲苯,故D错误。
2.(2018课标Ⅲ)苯乙烯是重要的化工原料。
下列有关苯乙烯的说法错误的是
A.与液溴混合后加入铁粉可发生取代反应
B.能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.与氯化氢反应可以生成氯代苯乙烯
D.在催化剂存在下可以制得聚苯乙烯
【答案】C
【解析】苯乙烯中有苯环,液溴和铁粉作用下,溴取代苯环上的氢原子,A正确。
苯乙烯中有碳碳双键可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,所以能使酸性高锰酸钾溶液褪色,B正确。
苯乙烯与HCl应该发生加成反应,得到的是氯代苯乙烷,C错误。
乙苯乙烯中有碳碳双键,可以通过加聚反应得到聚苯乙烯,D正确。
3.(2016课标Ⅱ)下列各组中的物质均能发生加成反应的是
A.乙烯和乙醇B.苯和氯乙烯C.乙酸和溴乙烷D.丙烯和丙烷
【答案】B
【解析】苯和氯乙烯中均含有不饱和键,能与氢气发生加成反应,乙醇、溴乙烷和丙烷分子中均是饱和键,只能发生取代反应,不能发生加成反应,答案选B。
4.(2017课标Ⅲ)[化学——选修5:
有机化学基础](15分)
氟他胺G是一种可用于治疗肿瘤的药物。
实验室由芳香烃A制备G的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为____________。
C的化学名称是______________。
(2)③的反应试剂和反应条件分别是____________________,该反应的类型是__________。
(3)⑤的反应方程式为_______________。
吡啶是一种有机碱,其作用是____________。
(4)G的分子式为______________。
(5)H是G的同分异构体,其苯环上的取代基与G的相同但位置不同,则H可能的结构有______种。
(6)4-甲氧基乙酰苯胺(
)是重要的精细化工中间体,写出由苯甲醚(
)制备4-甲氧基乙酰苯胺的合成路线___________(其他试剂任选)。
【答案】
(1)
,三氟甲苯;
(2)浓硝酸、浓硫酸,并加热取代反应;
(3)
吸收反应产物的HCl,提高反应转化率
(4)C11H11O3N2F3
(5)9种
(6)
【解析】
(1)反应①发生取代反应,应取代苯环取代基上的氢原子,根据B的结构简式,A为甲苯,即结构简式为:
,C的化学名称为三氟甲苯;
(2)反应③是C上引入-NO2,且在对位,C与浓硝酸、浓硫酸,并且加热得到,此反应类型为取代反应;(3)根据G的结构简式,反应⑤发生取代反应,Cl取代氨基上的氢原子,即反应方程式为:
;吡啶的作用是吸收反应产物的HCl,提高反应转化率;
(4)根据有机物成键特点,G的分子式为:
C11H11O3N2F3;
(5)-CF3和-NO2处于邻位,另一个取代基在苯环上有3种位置,-CF3和-NO2处于间位,另一取代基在苯环上有4种位置,-CF3和-NO2属于对位,另一个取代基在苯环上有2种位置,因此共有9种结构;
(6)根据目标产物和流程图,苯甲醚应首先与混酸反应,在对位上引入硝基,然后在铁和HCl作用下-NO2转化成-NH2,最后在吡啶作用下与CH3COCl反应生成目标产物,合成路线是:
。
考纲解读
考点
内容
说明
物质的量
掌握苯的结构与性质。
高考中常以选题的形式出现。
考点精讲
考点一苯的结构与性质
1.苯的结构
⑴分子式:
C6H6,最简式(实验式):
CH
⑵结构简式:
①苯分子中6个H所处的化学环境相同。
1866年,德国化学家凯库勒提出苯环结构,称为凯库勒式:
②苯的邻位二取代物只有一种
【名师点拨】苯分子中碳碳键的键长都是一样长(1.4×10-10m),这说明碳原子之间形成的一种介
于单键和双键之间的特殊共价建。
③苯不能使溴的CCl4和酸性KMnO4溶液褐色,说明苯分子中没有双键。
⑶分子空间构型
苯分子是正六边型结构,键角120°,所有原子都在一个平面上。
2.苯的物理性质
苯是无色,带有特殊气味的液体,苯有毒,不溶于水,密度比水小。
用冰冷却,苯凝结成无色的晶体,通常可萃取溴水中的溴,是一种有机溶剂。
3.苯的化学性质
⑴苯的溴代反应
①原理:
②装置图
③反应装置:
固+液
气
④尾气处理:
吸收法(用碱液吸收,一般用NaOH溶液)
【深度讲解】
①将反应混合物倒入水中,呈褐色不溶于水的液体,是因为未反应的溴溶解在溴苯中的缘故,可用碱溶液(NaOH溶液)反复洗涤在分液。
②不能用加苯的方法来除去溴苯中溶解的溴,因为苯也能溶解溴苯。
③AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成,说明有HBr气体生成,该反应应为取代反应。
④若无吸收管,则AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成,不能说明该反应为取代反应,因为Br2(g)溶于水形成溴水也能使AgNO3溶液中产生浅黄色沉淀。
⑤吸收管中CCl4的作用是吸收Br2(g),防止对HBr检验的干扰。
⑥原料:
溴应是液溴。
加入铁粉起催化作用,但实际上起催化作用的是FeBr3。
现象:
剧烈反应,红棕色气体充满烧瓶(反应放热)。
导管口有棕色油状液体滴下。
锥形瓶中导管口附近出现白雾,(是溴化氢遇空气中的水蒸气形成的氢溴酸小液滴)。
⑦添加药品顺序:
苯,溴,铁的顺序加药品。
⑧伸出烧瓶外的导管要有足够长度,其作用是导气、冷凝回流(提高原料的利用率和产品的产率)。
⑨导管未端不可插入锥形瓶内水面以下,因为HBr气体易溶于水,防止倒吸(进行尾气吸收,
以保护环境免受污染)。
⑩反应后的产物是什么?
如何分离?
纯净的溴苯是无色的液体,而烧瓶中液体倒入盛有水的烧
杯中,烧杯底部是油状的褐色液体,这是因为溴苯溶有溴的缘故。
除去溴苯中的溴可加入NaOH溶液,振荡,再用分液漏斗分离。
分液后再蒸馏便可得到纯净溴苯(分离苯)。
2.苯的硝化反应:
⑴原理:
⑵装置:
(如右图)
⑶实验室制备硝基苯的主要步骤如下:
①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混和酸,加入反应器中。
②向室温下的混和酸中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混和均匀。
先浓硝酸再浓硫酸→冷却到50-60C,再加入苯(苯的挥发性)。
③在50-60℃下发生反应,直至反应结束。
④除去混和酸后,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。
⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,得到纯硝基苯。
【深度讲解】
①配制一定比例浓硫酸与浓硝酸混和酸时,操作注意事项是:
先浓硝酸再浓硫酸→冷却到50-60C,再加入苯(苯的挥发性)。
②步骤③中,为了使反应在50-60℃下进行,常用的方法是水浴。
水浴温度不宜过高,如温度过高不仅会引起苯和硝酸的挥发,还会使浓硝酸分解产生NO2等,也容易生成较多的副产物二硝基苯(有剧毒)。
因此控制好温度是做好本实验的关键。
③步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是分液漏斗。
④步骤④中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是除去混合酸。
⑤纯硝基苯是无色,密度比水大(填“小”或“大”),具有苦杏仁味气味的油状液体。
因混有少量NO2而使制得的硝基苯呈淡黄色。
⑥需要空气冷却
⑦使浓HNO3和浓H2SO4的混合酸冷却到50--60℃以下,这是为何:
a防止浓NHO3分解
b防止混合放出的热使苯和浓HNO3挥发
c温度过高有副反应发生(生成苯磺酸和间二硝基苯)
3.苯的加成反应
在催化剂镍的作用下,苯与H2能在180~250℃、压强为18MPa的条件下发生加成反应:
+3H2
4.氧化反应
可燃性:
2C6H6+15O2
12CO2+6H2O现象:
燃烧产生明亮火焰,冒浓黑烟。
苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
典例1(广东省潮州市2018届高三二模)下列关于有机物的叙述正确的是()
A.乙烯、聚氯乙烯和苯分子中均含有碳碳双键
B.苯、油脂均不能使酸性KMnO4溶液褪色
C.氯苯分子中所有原子都处于同一平面
D.
、
、
互为同系物
【答案】C
【解析】A.聚氯乙烯为氯乙烯的加聚产物、苯分子中不含碳碳双键,故A错误;B.油脂含有碳碳双键,可被氧化,可使高锰酸钾溶液褪色,故B错误;C.氯苯具有苯的结构特征,所有的原子在同一个平面上,故C正确;D.同系物是指结构相似,分子组成相差一个或几个-CH2原子团的有机物,
、
、
结构不同,不符合同系物概念,故D错误。
典例2(湖南省湘潭市2019届高三下学期第二次模拟考试)傅克反应是合成芳香族化合物的一种重要方法。
有机物a(-R为烃基)和苯通过傳克反应合成b的过程如下(无机小分子产物略去)
下列说法错误的是
A.一定条件下苯与氢气反应的产物之一环己烯与螺[2.3]己烷
互为同分异构体
B.b的二氯代物超过三种
C.R为C5H11时,a的结构有3种
D.R为C4H9时,1molb加成生成C10H20至少需要3molH2
【答案】C
【解析】A.环己烯
分子式为C6H10,螺[2.3]己烷
分子式为C6H10,所以互为同分异构体,故A正确;B.若全部取代苯环上的2个H原子,若其中1个Cl原子与甲基相邻,另一个Cl原子有如图
所示4种取代位置,有4种结构,若其中1个Cl原子处于甲基间位,另一个Cl原子有如图
所示2种取代位置,有2种结构,若考虑烃基上的取代将会更多,故B正确;C.若主链有5个碳原子,则氯原子有3种位置,即1-氯戊烷、2-氯戊烷和3-氯戊烷;若主链有4个碳原子,此时甲基只能在2号碳原子上,而氯原子有4种位置,分别为2-甲基-1-氯丁烷、2-甲基-2-氯丁烷、3-甲基-2-氯丁烷和3-甲基-1-氯丁烷;若主链有3个碳原子,此时该烷烃有4个相同的甲基,因此氯原子只能有一种位置,即2,3-二甲基-1-氯丙烷。
综上所叙分子式为C5H11Cl的同分异构体共有8种,故C错误;D.-C4H9已经达到饱和,1mol苯环消耗3mol氢气,则lmolb最多可以与3molH2加成,故D正确。
考点一精练:
1.(广东省广州市2019届高三3月综合测试一)工业上用乙苯
经催化脱氢生产苯乙烯
,下列说法错误的是
A.乙苯可通过石油催化重整获得
B.乙苯的同分异构体超过四种
C.苯乙烯与氯化氢反应可生成氯代苯乙烯
D.乙苯和苯乙烯分子所有碳原子均可处于同一平面
【答案】C
【解析】A.石油催化重整可获得芳香烃,所以通常可通过石油的催化重整来获取乙苯,选项A正确;B.苯可连接乙基或2个甲基,2个甲基在苯环上有邻、间、对三种位置,则乙苯的同分异构体中属于芳香烃的共有四种,还有含有碳碳三键等链烃的同分异构体,故乙苯的同分异构体超过四种,选项B正确;C、苯乙烯与氯化氢发生加成反应,可生成氯代苯乙烷,选项C错误;D.乙苯中侧链2个C均为四面体构型,但碳碳单键可以旋转,分子内所有碳原子有可能共平面;苯乙烯中苯环、双键均为平面结构,分子内所有原子有可能共平面,选项D正确。
2.(广东省揭阳市2019年高中毕业班高考第一次模拟考试)工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应:
+H2(正反应吸热),下列说法正确的是
A.乙苯、苯乙烯都能够发生氧化反应和还原反应
B.苯乙烯中所有原子一定共平面
C.平衡后,在恒温恒容条件下,再充入乙苯,平衡正向移动,平衡常数增大
D.苯、乙苯的主要来源是石油的分馏
【答案】A
【解析】A项、乙苯和苯乙烯都是芳香烃,都能够燃烧发生氧化反应;都能与氢气加成,发生还原反应,故A正确;B项、苯乙烯分子中含有单键,单键是可以旋转的,苯环和乙烯基上的原子可能共平面,故B错误;C项、平衡后,在恒温恒容条件下,再充入乙苯,反应物浓度增大,平衡正向移动,但温度不变,平衡常数不变,故C错误;D项、苯、乙苯的主要来源是煤的干馏及石油的催化重整,故D错误。
3.(湖南省岳阳市2019届高三教学质量检测一模)查阅资料可知,苯可被臭氧氧化,发生如下反应:
。
则二甲苯通过上述反应得到的产物有几种
A.2B.3C.4D.5
【答案】B
【解析】若二甲苯为邻二甲苯,则断键位置可能为从两个甲基相连碳处断开,形成二甲基乙二醛和乙二醛,若在两个甲基中间碳断键,则形成甲基乙二醛和乙二醛,共三种,若为对二甲苯或间二甲苯,则断键得到甲基乙二醛和乙二醛,因此得到的产物最多有三种,故选B。
考点二芳香烃的来源与应用
1.来源:
⑴煤
煤焦油
芳香烃(即最初来源于煤)
⑵石油化工
催化重整、裂化(现代来源)
2.苯的同系物
⑴概念
苯的同系物只有一个苯环,它们可以看成是由苯环上的H被烷基代替而得到的。
例如:
甲苯乙苯
苯的同系物的通式:
CnH2n-6(n≥6)
⑵性质
①相似性:
A.都能燃烧,产生明亮火焰、冒浓黑烟。
B.都能和X2、HNO3等发生取代反应。
甲苯与浓硝酸的反应:
2,4,6---三硝基甲苯(TNT)是一种溶于水的淡黄色针状晶体,烈性炸药。
C.都能与H2发生加成反应。
不同点:
A.侧链对苯环的影响
使苯环邻、对位上的氢原子容易被取代,如甲苯发生硝化反应生成三硝基甲苯,而苯一般只生成一硝基苯。
B.苯环对侧链的影响
实验:
甲苯中加入酸性KMnO4溶液→KMnO4溶液,现象KMnO4溶液褐色;
乙苯中加入酸性KMnO4溶液→KMnO4溶液,现象KMnO4溶液褐色;
二甲苯中加入酸性KMnO4溶液→KMnO4溶液,现象KMnO4溶液褐色;
结论:
若与苯环直接相连的碳原子上连有氢原子,则该苯的同系物就能够使酸性KMnO4溶液褪色,与苯环直接相连的烷基通常被氧化为羧基。
四.多环芳烃
典例1(2019届东北三省三校(哈尔滨师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学)高考化学一模)2018年11月3日福建泉州港区发生碳九泄露事件。
碳九主要含三甲苯、异丙苯、正丙苯、乙基甲苯等有机物。
下列关于碳九说法不正确的是
A.碳九是多种芳香烃的混合物,可通过石油催化重整得到
B.进入碳九的泄露区应佩戴含活性炭的口罩,避免吸入有害气体
C.碳九含上述四种分子的分子式均为C9H12,它们互为同分异构体
D.碳九含有的有机物均易溶于水,会造成泄露处海域严重污染
【答案】D
【解析】
碳九主要含三甲苯、异丙苯、正丙苯、乙基甲苯等有机物,为混合物,由石油催化重整可得到,A正确;B.活性炭具有吸附性,可防止有机物中毒,B正确;C.三甲苯、异丙苯、正丙苯、乙基甲苯分子式相同,都为C9H12,但结构不同,互为同分异构体,C正确D.烃类有机物不溶于水,D错误。
典例2(河南省2018届普通高中毕业班高考适应性测试)异丙苯(
)和异丙烯苯(
)是两种重要的化工原料,下列关于它们的说法中正确的是
A.两种物质都能使溴的四氯化碳溶液褪色
B.异丙苯转化为异丙烯苯的反应属于加成反应
C.两种分子中,所有的碳原子都可能共平面
D.不考虑立体异构,异丙苯的一溴代物有5种
【答案】D
【解析】A.异丙苯(
)中没有碳碳双键,不能和溴发生加成反应,故A错误;B.异丙苯转化为异丙烯苯的反应形成了碳碳双键,一定不属于加成反应,故B错误;C.异丙苯(
)中含有饱和碳原子,其中侧链的四个碳原子一定不在同一平面上,故C错误;D、异丙苯有5种不同类型的氢,故一溴代物有5种,故D正确。
考点二精练:
1.(广西省2018届高三下学期第二次模拟)聚苯乙烯塑料在生产、生活中有广泛应用,其单体可由乙苯和二氧化碳在一定条件下反应制得,其反应原理如下:
下列有关说法不正确的是
A.苯乙烯可通过加聚反生成聚苯乙烯
B.苯乙烯分子中所有原子可能共平面
C.乙苯、苯乙烯均能使溴水褪色,且其褪色原理相同
D.等质量的聚苯乙烯与苯乙烯中所含的碳原子数相同
【答案】C
【解析】A.苯乙烯中含有碳碳双键,所以能发生加聚反应生成聚苯乙烯,故A正确;B.苯和乙烯都是平面结构,所有原子共平面,则苯乙烯分子中所有原子可以共平面,故B正确;C.乙苯具有的特殊结构,和溴水不发生反应,但能使溴水萃取褪色,苯乙烯和溴单质发生加成反应使溴水褪色,二者褪色原理不同,故C错误;D.聚苯乙烯与苯乙烯的最简式相同,都是CH,等质量的聚苯乙烯与苯乙烯中所含的碳原子数相同,故D正确。
2.(辽宁省大连市2018届高三双基测试)有关甲苯和
叙述不正确的是
A.二者互为同分异构休
B.甲苯最多13个原子共面
C.在一定条件下都能与H2发生加成反应
D.一氯代物都有4种
【答案】D
【解析】A.甲苯和
的结构不同,分子式均为C7H8,属于同分异构体,故A正确;B.苯环是平面结构,甲基是四面体结构,则所有原子不都处于同一平面,甲苯最多13个原子共面,故B正确;C、甲苯中含有苯环,
中含有碳碳双键,一定条件下都能与H2发生加成反应,故C正确;D.甲苯分子中含4种氢原子,一氯代物有4种,
分子中含3种氢原子(
),一氯代物有3种,故D错误。
3.(湖南省株洲市2018届高三教学质量统一检测第二次理科)2016年诺贝尔化学奖由三位化学家共同获得,以表彰他们在研究纳米分子机器中的“马达分子”取得的成就,“马达分子”的关键组件是三蝶烯(图1),下列说法正确的是
A.三蝶烯的分子式为C20H16B.三蝶烯属于苯的同系物
C.金刚烷(图2)属于饱和烃D.三蝶烯和金刚烷的一氯代物均只有一种
【答案】C
【解析】A、根据三蝶烯的结构简式,三个苯环共同连在两个碳原子上,因此分子式为C20H14,故A错误;B、苯的同系物只含有一个苯环,且通式为CnH(2n-6),三蝶烯含有三个苯环,且分子式不符合通式,三蝶烯不属于苯的同系物,故B错误;C、金刚烷中碳原子都是以单键的形式存在,属于饱和烃,故C正确;D、三蝶烯中有3种不同H,一氯代物有3种,金刚烷中有2种不同H,一氯代物有2种,故D错误。