高考第一轮复习化学芳香烃 石油化工.docx
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高考第一轮复习化学芳香烃石油化工
三、芳香烃石油化工
知识梳理
●网络构建
●自学感悟
1.苯及其同系物
（1）苯的重要化学性质
①卤代反应：
苯与液溴（不是溴水）在Fe的催化作用下（实际为FeBr3）发生取代反应，反应的方程式为：
。
②硝化反应：
苯与混酸（浓HNO3、浓H2SO4）在55～60℃的水浴条件下发生硝化反应，其反应的方程式为：
。
其中浓H2SO4的作用是：
催化剂、吸水剂。
混酸的配制方法：
将浓硫酸沿器壁慢慢注入浓硝酸中，并不断搅拌至冷却。
③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），仍能发生加成反应。
例如苯和H2的加成，反应式为：
（2）苯的同系物结构与性质
①苯的同系物都含有1个苯环，在组成上比苯多一个或若干个CH2原子团，符合CnH2n－6（n≥6）的通式。
实际上，只有苯环上的取代基是烷烃基时，才属于苯的同系物。
②制取TNT的化学方程式是
。
③鉴别苯和苯的同系物的方法是：
将试样分别与高锰酸钾酸性溶液混合振荡，使高锰酸钾溶液褪色的是苯的同系物，不褪色的是苯。
2.石油的成分与炼制
（1）石油的成分
①从元素的种类看，石油主要由C和H元素组成，同时含有少量S、O、N等元素。
②从化合物的种类看，是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物，因此没有固定的沸点。
③从状态来看，大部分是液态烃，同时液态烃里溶有少量气态烃和固态烃。
（2）石油的炼制
①石油炼制的物理方法是分馏，化学方法有裂化、裂解。
②石油的分馏原理是根据石油中各烃的沸点不同进行分离，常压分馏主要得到汽油、煤油、柴油、重油等，减压分馏主要得到柴油、润滑油、渣油等。
思考讨论
1.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物三者有何联系与区别？
提示：
苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物比较如下表：
概念
定义
特点
实例
芳香族化合物
分子里含有一个或多个苯环的化合物
苯环是母体，不一定只含碳、氢两元素
芳香烃
分子里含有一个或多个苯环的烃
苯环是母体，只含碳、氢两种元素
苯的同系物
符合通式CnH2n－6（n≥6）的芳香烃
只含一个苯环，侧链为烷基
2.苯不能与溴水发生加成反应，是否苯与溴水混合无变化？
提示：
苯不能与溴水中的溴反应，但可将溴水中的溴萃取，萃取分层后水在下层、溴的苯溶液在上层，溴的苯溶液一般为橙红色。
疑难突破
1.苯的分子结构苯分子不是碳碳单键和双键交替组成的环状结构，苯环上的碳碳键是一种介于单键和双键
之间的独特的共价键，六个碳碳键完全相同，所以苯分子的空间构型为平面正六边形，是一种非极性分子。
深化拓展
常见的平面型分子有：
乙烯、苯、苯乙烯等。
同理，它们分子中的氢原子被其他元素的一个原子取代后，所得分子仍呈平面型，如氯苯、四氟乙烯等。
可以说乙炔分子中各个原子均处于同一平面内，但不能说乙炔是平面型分子；乙烯、1，3－丁二烯、苯、苯乙烯的同系物分子中，由于有烷基，均不是平面型分子。
2.甲苯的性质
甲苯是苯的同系物的代表物，它既可看作甲基取代苯环上氢的产物，又可看作苯基取代甲烷中氢的产物。
因此应兼有甲烷和苯的化学性质。
但还应考虑到甲苯分子中，甲基和苯环是互相影响的，使甲苯又有与甲烷、苯的性质不相同之处。
如
（与甲烷不同。
这应理解为：
甲基受苯环影响变得活泼，易氧化）
甲苯可与混酸（浓H2SO4、浓HNO3）作用生成TNT（反应条件比苯容易，且一次引入三个取代基，这说明受甲基影响，苯环上的邻、对位氢变得活泼，易发生取代反应）。
深化拓展
与苯不同，苯的同系物可被高锰酸钾酸性酸性溶液氧化。
苯环侧链上的烷基上不论长短，被氧化后都生成羧基（—COOH），两个侧链被氧化后生成两个羧基（—COOH），由此可以看出苯环的稳定性。
3.石油的分馏实验
装置：
蒸馏装置。
注意所用温度计水银球的位置应当在蒸馏烧瓶支管口处，因为它所测定的是所取馏分的沸点范围。
操作注意事项：
①被加热的是易燃易爆物质，故装置气密性要好，注意加入药品前检验整套装置的气密性；②为防止暴沸，应在加热之前放入几片碎瓷片；③注意加热之前先接通冷却水，而停止加热后，仍要继续通冷却水一段时间；④若所用药品为原油，应在收集器上接一导管，将残余尾气导出室外，以防发生事故。
典例剖析
【例1】已知化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）的分子结构相似，如下图：
则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为
A.2B.3C.4D.6
剖析：
两个氯原子可以取代六元环邻位上两个H原子，有1种结构；可以取代对位上两个H原子，也有1种结构；取代间位上的两个H原子时，有两种结构——均与硼成键的H或均与氮成键的氢。
故硼氮苯的二氯取代物有四种结构。
答案：
C
【例2】下列有机分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是
A.CH==CH2—CNB.CH2==CH—CH==CH2
C.
D.
解析：
因CH2==CH2和
为平面型分子，H—C≡N类似H—C≡C—H的结构，为直线型分子，CH4为正四面体型分子，联想这些已有知识可知，只有
分子中所有的原子不可能处于同一平面。
答案：
D
特别提示
通过复习巩固烯、炔、苯的空间结构，考查考生的拓展能力。
可以说，高考中有关有机物空间结构的试题都是在此基础上组合变化的。
【例3】（2003年春季全国，6）从石油分馏得到的固体石蜡，用氯气漂白后，燃烧时会产生含氯元素的气体，这是由于石蜡在漂白时与氯气发生过
A.加成反应B.取代反应
C.聚合反应D.催化裂化反应
剖析：
石蜡与石油成分相同，主要为烷烃、环烷烃和芳香烃，因此与Cl2发生过的反应主要为取代反应，应选B。
答案：
B
闯关训练
夯实基础
1.能用高锰酸钾酸性溶液鉴别而不能用溴水鉴别的是
A.甲烷和乙烯B.乙烯和乙炔
C.苯和邻二甲苯D.浓盐酸和浓硝酸
解析：
乙烯、乙炔都能使溴水和高锰酸钾酸性酸性溶液褪色，而甲烷、苯、浓盐酸、浓硝酸都不能使高锰酸钾酸性溶液和溴水褪色，故A、B、D不符合题意。
邻二甲苯可使高锰酸钾酸性溶液褪色，而不能使溴水褪色。
答案：
C
2.（2004年全国理综二，12）下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是
A.C2H2B.CS2C.NH3D.C6H6
解析：
A、B中的C2H2和CS2分子空间构形为直线形，所有原子均处于同一直线上；C中的NH3分子呈三角锥形结构；D中的C6H6原子是平面正六边形，C项符合题意。
答案：
C
3.侧链上含3个碳原子的甲苯的同系物共有
A.1种B.3种C.6种D.8种
解析：
甲苯的同系物也就是苯的同系物，侧链必须饱和。
含三个碳原子的侧链有三种情况：
一是全为甲基，二是全为丙基，再就是含有一个甲基和一个乙基。
符合以上条件的都是甲苯的同系物。
答案：
D
4.城市中许多家庭使用的罐装“煤气”，实际上是液化石油气，以下有关液化石油气的叙述不正确的是
A.液化气是一种混合物，其主要成分是丙烷、丁烷、丁烯
B.液化气用完后，瓶内往往会残留一些液体，其成分是水
C.液化气可用作燃料
D.液化气是石油化工生产过程中的一种副产品
解析：
液化气作为石油化工生产过程中的一种副产品，其主要成分是丙烷、丁烷、丁烯，此外还含有相对分子质量较大的戊烷、己烷等烃类物质，故用完后会残留少量的液体。
这些残留液体是液态烃类物质，而不会是水。
答案：
B
5.某人坐在空调车内跟在一辆卡车后面，观察到这辆卡车在起动、刹车时排出黑烟。
由此可推断这辆卡车所用的燃料是
A.酒精B.汽油
C.柴油D.液化石油气
解析：
按一般常识，汽车所用的燃料为汽油或柴油，且酒精、液化石油气燃烧一般不会产生黑烟，所以答案应在B、C中选择。
汽油的主要成分为C5～C11的烷烃，柴油的主要成分为C15～C18的烷烃，柴油分子中的碳原子数目多于汽油分子中的碳原子数。
碳原子数越多的烷烃，其中碳的质量分数越大，燃烧时多发生不完全燃烧，易生成炭而产生黑烟。
故排出黑烟者，其燃料为柴油。
答案：
C
6.最近我国将新疆的天然气引至上海，对于改善上海能源状况有着极重要的意义。
关于天然气的下列叙述不正确的是
A.天然气和沼气的主要成分都是甲烷
B.改液化石油气为天然气作燃料，燃烧时应减小进空气量或增大进天然气量
C.天然气燃烧的废气中，SO2等污染物的含量少
D.天然气与空气混合点燃，不会发生爆炸
解析：
天然气和沼气的主要成分都是CH4。
天然气中含硫元素的量很少，所以天然气在空气中燃烧，产生SO2污染物的量也少。
天然气为可燃性气体，与空气混合点燃时会发生爆炸。
A、C正确，B不正确。
由于液化石油气为4个碳原子以下的烷烃，燃烧等体积的CH4和液化石油气，前者消耗空气体积较少，故B正确。
答案：
D
培养能力
7.（2005年山东十校联考试题）某苯的同系物的分子式为C11H16，经测定数据表明，分子中除苯环外不再含其他环状结构，分子中还含有两个—CH3，两个—CH2—和一个
，则该分子由碳键异构所形成的同分异构体有_________种，其结构简式为_________。
解析：
该分子是由一个苯环和一个—C5H11组成的，分析C5H11的碳链异构即可。
将两个—CH2—、一个
联在一起得两种结构：
①
②
。
然后用两个—CH3联在①②上得四种—C5H11，最后用苯环饱和剩的价键即可。
答案：
4
8.石油主要由烷烃、环烷烃和各种芳香烃组成，石油通过分馏、裂化可得直馏汽油和裂化汽油。
现有直馏汽油和裂化汽油各一瓶。
（1）请从下列试剂中选择最合理的试剂予以区别。
所选试剂是_________。
A.KMnO4酸性溶液B.乙醇C.溴水
（2）加入所选试剂后，直馏汽油中观察到的现象是：
__________________。
裂化汽油中观察到的现象是：
__________________________。
解析：
（1）直馏汽油中含有的芳香烃也会被高锰酸钾酸性溶液氧化。
（2）汽油可萃取溴，裂化汽油中含有不饱和链烃，可与溴发生加成反应生成无色溴代烃。
答案：
（1）C
（2）液体分层，溴水褪色，上层油层呈橙色分层，油层、水层均无色
9.用CO和H2在443～473Ｋ温度下，并用钴（Co）作催化剂时，可以反应生成n＝5～8的烷烃，这是人工合成汽油的方法之一。
（1）写出用CnH2n＋2表示的人工合成汽油的配平的化学方程式：
_________________。
（2）如果向密闭的合成塔里通入恰好能完全反应的CO和H2，当完全反应后，合成塔内温度不变，而塔内气体压强降低到原来的
。
通过计算说明这时有无汽油生成。
（3）要达到上述合成汽油的要求，CO和H2的体积比的取值范围是多少?
解析：
煤转化成CO和H2，再合成汽油是煤综合利用的一个方向。
（1）由元素守恒，写出方程式并配平：
nCO＋（2n＋1）H2CnH2n＋2＋nH2O（g）
（2）在一定温度和体积下，气体的压强比等于气体的物质的量之比，依题意得：
解得：
n=3。
产物CnH2n＋2为丙烷，无汽油生成。
（3）汽油为C5～8的烷烃。
当n=5时，
，当n=8时，
=
，故取值范围为
。
答案：
（1）nCO＋（2n＋1）H2CnH2n＋2＋nH2O
（2）在给定温度范围内，水为气体，所以
=
解得：
n=3，产物CnH2n+2为丙烷，无汽油生成。
（3）
探究创新
10.（新改编试题）在一定条件下，烷烃可裂化为相对分子质量较小、沸点较低的烃。
如：
C8H18C4H10+C4H8
某研究性学习小组在研究塑料的降解时，设计了如图12－3所示实验：
图12－3
（1）写出你所知道的生成乙烯的化学方程式___________________________。
（2）Ⅲ中的现象是_________。
Ⅳ中的反应方程式：
___________________________。
据此现象提出你在治理白色污染方面的设想：
_____________________。
解析：
（1）乙醇分子内脱水、乙炔与H2加成都可生成乙烯。
由题给信息知烷烃裂化（或裂解）最终也可得到乙烯。
（2）塑料大多由烃发生加聚反应制取。
由题给信息条件可知废塑料与氧化铝共热可发生裂化反应得到相对分子质量较小的烷烃和烯烃等。
此反应具有重要的实际应用意义，既可减少白色污染，又可获得汽油燃料，其关键问题是寻找低温高效的催化剂。
答案：
（1）CH≡CH+H2
CH2==CH2；
CH3CH2OH
CH2==CH2+H2O；
C4H10
CH2==CH2+CH3—CH3
（2）高锰酸钾酸性溶液褪色
CH2==CH2+3O2
2CO2+2H2O
选择更为理想的催化剂，使得塑料的降解可以在工业生产方面大规模进行，这样既治理了白色污染，又生产了汽油
11.有点难度哟！
（2004年上海，28）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氢原子变成苯却放热，可推断苯比1，3-环己二烯________（填“稳定”或“不稳定”）。
（4）1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，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
（5）现代化学认为苯分子碳碳之间的键是___________________________。
解析：
（1）苯甲酸钠与碱石灰共热反应，类似于无水醋酸钠与碱石灰共热反应，生成Na2CO3和脱羧后的烃——苯。
（2）苯的不饱和度为4，而每个三键不饱和度为2，所以写出含两个三键的链状结构都是合理的，如：
HC≡C—C≡C—CH2—CH3
HC≡C—CH2—C≡C—CH3
HC≡C—CH2—CH2—C≡CH
CH3—C≡C—C≡C—CH3
苯的取代反应包括溴化反应、硝化反应、磺化反应等，举一例即可，如有铁存在时液溴与苯的反应。
（3）1，3－环己二烯脱去2molH变成苯放热，说明生成物苯的能量比反应物能量低，也即苯比1，3－环己二烯稳定。
（4）按苯的单、双键交替的正六边形平面结构分析，由于“C==C”双键的存在，苯应能使溴水褪色，能与H2发生加成反应。
从空间结构分析，溴苯没有同分异构体，而邻二溴苯应该有两种结构，即
和
。
所以，凯库勒结构式不能解释a、d两个事实。
（5）现代化学认为苯分子碳碳之间的键是一种介于单键和双键之间的独特的键。
答案：
（1）
+NaOH
Na2CO3+
（2）HC≡C—CH2—C≡C—CH3
（3）稳定（4）a、d
（5）介于单键和双键之间的特殊的键
教师下载中心
●教学点睛
本部分包括教材的第五、六两个自然节，主要考点有：
①苯的分子结构与性质；②苯与苯的同系物在结构、性质上的相同点和不同点；③苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物间的联系与区别；④石油的组成、分馏、裂化和裂解。
复习本部分内容时，应注意以下几点：
1.苯的分子结构和化学性质是本部分内容的重点，复习时要引导学生从苯环的结构特点去理解苯的有关性质。
（1）苯分子的结构并不是简单的单键、双键交替组合，而是一种独特的碳碳键，因此苯的性质表现出易取代（C－H键断裂）、难加成。
复习时，教师应当指导学生写出苯与溴、浓硝酸、氢气等物质反应的化学方程式。
（2）分析苯环与侧链之间的相互影响，理解苯的同系物的性质。
教师可对比苯和甲苯分别与浓硝酸反应的产物，说明侧链对苯环的影响；对比苯与甲苯分别和高锰酸钾酸性溶液反应的现象，说明苯环对侧链的影响。
（3）写出甲苯分别在铁或光照作用下与溴反应的化学方程式，说明反应条件不同对反应产物的影响。
2.通过典型例题与练习题的分析解答，使学生形成关于苯的同系物及其卤代产物同分异构体的书写与判断的方法思路。
有关稠环芳香烃通过信息题方式确定芳烃分子式或推断同系列通式，某一确定碳原子数的稠环芳烃的组成含量等，此类题目较多，既灵活又锻炼学生的能力。
教师应指导学生学会使用碳的4价确定化学式，通过不同化学式的比较找出同系列物质通式，再来确定组成和某一具体碳原子数的有机物结构。
3.了解石油化工生产知识内容，培养学生理论联系实际，学以致用的能力。
4.本部分内容复习可安排一课时。
●例题注释
本部分共设计了三个典型例题。
【例1】主要考查考生对知识的迁移应用能力。
本题可类比联想苯，但由于学生对苯的结构太熟悉了，把苯的邻、间、对三种二氯代物简单地、不假思索地迁移到硼氮苯中，结果错选B。
因此，在解题过程中要注重克服思维定势。
【例2】提供了有机物分子的结构简式，判断分子中全部原子是否在同一平面内，考查考生对基本基团组合、拼接后的空间想象能力。
在分析解答过程中，一是总结有机物分子空间结构题目的类型与特点；二是明确解答此类题目的关键是掌握基本结构单元的空间构型。
【例3】考查考生对有机物的成分或结构与反应类型间的关系等知识的综合应用能力，题目有一定的新意。
在分析解答时，学生不要简单地认为从烃变成氯代烃增加的氯原子一定是通过加成反应而来。
另外弄不清石蜡的成分，也使判断不定。
●拓展题例
【例1】煤、石油、天然气等化石能源称常规能源，使用它们会对大气造成严重污染，就你掌握的有关知识，回答下列问题：
（1）简述煤、石油的使用会对大气造成的污染分别是_________。
煤、石油、天然气质量分别相等时，哪一种燃料对环境造成负面影响（产生温室效应）最小_________。
（2）人类使用的能源绝大部分来源于太阳能，转化太阳能的生物主要是绿色植物。
它们通过光合作用把太阳能转化为化学能，光合作用总反应式为_________。
光合作用释放的氧气来自参加反应的物质是____________________。
（3）若以CnHm表示石油的主要成分，写出其燃烧反应的化学方程式____________________。
解析：
（1）煤中含有硫元素，燃烧生成的SO2会形成酸雨，燃烧煤、石油产生的CO2可引发温室效应。
等质量的三种物质，甲烷含碳量最低，产生CO2量最少，故对环境造成的负面影响最小。
（2）由光合作用的实质可知，氧气来自参加反应的水。
（3）依据烃的燃烧通式便可写出CnHm燃烧的化学方程式。
答案：
（1）SO2造成酸雨、CO2引发温室效应天然气
（2）6CO2+6H2O
C6H12O6+6O2+能量H2O
（3）CnHm+（n+
）O2
nO2+
H2O
【例2】作为国家“西气东输”工程终点站，上海将改变以煤、石油为主的能源结构，这对解决城市环境污染意义重大。
目前上海大部分城市居民使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。
管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类，天然气主要成分是CH4，它们燃烧反应如下：
2CO+O2
2CO2，2H2+O2
2H2O，CH4+2O2
CO2+2H2O
根据以上化学方程式判断：
燃烧相同体积管道煤气和天然气消耗空气体积较大的是_________；因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是_________（“增大”或“减小”）进风口。
如不做改进可产生的不良后果是_________。
管道煤气中含有的烃类除甲烷外还有少量的乙烷、丙烷、丁烷。
它们的某些性质见表：
乙烷
丙烷
丁烷
熔点/℃
－183.3
－189.7
－138.4
沸点/℃
－88.6
－42.1
－0.5
试根据表中某个关键数据解释冬天寒冷季节有时管道煤气火焰很小并且呈断续状态的原因是__________________。
解析：
2体积管道煤气需1体积O2，而2体积CH4需4体积O2，为保证充分利用燃料，要增加供O2量；若不，会产生不完全燃烧，产生有毒的CO。
丁烷沸点高，可液化。
答案：
天然气增大不完全燃烧产生有毒气体CO丁烷遇冷凝结为液体使管道内气流不畅
【例3】（2003年上海，28）自20世纪90年代以来，芳炔类大环化合物的研究发展十分迅速，具有不同分子结构和几何形状的这一类物质在高科技领域有着十分广泛的应用前景。
合成芳炔类大环的一种方法是以苯乙炔（CH≡C
）为基本原料，经过反应得到一系列的芳炔类大环化合物，其结构为：
（1）上述系列中第1种物质的分子式为________。
（2）以苯乙炔为基本原料，经过一定反应而得到最终产物。
假设反应过程中原料无损失，理论上消耗苯乙炔与所得芳炔类大环化合物的质量比为________。
（3）在实验中，制备上述系列化合物的原料苯乙炔可用苯乙烯（CH2==CH
）为起始物质，通过加成、消去反应制得。
写出由苯乙烯制取苯乙炔的化学方程式（所需的无机试剂自选）。
解析：
（1）由第1种物质的结构知，分子中含有3个
和3个—C≡C—结构，因此分子中含碳原子数为3×6+3×2=24，氢原子数为4×3+3×0=12。
故分子式为C24H12。
（2）由所给系列芳炔类大环化合物的结构可知，它们的结构中皆含有n+2个苯乙炔结构
，分别应由n+2个苯乙炔分子形成，消耗苯乙炔与所得芳炔类大环化合物的质量比为：
102×（n+2）∶100×（n+2）=51∶50。
（3）依题意知由
或
皆可发生消去反应得到苯乙炔，但
不能由苯乙烯加成得到。
故由苯乙烯制备苯乙炔的化学方程式为：
CH==CH2+Br2
，
C≡CH+2NaBr+2H2O
答案：
（1）C24H12
（2）51∶50
（3）
CH==CH2+Br2
C≡CH+2NaBr+2H2O
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