22 芳香烃学案 人教选修5.docx
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22芳香烃学案人教选修5
2.2 芳香烃学案人教选修5
智能定位
1.以典型的芳香烃为例，比较它们与脂肪烃在组成、结构和性质上的差异。
2.根据芳香烃的组成和结构特点认识苯环上的加成和取代反应。
3.能说出芳香烃的来源，认识它们在生产和生活中的应用。
4.结合实际了解芳香烃对环境和健康的影响，关注其安全使用问题。
5.举例说明烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。
情景切入
以苯为代表的芳香烃物质有哪些重要的性质和应用呢？
自主研习
一、苯的结构与性质
1.苯的分子结构
2.化学性质
二、芳香烃的来源与应用
1.来源
（1）最初来源于煤焦油。
（2）现代来源于石油化学工业中的催化重整和裂化。
2.应用
苯、乙苯和对二甲苯常用作基本有机原料。
其中生产乙苯的化学方程式为
异丙苯的生产方程式为
。
三、苯的同系物及多环芳烃
1.苯的同系物
（1）概念：
苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。
（2）结构特点：
分子中只有1个苯环，侧链是烷基。
（3）通式：
CnH2n-6（n≥6）。
（4）常见的苯的同系物有：
甲苯：
邻二甲苯：
间二甲苯：
，
对二甲苯：
，乙苯：
。
2.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系
3.苯的同系物的化学性质（以甲苯为例）
（1）2，4,6-三硝基甲苯的简称是三硝基甲苯，俗称TNT，是一种淡黄色针状晶体，不溶于水，可以做烈性炸药。
（2）苯的同系物使酸性KMnO4溶液褪色，必须满足与苯环直接相连的碳原子上有氢原子。
4.多环芳烃
（1）概念：
含有多个苯环的芳香烃。
（2）分类
思考讨论
1.如何证明苯的分子结构中不是单双键交替？
提示：
苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性KMnO4溶液褪色，苯的邻位二元取代物只有一种，这几点都说明苯不是单双键交替的结构。
2.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中，苯环与侧链之间发生了相互影响？
提示：
（1）苯环对侧链的影响，使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能。
（2）侧链对苯环的影响，甲苯与硝酸反应使得苯环上甲基的邻位和对位的H原子变得活泼，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。
课堂师生互动
知识点1实验室中溴苯和硝基苯的制取
1.溴苯的制取
（1）化学方程式
（2）反应装置
（3）注意事项
①冷凝管中冷凝水的流向为下进上出。
②冷凝管的作用是冷凝挥发出来的苯和液溴，并使它们流回三颈烧瓶；由于HBr气体的沸点较低，难液化，大部HBr会进入锥形瓶中。
③锥形瓶中蒸馏水的作用是吸收HBr气体。
④碱石灰的作用是吸收多余的HBr，防止其污染大气。
⑤反应结束后关闭盛有苯和液溴的分液漏斗，打开盛有NaOH溶液的分液漏斗。
⑥该反应中作催化剂的是FeBr3。
⑦溴苯是无色油状液体，在该实验中因为溶解了溴而呈褐色。
⑧应该用纯溴，苯与溴水不反应。
⑨锥形瓶中导管不能插入液面以下，否则因HBr极易溶于水而发生倒吸。
⑩溴苯中溶有溴可用NaOH溶液洗涤，再用分液的方法除溴苯中的溴。
2.硝基苯的制取
（1）化学方程式
（2）制取装置（部分装置略）
（3）注意事项
①药品的加入：
将浓硫酸慢慢加入到浓HNO3中，并不断振荡降温，冷却到50℃以下再逐滴滴入苯，边滴边振荡。
②加热方式及原因：
采用水浴加热方式，其原因是易控制反应温度在50℃~60℃范围内。
③温度计放置的位置：
温度计的下端不能触及烧杯底部及烧杯壁。
④长直玻璃导管的作用是冷凝回流。
⑤硝基苯是无色油状液体，因为溶解了NO2而呈褐色。
考例1
（1）苯和溴的取代反应的实验装置如图所示，其中A为具支试管改制成的反应容器，在其下端开了一小孔，塞好石棉绒，再加入少量铁屑。
填写下列空白：
①试管C中苯的作用是：
。
反应开始后，观察D和E两试管，看到的现象为：
。
②反应2~3min后，在B中的NaOH溶液里可观察到的现象是。
③在上述整套装置中，具有防倒吸的仪器有（填字母）。
（2）实验室制备硝基苯的主要步骤如下：
a.配制一定比例的浓H2SO4与浓HNO3的混合酸，加入反应器中;
b.向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯，充分振荡，混合均匀;
c.在55℃~60℃下发生反应，直至反应结束；
d.除去混合酸后，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。
e.将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯净硝基苯。
请填写下列空白：
①配制一定比例的浓H2SO4和浓HNO3的混合酸时，操作的注意事项是：
。
②步骤d中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是。
③步骤d中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是。
［解析］
（1）苯与液溴反应剧烈，生成
和HBr气体，由于反应放热升温，从导管出来的气体中会混有一定量的溴蒸气，从而干扰后面的实验，这就需要将它除去，但又不能对HBr造成影响。
混合气体进入C可将气体中的溴蒸气除去（利用相似相溶原理）。
气体在经D、E两装置时，分别可以观察到紫色石蕊试液变红，AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成，装置F是尾气吸收装置，以防污染环境。
D、E导管口都位于液面以上，F中导管连接了能盛较多液体的漏斗，这都有效地防止了液体倒吸。
A中反应生成的
进入B中，
不溶于NaOH溶液，成为油状液体沉于底部。
（2）苯与浓硝酸在浓H2SO4作催化剂的条件下发生反应，
，得到的
中常混有HNO3和H2SO4，故用5%的NaOH溶液洗涤，再用分液漏斗分离除去即可。
［答案］
（1）①除去HBr气体中混有的溴蒸气 D试管中石蕊试液慢慢变红，并在导管口有白雾产生，然后E试管中出现浅黄色沉淀
②在溶液底部有无色油状液体
③D、E、F
（2）①先将浓HNO3注入容器中，再慢慢注入浓H2SO4，并及时搅拌
②分液漏斗 ③除去粗产品中残留的酸
变式探究1 实验室制硝基苯时，正确的操作顺序应该是（ ）
A.先加入浓硫酸，再滴加苯，最后滴加浓硝酸
B.先加入苯，再加浓硝酸，最后滴入浓硫酸
C.先加入浓硝酸，再加入苯，最后加入浓硫酸
D.先加入浓硝酸，再加入浓硫酸，最后滴入苯
［答案］ D
知识点2 各类烃的化学性质比较
液溴
溴水
溴的四氯
化碳溶液
高锰酸钾
酸性溶液
烷烃
与溴蒸气在光照条件下发生取代反应
不反应，液态烷烃与溴水可以发生萃取从而使溴水层褪色
不反应，互溶不褪色
不反应
烯烃
常温加成褪色
常温加成褪色
常温加成褪色
氧化褪色
炔烃
常温加成褪色
常温加成褪色
常温加成褪色
氧化褪色
苯
一般不反应，催化条件下可取代
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
苯的
同系物
一般不反应，光照条件下发生侧链上的取代，催化条件下发生苯环上的取代
不反应，发生萃取而使溴水层褪色
不反应，互溶不褪色
氧化褪色
特别提醒应用上述性质可以鉴别不同类型的烃，同时要特别注意条件（如液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、光照、催化剂等）对反应的影响。
考例2 下列区分苯和己烯的实验方法和相关判断都正确的是（ ）
A.分别点燃，无黑烟生成的是苯
B.分别加入溴水振荡，静置后分层，下层红棕色消失的是已烯
C.分别加入溴水振荡，静置后分层，上、下两层红棕色消失的是己烯
D.分别加入酸性KMnO4溶液振荡，静置后不分层且紫色消失的是己烯
［解析］ 本题考查苯和己烯的化学性质。
苯与已烯化学性质的区别包括:
苯不能因被氧化使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水因发生加成反应而褪色，但已烯可以。
在苯中加入溴水，苯会将溴从水中萃取出来，使水层褪色，而苯层（上层）则呈橙红色；苯与己烯在燃烧时都会产生浓烟。
故正确答案为CD。
［答案］ CD
考例3 人们对苯及芳香烃的认识有一个不断深化的过程。
回答下列问题：
（1）由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出分子式为C6H6的一种含两个叁键且无支链的链烃的结构简式。
（2）已知分子式为C6H6的结构有多种，其中的两种为：
①这两种结构的区别表现在以下两个方面：
定性方面（即化学性质方面）：
Ⅱ能（填字母），而Ⅰ不能。
A.被酸性高锰酸钾溶液氧化
B.能与溴水发生加成反应
C.能与溴发生取代反应
D.能与氢气发生加成反应
定量方面（即消耗反应物的量的方面）：
1molC6H6与H2加成时：
Ⅰ需 mol，而Ⅱ需mol。
②今发现C6H6还可能有另一种如图所示的立体结构，该结构的二氯代物有种。
（3）萘也是一种芳香烃，它的分子式是C10H8，请你判断它的结构简式可能是 （填字母）。
A.
B.
C.
D.
（4）萘的结构简式不能解释的事实是（填字母）。
A.萘不能使高锰酸钾酸性溶液褪色
B.萘能与H2发生加成反应
C.萘分子中所有原子在同一个平面上
D.一溴代萘（C10H7Br）只有两种同分异构体
［解析］ 本题考查了有机物结构的书写及结构对性质的影响。
（1）按题中要求写出一种即可。
（2）①由于Ⅱ中存在双键，故Ⅱ可被酸性高锰酸钾溶液氧化，也能与溴水发生加成反应，而苯中存在特殊的化学键，不能发生上述反应，故应选AB；由于苯形成环己烷（C6H12）后，比苯多6个氢原子，故需3molH2，而Ⅱ中有两个双键故需2molH2，②根据对称性即可写出该结构的二氯代物（如图所示）。
（3）根据分子式可推断其结构简式。
（4）由于含有不饱和碳原子，故不能解释萘不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的事实。
［答案］
（1）HC≡C—C≡C—CH2—CH3
（2）①AB；3；2
②3 （3）C （4）A
变式探究2已知：
①R—NO2
R—NH2；②R—Cl
R—OH;③苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。
以下是用苯作原料制备某些化合物的转化关系图：
（1）A是一种密度比水（填“小”或“大”）的无色液体；A转化为B的化学方程式是。
（2）在“苯
C
D
”中的反应中属于取代反应的是，属于加成反应的是（填字母）。
（3）写出由
来制取
的反应过程。
［答案］
（1）大
［解析］ 应用信息②和各转化关系产物中各官能团在苯环上的位置可知：
—CH3、
—Br为对位定位基，而—NO2为间位定位基。
取得这些信息是推断A、B、C、D的关键。
苯与浓硝酸和浓硫酸的混合酸作用生成
（A），它是一种密度比水大的无色油状液体。
根据信息①，结合反应：
B
可知B为
。
由反应：
，推知D为
，根据以上反应和信息②的提示推知：
—Br为对位定位基，而—NO2为间位定位基，故由
的合成路线为：
，注意前两步合成顺序不能颠倒，否则会使—Br和—NO2处于苯环的间位。
变式探究3下列物质中能使酸性KMnO4溶液褪色,但不能与溴水反应而使溴水褪色的是（ ）
A.C6H5—CH2CH3
B.C2H5CH===CHBr
C.C6H5—CH===CH2
D.SO2
［答案］ A
变式探究4下列有关甲苯的实验事实中，能说明侧链对苯环性质有影响的是（ ）
A.甲苯与硝酸反应生成三硝基甲苯
B.甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色
C.甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
D.1mol甲苯能与3molH2发生加成反应
［答案］ AB
［解析］ 侧链对苯环影响，使甲苯具有一些苯不具有的性质。
知识点3 判断芳香烃同分异构体数目的方法
1.等效氢法
分子中完全对称的氢原子互为“等效氢原子”，其中引入一个新的原子或原子团时，只形成一种物质；在移动原子、原子团时，要按照一定的顺序，避免遗漏或重复。
2.定一（或二）移一法
在苯环上连有2个新原子或原子团时，可固定一个，移动另一个，从而写出邻、间、对三种异构体；在苯环上连有3个新原子或基团时，可先固定2个原子或原子团，得到3种结构，再逐一插入第三个原子或原子团，从而确定出异构体的数目。
3.换元法
苯的同系物苯环上有多少种可被取代的氢原子，就有多少种取代产物。
在苯环上的取代产物中，若有n个可被取代的氢原子，则m个取代基（m如二甲苯与四甲苯的同分异构体数目相同；二氯苯与四氯苯的同分异构体数目相同。
4.常见的苯的同系物的同分异构体
C8H10的苯的同系物的同分异构体如下所示：
特别提醒书写苯的同系物的同分异构体时，可以采用侧链先整后散，位置由邻到间到对的方法。
考例4 二甲苯苯环上的一溴代物有六种同分异构体，可以用还原法制得三种二甲苯，它们的熔点分别如下：
六种溴二甲苯
的熔点/℃
234
206
213
204
214
205
对应还原二甲
苯的熔点/℃
13
-54
-27
-54
-27
-54
由此可推断熔点为234℃的分子的结构简式为，熔点为-54℃的分子的结构简式为。
［解析］ 二甲苯在苯环上的一溴代物的6种同分异构体为：
①②为邻二甲苯一溴代物，③④⑤为间二甲苯一溴代物，⑥为对二甲苯一溴代物，可见邻二甲苯的一溴代物有两种，它们的沸点比较接近。
间二甲苯的一溴代物有三种，它们的沸点比较接近，对二甲苯的一溴代物有一种，那么其沸点只有一种。
［答案］
变式探究5下列烃中，一氯代物的同分异构体数目相同的是（ ）
①邻二甲苯 ②间二甲苯 ③对二甲苯 ④乙苯
⑤2，2-二甲基丁烷 ⑥甲苯
A.②③ B.①⑤ C.④⑥ D.③⑥
［答案］ B
［解析］ 邻二甲苯一氯代物有3种：
；间二甲苯一氯代物有4种：
；对二甲苯一氯代物有2种：
；乙苯一氯代物有5种；
;2,2-二甲基丁烷的一氯代物有3种，甲苯的一氯代物有4种。
变式探究6下列有关同分异构体数目的叙述中，不正确的是（ ）
A.甲苯苯环上的1个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种
B.已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为
则A苯环上的二溴代物的同分异构体数目小于A苯环上的四溴代物的同分异构体数目
C.含有5个碳原子的饱和链烃，其一氯代物有8种
D.菲的结构简式为
它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物
［答案］ B
［解析］ 本题考查的是苯环中的同分异构现象。
对于选项B，若逐个书写同分异构体将非常繁琐，还容易多写或漏写，分析题中所给物质A的结构，苯环上剩下6个可被取代的氢原子，2个溴原子取代苯环上的2个氢原子时，得到的二溴代物共有9种。
若将苯环上的6个氢原子改为6个溴原子，则当其中任意2个溴原子被2个氢原子取代时，所得四溴代物（也可理解成二氢代物）的同分异构体也只可能是9种。
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