第二節(jié)來自石油的煤的兩種基本化工原料

第二節(jié)來自石油的煤的兩種基本化工原料第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)來自石油和煤的兩種基本化工原料(2)——苯與芳香烴學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解苯的物理性質(zhì)和分子組成以及芳香烴的概念；2、掌握苯的結(jié)構(gòu)式并認(rèn)識苯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3、理解共價(jià)單鍵的可旋轉(zhuǎn)性；4、掌握苯的取代反應(yīng)（鹵代反應(yīng)、硝化反應(yīng)）加成反應(yīng)等性質(zhì)。第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月苯的發(fā)現(xiàn)簡史

19世紀(jì)初期，歐洲等許多國家都已普遍使用了煤氣照明，它帶動(dòng)了煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展。而從生產(chǎn)煤氣的原料中制備出煤氣之后，剩下一種油狀液體卻長期無人問津。油狀物的大量廢棄，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。英國科學(xué)家法拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學(xué)家，他想，要將它們變廢為寶，就必須對油狀物進(jìn)行分離提純。煤焦油焦臭黑粘，化學(xué)家忍受著燒烤熏蒸，在爐前塔旁辛勤工作。第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月法拉第花了整整五年的時(shí)間，終于利用蒸餾的方法將油狀液體成功分離，于1825年6月16日，向倫敦皇家學(xué)會(huì)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)一種新的碳?xì)浠衔?，?dāng)時(shí)，法拉第在描述這種無色的液體稱之為“氫的重碳化合物”：略有香味，在一般條件下，它是一種無色的透明液體。當(dāng)把這種液體放到冰水中冷卻到零度時(shí)，它就會(huì)結(jié)晶成固體，在玻璃容器的器壁上長出樹枝狀的結(jié)晶。如果從冰水中取出，讓溫度慢慢上升，這種固體在5.5℃融化。如果把融化的液體暴露在空氣中，最后它會(huì)完全揮發(fā)。當(dāng)時(shí)法拉第稱這種液體稱之為“氫的重碳化合物”。第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月問題思考：

1、有同學(xué)向試管中加入的等體積的水與和苯，如何用最簡單的實(shí)驗(yàn)證明上層液體是水還是苯？

2、從法拉第的實(shí)驗(yàn)中，你能得出苯的熔沸點(diǎn)大約是多少嗎？（與水比較）

3、1mol苯在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是否約為22.4L？第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、苯的物理性質(zhì)

1、無色、有特殊氣味的液體；2、密度比水小，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；3、熔沸點(diǎn)低（熔點(diǎn)5.5℃），易揮發(fā)（沸點(diǎn)80.1℃），用冷水冷卻，苯凝結(jié)成無色晶體；4、苯有毒。

二、苯的分子組成、結(jié)構(gòu)1、分子式：C6H6

（含碳量為92.3﹪）2、最簡式(實(shí)驗(yàn)式)：CH3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（猜一猜）苯分子的結(jié)構(gòu)？根據(jù)苯的分子式，你能寫出其結(jié)構(gòu)式嗎？

19世紀(jì)的科學(xué)家進(jìn)行了研究，當(dāng)時(shí)的有機(jī)化學(xué)剛發(fā)展起來，比較成熟的理論只有“碳四價(jià)學(xué)說”和“碳鏈學(xué)說”。按照我們學(xué)的烷烴、烯烴等不飽和烴的經(jīng)驗(yàn)，C6H6比飽和的烷烴少了8個(gè)H原子，分子中可能有四個(gè)雙鍵?；騼蓚€(gè)雙鍵，一個(gè)叁鍵，或兩個(gè)叁鍵等。請根據(jù)這兩種學(xué)說寫出C6H6可能的鏈狀結(jié)構(gòu)簡式：第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月苯分子可能的結(jié)構(gòu)式（結(jié)構(gòu)式都符合C6H6）：(1)CH

C—CH2—CH2—CCH(2)CH3—CC—CC—CH3(3)CH2CH—CHCH—CCH

(4)CH2C

CH—CH

C

CH2

(5)CHC—C

C—CH2—CH3

【問題】寫的結(jié)構(gòu)都符合C6H6，那這些結(jié)構(gòu)是否正確，該如何驗(yàn)證，我們知道，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)又反映結(jié)構(gòu)。若苯分子為上述結(jié)構(gòu)之一，則其應(yīng)該具有什么重要化學(xué)性質(zhì)？可設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)來證明？第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月P69實(shí)驗(yàn)3-11、苯能否使高錳酸鉀酸性溶液褪色(發(fā)生氧化反應(yīng)）？

2、苯能否使溴水褪色(發(fā)生加成反應(yīng))？（現(xiàn)象）苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水褪色。第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月【結(jié)論】苯不能使酸性的KMnO4溶液褪色也不能使溴水褪色，這與烷烴的性質(zhì)相似，也說明苯分子中不含普通的C=C等不飽和鍵，因此，所有符合C6H6鏈狀結(jié)構(gòu)的上述結(jié)構(gòu)不合理?！局v解】通過上面實(shí)驗(yàn)我們否定了苯的鏈狀結(jié)構(gòu)。苯分子的結(jié)構(gòu)究竟如何，這在十九世紀(jì)是個(gè)很大的化學(xué)之謎，試畫出可能的結(jié)構(gòu)?！就队啊康?0頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月【講解】但實(shí)驗(yàn)證明，苯能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，三棱柱烷又一次被推翻?！局v解】苯分子到底是什么樣的結(jié)構(gòu)呢？這在十九世紀(jì)是一個(gè)很大的化學(xué)之謎。19世紀(jì)的許多科學(xué)家做了許多關(guān)于苯的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，力圖從性質(zhì)出發(fā)推導(dǎo)出苯的結(jié)構(gòu)，其中有這樣兩個(gè)實(shí)驗(yàn)引起了科學(xué)的注意：一是苯與液溴在鐵粉做催化劑的條件下發(fā)生了取代反應(yīng)，這說明苯能發(fā)生取代反應(yīng)，且它的一溴代物只有一種；二是苯在特殊條件下可與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)。第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月【過渡】苯不能使酸性KMnO4溶液氧化，一般情況下也不能與溴發(fā)生加成反應(yīng)，而是發(fā)生取代反應(yīng)，說明苯具有飽和烴的性質(zhì)，不含有C=C；而能與氫氣加成說明苯具有不飽和烴的性質(zhì)，應(yīng)含有C=C，這種相互矛盾的結(jié)論使19世紀(jì)的科學(xué)衫陷入了困境?！局v解】由苯的一溴代物只有一種，說明苯分子的六個(gè)氫原子應(yīng)該是等效的，想到苯可能是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)是不難的，而且由苯與氫氣的加成產(chǎn)物C6H12，想到苯分子中只能有一個(gè)碳環(huán)。但當(dāng)時(shí)要超越碳鏈學(xué)說而想到環(huán)狀結(jié)構(gòu)卻是非常不容易的?！疽曨l】苯的結(jié)構(gòu)背景：苯分子結(jié)構(gòu)的確定曾經(jīng)是困擾19世紀(jì)化學(xué)家的一大難題......1825年，英國科學(xué)家法拉第首先發(fā)現(xiàn)了苯。

1834年，德國科學(xué)家米希爾里希為苯進(jìn)行了命名第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月其后，法國化學(xué)家日拉爾等人確定苯的相對分子質(zhì)量和分子式。

苯分子中碳含量之高，令科學(xué)家們?yōu)橹@訝，從此他們踏上了探究苯結(jié)構(gòu)的漫漫征途。斗轉(zhuǎn)星移，整整近四十個(gè)春秋，讓我們豁然開朗，為之振奮的時(shí)刻出現(xiàn)了。他就是極富想象力的德國化學(xué)家凱庫勒，曾提出了碳四價(jià)學(xué)說和碳原子間可以連接成鏈這一重要學(xué)說。但就是這樣一位想象力豐富的學(xué)者也被曾經(jīng)定勢思維所束縛，曾長期認(rèn)為苯分子結(jié)構(gòu)是鏈狀，因而苦思冥想，不得其解。第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

德國化學(xué)家凱庫勒由于揭開這個(gè)謎而名垂青史。凱庫勒早年曾是建筑系的學(xué)生，有著豐富的想象力。1864年冬天，凱庫勒為探索苯分子的結(jié)構(gòu)殫精竭慮，日則忘食。一個(gè)個(gè)碳原子、氫原子如同建筑中的磚頭，在他的頭腦中構(gòu)筑成了一個(gè)一個(gè)奇妙的分子結(jié)構(gòu)圖景。然而，苯的6個(gè)碳和6個(gè)氫和它獨(dú)特的性質(zhì)，卻使他徹夜難眠，難道自己的想象力枯竭了嗎？雖然他已在草紙上寫下了幾十個(gè)苯的結(jié)構(gòu)，但沒有一個(gè)令人滿意，它將所有的稿紙扔進(jìn)了壁爐，然后就在溫暖的壁爐前睡著了。在夢中，突見一蛇，盤盤焉自食其尾。他象觸電般的猛醒起來，意識到這就是苯的結(jié)構(gòu)，于是，他在1866年提出了以下假設(shè)：【投影】凱庫勒假說：1、苯的六個(gè)碳原子形成環(huán)狀閉合的平面正六邊形；2、每個(gè)碳原子均連接一個(gè)氫原子；3、環(huán)內(nèi)碳碳單雙鍵交替。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月【提問】這一結(jié)構(gòu)式符合“碳四價(jià)”學(xué)說，凱庫勒式是否正確，一些科學(xué)家進(jìn)行思辨的同時(shí)，也有一些科學(xué)家進(jìn)行了實(shí)證研究，試圖有苯的性質(zhì)反映出苯的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)事實(shí)一、1mol苯在一定條件下最多可以與3mol氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成環(huán)己烷；實(shí)驗(yàn)事實(shí)二、苯與液溴在鐵粉的存在下發(fā)生取代反應(yīng)，并且生成的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)?！局v解】首先實(shí)驗(yàn)事實(shí)一給凱庫勒的合理性提供了極大的支持，由于加成的最終產(chǎn)物為C6H12,，說明苯分子有且會(huì)有一個(gè)環(huán)，且有不飽和鍵的存在，其次凱庫勒式也能解釋苯與液溴在鐵粉的存第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月在下發(fā)生取代反應(yīng)，且苯的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)?！局v解】雖然這一理論較好的解釋了苯分子的一溴代物只有一種，且能與氫氣加成等等化學(xué)性質(zhì)，我們應(yīng)該推測出苯的應(yīng)該含有不飽和鍵，能使溴水褪色的性質(zhì)，且二溴取代物應(yīng)該有兩種，但是這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。為了解釋這一結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾，凱庫勒又提出了補(bǔ)充假說：苯分子中碳碳雙鍵與碳碳單鍵不是固定的，而是以一定的頻率快速交替出現(xiàn)的?！局v解】現(xiàn)代科學(xué)對苯分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精準(zhǔn)的研究，提出了苯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）苯分子的結(jié)構(gòu)式：（2）苯分子的結(jié)構(gòu)簡式：

←凱庫勒式

苯分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：或①正六邊形的平面結(jié)構(gòu)（12個(gè)原子共面）；②鍵角是120°，六個(gè)碳碳鍵的鍵長、鍵能均相等；③苯分子中無一般單、雙鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵。【小結(jié)】苯環(huán)上并不是由碳碳單鍵和碳碳雙鍵交替的，凱庫勒的猜想具有一定的局限性。事實(shí)上苯環(huán)上的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊的化學(xué)鍵。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、芳香烴

1、定義：分子中含有一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)的一類碳?xì)浠衔铮瑢儆诜枷銦N。

2、苯—最簡單的芳香烴。（分子通式CnH2n-6）四、苯的化學(xué)性質(zhì)

苯較穩(wěn)定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，能燃燒，但由于其含碳量過高，而出現(xiàn)明顯的黑煙。1、氧化反應(yīng)：第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月BrFeBr3溴苯

＋Br2＋HBr2、取代反應(yīng)（1）苯與液溴的反應(yīng)溴苯是一種無色油狀液體，密度比水大，不溶于水。（2）苯與硝酸的反應(yīng)

苯在50℃～60℃時(shí)，在濃硫酸作用下，可以與濃硝酸發(fā)生取代反應(yīng)NO2硝基苯濃硫酸△＋HNO3＋H2O硝基苯，無色，油狀液體，苦杏仁味，有毒，密度>水，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月3、苯的加成反應(yīng)

苯在特定條件下，也可以發(fā)生加成反應(yīng)。比如在鎳催化下，可以與氫氣加成。

環(huán)已烷

苯跟氫氣在鎳存在的條件下加熱可生成環(huán)已烷，像烷烴一樣飽和，故其化學(xué)性質(zhì)與烯烴相似。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月【知識拓展】苯與氯氣發(fā)生加成制得農(nóng)藥六六六【小結(jié)】總之，苯既具有飽和烴的性質(zhì)，又具有不飽和烴的性質(zhì)，而且它進(jìn)行取代反應(yīng)比飽和烴要容易，進(jìn)行加成反應(yīng)比不飽和烴要困難，苯的這種特殊性質(zhì)常稱為苯的芳香性。【化學(xué)性質(zhì)小結(jié)】易取代、難加成、難氧化第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月芳香烴—苯的性質(zhì)小結(jié)一、苯的物理性質(zhì)

1、無色、有特殊氣味的液體；2、密度比水小，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；3、熔沸點(diǎn)低，易揮發(fā)。（熔點(diǎn)5.5℃，沸點(diǎn)80.1℃），用冷水冷卻，苯凝結(jié)成無晶體；4、苯有毒。

二、苯的分子結(jié)構(gòu)1、分子式：C6H6

（相對分子質(zhì)量為78，含碳量約為92.3﹪

）2、最簡式(實(shí)驗(yàn)式)：CH3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月苯分子的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式（凱庫勒式）：或僅用短線的形式表示有機(jī)物分子中的碳碳鍵的結(jié)構(gòu)簡式——鍵線式。

每一個(gè)拐點(diǎn)（或端點(diǎn)）表示1個(gè)碳原子?！癈—H”不能寫出。第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、苯的化學(xué)性質(zhì)1、氧化反應(yīng)：不能使酸性KMnO4溶液褪色第24頁，課件共2