《芳香烴》 名師獲獎(jiǎng)

芳香烴一、苯1．苯的結(jié)構(gòu)分子式：____________________結(jié)構(gòu)式：____________________結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：____________________空間構(gòu)型：____________________苯分子結(jié)構(gòu)中，各個(gè)鍵之間的夾角都是________。雖然苯的結(jié)構(gòu)式寫成單、雙鍵交替的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但苯分子里6個(gè)碳原子之間的鍵________，苯分子中六元環(huán)上的碳碳間的鍵是________鍵。2．苯的化學(xué)性質(zhì)苯分子中特殊的鍵決定了其化學(xué)性質(zhì)的獨(dú)特性：兼有________烴、________烴的性質(zhì)，能發(fā)生________反應(yīng)和________反應(yīng)。(1)取代反應(yīng)：①苯與溴的取代：化學(xué)方程式為：_________②苯與硝酸的取代：化學(xué)方程式為：__________(2)加成反應(yīng)：苯與H2的加成反應(yīng)方程式為：____________________(3)苯的燃燒反應(yīng)方程式為：____________________①因苯的含碳量________(與C2H2相同)，苯在空氣里燃燒時(shí)________；②苯________被KMnO4酸性溶液氧化，也________溴水反應(yīng)(溴水中的溴可被苯萃取)。二、苯的同系物1．苯的同系物的概念苯的同系物是指苯環(huán)上的________被________的產(chǎn)物。如甲苯(C7H8)、二甲苯(C8H10)等，故苯的同系物的通式為____________________。2．苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)(1)苯的同系物的氧化反應(yīng)：苯的同系物(如甲苯)能使________褪色。苯的同系物的燃燒與苯的燃燒現(xiàn)象相似。(2)苯的同系物的取代反應(yīng)：由甲苯生成TNT的化學(xué)方程式為：____________________________。生成物名稱____________________，又叫TNT，是一種________色晶體，是一種________。三、芳香烴的來源及其應(yīng)用1．芳香烴分子里含有一個(gè)或多個(gè)________的烴叫芳香烴。2．芳香烴的來源(1)________；(2)石油化學(xué)工業(yè)中的________等工藝?！敬鸢浮?/p>

一、2．飽和不飽和取代加成1．既然苯分子中的碳碳鍵是一種介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間獨(dú)特的鍵。那為什么還要使用凱庫(kù)勒式來表示苯環(huán)？提示：這是由于歷史意義和習(xí)慣的原因，更是為了紀(jì)念凱庫(kù)勒。2．關(guān)于苯的同系物應(yīng)注意哪幾個(gè)問題？(2)苯的同系物與芳香烴的關(guān)系：苯的同系物是芳香烴，而芳香烴不一定是苯的同系物。3．如何用“結(jié)構(gòu)相似即性質(zhì)相似，原子和原子團(tuán)相互影響使性質(zhì)發(fā)生變化”的觀點(diǎn)、方法來分析認(rèn)識(shí)苯的同系物的性質(zhì)？提示：苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)既具有苯環(huán)和側(cè)鏈烷基的性質(zhì)，如苯環(huán)的取代和加成反應(yīng)，烷基上的取代反應(yīng)；又有兩者相互影響所產(chǎn)生的不同于苯的特性。(1)苯環(huán)對(duì)側(cè)鏈的影響，使側(cè)鏈能被KMnO4酸性溶液氧化。1．苯的分子結(jié)構(gòu)(1)苯的分子結(jié)構(gòu)注意：苯環(huán)中碳碳鍵的鍵長(zhǎng)介于單鍵和雙鍵之間，這就說明苯環(huán)中的鍵既不是雙鍵也不是單鍵，而是介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵，同時(shí)，也可以說明苯環(huán)中鍵的活潑性介于單雙鍵之間，同時(shí)具有飽和烴和不飽和烴的性質(zhì)?！纠?】能說明苯分子的平面正六邊形結(jié)構(gòu)中，碳原子間不是單雙鍵交替的事實(shí)是(

)A．苯的二元取代物無同分異構(gòu)體B．苯的鄰位二元取代物只有一種C．苯的間位二元取代物只有一種D．苯的對(duì)位二元取代物只有一種【解析】解答此類題型通常采用的方法是“反證法”，為了證明苯環(huán)不是單雙鍵交替的結(jié)構(gòu)，應(yīng)先假設(shè)它是這樣的結(jié)構(gòu)，再結(jié)合各選項(xiàng)進(jìn)行判斷，即可找出正確答案。關(guān)于苯的下列說法中不正確的是(

)A．組成苯的12個(gè)原子在同一平面上B．苯環(huán)中6個(gè)碳碳鍵鍵長(zhǎng)完全相同C．苯環(huán)中碳碳鍵的鍵能介于C—C和C—C之間D．苯只能發(fā)生取代反應(yīng)【答案】

D苯環(huán)結(jié)構(gòu)中不存在碳碳單、雙鍵的交替結(jié)構(gòu)，下列可以作為證據(jù)的事實(shí)是(

)①苯不能使高錳酸鉀酸性溶液褪色②苯不能使Br2水因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而褪色③苯在加熱和有催化劑存在的條件下能還原成環(huán)己烷④苯中碳碳鍵長(zhǎng)完全相等⑤鄰二氯苯只有一種⑥間二氯苯只有一種A．①②B．①⑤C．③④⑤⑥ D．①②④⑤【答案】

D苯的化學(xué)性質(zhì)比烯烴、炔烴穩(wěn)定，但由于苯分子中的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵，使苯在一定條件下既能發(fā)生取代反應(yīng)(與烷烴類似)，又能發(fā)生加成反應(yīng)(與烯烴類似)。(2)取代反應(yīng)：①鹵代反應(yīng)——溴代反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示。實(shí)驗(yàn)操作：a.連接好儀器，檢查裝置的氣密性。b．在三頸燒瓶中加入少量鐵粉，向三頸燒瓶上冷凝水的一個(gè)分液漏斗中加入5mL苯和1mL液溴的混合物。c．向另一個(gè)分液漏斗中加入30mL10%的氫氧化鈉溶液。d．在錐形瓶中加入蒸餾水，在干燥管中加入堿石灰。通入冷凝水。e．先向三頸燒瓶中加入苯和液溴的混合物，觀察三頸燒瓶和錐形瓶中出現(xiàn)的現(xiàn)象。f．反應(yīng)完畢，向三頸燒瓶中加入氫氧化鈉溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：a.三頸燒瓶?jī)?nèi)充滿紅棕色氣體，液體呈微沸狀態(tài)。b．錐形瓶?jī)?nèi)充滿白霧。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯與液溴可以反應(yīng)并有溴化氫生成，進(jìn)而說明苯可以與純鹵素發(fā)生取代反應(yīng)。b．導(dǎo)管的作用：一是導(dǎo)氣，二是冷凝揮發(fā)出的苯和溴，使之回流，并冷凝生成的溴苯。注意導(dǎo)管末端不可插入錐形瓶?jī)?nèi)液面以下，否則將發(fā)生倒吸。c．因?yàn)殇灞降姆悬c(diǎn)較高，所以溴苯留在燒瓶中，而HBr揮發(fā)出來。②硝化反應(yīng)。硝化反應(yīng)是指苯分子里的氫原子被硝基(—NO2)所取代的反應(yīng)，屬于取代反應(yīng)的范疇。實(shí)驗(yàn)操作(如圖所示)：a.在試管中加入濃HNO3和濃H2SO4的混合溶液。b．混酸冷卻到50°C以下，再加入1mL苯，塞好橡皮塞，在50°C～60°C的水浴中加熱。c．反應(yīng)完畢后，將混合物倒入盛有水的燒杯中，觀察生成物的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：混合物在水中分層，下層油狀物質(zhì)有苦杏仁味。注意事項(xiàng)：a.濃硝酸和濃硫酸的混合酸要冷卻到55°C～60°C以下，再慢慢注入苯，邊加邊振蕩，該反應(yīng)放熱，溫度過高，苯易揮發(fā)，且硝酸也會(huì)分解，同時(shí)苯和濃硫酸在70°C～80°C時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。b．采用水浴加熱的一般條件：需要加熱，而且一定要將溫度控制在100°C以下，均可采用水浴加熱。如果溫度超過100°C，還可采用油浴(0～300°C)，沙浴溫度更高。c．溫度計(jì)的位置：必須放在或懸掛在水浴中。(3)加成反應(yīng)：雖然苯不具有典型的碳碳雙鍵所應(yīng)有的加成反應(yīng)的性質(zhì)，但在特定的條件下，苯仍然能發(fā)生加成反應(yīng)。例如，在有催化劑鎳的存在下，加熱到180°C～250°C，苯可以與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷(C6H12)。【解析】物質(zhì)的性質(zhì)推測(cè)可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)的相似性來分析解答，苯乙烯分子中含有苯環(huán)和碳碳雙鍵，其性質(zhì)應(yīng)與苯、乙烯有相似之處，從分子結(jié)構(gòu)看，是兩個(gè)平面結(jié)構(gòu)的組合，而這兩個(gè)平面有可能重合，故⑥的說法正確；苯環(huán)上可發(fā)生取代反應(yīng)，故⑤的說法正確；碳碳雙鍵可被酸性KMnO4溶液氧化，也可發(fā)生加聚反應(yīng)，故①②說法正確；苯乙烯屬于烴類，而烴類都難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，故③的說法不正確而④的說法正確?！敬鸢浮?/p>

C【例3】

某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示裝置制取少量溴苯，請(qǐng)回答下列問題：(1)寫出實(shí)驗(yàn)室制取溴苯的化學(xué)方程式：______。(2)上述反應(yīng)在一定條件下發(fā)生，反應(yīng)結(jié)束后，在錐形瓶中加入硝酸銀溶液觀察到的現(xiàn)象是______，這些現(xiàn)象能否說明溴和苯發(fā)生了取代反應(yīng)(填“能”或“不能”)______，理由是________________________。(3)反應(yīng)后得到的溴苯中溶有少量苯、溴、三溴苯、溴化鐵和溴化氫等雜質(zhì)，欲除去上述雜質(zhì)，得到無水溴苯的合理實(shí)驗(yàn)操作步驟可設(shè)計(jì)為(分液操作已略去)：①水洗，②堿洗，③水洗，④______，⑤______。(4)上述操作②堿洗的主要目的是(填序號(hào))____。A．除三溴苯和溴化氫B．除溴化鐵和三溴苯C．除溴和溴化氫D．除苯和溴【解析】苯與溴取代會(huì)生成HBr，HBr會(huì)與AgNO3溶液生成淺黃色的AgBr沉淀；但生成溴化銀沉淀并不能證明該反應(yīng)一定生成了HBr，因?yàn)榉磻?yīng)物液溴易揮發(fā)，在反應(yīng)劇烈且放熱的情況下更容易揮發(fā)，揮發(fā)出的溴溶于水，生成的HBr一樣會(huì)與AgNO3溶液生成淺黃色的AgBr沉淀。水洗后有機(jī)物中會(huì)混入少量的水，所以需要干燥，而溴苯中混有的有機(jī)物必須用蒸餾的方法除去。杭甬高速公路蕭山路段一輛運(yùn)送化學(xué)物品的槽罐車側(cè)翻，罐內(nèi)15t苯泄入路邊300m長(zhǎng)的水渠，造成嚴(yán)重危險(xiǎn)，許多新聞媒體進(jìn)行了報(bào)道，以下報(bào)道中有科學(xué)性錯(cuò)誤的是(

)A．由于大量苯溶入了水中滲入土壤，會(huì)對(duì)周邊農(nóng)田、水源造成嚴(yán)重污染B．由于苯是一種易揮發(fā)、易燃的物質(zhì)，周圍地區(qū)如果有一點(diǎn)火星就可能引起爆炸C．可以采取抽吸水渠中上層液體的辦法，達(dá)到部分清除泄漏物的目的D．處理事故時(shí)，由于事故發(fā)生地周圍比較空曠，有人提出用點(diǎn)火梵燒的辦法來清除泄漏物，但由于苯燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的黑煙，擴(kuò)大污染，所以該辦法未被采納【解析】苯是一種不溶于水的液體，所以不會(huì)有大量苯溶入水中滲入土壤，對(duì)周邊農(nóng)田、水渠造成嚴(yán)重污染，A項(xiàng)不正確；苯是一種易揮發(fā)、易燃的物質(zhì)，遇明火就可能引起爆炸，B項(xiàng)正確；苯是一種不溶于水但密度比小水的液體，所以可以采取抽吸水渠中上層液體的辦法，達(dá)到部分清除泄漏物的目的，C項(xiàng)正確；苯中含碳量很高，燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的黑煙，D項(xiàng)正確。【答案】

A將苯與溴水混合，充分振蕩后靜置，用分液漏斗分出上層液體放置于試管中，若向其中加入一種試劑，可發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生白霧，這種試劑可能是(

)A．亞硫酸鈉 B．溴化鐵C．鋅粉 D．鐵粉【答案】

BD1．苯的同系物(1)通式：CnH2n－6(n≥6)(2)甲苯和二甲苯(3)苯的同系物分子里都含有且只有一個(gè)苯環(huán)結(jié)構(gòu)，苯環(huán)上的側(cè)鏈全為烷烴基。(4)苯的同系物的物理性質(zhì)隨碳原子數(shù)的增加呈現(xiàn)有規(guī)律的遞變。注意：苯的同系物都是芳香烴，但是芳香烴不一定是苯的同系物。注意：苯與苯的同系物化學(xué)性質(zhì)的差異：苯的同系物由于苯環(huán)和側(cè)鏈的相互影響，使與苯環(huán)相連的側(cè)鏈可被酸性KMnO4溶液氧化，從而使酸性KMnO4溶液的紫紅色褪去，可依此鑒別苯和苯的同系物。(2)取代反應(yīng)①與Br2反應(yīng)b．生成物三硝基甲苯，又叫TNT，淡黃色針狀晶體，是一種炸藥。由于側(cè)鏈對(duì)苯環(huán)的影響，使苯環(huán)上的取代反應(yīng)比苯的取代反應(yīng)容易進(jìn)行。3．芳香烴的來源及其作用(1)主要來源：煤的干餾和石油的催化重整。(2)煤的綜合應(yīng)用【例4】下列說法中，正確的是(

)A．芳香烴的分子通式是CnH2n－6(n≥7，n∈N)B．苯的同系物是分子中僅含有一個(gè)苯環(huán)的所有烴類物質(zhì)C．苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色D．苯和甲苯都能與鹵素單質(zhì)、硝酸等發(fā)生取代反應(yīng)【解析】芳香烴是分子中含一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)的烴類化合物，而苯的同系物僅指分子中含有一個(gè)苯環(huán)，苯環(huán)的側(cè)鏈全部為烷基的烴類化合物，其通式為CnH2n－6(n≥7，n∈N)；苯和甲苯都能與鹵素單質(zhì)、硝酸等發(fā)生取代反應(yīng)，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，這是由于苯環(huán)與側(cè)鏈之間的影響所致。【答案】

D【例5】今有A、B、C三種二甲苯，將它們分別進(jìn)行一硝化反應(yīng)，得到產(chǎn)物分子式都是C8H9NO2，但A得到兩種產(chǎn)物，B得到三種產(chǎn)物，C只得到一種產(chǎn)物。由此可判斷A、B、C是下列哪一種結(jié)構(gòu)，請(qǐng)將字母填入結(jié)構(gòu)式后面的括號(hào)中。【解析】分別確定出三種二甲苯中苯環(huán)上的氫原子的位置，氫原子的位置有幾種，它們的一硝基取代產(chǎn)物就有幾種，確定的方法是根據(jù)對(duì)稱的思想找等效氫?！敬鸢浮?/p>

C

A

B【點(diǎn)撥】對(duì)含有苯環(huán)的芳香族化合物的同分異構(gòu)體，要注意結(jié)合分子對(duì)稱性進(jìn)行分析。鑒別苯和苯的同系物的方法或試劑是(

)A．液溴和鐵粉B．濃溴水C．酸化的KMnO4溶液D．在空氣中點(diǎn)燃【解析】苯和苯的同系物的共同性質(zhì)：①與液溴或硝酸在催化劑作用下發(fā)生取代反應(yīng)；②在空氣中燃燒且現(xiàn)象相似；③與H2能發(fā)生加成反應(yīng)。不同點(diǎn)：苯的同系物能被KMnO4酸性溶液氧化，而苯不能?！敬鸢浮?/p>

C下列關(guān)于甲苯的實(shí)驗(yàn)中，能說明側(cè)鏈對(duì)苯環(huán)有影響的是(

)A．甲苯硝化生成三硝基甲苯B．甲苯能使高錳酸鉀酸性溶液褪色C．甲苯燃燒帶有濃厚的黑煙D．甲苯與氫氣可以發(fā)生加成反應(yīng)【解析】苯硝化發(fā)生一取代，而甲苯硝化發(fā)生三取代?！敬鸢浮?/p>

A1．由相對(duì)分子質(zhì)量推求烴的分子式的方法(1)各類烴的通式(見下表)名稱烷烴烯烴(或環(huán)烷烴)炔烴(或二烯烴)苯及苯的同系物通式CnH2n＋2CnH2nCnH2n－2CnH2n－6n值n≥1n≥2(或n≥3)n≥2(或n≥3)n≥6(2)在掌握各類烴的通式的基礎(chǔ)上，由相對(duì)分子質(zhì)量推求烴的分子式可采用如下的“商值通式”判斷法，其規(guī)律是：假設(shè)某烴的相對(duì)分子質(zhì)量為Mr，則有①若Mr能被14整除，可推知為烯烴或環(huán)烷烴(通式均為CnH2n)，其商為碳原子數(shù)。②若Mr＋2能被14整除，可推知為炔烴或二烯烴(通式均為CnH2n－2)，其商為碳原子數(shù)。③若Mr－2能被14整除，可推知為烷烴(CnH2n＋2)，其商為碳原子數(shù)。④若Mr＋6能被14整除，可推知為苯或苯的同系物(通式為CnH2n－6)，其商為碳原子數(shù)。⑤12個(gè)氫原子相當(dāng)于1個(gè)碳原子的式量，所以相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴(CnHm)其分子式也可能為，Cn＋1Hm－12。2．各類烴與液溴、溴水、KMnO4酸性溶液