常见的烃第二单元 芳香烃 7

专题3 常见的烃第二单元芳香烃

课前预习

情景导入

苯是一种重要的化工原料，它广泛用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等。苯还是一种常用的有机溶剂。苯取代之后的一系列生成物，如氯苯、溴苯、苯磺酸等也都是非常重要的有机化工原料。

我们在必修课中学习过，苯不能使溴水褪色，也不会被酸性高锰酸钾溶液氧化，我们还知道，

和是同一种物质而不是同分异构体，这一些事例都证明苯分子中不存在单、双键交替结构。苯分子中碳原子间的化学键是一种介于C—C和C==C之间的特殊共价键，六个键等同。

那么苯具有哪些特殊的化学性质呢，这就是接下来我们即将学习的内容。

知识预览

一、芳香族化合物

1.芳香族化合物是指含有________的有机化合物，并不是指具有芳香气味的有机物。________是芳香族化合物最基本的结构单元。

2.芳香烃是________的简称，________是最简单的芳香烃。

答案：1.苯环苯环

2.芳香族碳氢化合物苯

二、苯的结构及表示

1.苯的化学式为________，其分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于________，为________结构。

2.大量实验表明，在苯分子中不存在独立的________和________，我们常用凯库勒式表示苯的结构，如________，但凯库勒式不能全面反映苯的结构，基于苯环的成键特点，苯的结构又可以表示为________。

答案：1.C6H6同一平面上平面正六边形

2.碳碳单键碳碳双键

三、苯的化学性质

1.苯在一定条件下可以发生取代反应，试完成以下反应方程式：

a.苯和液溴的反应：________________________。

b.苯和浓硝酸、浓硫酸混合物的反应：________________。

2.苯在一定条件下可以与H2发生加成反应，试写出反应方程式：________________。

3.苯可燃，其方程式为________________。

答案：1.

3.2C 6H 6+15O 2

??→?点燃

12CO 2+6H 2O

四、苯的同系物及其性质

1.苯的同系物只有________个苯环，它们可以看成是由苯环上的氢原子被________代替而得到的。写

出下列几种物质的结构简式：甲苯________，乙苯________，对二甲苯________，邻二甲苯________，间二甲苯________。

2.完成以下两个反应方程式：

答案：1.一 烷基

课堂互动

三点剖析

一、苯的结构

苯的结构比较特殊，是考试中的重点和难点，我们一定要深刻理解和重点掌握。

受凯库勒式和苯与氢气在一定条件下能发生加成反应的影响，许多人误认为苯是单、双键交替结构。其实在苯分子中，每个碳原子都采取sp 2杂化，分别与1个氢原子，2个碳原子形成σ键。6个碳原子除了通过6个σ键连接成环外，每个碳原子还分别提供1个p 轨道和1个电子，由6个碳原子共同形成大π键，所以苯分子中6个碳碳键效果完全一致，6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，为平面正六边形结

构，各个键之间的夹角为120°。

二、苯的性质

1.苯的物理性质

苯是无色、带有特殊气味的有毒液体，不溶于水，密度比水小，熔点为5.5 ℃，沸点为80.1 ℃。是一种常用的有机溶剂。

2.苯的化学性质

苯分子的特殊结构决定了苯兼有饱和烃和不饱和烃的性质。 (1)取代反应

①卤代：

溴苯是无色液体，密度比水大。

知识总结：苯的溴代反应注意事项：

(1)制溴苯反应，真正起催化作用的是FeBr 3：2Fe+3Br 2==2FeBr 3。 (2)跟瓶口垂直的长玻璃管兼起导气和冷凝管的作用。

(3)导管出口不能伸入水中，因HBr 极易溶于水，要防止水不倒吸。

(4)导管口附近出现的白雾，是HBr 遇水蒸气所形成的，鉴别生成HBr 的方法是：取锥形瓶内少许溶液，滴加AgNO 3溶液，观察是否有AgBr 淡黄色沉淀生成。

(5)烧瓶中生成的溴苯因溶入溴而显褐色，其提纯的方法是将浴有溴的溴苯倒入盛有NaOH 溶液的烧杯中，振荡，溴苯比水重，沉在下层，用分液漏斗分离出溴苯。

Br 2+2NaOH==NaBr+NaBrO+H 2O

②硝化反应：

硝基苯是一种带有苦杏仁味的、无色的油状液体，密度比水大。

知识总结：苯的硝化反应注意事项：

(1)加入药品顺序：向反应容器中先加入浓HNO 3，再慢慢加入浓H 2SO 4，并及时搅拌，冷却至室温，最后加入苯，并混合均匀。

(2)将反应容器放入水浴中，便于控制温度在50~60 ℃。

(3)反应后的粗产品用5%的NaOH 溶液洗涤，除去产品中残留的HNO 3和H 2SO 4及NO 2。

(4)纯硝基苯呈无色、油状，比水重，有苦杏仁味。 (5)浓H 2SO 4作催化剂和脱水剂。

②加成反应：

(环己烷)

③苯的燃烧：2C 6H 6+15O 2

??→?点燃

12CO 2+6H 2O

因苯含碳量高，故苯在空气里燃烧时火焰明亮并带有浓烟。苯不能被KMnO 4酸性溶液所氧化，也不

与溴水反应(溴水中的溴可被苯萃取)。

三、苯的同系物

苯的同系物中只有一个苯环，它们可以看成是由苯环上的氢原子被烷基代替而得到的。苯的同系物的通式是C n H2n-6(n≥6)。

苯的同系物中，如果与苯环直接连接的碳原子上连有氢原子，该苯的同系物就能使高锰酸钾酸性溶液褪色，与苯环相连的烷基通常被氧化为羧基，且无论侧链烃基有多少个碳原子，氧化后只形成一个羧基

这是苯和苯的同系物的重要区别，也是鉴别苯和苯的同系物的一种方法。

甲苯也能发生卤代、硝代等取代反应，也能与氢气等物质发生加成反应。如：甲苯与浓硝酸、浓硝酸的混合酸在30 ℃时主要获得邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种一取代产物，而在100 ℃时则获得不溶于水的淡黄色针状晶体2,4,6-三硝基甲苯。

+3H2O

因为甲基的存在，使得苯环上甲基两个邻位和一个对位氢变得更加活泼，所以硝基在取代时取代苯环上的2，4，6位，得到的产物为一种烈性炸药，俗称TNT。

苯的另外一种同系物乙苯是一种重要的工业原料，其工业制法如下：

由乙苯脱氢可以制得苯乙烯，苯乙烯加聚可以得到聚苯乙烯，苯乙烯与丁二烯加聚可以得到丁苯橡胶。

四、其他芳香烃

分子中含有多个苯环的芳香烃称为多环芳烃。如：

二苯甲烷：；

联苯：

稠环芳烃萘

各个击破

【例1】苯环结构中，不存在单双键交替结构，可以作为证据的事实是( )

①苯不能使KMnO4(H+)溶液褪色②苯分子中碳原子之间的距离均相等③苯能在一定条件下跟H2加成生成环己烷④经实验测得邻二甲苯仅一种结构⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可以发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色

A.②③④⑤

B.①③④⑤

C.①②④⑤

D.①②③④

思路解析：若苯分子中存在单双键交替结构，则C—C与C==C的键长必然不同，和

的性质必然不同，应互为同分异构体，且C==C的特征反应是使溴水和KMnO4酸性溶液褪色，全面考虑，故应选C。

答案：C

【例2】可以用分液漏斗分离的一组液体混合物是( )

A.溴和四氯化碳

B.苯和溴苯

C.水和硝基苯

D.苯和汽油

思路解析：考查几种物质的相互溶解性，A、B、D三个选项中两种物质互溶，只有C中水和硝基苯不互溶。

答案：C

【例3】实验室用溴和苯反应制取溴苯，得到粗溴苯后，要用如下操作精制：

①蒸馏②水洗③用干燥剂干燥④10%NaOH溶液润洗⑤水洗

正确的操作顺序是( )

A.①②③④⑤

B.②④⑤③①

C.④②③①⑤

D.②④①⑤③

思路解析：首先要了解溴苯的制取，在生成溴苯的同时，有溴化氢生成，得到的粗溴苯中会含有杂质。而后就应该考虑操作的顺序问题。先用水洗可以除去水溶性杂质，如溴化氢、少量的溴；然后用10%NaOH 溶液洗，可把溴转变为水溶性的次溴酸钠除去；然后再用水洗一次，把残存的NaOH洗去；接着用干燥剂除水；最后蒸馏得到纯溴苯。

答案：B

【例4】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合液，加入反应容器中；②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；③在55~60 ℃下发生反应，直至反应结束；④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；⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。填写下列空白：

(1)配制一定比例浓硫酸与浓硝酸的混合酸时，操作注意事项是_____________________。

(2)步骤③中，为了使反应在55~60 ℃下进行，常用的方法是________________________。

(3)步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是_________________________________。

(4)步骤④中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是________________________________。

(5)纯硝基苯是无色、密度比水______(填“小”或“大”)的具有_______气味的液体。

思路解析：配制浓HNO3和浓H2SO4混合液时的操作与稀释浓H2SO4是一样的；而控制温度只要在100 ℃以下，一般就用水浴加热硝基苯难溶于水，生成后与水分层，所以用分液漏斗将其分离；在制得的粗硝基苯中溶有HNO3分解出的NO2，所以用NaOH除去。

答案：(1)先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌冷却(2)将反应器放在55~60 ℃的水浴中加热(3)分液漏斗(4)除去粗产品中残留的NO2(5)大苦杏仁

【例5】烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化成。但若烷基R中直接与苯环连

接的碳原子上没有C—H键，则不容易被氧化得到，现有分子式是C11H16的一烷基取代

苯，已知它可以被氧化的异构体有7种，其中的两种是：

和。请写出其他五种的结构简式。

思路解析：该题实质是考查戊烷的同分异构体问题，先写出戊烷的同分异构体，再用环取代其中的氢即可，再除去与苯环相连的碳上无氢的情况。

答案：、

【例6】下列苯的同系物分别与液溴和铁粉发生反应，苯环上的氢原子被取代，所得一溴代物有三种同分异构体的是( )

A.邻二甲苯

B.间二甲苯

C.对二甲苯

D.乙苯

思路解析：苯的同系物在苯环上有一个氢原子被其他原子或原子团取代后，同分异构体种类的判断，具体方法可采用画对称轴，对称位置是同一种取代产物。例如，邻二甲苯的对称轴及对称位置为：

其中3和6、4和5是两对对称位置，则苯环上的一元取代产物只有两种，同样的方法可判

断出乙苯的同分异构体有3种，间二甲苯有3种同分异构体，对二甲苯有2种同分异构体。

答案：BD

【例7】菲的结构简式为，若它与硝酸反应，可能生成的一硝基菲有( )

A.4种

B.5种

C.6种

D.10种

思路解析：理解菲的结构的对称性，以中间苯环为中线，两边都高度对称，故只分析中间苯环一侧的情况即可。

答案：B

课后集训

基础达标

1.下列说法中正确的是( )

A.分子中有一个或多个苯环的化合物都属于芳香烃

B.分子组成满足C n H2n-6(n≥6)的化合物一定属于芳香烃

C.分子中含有苯环的烃一定属于芳香烃

D.苯及苯的同系物中只含有一个苯环

解析：A选项中没有限制是碳氢化合物，含有苯环的化合物只能一定属于芳香族化合物，但不一定是烃类；B选项中未对结构进行限制，两个叁键的炔烃也可能满足C n H2n-6(n≥6)的通式，苯的同系物满足C n H2n-1(n≥6)的通式满足一个苯环的结构。而含有苯环的烃一定属于芳香烃。本题实质是考查芳香烃、苯及其同系物，芳香族化合物的概念，若考虑问题片面，认为满足通式C n H2n-6(n≥6)的一定属于芳香烃，容易误选B。

答案：CD

2.下列有机物：①硝基苯；②环己烷；③甲苯；④苯磺酸；⑤溴苯；⑥邻二甲苯。其中不能由苯通过一步反应直接制取的是( )

A.②④

B.①③⑤

C.①②⑥

D.③⑥

解析：本题考查苯的基本性质，硝基苯可以由苯的硝化反应制得，环己烷由苯和H2的加成反应而来，苯磺酸可以由苯的磺化反应制得：苯与浓H2SO4的混合物共热至70~80 ℃。

溴苯可以由苯的溴化反应制得，不能直接制取的只有甲苯和邻二甲苯。

答案：D

3.(2006上海高考，13) 2005年11月吉林某化工厂发生爆炸，大量苯类物质进入松花江，其中以硝基苯的危害最大。以下对硝基苯污染认识正确的有…( )

①硝基苯不稳定，能在短时间内挥发而消除②硝基苯是有毒物质，会造成大量水生生物死亡③硝基苯难溶于水，会沉入水底，在河泥中积累④硝基苯和活性炭发生化学反应生成没有毒性的物质

A.①②

B.③④

C.①④

D.②③

解析：硝基苯是一种无色油状液体，不溶于水且密度比水大，有毒。硝基苯较稳定，容易挥发而难分解。硝基苯能被活性炭吸附，但不能与活性炭反应。

答案：D

4.下列各组有机物中，只需加入溴水就能一一鉴别的是( )

A.己烯、苯、四氯化碳

B.苯、己炔、己烯

C.己烷、苯、环己烷

D.甲苯、己烷、己烯

解析：本题为一典型题目，考查常见有机物的物理及化学性质。己烯与溴水发生加成反应使溴水褪色，且加成之后的产物密度比水大，沉在水底。苯与溴水不反应，但可以萃取溴水中溴，又因为苯的密度比水的小，故萃取之后苯在上，水在下。四氯化碳也不与溴水反应，但也可以萃取溴水中的溴，但因为CCl4密度比水的大，萃取之后，水在上，CCl4在下。己炔与溴水发生加成反应，现象与己烯相同，不能区别。甲苯、己烷、环己烷与溴水发生萃取，现象与苯相同，故不能区别。

答案：A

5.已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为，A苯环上的二溴代物有九种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的异构体的数目有( )

A.9种

B.10种

C.11种

D.12种

解析：分析A的结构可以看出，A中苯环上的氢还有6个，考虑A苯环上的四溴代物的异构体问题我们可以这样考虑：将A中苯环上的氢全部用溴替代，然后再用两个氢替换两个溴，则这样得到的同分异构体数目应与用两个溴原子替换两个氢的一致。

答案：A

6.苯甲酸钠是常用的食品防腐剂，其结构简式为，以下对苯甲酸钠描述错误的是( )

A.属于盐类

B.能溶于水

C.属于烃类

D.不易分解

解析：由苯甲酸钠的结构简式可知，苯甲酸钠中含C、H、O、Na四种元素，不属于烃类，C错误；苯甲酸钠的结构中含有—COONa，显然为羧酸盐类化合物，易溶于水(钠盐)，苯甲酸是一种稳定性较强的酸，故其钠盐不易分解。

答案：C

7.已知化合物B3N3H6(硼氮苯)与C6H6(苯)的分子结构相似，如下：

则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为( )

A.2种

B.3种

C.4种

D.6种

解析：硼氮苯和苯具有相似的分子结构，且氮、硼两种原子互相交替，解题时可以这样思考，若一种氯原子首先取代硼原子上的氢原子，根据分子的对称性另一种氯原子有3种可能取代的位置；再考虑，若一种氯原子取代氮原子上的氢原子，则另一种氯原子只有1种取代氢原子的位置。

答案：C

8.下列说法中不正确的是( )

A.分子组成满足C n H2n-6的化合物一定属于芳香烃

B.甲苯与混酸作用一次可向苯环中引入三个—NO2，而苯只能引入一个—NO2，说明甲苯的化学活泼性比苯强

C.二甲苯有三种同分异构体，它们被高锰酸钾酸性溶液氧化后都能生成二元芳香酸

D.2，4，6三硝基甲苯，俗称TNT，是一种黄色烈性炸药

解析：本题考查苯及其同系物的各个知识点。A错，CH

==CH、CH==C H—C CCH、

均满足C n H2n-6 通式，但它们都不属于芳香烃。B中甲基的存在使苯环上2，

4，6号位上的氢变得更加活泼，反过来苯环的存在也使甲基上的氢变得更活泼。C考查苯的同系物被高锰酸钾酸性氧化成羧酸问题。

答案：A

9.等质量的下列烃完全燃烧时所需氧气最多的是…( )

A.C6H6

B.C2H6

C.C2H4

D.C4H6

解析：规律：等质量的烃完全燃烧，氢的质量分数越大，耗氧量越多。等物质的量的烃燃烧，耗氧量多少要综合考虑碳原子数目和氢原子数目。

答案：A

10.绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)( )

解析：关键要搞清楚原子经济性的概念：原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放，选项中只有C 原料分子中的原子全部转变成了乙苯。

答案：C

11.已知苯跟一卤代烷在催化剂作用下，可生成苯的同系物。如在催化剂作用下，由苯和下列各组物质合成乙苯最好应选用的是( )

A.CH 3—CH 3和Cl 2

B.CH 2==CH 2和Cl 2

C.CH 2==CH 2和HCl

D.CH CH 和Cl 2

解析：先有CH 2==CH 2和HCl 反应生成CH 3—CH 2Cl ，再用CH 3—CH 2Cl 与发生取代反应。A

选项得不到纯的CH 3—CH 2Cl ，B 、D 选项得不到CH 3—CH 2Cl 。

答案：C

12.在某一温度下，将20 g 乙炔、30 g 苯乙烯，依次溶于40 g 苯中，所得混合溶液中氢元素的质量分数是( )

A.7.7%

B.7.9%

C.15.4%

D.15.8%

解析：写出三种物质的化学式：乙炔：C 2H 2，苯乙烯：C 8H 8，苯：C 6H 6，三种物质的实验式都是CH ，则氢元素的质量分数为：

1

121 ×100%=7.7%。

答案：A

13.(经典回放)萘环上的碳原子的编号如(Ⅰ)式，根据系统命名法，(Ⅱ)式可称为2-硝基萘，则化合物(Ⅲ)的名称应是( )

A.2，6-二甲基萘

B.1，4-二甲基萘

C.4，7-二甲基萘

D.1，6-二甲基萘

解析：(Ⅰ)中1、4、5、8四个碳原子的位置是等同的，其中任何一个位置都可定为1，则另三个分别为4、5、8。再由命名时，支链位置之和最小的原则，(Ⅲ)的名称为1，6二 甲基萘。

答案：D

14.某烃相对分子质量为106，试求：

(1)该烃的分子式为_________。

(2)该烃如含苯环，则在苯环上的一硝基取代物共有_________种。

解析：烃可分为四类：烷烃、烯烃、炔烃、苯及其同系物，可根据各类烃的通式逐一讨论，确定其分子式和各同分异构体的结构式，再进一步判断该烃的一硝基取代物共有多少种。

(1)此烃若为：

①烷烃：C n H2n+2，M=106，14n+2=106，n=7.43。

②烯烃：C n H2n，M=106，14n=106，n=7.57。

③炔烃：C n H2n-2，M=106，14n-2=106，n=7.71。

④苯及其同系物：C n H2n-6，M=106，14n-6=106，n=8。

n=8为合理数值，即该炔分子式为C8H10。

(2)C8H10为苯的同系物，共有4种同分异构体：

某一硝基取代物(苯环上小圆圈表示取代位置)有：

故C8H10的一硝基取代物共有9种。

答案：(1)C8H10 (2)9

15.用A、B、C三种装置都可制取溴苯。请仔细分析三套装置，然后完成下列问题：

(1)写出三个装置中都发生的化学反应方程式_________、_________；写出B的试管中还发生的化学反应方程式_________。

(2)装置A、C中长导管的作用是___________________________。

(3)B、C装置已连接好，并进行了气密性检验，也装入了合适的药品，接下来要使反应开始，对B应进行的操作是_________，对C应进行的操作是_________。

(4)A中存在加装药品和及时密封的予盾，因而在实验中易造成的不良结果是_________。

(5)B中采用了双球吸收管，其作用是__________________；反应后双球管中可能出现的现象是__________________；双球管内液体不能太多，原因是__________________。

(6)B装置也存在两个明显的缺点，使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是：__________________、__________________。

解析：在FeBr3的作用下，苯与液溴发生取代反应，生成溴苯和HBr；HBr可用AgNO3和HNO3的混合溶液来鉴定；由于反应放热，溴、苯沸点低，易挥发，所以应该有冷凝装置；由于Br2(g)、苯(g)逸入空气会造成环境污染，所以应该有废气吸收装置。

答案：

(1)2Fe+3Br2====2FeBr3

HBr+AgNO3====A gBr↓+HNO3

(2)导气(导出HBr)兼冷凝(冷凝和溴蒸气)

(3)旋转分液漏斗活塞，使Br2和苯的混合物滴到铁粉上托起软橡胶袋使Fe粉沿导管落入溴和苯组成的混合液中

(4)Br2和苯的蒸气逸出，污染环境

(5)吸收反应中随HBr气体逸出的Br2和苯蒸气CCl4由无色变橙色易被气体压入试管中

(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中，原料利用率低导管插入AgNO3溶液中易产生倒吸