2021新人教版高中化学选修5第二章第二节《芳香烃》word学案

第二节芳香烃

[学习目标定位] 1.认识苯的分子结构和化学性质，学会溴苯、硝基苯的实验室制取。2.知道苯的同系物的结构与性质的关系，知道芳香烃的来源及其应用。

1．苯是无色、有特殊气味的液体，把苯倒入盛碘水的试管中，振荡，静置，发现液体分层，上层呈紫红色，下层呈无色，说明苯的密度比水小，而且不溶于水。加几滴植物油于盛苯的试管中，振荡，发现植物油溶于苯，说明苯是很好的有机溶剂。将盛有苯的两个试管分别插入沸水和冰水中，将会发现前者沸腾，后者凝结成无色晶体。

2．苯的分子式是C6H6，结构简式是，其分子结构特点:

(1)苯分子为平面正六边形结构；

(2)分子中6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内；

(3)6个碳碳键键长完全相同，是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊化学键。

3．苯易发生取代反应，能发生加成反应，难被氧化，其化学性质不同于烷烃和烯烃。(1)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，在空气中能够燃烧，燃烧时产生明亮的火焰并有浓烟

产生，燃烧的化学方程式为

(2)①苯不与溴水反应，但在催化剂作用下能与液溴发生取代反应，反应方程式为

②苯与浓硝酸反应的化学方程式为

(3)一定条件下，苯能与H2发生加成反应，反应方程式为

探究点一溴苯和硝基苯的实验室制取

1．溴苯的实验室制取

(1)实验装置如下图所示。装置中的导管具有导气、冷凝回流作用。

(2)将苯和少量液溴放入烧瓶中，同时加入少量铁屑作催化剂，用带导管的塞子塞紧。观察实验现象:

①常温下，整个烧瓶内充满红棕色气体，在导管口有白雾(HBr遇水蒸气形成)；

②反应完毕后，向锥形瓶中滴加AgNO3溶液，有淡黄色的AgBr沉淀生成；

③把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里，烧杯底部有褐色不溶于水的液体生成。

2．实验室制备硝基苯的实验装置如右图所示，主要步骤如下:

①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸混合酸，加入反应器中。

②向室温下的混合酸中逐滴加入一定质量的苯，充分振荡，混合均匀。

③在50～60 ℃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)配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸混合酸时，操作注意事项是。

(2)步骤③中，为了使反应在50～60 ℃下进行，常用的方法是。

(3)步骤④中洗涤和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”)、具有味的油状液体。答案(1)先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌和冷却(2)将反应器放在50～60 ℃的水浴中加热

(3)分液漏斗(4)除去粗产品中残留的酸(5)大苦杏仁

特别提醒①浓硫酸与浓硝酸混合时，应先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌和冷却。如果先注入浓硫酸，再注入浓硝酸，会造成浓硝酸受热迸溅、挥发。②反应温度是50～60 ℃，为方便控制，所以用水浴加热。

[归纳总结]

(1)苯与溴的反应中应注意的问题

①应该用纯溴，苯与溴水不反应。

②要使用催化剂Fe或FeBr3，无催化剂不反应。

③锥形瓶中导管不能插入液面以下的原因是HBr极易溶于水，防止倒吸。

(2)苯的硝化反应中应注意的问题

①浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂。

②必须用水浴加热，且在水浴中插入温度计测量温度。

[活学活用]

1．某化学课外小组用下图装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞关闭)中。

(1)写出A中反应的化学方程式: 。

(2)观察到A中的现象是。

(3)实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是，写出有关的化学方程式: 。

(4)C中盛放CCl4的作用是。

(5)要证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明。另一种验证的方法是向试管D中加入，现象是。

答案(1)

(2)反应液微沸，有红棕色气体充满反应器A

(3)除去溶于溴苯中的溴Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O

(4)除去溴化氢气体中的溴蒸气

(5)石蕊试液溶液变红色(其他合理答案也可)

解析本题主要考查溴苯制备过程中的细节问题。由于苯、液溴的沸点较低，且反应

为放热反应，故A中观察到的现象为反应液微沸，有红棕色气体充满反应器A。HBr中混有的Br2在经过CCl4时被吸收；在制备的溴苯中常混有Br2，一般加入NaOH溶液中，Br2因发生反应Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O而被除去。

若该反应为取代反应则必有HBr生成，若为加成反应则没有HBr生成，故只需检验D中是否含有大量H＋或Br－即可。

理解感悟粗溴苯的提纯:粗溴苯中往往因含少量Br2而呈褐色，将粗溴苯与NaOH溶液混合，振荡、静置后分液，可得无色的溴苯。Br2与NaOH溶液反应后生成的无机酸盐进入水层，溴苯不溶于水且比水重，振荡，静置后出现分层现象，下层为溴苯。

探究点二苯的同系物、芳香烃及其来源

1．苯的同系物的组成和结构特点

(1)苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物，其分子中只有一个苯环，侧链都是烷基，通式为C n H2n－6(n>6)。

(2)分子式C8H10对应的苯的同系物有4种同分异构体，分别为

2．苯的同系物的化学性质

(1)氧化反应

①苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化，实质是苯环上的甲基被酸性KMnO4溶液氧化。

②苯的同系物均能燃烧，火焰明亮有浓烟，其燃烧的化学方程式的通式为

③鉴别苯和甲苯的方法:滴加酸性KMnO4溶液，溶液褪色的是甲苯。

(2)取代反应

甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在一定条件下反应生成三硝基甲苯，化学方程式为

，三硝基甲苯的系统命名为2,4,6-三硝基甲苯，又叫TNT，是一种淡黄色晶体，不溶于水。它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路等。

(3)加成反应

3．芳香烃及其来源

(1)芳香烃是分子里含有一个或多个苯环的烃。下列物质中为芳香烃的是②③⑤。

(2)1845年至20世纪40年代煤是芳香烃的主要来源。20世纪40年代以后，通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

[归纳总结]

(1)苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响，苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而被氧化。苯的同系物被氧化时，不论它的侧链长短如何，氧化都发生在跟苯环直接相连的碳原子上。

(2)侧链对苯环的影响，使苯环上与甲基邻、对位上的H原子变得活泼，甲苯与硝酸反应时，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。

[活学活用]

2．下列说法中，正确的是( )

A．芳香烃的分子通式是C n H2n－6(n≥6，且n为正整数)

B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物

C．苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色

D．苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应

答案 D

解析芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物；而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环，且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，苯的同系物的通式为C n H2n－6(n>6，且n为正整数)；苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。

3．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．甲苯通过硝化反应生成三硝基甲苯

B．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色

C．甲苯燃烧时产生很浓的黑烟

D．1 mol甲苯与3 mol氢气发生加成反应

答案 A

解析侧链对苯环的影响，应是原来无侧链时没有的性质，现在因为有侧链而有了相应的性质。A选项中甲苯硝化反应生成三硝基甲苯，和没有支链时苯的硝化反应不一样，所以A正确；B选项中是苯环对甲基的影响，造成甲基被氧化；C选项中产生黑烟是苯中碳的含量高造成的；D选项中无论是苯还是苯的同系物均能与H2发生加成反应并且比例为1∶3。

苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同

苯苯的同系物

相

同

点

结构组成

①分子中都含有一个苯环

②都符合分子通式C n H2n－6(n≥6)

化学性质

①燃烧时现象相同，火焰明亮，伴有浓烟

②都易发生苯环上的取代反应

③都能发生加成反应，都比较困难

不

同

点

取代反应

易发生取代反应，主要

得到一元取代产物

更容易发生取代反应，

常得到多元取代产物

氧化反应

难被氧化，不能使酸性

KMnO4溶液褪色

易被氧化剂氧化，能使

酸性KMnO4溶液褪色

差异原因

苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响，苯环

影响侧链，使侧链烃基性质活泼而易被氧化。侧

链烃基影响苯环，使苯环邻、对位的氢更活泼而

被取代

1．下列有关芳香烃的说法中，正确的是( )

A．苯是结构最简单的芳香烃

B．芳香烃的通式是C n H2n－6(n≥6)

C．含有苯环的有机化合物一定属于芳香烃

D．芳香烃就是苯和苯的同系物

答案 A

解析苯的同系物的通式是C n H2n－6(n≥6，且n为正整数)，而芳香烃没有固定的通式，B项错；芳香烃要满足两点:苯环和碳氢化合物，所以含有苯环的有机物不一定属于芳香烃，C、D项错。

2．下列分子中所有碳原子不在同一平面上的是( )

A．2-丁烯B．甲苯

C．1-丁烯D．

答案 C

解析与双键相连的6个原子一定在同一平面内；苯环上的12个原子是共面的；与三键相连的2个碳原子及每个碳原子所连的1个原子在同一直线上。

3．与链烃相比，苯的化学性质的主要特征是( )

A．难氧化、难取代、难加成

B．易氧化、易取代、易加成

C．难氧化、易取代、难加成

D．易氧化、易取代、难加成

答案 C

解析苯中的碳碳键比较特殊，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的化学键，难氧化也难加成，但是在一定条件下易发生取代反应。

4．下列说法不正确的是( )

A．在有机物中碳原子与其他原子最多形成4个共价键

B．用溴水既可以鉴别甲烷和乙烯，也可以除去甲烷中的乙烯

C．煤中含有大量的苯、甲苯、二甲苯等有机物，可以通过干馏的方法将其提纯出来

D．用酸性高锰酸钾溶液可以鉴别己烷和甲苯

答案 C

解析碳原子最外层有4个电子，最多与其他原子形成4个共价键；乙烯可以使溴水褪色并被溴水吸收，而甲烷不能使溴水褪色也不被溴水吸收；煤中并非含有大量的苯、甲苯、二甲苯，而是其干馏产物煤焦油中含有大量以上三种物质，通过分馏得到它们；甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而己烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。

5．目前，化学家们已合成了一系列有机物:

根据这一系列有机物的规律，试回答:

(1)写出联m苯的化学式 (用m表示)。

(2)该系列有机物中，其中含碳量最高的化合物碳含量百分率约为 (保留三位有效数字)。

(3)若联苯中C—C能自由旋转，那么联苯的二氯取代物有种。

答案(1)C6m H4m＋2(m≥2)

(2)94.7%

(3)12

[基础过关]

一、苯的分子结构与性质

1．苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构，可以作为证据的事实有( )

①苯的间位二取代物只有一种②苯的邻位二取代物只有一种③苯分子中碳碳键的键长均相等④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色⑤苯在加热和催化剂存在条件下，与氢气发生加成反应⑥苯在FeBr3存在的条件下，与液溴发生取代反应，但不能因化学变化而使溴水褪色

A．①②③④ B．②③④⑥

C．③④⑤⑥ D．全部

答案 B

解析苯不能因化学变化使溴水褪色、不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，都说明苯分子中没有典型的双键。若苯环上具有单键和双键交替的结构，碳碳键的键长应该不等(双键键长比单

键键长短)，其邻位二氯代物应该有两种，而间位二氯代物只有一种。

2．下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是( )

A．苯是无色带有特殊气味的液体

B．常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体

C．苯在一定条件下能与溴发生取代反应

D．苯不含真正的双键，故不可能发生加成反应

答案 D

解析苯是没有颜色，带有特殊气味的液体，苯有毒，不溶于水，密度比水小，熔点为5.5 ℃，沸点为80.1 ℃。苯在铁粉作催化剂的条件下和液溴发生取代反应；在一定条件下，苯还可以和氢气发生加成反应生成环己烷。

3．下列有关苯的叙述中错误的是( )

A．苯在催化剂作用下能与液溴发生取代反应

B．在一定条件下苯能与氯气发生加成反应

C．在苯中加入酸性高锰酸钾溶液，振荡并静置后下层液体为紫红色

D．在苯中加入溴水，振荡并静置后下层液体为橙红色

答案 D

解析苯能萃取溴水中的溴，由于苯的密度比水小，所以振荡并静置后上层液体为橙红色。4．除去溴苯中少量溴的方法是( )

A．加入苯使之反应

B．加入KI

C．加NaOH溶液后静置分液

D．加CCl4萃取后静置分液

答案 C

二、苯的同系物的性质

5．若用一种试剂可将四氯化碳、苯及甲苯三种无色液体鉴别出来，则这种试剂是( ) A．硫酸B．水

C．溴水D．酸性高锰酸钾溶液

答案 D

解析能使酸性KMnO4溶液褪色的是甲苯；液体分层，上层为无色层的是苯，下层为无色层的是CCl4。

6．下列变化属于取代反应的是( )

A．苯与溴水混合，水层褪色

B．乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色

C．甲苯制三硝基甲苯

D．苯和氯气在一定条件下生成六氯环己烷

答案 C

三、苯的同系物的同分异构体

7．间二甲苯苯环上的一个氢原子被—NO2取代后，其一元取代产物有( )

A．1种B．2种C．3种D．4种

答案 C

解析判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时，通常采用“对称轴”法。即在被取代的主体结构中，找出对称轴，取代基只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。如二甲苯的对称轴如下(虚线表示):

邻二甲苯(小圆圈表示能被取代的位置)，间二甲苯，对二甲苯

。因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。8．已知甲苯的一氯代物有4种同分异构体，将甲苯完全氢化后，再发生氯代反应，其一氯代物的同分异构体数目有( )

A．4种B．5种C．6种D．7种

答案 B

解析将甲苯完全氢化得到甲基环己烷:，在—CH3上、与—CH3相连的碳原子的邻、间、对位及与—CH3相连的碳原子上的氢原子可以被氯原子取代而得到5种一

氯代物，图示为。

9．下列烃中苯环上的一氯代物的同分异构体数目最少的是( )

A．邻二甲苯B．间二甲苯

C．对二甲苯D．乙苯

答案 C

解析四种物质苯环上的一氯代物的同分异构体数分别为2、3、1、3。分子的对称性越强，其一氯代物的同分异构体数目越少。

[能力提升]

10．某液态烃的分子式为C8H10，实验证明它能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色。

(1)试判断该有机物属于哪类烃，并写出其可能的同分异构体的结构简式。

(2)若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则该烃的结构简式为。

答案(1)该有机物属于苯的同系物。支链为乙基时，为，

支链是2个甲基时，为

解析有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。这种通过等效氢来确定一元取代物同分异构体数目的方法，叫等效氢法。11．苯的同系物中，有的侧链能被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成芳香酸，反应如下:

(R，R′表示烷基或氢原子)

(1)现有苯的同系物甲、乙，分子式都是C10H14。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸，它的结构简式是；乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸，则乙可能的结构有种。

(2)有机物丙也是苯的同系物，分子式也是C10H14，它的苯环上的一溴代物只有一种，试写出丙所有可能的结构简式。

解析(1)本题以分子式为C10H14的苯的同系物可能具有的结构展开讨论。题中信息没有说明什么样的结构不能被酸性KMnO4溶液氧化为芳香酸，但仔细分析可以发现，能被氧化为芳香酸的苯的同系物都有一个共同点——侧链与苯环直接相连的碳原子上都有氢原子，产物中羧基数目等于苯的同系物分子中能被氧化的侧链数目；若苯的同系物能被氧化为分子式为

C8H6O4的芳香酸(二元酸)，说明苯环上有两个侧链，可能是两个乙基，也可能是一个甲基和

一个丙基，而丙基又有两种结构()，两个侧链在苯环上的位置又有邻位、间位和对位3种可能，故分子式为C10H14、有两个侧链的苯的同系物有3×3＝9种可能的结构。(2)分子式为C10H14的苯的同系物苯环上的一溴代物只有一种，其苯环上可能只有2个相同的侧链且位于对位，或4个相同的侧链。

12．如图中A是制取溴苯的实验装置，B、C是改进后的装置，请仔细分析，对比三个装置，回答以下问题:

(1)写出三个装置中所共同发生的两个反应的化学方程式: ；

。

写出B中盛有AgNO3溶液的试管中所发生反应的化学方程式: 。

(2)装置A和C均采用了长玻璃导管，其作用是

。

(3)在按装置B、C装好仪器及药品后要使反应开始，应对装置B进行的操作是；

应对装置C进行的操作是。(4)装置B、C较好地解决了A中加装药品和使装置及时密封的矛盾，方便了操作。A装置中这一问题在实验中造成的后果是。(5)B中采用了洗气瓶吸收装置，其作用是

，

反应后洗气瓶中可能出现的现象是。

(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

。

(2)导出HBr，兼起冷凝回流的作用

(3)旋转分液漏斗的活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上托起软橡胶袋使铁粉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逸出的Br2和苯蒸气CCl4由无色变成橙红色

(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；由于导管插入AgNO3溶液中而易产生倒吸

解析苯在铁粉作用下，可与液溴发生取代反应生成Br，同时生成，故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)来检验反应生成的HBr，进而证明确实发生了取代反应，但该反应放热，Br2、苯又易挥发，Br2与H2O反应生成HBr、HBrO，会干扰有关的实验现象。此外，苯、Br2进入空气中会造成污染，同时也使反应物的利用率降低。

[拓展探究]

13．蒽()与苯炔(|)反应生成化合物X(立体对称图形)，如下图所示:

(1)蒽与X都属于 (填字母)。

a．环烃b．烃 c．不饱和烃

(2)苯炔的分子式为，苯炔不具有的性质是 (填字母)。

a．能溶于水

b．能发生氧化反应

c．能发生加成反应

d．常温常压下为气体

(3)下列属于苯的同系物的是 (填字母，下同)。

(4)下列物质中，能发生加成反应，也能发生取代反应，同时能使溴水因加成反应而褪色，

还能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是。

答案(1)abc (2)C6H4ad (3)D (4)D

解析(1)蒽和X都只含C、H两种元素，有环状结构，且含有不饱和碳原子，故a、b、c 均正确。(2)由苯炔的结构简式，结合碳的四价结构，可确定其分子式为C6H4，不溶于水，

常温常压下是气体的烃其碳原子数不超过4，因苯炔分子内含有键、—C≡C—键，可以发生氧化反应、加成反应。(3)苯的同系物分子中只有一个苯环，且侧链均为烷基，满足条件的只有D项。(4)同时满足三个条件的只有D项。