人教版必修2 第3章第2节 来自石油和煤的两种基本化工原料——苯 学案.doc

第2节 来自石油和煤的两种基本化工原料苯【学习目标】1、了解苯的物理性质和分子组成；2、掌握苯的结构式并认识苯的结构特征；3、掌握苯的化学性质。【要点梳理】要点一、苯的分子结构1、苯的分子组成和表示方法分子式结构式结构简式比例模型球棍模型c6h62、苯的空间构型：苯分子具有平面正六边形结构，六个碳原子、六个氢原子在同一平面上，键角120。3、苯的结构特征要点诠释：（1）六元环上碳碳之间的键长相同，键能也相同。（2）苯环上碳碳间的键不是一般的碳碳单键，也不是一般的碳碳双键，而是一种介于单键和双键之间的独特的键，六个碳碳键是等同的，所以用来表示苯的结构简式更恰当。要点二、苯的性质1、苯的物理性质苯是一种无色、有特殊气味的液体，有毒、难溶于水，密度比水小，熔沸点较低，是常用的有机溶剂。2、苯的化学性质由于苯的结构的特殊性，使其兼具有饱和烃和不饱和烃的性质。（1）氧化反应c6h6+7.5o26co2+3h2o要点诠释：a、苯在空气中燃烧，产生明亮的火焰，并带有浓烈的黑烟。b、燃烧带浓烟是由于苯分子里含碳量很高，在空气中燃烧不充分的缘故。c、苯易燃烧，但很难被高锰酸钾等氧化剂氧化，故在一般的条件下苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。（2）取代反应苯分子的环状结构使得环上的氢原子容易被其他原子或原子团所代替，因此使其具有了和烷烃相似的化学性质取代反应。苯与溴的反应在febr3催化剂的作用下，苯环上的氢原子被溴原子所取代，生成溴苯。要点诠释：a、该实验用的溴为液溴，苯与溴水不反应，仅发生萃取分层。b、该反应不需加热，常温下即可反应，且放出大量的热，使反应器内充满红棕色的气体（溴蒸气），导气管口有白雾。c、溴苯为无色液体，密度比水大，不溶于水，实验时溴苯因溶解了没反应的溴而呈褐色。d、溴苯的提纯：用naoh溶液洗涤（br2+2naoh=nabr+nabro+h2o），然后再分液。e、在催化剂存在时，苯也可以与其他卤素发生取代反应，又称卤代反应。各类烃与液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性kmno4溶液反应的比较液溴溴水溴的四氯化碳溶液酸性kmno4溶液烷烃与溴蒸气在光照条件下发生取代反应不反应，液态烷烃可发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶，不褪色不反应烯烃加成加成褪色加成褪色氧化褪色苯一般不反应，催化可取代不反应，发生萃取而使溴水层褪色不反应，互溶，不褪色不反应苯与硝酸的反应在浓硫酸作用下，苯在5060还可以与浓硝酸发生取代反应生成硝基苯。要点诠释：a、硝酸分子中的-no2原子团叫做硝基，苯分子中的氢原子被-no2所取代的反应，叫做硝化反应，硝化反应的实质属于取代反应。b、浓硫酸在苯的硝化反应中的主要作用是催化剂和脱水剂。c、该反应的温度必须控制在5060，故采用水浴加热（易于控制温度，且受热均匀），且需借用温度计控制水浴温度。d、实验时加入试剂的顺序是先加浓硝酸，再加浓硫酸，并用玻璃棒不断搅拌，最后加苯。e、硝基苯是无色、有苦杏仁味、密度比水大、难溶于水的油状液体，有毒，常因溶有no2而显黄色，可采用多次水洗或naoh溶液洗涤的方法提纯。（3）加成反应苯虽然不具有像烯烃一样典型的碳碳双键，但在特定条件下，仍能发生加成反应。例如，在镍作催化剂的条件下苯可以与氢气发生加成反应。乙烷、乙烯和苯的比较乙烷乙烯苯分子式c2h6c2h4c6h6结构简式ch3ch3ch2=ch2结构特点cc可以旋转c=c不能旋转双键中一个键易断裂苯环很稳定介于单、双键之间的独特的键主要化学性质取代、氧化（燃烧）加成、氧化取代、加成、氧化（燃烧）要点三、苯的同系物1、苯的同系物的结构特点和通式分子中含有一个苯环结构的烃属于苯和苯的同系物。由于苯环的形成使苯相对于烷烃缺少了8个氢原子，所以其通式：cnh2n-6(n6)。其实，还有很多碳氢化合物不仅仅含有一个苯环，这些都属于芳香烃，他们是以苯环为母体的。这里还有一个同分异构体的问题：苯的二元取代物有邻、间、对三种可能，这为我们以后考虑取代基的位置异构体的可能性提供了重要的线索。2、苯的同系物的性质化学性质：与苯基本相同，易发生取代反应，较难发生加成反应。这里特别需要注意的是：虽然苯不能与酸性kmno4作用，但苯的同系物却可以反应。其原因是苯上的取代侧链被活化了。我们常常利用酸性kmno4溶液来鉴别苯和苯的同系物。物理性质：随着碳原子的增多而呈现规律性的变化：液态烃的密度都比水小。要点四、烃的燃烧规律要点诠释： （1）等物质的量的烃cxhy完全燃烧时，消耗氧气的量取决于“x+y/4”的值，此值越大，耗氧量越多。 （2）等质量的烃完全燃烧时，消耗氧气的量取决于cxhy中y/x的的值，此值越大，耗氧量越多。 （3）若烃分子的组成中碳、氢原子个数之比为1:2，则完全燃烧后生成的二氧化碳和水的物质的量相等。 （4）等质量的且最简式相同的各种烃完全燃烧时其耗氧量、生成的二氧化碳和水的量均相等。 （5）气态烃cxhy完全燃烧后生成co2和h2o。若燃烧后生成的水为液态cxhy+( x+y/4) o2xco2+y/2h2o（液）1 ( x+y/4) xv= v后-v前=-（1+ y/4）0（减小）因此，若生成的水为液态时，燃烧后气体的体积一定减小，且减小值只与烃中氢原子数有关，而与碳原子数无关。若燃烧后水为气态cxhy+( x+y/4) o2xco2+y/2h2o（气）1 ( x+y/4) x y/2v= v后-v前= y/4-1a、当y=4时，v=0，气态烃主要为ch4、c2h4、c3h4。b、当y4时，v0（增大），分子中n(h)4的气体烃都符合。c、当y4时，v0（减小），气态烃中只有c2h2符合。【典型例题】类型一：苯的结构例1、关于苯分子的结构下列说法中正确的是( )a苯分子中含有3个c=c键和3个cc键b苯分子为正六边形，每个氢原子垂直于碳原子所在的平面c苯环上的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键d苯分子里的6个ch键完全相同【思路点拨】苯环上的碳碳键既不是一般的碳碳单键，也不是一般的碳碳双键，而是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键。【答案】cd【解析】苯中碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键，六个碳碳键完全等同，六个c-h键也完全相同，则a项错误、c、d两项正确；苯分子为正六边形结构，键角为120，氢原子并不是垂直于碳原子所在的平面，则b项错误。【总结升华】苯环中碳碳键的特殊性决定了苯的性质，学有机物时一定要记住结构决定性质。举一反三：【变式1】能说明苯分子苯环的平面正六边形结构中，碳碳键不是单双键交替排布的事实是( )a苯的一元取代物无同分异构体b苯的间位二元取代物只有一种c苯的邻位二元取代物只有一种 d苯的对位二元取代物只有一种【答案】c【解析】苯的邻位二元取代物在单双键交替结构中有两种结构：两个取代原子连在形成双键的两个碳原子上面，或者他们之间的碳原子是通过单键相连。而如果是一种介于单键和双键之间的化学键，那么邻位二元取代物则只有一种。类型二：苯的性质例2、为了证明液溴与苯发生的反应是取代反应，有如下图所示装置。则装置a中盛有的物质是( ) a水 bnaoh溶液 cccl4 dnai溶液【思路点拨】在催化剂的作用下，苯环上的氢原子被溴原子所取代，生成溴苯，同时有溴化氢生成，c内装的试剂的作用为检验生成的溴化氢，利用溴化氢电离出的溴离子和银离子反应，生成淡黄色不溶于硝酸的沉淀溴化银，由此来检验溴和苯发生了取代反应，但溴会对hbr的检验产生干扰，因此a中液体的作用就是除掉hbr中的br2。【答案】c 【解析】abr2在水中的溶解度不大，hbr在水中的溶解度大，故不能除掉br2，故a错误；bhbr能与naoh发生中和反应，故b错误；cbr2易溶于ccl4，hbr不溶于ccl4，故c正确；dhbr在nai溶液中的溶解度大而被吸收，故d错误。【总结升华】检验物质时一定注意除掉干扰项。举一反三：【变式1】下列关于苯的叙述正确的是( ) a反应常温下不能进行，需要加热b反应不发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层c反应为加成反应，产物是一种烃的衍生物d反应能发生，从而证明苯中是单双键交替结构【答案】b 【解析】a在溴化铁做催化剂的条件下，苯与液溴在常温下能够发生取代反应，故a错误；b苯不溶于水，密度小于水，所以苯与酸性高锰酸钾溶液混合后分层，苯在上层，高锰酸钾溶液在下层，下层为紫色，故b正确；c苯生成硝基苯的反应属于取代反应，不属于加成反应，故c错误；d苯分子中的碳碳键为一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特键，不存在碳碳双键；苯能够与氢气反应，只证明苯不属于饱和烃，故d错误。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：蒸馏；水洗；用干燥剂干燥；10%naoh溶液洗；水洗。正确的操作顺序是( )a bc d【思路点拨】做本题的关键是理清由溴和苯制得粗溴苯后有哪些杂质，根据杂质的性质确定除杂方法和除杂的先后顺序。【答案】b【解析】粗溴苯中主要含有溴、苯、溴化铁等杂质，先用水洗，febr3溶于水而被洗去；再用naoh溶液洗，溴与naoh溶液反应生成易溶于水的盐（nabr、nabro）而被洗去；第二次用水洗时有效地除去残存在有机物中易溶于水的杂质；干燥时少量的水被除去，最后蒸馏时将溴苯中的苯分离出去（利用两者沸点的差异）。故答案为b。 【点评】本题考查：a.溴与苯的反应；b.物质的鉴别和提纯。做此题时需要认真分析、考虑周到。举一反三：【变式1】将浓溴水加入苯中，溴水的颜色变浅，这是由于发生了( )a化学反应 b取代反应 c加成反应 d萃取过程【答案】d【解析】苯与液溴在催化剂的作用下可发生取代反应，苯与浓溴水不反应，苯使溴水褪色仅是因为溴在苯中的溶解度比在水中大，苯从水中萃取溴。类型三：苯的同系物例4、用一种试剂可将苯、甲苯两种无色液体鉴别出来，该试剂是( )a硫酸 b水 c溴水 d酸性高锰酸钾溶液【思路点拨】本题考查苯和其同系物的区别：苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但是苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色。【答案】d【解析】溴水和苯、甲苯均不能发生化学反应，都可以因为萃取使水层颜色变浅，有机层颜色加深，且密度都小于水，现象相同，无法区别；苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但是甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色。举一反三：【变式1】下列有关甲苯的实验事实中能说明苯环对侧链性质产生影响的是( )a甲苯燃烧产生带浓烟的火焰b甲苯能使kmno4酸性溶液褪色ccl2既能取代甲苯中苯环上的氢原子也能取代甲基上的氢原子d甲苯能与h2发生加成反应【答案】b【解析】kmno4酸性溶液不能氧化甲烷，但可以氧化苯环上的烷烃基，所以b可以说明苯环对侧链性质产生影响。类型四：烃的燃烧例5、室温时，20ml某气态烃与过量氧气混合，完全燃烧后的产物通过浓硫酸，再恢复到室温，气体体积减少了50ml，剩余气体再通过苛性钠溶液，体积又减少了40ml。求气态烃的分子式。【思路点拨】燃烧产物通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，再通过苛性钠溶液时，co2气体被吸收，故co2的体积为40ml。根据体积减小可考虑用体积差量法计算。【答案】c2h6【解析】设烃的分子式为cxhy，其燃烧的化学方程式为：cxhy+( x+y/4) o2xco2+y/2h2o v1 ( x+y/4) x 1+ y/4 20ml 40ml 50ml 列比例式：1:x=20:40，解得x=2 1:（1+ y/4）=20:50，解得y=6 所以该气态烃的分子式为c2h6。【总结升华】本题需要特别注意的问题是一开始气体减少了50ml不是水蒸气的体积，而是反应前后气体的总体积减少了50ml。举一反三：【变式1】有5种烃：ch4、c2h2、c6h6、c6h12、c7h8，分别取一定质量的这些烃完全燃烧后生成m molco2和n molh2o。 （1）当m=n时，该烃是 ； （2）当m=2n时，该烃是 ； （3）当2m=n时，该烃是 ；（4）当4m=7n时，该烃是 。【答案】（1）c6h12 （2）c2h2和c6h