鲁教版高中化学选修五导学案烃第4课时word版含答案2

10/1111/11/第4课时苯及其同系物的化学性质[目标定位]1.熟知苯及其同系物与X2、浓H2SO4、浓HNO3、酸性KMnO4溶液的反应。2.认识苯及其同系物之间性质的差异及原因。一苯及其同系物的取代反应1．溴苯的实验室制取(1)实验装置如上图所示。装置中的导管的作用是导气、冷凝回流。(2)将苯和少量液溴放入烧瓶中，同时加入少量铁屑做催化剂，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。(3)反应的化学方程式为＋Br2eq\o(→,\s\up7(Fe))＋HBr。2.苯与浓硝酸的反应：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配制一定比例浓硫酸与浓硝酸形成的混合酸，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形成的混合酸时，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”)的油状液体。(6)苯与浓硝酸反应的化学方程式为。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55～60℃的水浴中加热(3)分液漏斗(4)除去粗产品中残留的酸(5)大(6)解析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。反应温度是55～60℃，为方便控制，所以用水浴加热。3．苯与浓硫酸的反应：苯与浓硫酸常温下很难发生反应，加热时苯环上的氢原子可被磺酸基(—SO3H)取代，化学方程式为。4．已知，当苯环上有烃基支链时，由于受支链影响，苯环上与支链相邻的氢及与支链相对的氢都变得更为活泼，试写出：(1)甲苯与液溴在一定条件下的反应的化学方程式：。(2)当苯环上连有—NO2或—SO3H时可以使苯环上其间位氢原子变得较为活泼，试写出硝基苯与液溴在一定条件下反应的化学方程式：＋2Br2→＋2HBr。苯及其同系物的反应1．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溶液洗⑤水洗，正确的操作顺序为()A．①②③④⑤ B．②④⑤③①C．④②③①⑤ D．②④①⑤③答案B解析本题的关键是弄清精制溴苯的最后两步，用水洗，则需干燥剂干燥，分离出干燥剂则只能用蒸馏的方法，所以最后两步应为③①。2．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)能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中加入硝酸酸化的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A容器(3)除去溶于溴苯中的溴Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O(或3Br2＋6NaOH=5NaBr＋NaBrO3＋3H2O)(4)除去溴化氢气体中的溴蒸气(5)石蕊溶液溶液变红色(其他合理答案也可)解析由于苯、液溴的沸点较低，且反应＋Br2eq\o(→,\s\up7(Fe))＋HBr为放热反应，故A中观察到的现象：反应液微沸，有红棕色气体充满A容器。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，因发生反应Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O而除去。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。二苯及其同系物的加成反应1．苯环上碳原子之间形成的是一种介于单双键之间特殊的化学键，一般情况下较为稳定，所以苯及其同系物不易发生加成反应，而易发生取代反应。但是从组成上看苯环是不饱和的结构，所以在合适的催化剂和一定条件下可以与某些物质发生加成反应。2．试写出在催化剂、加热、加压条件下苯、甲苯分别与H2发生加成反应的化学方程式：；。苯及其同系物的加成反应(1)苯及其同系物较难发生加成反应进一步说明苯环上并不含与烯烃中相同的碳碳双键。(2)苯及其同系物均不能使溴的四氯化碳溶液退色。但因为发生萃取作用可以使溴水退色，并不是因发生加成反应而退色。3．下列关于苯的说法中，正确的是()A．苯的分子式为C6H6，它不能使KMnO4酸性溶液退色，属于饱和烃B．从苯的凯库勒式()看，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃C．在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了加成反应D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的键完全相同答案D解析从苯的分子式C6H6看，其氢原子数远未达到饱和，应属不饱和烃，而苯不能使KMnO4酸性溶液退色，是由于苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键所致；苯的凯库勒式()并未反映出苯的真实结构，只是由于习惯而沿用，不能由其来认定苯分子中含有双键，因而苯也不属于烯烃；在催化剂的作用下，苯与液溴反应生成了溴苯，发生的是取代反应而不是加成反应；苯分子为平面正六边形结构，其分子中6个碳原子之间的价键完全相同。三苯及其同系物的氧化反应1．苯不能使溴的四氯化碳溶液退色，也不能使酸性KMnO4溶液退色。但是苯的某些同系物可以使酸性KMnO4溶液退色，如甲苯由于可以与酸性KMnO4溶液反应生成苯甲酸从而使酸性KMnO4溶液退色，反应式为。2．分子式为C10H14的苯的同系物，苯环上只有一个支链的同分异构体有四种，请在表中空格内写出第四种同分异构体的结构简式：①②③④(1)上述四种物质中分别加入酸性KMnO4溶液，可观察到的现象是①②③中酸性KMnO4溶液退色，④中不退色。(2)通过上述实验得出的结论是与苯环直接相连的碳原子上如果没有氢原子，则不能使酸性KMnO4溶液退色。苯及其同系物的氧化反应苯苯的同系物燃烧现象火焰明亮，有浓烟燃烧通式CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n－3)H2O酸性高锰酸钾溶液不反应，溶液颜色不变有α-H的能使酸性高锰酸钾溶液退色：无α-H的不能使酸性高锰酸钾溶液退色4．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退色C．甲苯燃烧时产生很浓的黑烟D．1mol甲苯与3mol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。1．下列物质中属于苯的同系物的是()A． B．C. D．答案D解析同系物概念：结构相似，分子组成相差1个或若干个CH2原子团，只有D符合。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C3．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、能加成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、能加成，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；乙烯可以使溴水退色并被溴水吸收，而甲烷不能使溴水退色也不能被溴水吸收；甲苯能使酸性高锰酸钾溶液退色，而己烷不能使酸性高锰酸钾溶液退色。5．目前，化学家们已合成了一系列有机物： 联苯 联三苯联四苯联m苯(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)C6mH4m＋2(m≥2)(2)94.7%(3)12[基础过关]题组1苯分子的结构与性质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溶液退色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退色A．①②③④ B．②③④⑥C．③④⑤⑥ D．全部答案B解析苯不能因化学变化使溴水退色、不能使酸性高锰酸钾溶液退色，都说明苯分子中没有典型的碳碳双键。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和两种，而间位二氯代物只有一种。2．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。3．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℃。苯在铁粉做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。4．除去溴苯中少量溴的方法是()A．加入苯使之反应B．加入KIC．加NaOH溶液后静置分液D．加CCl4萃取后静置分液答案C题组2苯的同系物的性质5．下列各组物质用酸性高锰酸钾溶液和溴水都能区别的是()A．苯和甲苯 B．1-己烯和二甲苯C．苯和1-己烯 D．己烷和苯答案C解析若区别两种物质，它们与酸性KMnO4溶液或溴水混合后现象应各不相同。A、D项中它们与溴水混合后现象相同；B项中物质与酸性KMnO4溶液混合后现象相同。6．甲苯是由苯环和甲基结合而成的，甲苯能够使酸性KMnO4溶液退色是因为()A．烷烃能使酸性KMnO4溶液退色B．苯环能使酸性KMnO4溶液退色C．苯环使甲基的活性增强而导致的D．甲基使苯环的活性增强而导致的答案C解析苯的同系物中苯环和侧链之间可以相互影响。苯环使侧链更活泼，而侧链则使苯环上的侧链邻、对位的氢原子更活泼，更易取代，甲苯使酸性KMnO4溶液退色是苯环对侧链影响的结果。7．下列变化属于取代反应的是()A．苯与溴水混合，水层退色B．乙烯使溴的四氯化碳溶液退色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题组3苯的同系物的同分异构体8．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的同分异构体有()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。9．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、—CH3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。10．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目分别为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]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。答案(1)9(2)、、、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(—CH2CH2CH3和)，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，且两两处于对称位置。12．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退色，但不能使溴水退色。(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