第二节来自石油的煤的两种基本化工原料

第二节来自石油的煤的两种基本化工原料第1页，课件共25页，创作于2023年2月第二节来自石油和煤的两种基本化工原料(2)——苯与芳香烃学习目标：1、了解苯的物理性质和分子组成以及芳香烃的概念；2、掌握苯的结构式并认识苯的结构特点；3、理解共价单键的可旋转性；4、掌握苯的取代反应（卤代反应、硝化反应）加成反应等性质。第2页，课件共25页，创作于2023年2月苯的发现简史

19世纪初期，欧洲等许多国家都已普遍使用了煤气照明，它带动了煤炭工业的迅速发展。而从生产煤气的原料中制备出煤气之后，剩下一种油状液体却长期无人问津。油状物的大量废弃，造成了严重的环境污染。英国科学家法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家，他想，要将它们变废为宝，就必须对油状物进行分离提纯。煤焦油焦臭黑粘，化学家忍受着烧烤熏蒸，在炉前塔旁辛勤工作。第3页，课件共25页，创作于2023年2月法拉第花了整整五年的时间，终于利用蒸馏的方法将油状液体成功分离，于1825年6月16日，向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物，当时，法拉第在描述这种无色的液体称之为“氢的重碳化合物”：略有香味，在一般条件下，它是一种无色的透明液体。当把这种液体放到冰水中冷却到零度时，它就会结晶成固体，在玻璃容器的器壁上长出树枝状的结晶。如果从冰水中取出，让温度慢慢上升，这种固体在5.5℃融化。如果把融化的液体暴露在空气中，最后它会完全挥发。当时法拉第称这种液体称之为“氢的重碳化合物”。第4页，课件共25页，创作于2023年2月问题思考：

1、有同学向试管中加入的等体积的水与和苯，如何用最简单的实验证明上层液体是水还是苯？

2、从法拉第的实验中，你能得出苯的熔沸点大约是多少吗？（与水比较）

3、1mol苯在标准状况下的体积是否约为22.4L？第5页，课件共25页，创作于2023年2月一、苯的物理性质

1、无色、有特殊气味的液体；2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；3、熔沸点低（熔点5.5℃），易挥发（沸点80.1℃），用冷水冷却，苯凝结成无色晶体；4、苯有毒。

二、苯的分子组成、结构1、分子式：C6H6

（含碳量为92.3﹪）2、最简式(实验式)：CH3、结构特点：第6页，课件共25页，创作于2023年2月（猜一猜）苯分子的结构？根据苯的分子式，你能写出其结构式吗？

19世纪的科学家进行了研究，当时的有机化学刚发展起来，比较成熟的理论只有“碳四价学说”和“碳链学说”。按照我们学的烷烃、烯烃等不饱和烃的经验，C6H6比饱和的烷烃少了8个H原子，分子中可能有四个双键。或两个双键，一个叁键，或两个叁键等。请根据这两种学说写出C6H6可能的链状结构简式：第7页，课件共25页，创作于2023年2月苯分子可能的结构式（结构式都符合C6H6）：(1)CH

C—CH2—CH2—CCH(2)CH3—CC—CC—CH3(3)CH2CH—CHCH—CCH

(4)CH2C

CH—CH

C

CH2

(5)CHC—C

C—CH2—CH3

【问题】写的结构都符合C6H6，那这些结构是否正确，该如何验证，我们知道，物质的结构决定性质，性质又反映结构。若苯分子为上述结构之一，则其应该具有什么重要化学性质？可设计怎样的实验来证明？第8页，课件共25页，创作于2023年2月P69实验3-11、苯能否使高锰酸钾酸性溶液褪色(发生氧化反应）？

2、苯能否使溴水褪色(发生加成反应)？（现象）苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水褪色。第9页，课件共25页，创作于2023年2月【结论】苯不能使酸性的KMnO4溶液褪色也不能使溴水褪色，这与烷烃的性质相似，也说明苯分子中不含普通的C=C等不饱和键，因此，所有符合C6H6链状结构的上述结构不合理。【讲解】通过上面实验我们否定了苯的链状结构。苯分子的结构究竟如何，这在十九世纪是个很大的化学之谜，试画出可能的结构。【投影】第10页，课件共25页，创作于2023年2月【讲解】但实验证明，苯能与氢气发生加成反应，三棱柱烷又一次被推翻。【讲解】苯分子到底是什么样的结构呢？这在十九世纪是一个很大的化学之谜。19世纪的许多科学家做了许多关于苯的性质实验，力图从性质出发推导出苯的结构，其中有这样两个实验引起了科学的注意：一是苯与液溴在铁粉做催化剂的条件下发生了取代反应，这说明苯能发生取代反应，且它的一溴代物只有一种；二是苯在特殊条件下可与氢气发生加成反应。第11页，课件共25页，创作于2023年2月【过渡】苯不能使酸性KMnO4溶液氧化，一般情况下也不能与溴发生加成反应，而是发生取代反应，说明苯具有饱和烃的性质，不含有C=C；而能与氢气加成说明苯具有不饱和烃的性质，应含有C=C，这种相互矛盾的结论使19世纪的科学衫陷入了困境。【讲解】由苯的一溴代物只有一种，说明苯分子的六个氢原子应该是等效的，想到苯可能是一种环状结构是不难的，而且由苯与氢气的加成产物C6H12，想到苯分子中只能有一个碳环。但当时要超越碳链学说而想到环状结构却是非常不容易的。【视频】苯的结构背景：苯分子结构的确定曾经是困扰19世纪化学家的一大难题......1825年，英国科学家法拉第首先发现了苯。

1834年，德国科学家米希尔里希为苯进行了命名第12页，课件共25页，创作于2023年2月其后，法国化学家日拉尔等人确定苯的相对分子质量和分子式。

苯分子中碳含量之高，令科学家们为之惊讶，从此他们踏上了探究苯结构的漫漫征途。斗转星移，整整近四十个春秋，让我们豁然开朗，为之振奋的时刻出现了。他就是极富想象力的德国化学家凯库勒，曾提出了碳四价学说和碳原子间可以连接成链这一重要学说。但就是这样一位想象力丰富的学者也被曾经定势思维所束缚，曾长期认为苯分子结构是链状，因而苦思冥想，不得其解。第13页，课件共25页，创作于2023年2月

德国化学家凯库勒由于揭开这个谜而名垂青史。凯库勒早年曾是建筑系的学生，有着丰富的想象力。1864年冬天，凯库勒为探索苯分子的结构殚精竭虑，日则忘食。一个个碳原子、氢原子如同建筑中的砖头，在他的头脑中构筑成了一个一个奇妙的分子结构图景。然而，苯的6个碳和6个氢和它独特的性质，却使他彻夜难眠，难道自己的想象力枯竭了吗？虽然他已在草纸上写下了几十个苯的结构，但没有一个令人满意，它将所有的稿纸扔进了壁炉，然后就在温暖的壁炉前睡着了。在梦中，突见一蛇，盘盘焉自食其尾。他象触电般的猛醒起来，意识到这就是苯的结构，于是，他在1866年提出了以下假设：【投影】凯库勒假说：1、苯的六个碳原子形成环状闭合的平面正六边形；2、每个碳原子均连接一个氢原子；3、环内碳碳单双键交替。第14页，课件共25页，创作于2023年2月【提问】这一结构式符合“碳四价”学说，凯库勒式是否正确，一些科学家进行思辨的同时，也有一些科学家进行了实证研究，试图有苯的性质反映出苯的结构。实验事实一、1mol苯在一定条件下最多可以与3mol氢气发生加成反应生成环己烷；实验事实二、苯与液溴在铁粉的存在下发生取代反应，并且生成的一溴取代物只有一种结构。【讲解】首先实验事实一给凯库勒的合理性提供了极大的支持，由于加成的最终产物为C6H12,，说明苯分子有且会有一个环，且有不饱和键的存在，其次凯库勒式也能解释苯与液溴在铁粉的存第15页，课件共25页，创作于2023年2月在下发生取代反应，且苯的一溴取代物只有一种结构。【讲解】虽然这一理论较好的解释了苯分子的一溴代物只有一种，且能与氢气加成等等化学性质，我们应该推测出苯的应该含有不饱和键，能使溴水褪色的性质，且二溴取代物应该有两种，但是这与实验事实相矛盾。为了解释这一结构与实验事实的矛盾，凯库勒又提出了补充假说：苯分子中碳碳双键与碳碳单键不是固定的，而是以一定的频率快速交替出现的。【讲解】现代科学对苯分子的结构进行了精准的研究，提出了苯的结构特点：

第16页，课件共25页，创作于2023年2月（1）苯分子的结构式：（2）苯分子的结构简式：

←凯库勒式

苯分子的结构特点：或①正六边形的平面结构（12个原子共面）；②键角是120°，六个碳碳键的键长、键能均相等；③苯分子中无一般单、双键是一种介于单键和双键之间的独特的键。【小结】苯环上并不是由碳碳单键和碳碳双键交替的，凯库勒的猜想具有一定的局限性。事实上苯环上的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊的化学键。第17页，课件共25页，创作于2023年2月三、芳香烃

1、定义：分子中含有一个或多个苯环的一类碳氢化合物，属于芳香烃。

2、苯—最简单的芳香烃。（分子通式CnH2n-6）四、苯的化学性质

苯较稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，能燃烧，但由于其含碳量过高，而出现明显的黑烟。1、氧化反应：第18页，课件共25页，创作于2023年2月BrFeBr3溴苯

＋Br2＋HBr2、取代反应（1）苯与液溴的反应溴苯是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水。（2）苯与硝酸的反应

苯在50℃～60℃时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应NO2硝基苯浓硫酸△＋HNO3＋H2O硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，密度>水，难溶于水，易溶于有机溶剂。第19页，课件共25页，创作于2023年2月3、苯的加成反应

苯在特定条件下，也可以发生加成反应。比如在镍催化下，可以与氢气加成。

环已烷

苯跟氢气在镍存在的条件下加热可生成环已烷，像烷烃一样饱和，故其化学性质与烯烃相似。第20页，课件共25页，创作于2023年2月【知识拓展】苯与氯气发生加成制得农药六六六【小结】总之，苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质，而且它进行取代反应比饱和烃要容易，进行加成反应比不饱和烃要困难，苯的这种特殊性质常称为苯的芳香性。【化学性质小结】易取代、难加成、难氧化第21页，课件共25页，创作于2023年2月芳香烃—苯的性质小结一、苯的物理性质

1、无色、有特殊气味的液体；2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；3、熔沸点低，易挥发。（熔点5.5℃，沸点80.1℃），用冷水冷却，苯凝结成无晶体；4、苯有毒。

二、苯的分子结构1、分子式：C6H6

（相对分子质量为78，含碳量约为92.3﹪

）2、最简式(实验式)：CH3、结构特点：第22页，课件共25页，创作于2023年2月苯分子的结构式、结构简式（凯库勒式）：或仅用短线的形式表示有机物分子中的碳碳键的结构简式——键线式。

每一个拐点（或端点）表示1个碳原子。“C—H”不能写出。第23页，课件共25页，创作于2023年2月三、苯的化学性质1、氧化反应：不能使酸性KMnO4溶液褪色第24页，课件共2