2.3芳香烃高二化学教学讲与练（人教版2019选择性必修3）

第二章烃第三节芳香烃课程标准核心素养目标1.从化学键的特殊性了解苯的结构特点，进而理解苯性质的特殊性。2.根据平面正六边形模型，能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。3.掌握苯的同系物的性质，了解有机反应类型与分子结构特点的关系。1.宏观辨识与微观探析：通过认识苯及其同系物的组成和结构，来进一步研究它们的性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。2.变化观念与科学探究：通过了解苯的同系物分子中苯环与烷基的相互影响及引起的化学性质变化，培养学生“变化观念与科学探究”的学科素养。一、苯1．芳香烃分子里含有苯环的烃类化合物。最简单的芳香烃是苯。2．苯的分子结构苯分子的结构模型苯分子中的σ键和大π键示意图(1)分子结构苯分子为平面正六边形结构，分子中12个原子共平面，碳原子均采取sp2杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的sp2杂化轨道以σ键结合，键间夹角均为120°，连接成六元环状。每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。(2)分子组成和结构的不同表示方法3．苯的物理性质颜色状态密度熔、沸点溶解性毒性挥发性无色液体比水小较低不溶于水有毒易挥发4.苯的化学性质(1)取代反应①与Br2反应：。溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大。②与浓硝酸反应(硝化反应)：。硝基苯是无色有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒。③磺化反应：(2)加成反应(与H2)：(3)氧化反应：①苯在空气中燃烧产生明亮的带有浓烟的火焰，化学方程式：2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。②苯不能使KMnO4酸性溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。【特别提醒】(1)苯不能与溴水反应，但苯因萃取溴水中的溴而使溴水褪色。(2)苯分子为平面形分子，所有原子共平面。(3)苯分子中的碳碳键完全相同，而且介于碳碳单键和碳碳双键之间，决定了苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质。5.实验室制取溴苯(装置如图)(1)该实验中能否用溴水代替纯溴？提示：不能。苯与溴水不能发生取代反应生成溴苯。(2)反应中加入Fe粉的作用是什么？提示：Fe与Br2发生反应生成FeBr3，FeBr3作该反应的催化剂。(3)纯净的溴苯是一种无色密度比水大的油状液体，但实验得到的溴苯呈褐色，其原因是什么？如何除去褐色？提示：溴苯中溶解了Br2而使溴苯呈褐色；除去的方法是用NaOH溶液洗涤。(4)若利用上图装置检验产物中的HBr，挥发出的Br2会产生干扰，应做何改进排除干扰？提示：在烧瓶和锥形瓶之间连接一个盛有CCl4的洗气瓶，吸收HBr气体中混有的Br2，如右图。6.实验室制取硝基苯(装置如图)(1)该反应中浓硫酸的作用是什么？提示：催化剂和吸水剂。(2)实验中为何需控制温度在50～60℃？提示：温度过低反应速率慢，温度过高会导致副反应发生，而生成苯磺酸。7.溴苯、硝基苯的制备反应类型苯与液溴的反应苯与硝酸的反应(硝化反应)实验原理实验装置实验现象整个烧瓶充满红棕色气体，在导管口有白雾(HBr遇水蒸气形成)；反应完毕后，向锥形瓶中滴加AgNO3溶液，有浅黄色的AgBr沉淀生成；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将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有黄色油状物质(溶有NO2)生成，然后用NaOH(5%)溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤后得无色油状、有苦杏仁味、密度比水大的液体注意事项①应该用纯溴，苯与溴水不反应；②要使用催化剂Fe，无催化剂不反应；③锥形瓶中的导管不能插入液面以下，防止倒吸，因HBr极易溶于水①浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂；②必须用水浴加热，温度计插入水浴中测量水的温度二、苯的同系物1．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。(2)分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。(3)通式为CnH2n－6(n≥7)。2．常见的苯的同系物名称结构简式甲苯乙苯二甲苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯3.物理性质一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。4．化学性质苯的同系物与苯都含有苯环，因此和苯具有相似的化学性质，能在一定条件下发生溴代、硝化和催化加氢反应，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有所不同。(1)氧化反应①苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。eq\o(→,\s\up7(酸性高锰酸钾溶液))②均能燃烧，燃烧的通式：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n－3)H2O。(2)取代反应(3)加成反应甲苯与氢气反应的化学方程式：＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))。三、芳香烃的来源及其应用1．芳香族化合物的分类芳香族化合物是指含有苯环的化合物，其类别如下：含有苯环的有机物均属于芳香族化合物，包括芳香烃和芳香烃的衍生物，如硝基苯()、溴苯()、苯磺酸()、苯甲酸()、苯甲醛()、苯酚()等。2．芳香烃的来源芳香烃最初是从煤经过干馏得到的煤焦油中提取的，现代工业中是通过石油化学工业中的催化重整等工艺得到的。稠环芳香烃是由两个或两个以上的苯环共用相邻的2个碳原子而形成的芳香烃。如萘()和蒽()。3．芳香烃的应用苯、甲苯、二甲苯和乙苯等简单的芳香烃是基本的有机原料，可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。探究一苯与苯的同系物已知：苯的同系物中，与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，就能被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成芳香酸，反应如下：eq\o(→,\s\up7(MnO\o\al(－,4)、H＋))现有苯的同系物甲、乙、丙，分子式都是C10H14，完成以下空格。(1)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________________。(2)乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化成分子式为C9H6O6的芳香酸，则乙可能的结构有________种。(3)丙苯环上的一溴代物只有一种。试写出丙可能的结构简式：__________________________、____________________________________(写2种)。【答案】(1)(2)6(3)(答案合理即可)【解析】(1)根据题意，甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸，表明与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子，它的结构简式为。(2)乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化成分子式为C9H6O6的芳香酸，表明苯环上有3个侧链且与苯环直接相连的碳原子上均有氢原子，故3个侧链为2个甲基和1个乙基，2个甲基处于邻位时，乙基的位置有2种；2个甲基处于间位时，乙基的位置有3种；2个甲基位于对位时，乙基的位置有1种，则乙可能的结构共有6种。(3)丙苯环上的一溴代物只有一种，丙可能的结构简式有、、、。1．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CnH2n－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，但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，使侧链烃基活化而易被氧化；侧链烃基影响苯环，使苯环上烃基邻、对位的氢原子活化而被取代2.芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系如下图【例1】(2023·河北邯郸一中高二期末)分子式为C9H12的苯的同系物，已知苯环上只有一个取代基，下列说法中正确的是()A．该有机物能发生加成反应，但不能发生取代反应B．该有机物不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色C．该有机物分子中的所有原子不可能在同一平面上D．该有机物的一溴代物最多有5种同分异构体【答案】C【解析】该有机物为或，苯环可以和H2发生加成反应，在光照条件下可发生侧链上的取代反应，也可发生苯环上的硝化反应等取代反应，A项不正确；苯环侧链可以被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色，B项不正确；甲基(—CH3)上所有原子不可能共面，C项正确；有6种一溴代物，有5种一溴代物，D项不正确。1.(2023·山东德州一中高二期中)下列说法中，正确的是()A．芳香烃的分子通式是CnH2n－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，通式为CnH2n－6(n>6，且n为正整数)，A、B错误；苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，D正确；甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，C错误。1．（2024·陕西省延安市高级中学高二月考）下列关于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．在苯中加入酸性KMnO4溶液，振荡并静置后下层液体为紫色C．在一定条件下，苯能与氢气发生加成反应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】A．苯在铁作催化剂作用下能与液溴发生取代反应生成溴苯和溴化氢，故A正确；B．苯难溶于水、密度比水小，苯和高锰酸钾溶液不反应，在苯中加入酸性KMnO4溶液，振荡并静置后下层液体为紫色，故B正确；C．在一定条件下，苯能与氢气发生加成反应生成环己烷，故C正确；D．苯难溶于水、密度比水小，苯能萃取溴水中的溴，在苯中加入溴水，振荡并静置后上层液体为橙色，故D错误；选D。2．（2023下·四川省德阳中学高二期中）下列有关甲苯的说法中，不正确的是A．可以制造烈性炸药TNT B．可以与溴水发生取代反应C．可以与氢气发生加成反应 D．可以被高锰酸钾酸性溶液氧化【答案】B【解析】A．甲苯与浓硝酸在浓硫酸加热作用下反应生成2,4,6−三硝基甲苯即TNT，故A正确；B．甲苯不与溴水发生取代反应，与溴蒸汽在光照条件下带甲基上的氢，与液溴在催化剂作用下取代甲苯邻位或对位上的氢，故B错误；C．可以与氢气在催化剂作用下发生加成反应生成

，故C正确；D．可以被高锰酸钾酸性溶液氧化变为苯甲酸，故D正确。综上所述，答案为B。3．（2023下·辽宁沈阳二中高二联考）下列分子中，所有原子不可能在同一平面内的是A． B． C． D．【答案】D【解析】A．碳碳双键为平面形结构，则氯乙烯分子中所有原子均是共平面的，A不符合题意；B．CF2=CF2的结构和乙烯的结构类似，四个氟原子和两个碳原子共面，B不符合题意；C．苯环上12个原子共平面，又中Cl原子取代的是苯环上的H原子，所有原子共平面，C不符合题意；D．中甲基似于甲烷，是四面体结构，所以所有原子不可能在同一平面内，D符合题意；故选D。4．（2023下·河南省漯河一中高二月考）下列关于苯的叙述正确的是A．苯的分子式是C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，所以苯属于饱和烃B．从苯的凯库勒式看，分子中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃C．在加热条件下，苯与液溴发生反应生成溴苯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，键长相等【答案】D【解析】A．苯的分子式是C6H6，与同数碳原子的烷烃相比，氢原子数少，苯属于不饱和烃，但由于六个碳原子间形成大π键，分子中不存在碳碳不饱和键，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色，A不正确；B．凯库勒式只是表示苯分子结构的一种形式，并没有体现苯分子的真实结构，苯分子中不含有碳碳双键，所以苯不属于烯烃，B不正确；C．在FeBr3的催化作用下，苯与液溴发生取代反应生成溴苯等，C不正确；D．苯分子为平面正六边形结构，6个碳碳键的键能都介于单键和双键之间，且都相等，碳碳键的键长相等，D正确；故选D。5．（2023上·北京首都师范大学附属中学校考期末）下列有关芳香烃的叙述中，不正确的是A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热可反应生成硝基苯

B．甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应，主要生成

C．乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为

(苯甲酸)D．苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成

【答案】B【解析】A．苯在浓硫酸、加热至50−60℃时能与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯，故A正确；B．甲苯在光照条件下和氯气反应发生的是烷烃基上的取代，故B错误；C．乙苯含有乙基，可被高锰酸钾氧化为−COOH，故乙苯能被高锰酸钾溶液氧化为

，故C正确；D．苯环和碳碳双键均能和氢气加成，故苯乙烯和少量的氢气加成可以生成

，故D正确。故答案选B。6．（2024·安徽省蚌埠二中高二期中）下列苯的同系物的名称不正确的是A．对二甲苯 B．乙苯C．1，2，3三甲苯 D．1，3，4三甲苯【答案】D【解析】A．的甲基在苯环的对位，可命名为对二甲苯，故A正确；B．的乙基连在苯环上，命名为乙苯，故B正确；C．的甲基再1，2，3号碳原子上，命名为1，2，3三甲苯，故C正确；D．的甲基再1，2，4号碳原子上，命名为1，2，4三甲苯，故D错误；故选D。7．（2023·黑龙江省伊春一中高二月考）如图是苯乙烯，关于苯乙烯的下列叙述中，正确的是A．苯乙烯不可能发生加成反应B．苯乙烯不可能使酸性KMnO4溶液褪色C．苯乙烯中最多有16个原子共平面D．苯乙烯中8个碳原子不可能都在同一平面上【答案】C【解析】A．已知苯乙烯中含有苯环和碳碳双键，二者均能发生加成反应，即苯乙烯能发生加成反应，A错误；B．已知苯乙烯含有碳碳双键，则苯乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，B错误；C．已知苯乙烯中存在苯环所在平面，碳碳双键所在平面，两平面通过单键连接，故苯乙烯中所有原子均可能共平面，即最多有16个原子共平面，C正确；D．由C项分析可知，苯乙烯中所有原子都可能共平面，故8个碳原子可能都在同一平面上，D错误；故选C。8．（2023·重庆市万州二中高二月考）某烃的结构式如图，下列说法正确的是A．分子中至少有7个碳原子共平面B．分子中至少有8个碳原子共平面C．分子中至少有9个碳原子共平面D．分子中至少有14个碳原子共平面【答案】C【解析】苯环上的6个碳及其与苯环直接连接的碳原子都在苯环所在的平面上，另一苯环可绕轴旋转，但对角线上的碳原子一定共平面，故分子中至少有9个碳原子共平面。故选C。9．（2023·山西省长治一中高二月考）下列物质属于苯的同系物的是A． B．C． D．【答案】A【分析】结构相似、分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物间互为同系物，苯的同系物必须符合如下结构特点：1.结构中之间一个苯环；2.侧链为烷烃基。【解析】A．苯的同系物为含有1个苯环而且侧链为饱和烃基的芳香烃，侧链为甲基，为饱和烃基，属于苯的同系物，故A正确；B．该有机物含六个苯环，结构不相似，故不是苯的同系物，故B错误；C．该有机物含有2个苯环，与苯结构不相似，不属于苯的同系物，故C错误；D．该有机物不含苯环，也不是苯的同系物，故D错误；故选A。10．（2023下·湖北郧阳中学月考）对下图所示的分子有关说法不正确的是A．能发生氧化反应、还原反应、加聚反应B．核磁共振氢谱共有8组峰C．处于同一平面上的原子数最多可能有18个D．分子中的碳原子有三种杂化方式sp、、【答案】C【解析】A．该有机物含有碳碳双键、碳碳三键等不饱和键，能发生氧化反应、还原反应、加聚反应，故A正确；B．该有机物中苯环结构不对称，分子中有8种等效氢，核磁共振氢谱共有8组峰，故B正确；C．苯环、碳碳双键为平面结构，碳碳三键为直线结构，该有机物分子中甲基上至少有2个H不在苯环决定的平面上，处于同一平面上的原子数最多可能有21个，故C错误；D．单键碳为杂化、双键碳为杂化、三键碳为sp杂化，分子中的碳原子有三种杂化方式sp、、，故D正确；选C。11．（2023下·湖北武汉·高二联考期中）芳香族化合物是重要的化工原料。下列有关叙述正确的是A．苯是一种油状物质，会浮在水面上B．苯与溴水发生取代反应而使之褪色C．实验室制硝基苯需要用酒精灯直接加热D．2，4，6三硝基甲苯是一种淡黄色的晶体，易溶于水【答案】A【解析】A．苯是一种油状物质，密度比水小会浮在水面上，A正确；B．苯与液溴在溴化铁作催化剂情况下发生取代反应而使之褪色，苯与溴水发生萃取，B错误；C．实验室制硝基苯需要用水浴加热控温在50~60℃，C错误；D．2，4，6三硝基甲苯是一种淡黄色的晶体，不溶于水，D错误；故选A。12．（2023下·广西南宁三中校考期中）下列说法正确的是A．联苯()属于芳香烃，其一溴代物有4种B．CH2=C(CH3)CH=CH2与Br2以物质的量之比1：1加成，产物有3种(不考虑立体异构)C．和互为同系物D．柠檬烯分子中所有的碳原子一定在同一平面上【答案】B【解析】A．该分子沿虚线对称，等效氢有3种，所以一溴代物有3种，A项错误；B．CH2=C(CH3)CH=CH2与Br2以物质的量之比1:1加成，可以发生1，2加成（两种）、1，4加成（一种），产物有3种(不考虑立体异构)，B项正确；C．结构相似，相差n个CH2的化合物互为同系物，是酚，是醇，结构不相似，不属于同系物，C项错误；D．分子中1号碳与2、3、4号碳原子、H形成立体结构为四面体，所以所有碳不可能共面，D项错误；故选B。13．（2023·广东省江门市二中高二月考）某同学使用如图装置进行甲苯与液溴的反应，操作、现象及部分结论如下（部分现象、操作略去）：①将甲苯与液溴混合均匀，静置足够长时间，无明显现象；②投入还原铁粉，几秒后，瓶内溶液剧烈反应；③一段时间后，试管内出现淡黄色沉淀；④反应结束后，烧瓶中溶液呈红棕色。向其中加入浓溶液，振荡，静置，液体分为两层，均呈无色；⑤取下层（有机物层）液体与试管中，加入酸化的溶液，振荡，静置，未观察到沉淀生成；⑥取有机层液体，干燥，蒸馏，检验。产物为2，4二溴甲苯及2，6二溴甲苯。根据上述现象、结论，下列结论中不正确的是A．①与②对比说明：甲苯与液溴反应需要催化剂。B．③说明：甲苯与液溴的反应是取代反应，不是加成反应。C．④、⑤说明：相比于有机溶剂，更易溶解于水中。D．⑥说明：甲基使其邻对位C原子上的H原子更易被取代。【答案】B【分析】甲苯与液溴在铁催化作用下生成甲苯的溴代物和溴化氢，溴化氢能使硝酸银溶液生成黄色沉淀；反应后混合物加入浓氢氧化钠除去过量的溴，振荡，静置，分