高中化学同步讲义（选择性必修三）第08讲 苯的同系物（教师版）

⑧位相同，称为α位无色晶体，易升华，不溶于水，易溶于苯►问题一苯及其同系物性质的比较【典例1】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。【解题必备】苯及其同系物性质的比较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，燃烧通式为CnH2n－6+O2nCO2+（n－3）H2O②都易发生苯环上的取代反应③都能发生加成反应，但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，大多数能使酸性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，使苯环上烃基邻、对位的氢更活泼而被取代【变式1-1】甲苯是苯的同系物，化学性质与苯相似，但由于基团之间的相互影响，使甲苯的某些性质又与苯不同。下列有关推断及解释都正确的是()A．苯不能通过化学反应使溴水褪色，但甲苯可以，这是甲基对苯环影响的结果B．苯不能在光照下与Cl2发生取代反应，但甲苯可以，这是苯环对甲基影响的结果C．苯的一氯代物只有一种，而甲苯的苯环上一氯代物有3种，这是苯环对甲基影响的结果D．苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，但甲苯可以，这是苯环对甲基影响的结果【答案】D【解析】苯与甲苯不含碳碳双键，都不能使溴水褪色，故A错误；苯不能在光照下与Cl2发生取代反应，但甲苯可以，是因为甲基上的氢原子容易被取代，与苯环的影响无关，故B错误；苯的一氯代物只有一种，而甲苯苯环上的一氯代物有3种，是因为苯环上氢原子完全相同，而甲苯苯环上有3种不同环境下的氢原子，与苯环对甲基影响无关，故C错误；苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，但甲苯可以，这是苯环对甲基影响的结果，故D正确。【变式1-2】苯和甲苯都具有的性质是()A．分子中所有原子都在同一平面内B．能与溴水发生加成反应使溴水褪色C．能与H2发生加成反应D．能与浓硝酸和浓硫酸反应制炸药【答案】C【解析】A项，苯中所有原子都在同一平面内，但甲苯()中的—CH3是四面体结构，所有原子不可能在同一平面内；B项，使溴水褪色不是因为发生了加成反应，而是因为Br2在有机溶剂中溶解度大，苯和甲苯萃取了溴水中的Br2而使其褪色；C项，苯和甲苯都含有苯环，都能与H2发生加成反应；D项，甲苯能与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下反应生成三硝基甲苯，用来制炸药，而苯不能。►问题二苯的同系物同分异构体数目的判断【典例2】某苯的同系物分子式为C8H10，若苯环上的氢原子被卤素原子取代，生成的一卤代物有三种同分异构体，则该苯的同系物可能有（）。A．4种B．3种C．2种D．1种【解析】C【解析】分子式为C8H10的苯的同系物有4种同分异构体：、、、。苯环上的一个氢原子被卤素原子取代得到一卤代物，相当于苯环上的取代基多一个卤素原子，因此只要分析出上述四种同分异构体中苯环上不同化学环境氢原子的种数即可。根据对称性分析如下：、、、，分别有3种、2种、3种、1种结构。故生成的一卤代物有三种同分异构体的该苯的同系物可能是或。【解题必备】由于苯环的结构特殊并具有高度对称性，因此含有苯环结构的有机物同分异构体也有其特殊的地方。1．对称法：苯分子中所有的氢原子的化学环境相同，含有多条对称轴，但是如果苯环上连有取代基，其对称性就会受到影响，如邻二甲苯有1条对称轴，间二甲苯有1条对称轴，而对二甲苯有2条对称轴，故邻二甲苯苯环上的一氯代物有2种，而间二甲苯苯环上的一氯代物有3种，对二甲苯苯环上的一氯代物有1种。如图所示：(箭头方向表示可以被氯原子取代的氢原子位置)2．换元法：对于芳香烃，若苯环上氢原子数为m，且有a+b=m，则该芳香烃苯环上的a元卤代物和b元卤代物的同分异构体种类相同。如对二甲苯苯环上的一氯取代物共有1种，则其苯环上的三氯取代物也为1种。3．定一(或二)移一法：苯环上连有两个取代基时，可固定一个，移动另一个，从而写出邻、间、对三种同分异构体；苯环上连有三个取代基时，可先固定两个取代基，得到几种结构，再逐一插入第三个取代基，从而确定出同分异构体的数目。【变式2-1】分子式为C10H14的苯的同系物，共有3个甲基，符合条件的结构有()A．3种 B．6种 C．9种 D．10种【答案】D【解析】分子式为C10H14的苯的同系物，共有3个甲基，可能为苯环上连有—C(CH3)3，只有1种；苯环上连有—CH3、—CH(CH3)2，有邻、间、对3种；苯环上连有—CH3、—CH3、—CH2CH3，先固定—CH3、—CH3，在苯环上分别相邻、间、对，再移动—CH2CH3，分别有2种、3种、1种，因此总共有10种。【变式2-2】在下列5种有机分子中，一氯代物种类相同的一组是A．④⑤ B．②④ C．①② D．③⑤【答案】A【解析】①的结构简式为，其一氯代物有4种，如；②的结构简式为，其一氯代物有2种，如；③的结构简式为，其一氯代物有5种，如；④的结构简式为，其一氯代物有3种，如；⑤的结构简式为，其一氯代物有3种，如；所以一氯代物种类相同的一组是④⑤，选项A符合题意；答案为A。►问题三有机物分子的共面、共线问题【典例3】下列有机物分子中，所有的原子不可能在同一平面上的是A． B．C． D．【答案】C【解析】A．所有原子一定在同一平面，A不符合题意；B．所有原子可能在同一平面，B不符合题意；C．为正四面体，只有3个原子在同一平面，C符合题意；D．中苯和乙烯都是平面结构，乙烯中的碳原子处于苯环的平面内，旋转单键，苯环的平面结构与碳碳双键的平面结构可能处于同一平面，所有原子可能处于同一平面，D不符合题意；故答案选C。【解题必备】1．四种代表物的空间结构：甲烷的四面体结构(其中3个原子共面)，乙烯的6原子共面结构，乙炔的4原子共线结构，苯的12原子共面结构。2．判定有机化合物分子中原子共线、共面的基本方法（1）以上4种分子中的H原子如果被其他原子(如C、O、N、Cl等)所取代，则取代后的分子构型基本不变。（2）共价单键可以自由旋转，共价双键和共价三键则不能旋转。（3）若在分子结构中有一个碳原子形成四个单键，则该分子中所有原子不可能共面。（4）若两个平面形结构通过一个碳碳单键相连接，则所有原子可能共平面。在中学所学的有机化合物中，所有的原子能够共平面的有CH2＝CH2、CH≡CH、C6H6、、CH2＝CH—CH＝CH2、等。（5）分子中，结构中的所有原子共平面，把甲基看作一个可旋转的方向盘，连接苯环和甲基的单键看作该方向盘的轴，通过旋转仅能使甲基中的一个氢原子转到苯环所在平面内。【变式3-1】某烃的结构简式为，有关其结构说法正确的是()A．所有原子可能在同一平面上B．所有原子可能在同一条直线上C．所有碳原子可能在同一平面上D．所有氢原子可能在同一平面上【答案】C【解析】该分子可表示为根据乙烯、苯为平面结构，乙炔为直线形结构，CH4为四面体结构及单键能绕键轴旋转，双键和三键不能绕键轴旋转，从a、b两个图示中可得：当a、b中用虚线所围的两个面完全重合时共面的原子最多，此时所有的碳原子都共面，但共直线的碳原子只有a图中编号的5个碳原子。由于分子中有—CH3，故分子中所有原子不共面。【变式3-2】下列有机物分子中，所有原子一定不可能处在同一平面的是A． B．C．苯乙炔 D．2—甲基丙烯【答案】D【解析】A．碳碳双键为平面结构，则氯乙烯分子中所有原子处在同一平面上，故A不符合题意；B．碳碳双键为平面结构，则1，3—丁二烯分子中所有原子处在同一平面上，故B不符合题意；C．苯环、碳碳三键为平面结构，则苯乙炔分子中所有原子处在同一平面上，故C不符合题意；D．2—甲基丙烯分子中含有饱和碳原子，饱和碳原子的空间构型为四面体形，所以2—甲基丙烯分子中所有原子一定不可能处在同一平面上，故D符合题意；故选D。1．下列有关甲苯的性质中，能说明苯环对甲基性质有影响的是A．能使酸性高锰酸钾溶液褪色B．能在一定条件下催化加氢C．能燃烧产生带浓烟的火焰D．能与浓硝酸和浓硫酸混合物加热条件下发生取代反应【答案】A【解析】A．甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，由于苯环影响甲基而甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A符合题意；B．苯与甲苯都能在一定条件下催化加氢，不是苯环对甲基性质的影响，故B不符合题意；C．能燃烧产生带浓烟的火焰，主要与含碳量大有关，故C不符合题意；D．能与浓硝酸和浓硫酸混合物加热条件下发生取代反应，硝基取代甲基的邻位和对位，是甲基对苯环性质的影响，故D不符合题意。综上所述，答案为A。2．芳香族化合物中，由于侧链与苯环间的相互影响，从而使它们在性质上都发生了一些变化。下列反应或事实能够说明这一现象的是A．B．+3H2C．甲苯和乙烷都不能与溴的四氯化碳溶液发生反应D．甲苯和乙烷在空气中完全燃烧，生成物完全相同【答案】A【解析】A．由于烷烃化学性质稳定，与酸性高锰酸钾溶液不反应，但甲苯苯环侧链上的甲基被酸性高猛酸钾氧化，说明甲基受苯环影响，A符合题意；B．甲苯中苯环与氢气加成，苯同样也能与氢气加成，二者情况相同，B不符合题意；C．甲苯和乙烷都不可能与溴的四氯化碳溶液反应，C不符合题意；D．甲苯和乙烷在空气中燃烧都是生成二氧化碳和水，D不符合题意；故选A。3．下有八种物质：①乙烯②甲苯③聚乙烯④1，3-丁二烯⑤2-丁炔⑥环己烷⑦环己烯⑧乙醇，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是A．③④⑤⑧ B．①②④⑤⑦⑧C．④⑤ D．③④⑤⑦⑧【答案】B【分析】能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物，应含有碳碳不饱和键、羟基、醛基等，或是甲苯等；【解析】①乙烯有碳碳双键，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应，符合题意；②甲苯与酸性高锰酸钾溶液反应被氧化使得溶液褪色，符合题意；③聚乙烯与酸性高锰酸钾溶液不反应，不符合题意；④1，3-丁二烯含有碳碳双键，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而褪色，符合题意；⑤2-丁炔含有碳碳三键，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而褪色，符合题意；⑥环己烷不与酸性高锰酸钾溶液反应，不符合题意；⑦环己烯含有碳碳双键，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而褪色，符合题意；⑧乙醇含有羟基，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而褪色，符合题意；根据分析，①②④⑤⑦⑧符合题意，答案为B。4．已知：下列说法不正确的是A．N的同分异构体有3种 B．在光照条件下不能发生反应②C．反应①属于加成反应 D．M、N、P分子中所有碳原子均可能共面【答案】A【分析】苯与乙烯发生加成反应，生成乙苯，乙苯与氯气发生取代反应，生成对氯乙苯。【解析】A．乙苯含苯环的同分异构体有3种，分别为邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯，不含苯环的同分异构体可能有链状结构、环状结构，所以乙苯的同分异构体数目多于3种，A错误；B．在光照条件下，乙苯中乙基上的氢原子可被氯原子取代，不会发生反应②，B正确；C．苯与乙烯发生加成反应，生成乙苯，C正确；D．苯环为平面结构，结合单键可旋转，乙苯和对氯乙苯分子中乙基上的碳原子可能与苯环共平面，则苯、乙苯、对氯乙苯分子中的所有碳原子均可能共面，D正确；故选A。5．下列有机物的命名错误的是A．乙烯苯 B．

3-甲基-1-丁烯C．对二甲苯 D．2-甲基丁烷【答案】A【解析】A．官能团为碳碳双键，应以烯烃为母体，所以命名为苯乙烯，A错误；B．为单烯烃，从靠近碳碳双键的碳原子一端开始编号，名称为3-甲基-1-丁烯，B正确；C．为苯的同系物，按习惯命名法，2个甲基在对位，名称为对二甲苯，C正确；D．为烷烃，主链上有4个碳原子，从距取代基较近的一端开始编号，名称为2-甲基丁烷，D正确；故选A。6.甲苯是重要的有机溶剂及有机合成原料。回答下列问题：（1）溶解下列物质不能用甲苯作溶剂的是_____(填标号)。A．乙醇 B．氯仿 C．纯碱 D．冰醋酸（2）甲苯通过原子轨道“头碰头”的方式重叠形成的共价键数目是，下图表示甲基中碳氢键成键方式的是(填标号)。A．

B．

C．

D．

（3）甲苯能被溶液氧化生成苯甲酸。①Mn元素位于周期表区，Mn原子的价电子排布式是。②水杨醛(

)是苯甲酸的同分异构体。水杨醛的沸点低于苯甲酸的沸点，原因是。（4）甲苯可用于制备炸药TNT(2，4，6-三硝基甲苯)。①写出甲苯生成TNT的反应方程式，TNT中所含元素的电负性由大到小的顺序是(写元素符号)。②甲苯比苯更容易发生硝化反应的原因是。【答案】（1）C（2）15B（3）①d3d54s2②水杨醛形成了分子内氢键导致熔沸点降低，而苯甲酸形成的是分子间氢键，熔沸点升高；（4）①；O>N>C>H②甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代；【解析】（1）乙醇、氯仿和冰醋酸都是有机物，都可以溶解在甲苯中，但纯碱是离子化合物，不溶于有机溶剂，故选C；（2）头碰头方式重叠形成的是键，1mol甲苯中的键共有15NA；甲基中的碳原子是sp3杂化，甲基中碳氢键成键方式是一个sp3杂化轨道和氢原子的1s轨道头碰头形成键，故选B；（3）Mn元素的价电子排布式为3d54s2，最后一个电子落在d能级，故在d区；水杨醛形成了分子内氢键导致熔沸点降低，而苯甲酸形成的是分子间氢键，熔沸点升高；（4）①甲苯生成TNT的反应方程式：

，TNT中所含元素的电负性由大到小的顺序：O>N>C>H；②甲苯比苯更容易发生硝化反应的原因是甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代。1．由芳香烃可以生成3种有机化合物X、Y和Z，转化关系如下图所示：下列说法不正确的是A．R的结构简式为，苯环上的一氯代物有3种B．反应①条件是/光照，反应②条件是C．R和Z的核磁共振氢谱上均有4组吸收峰D．反应①和②可得：苯的同系物与发生反应的条件不同，产物不同【答案】C【分析】从X的结构分析，R化学式为C7H8的芳香烃则其为甲苯。甲苯与H2加热、催化剂反应苯环加成反应；【解析】A．根据分析可知A为甲苯，苯环上有3种不同的氢原子，故A正确；B．甲苯与氯气在光照条件下发生苯环侧链甲基上的取代反应，与氯气在FeCl3催化下发生苯环上甲基邻、对位的取代反应，B项正确；C．甲苯分子中有4种不同的氢原子，核磁共振谱有4组峰；Z是，分子中有5种不同的氢原子，核磁共振谱共有5组峰，故C错误；D．根据B选项分析可知，苯的同系物与Cl2发生反应的条件不同，产物不同，故D正确；答案选C。2．有机物分子中的原子(团)之间会相互影响，导致相同的原子(团)表现出不同的性质。下列现象不能说明上述观点的是A．甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，而甲基环己烷不能使酸性KMnO4溶液褪色B．苯与浓硝酸反应生成硝基苯，而甲苯与浓硝酸反应生成三硝基甲苯C．乙烯能与溴水发生加成反应，而乙烷不能与溴水发生加成反应D．甲苯能与溴发生取代反应生成2，4，6-三溴甲苯，而苯只能生成单取代溴苯【答案】C【解析】A．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，是因为苯环对甲基的影响，使甲基变得活泼，容易被酸性高锰酸钾溶液氧化，而甲基环己烷不能，能说明上述观点，故A不符合题意；B．甲基使苯环上邻位和对位上氢变得活泼，容易被取代，能够证明上述观点，故B不符合题意；C．乙烯能使溴水褪色，是因为乙烯含有碳碳双键，而乙烷中没有，不是原子或原子团的相互影响，故C符合题意；D．甲基影响苯环，使得甲苯中甲基邻、对位碳上的氢原子容易被溴原子取代，可说明原子与原子团间的相互影响会导致物质的化学性质不同，故D不符合题意；故选C。3．下列有机物的命名不正确的是A．3—甲基—1—丁烯B．乙烯苯C．对二甲苯D．2—甲基丁烷【答案】B【解析】A．包含双键且最长的碳链有4个碳，甲基在第三个碳上，故名称为：3—甲基—1—丁烯，A正确；B．应该以烯为母体，名称为：苯乙烯，B错误；C．两个甲基在对位，名称为：对二甲苯，C正确；D．最长的碳链有4个碳，甲基在第二个碳上，名称为：2—甲基丁烷，D正确；故选B。4.“碳九”又称碳九芳烃，它是石油经过催化重整以及裂解后副产品中含有九个碳原子芳烃的馏分在酸性催化剂存在下聚合而得。“碳九”芳烃主要成分包含(a)、(b)、(c)等，下列有关三种上述物质说法错误的是A．a、b、c互为同分异构体 B．a、b、c均能与酸性高锰酸钾溶液反应C．a中所有碳原子处于同一平面 D．1molb最多能与4molH2发生反应【答案】A【解析】A．根据物质结构简式可知：a、c分子式是C9H12，二者的结构不同，故二者是同分异构体；而b分子式是C9H8，b与a、c的分子式不相同，因此不能与a、c称为同分异构体，A错误；B．a、b、c三种物质的分子中与苯环连接的C原子上都有H原子，且b中含碳碳双键，因此均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，B正确；C．苯分子是平面分子，a中三个甲基的C原子取代苯分子中H原子的位置与苯环的碳原子相连，所以一定在苯环的平面内，C正确；D．b分子内含有1个苯环和1个碳碳双键，所以1molb最多能与4molH2发生反应，D正确；故合理选项是A。5.已知：，下列关