《课时1.3.3 苯、苯的同系物及其性质》自主学案

学而优·教有方PAGEPAGE1课时1.3.3苯、苯的同系物及其性质 自主学案[课标要求]1.认识苯及其同系物的组成、结构特点和性质，比较苯及其同系物的组成、结构和性质上的差异；2.了解苯及其同系物的简单命名；3.掌握苯及其同系物的物理和化学性质。4.了解苯及其同系物在日常生活、化工生产中的重要应用。【情境·思考】对二甲苯俗称PX，分子式为C8H10，常温下是具有芳香味的无色透明液体，有毒，不溶于水，与乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂混溶。主要用于制备对苯二甲酸（PTA）以及对苯二甲酸二甲酯（DMT），进而生产涤纶纤维、聚酯薄等。你能写出对二甲苯及其同分异构体的结构简式吗?答案探究学习一苯及其同系物的组成、结构、命名、物理性质1．苯及其同系物的组成和结构比较(1)分子组成：苯及苯的同系物分子式通式为(n≥6，n为正整数)。CnH2n－6(2)结构特点：①苯的同系物分子中只含个苯环，且苯环上的取代基是基。1烷②苯环上的碳碳键是一种键。介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特共价键③分子空间构型：苯分子为形结构，苯的同系物中，与苯环相连接的所有碳原子与苯环。平面正六边在同一平面上(3)苯的同系物的同分异构：如苯的同系物C8H10的结构简式为。答案？想一想(1)、CH3、和属于苯的同系物吗？答案都不属于只含一个苯环，且苯环连接的侧链为一个或若干个烷基的烃才是苯的同系物。(2)和是两种不同的结构吗？答案是同一种结构因为碳碳键是介于单键和双键之间的独特共价键，故邻二甲苯只有一种。2．苯及其同系物的物理性质颜色状态熔沸点密度毒性溶解性液体较低比水毒溶于水良好有机溶剂答案：无小有不3．苯的同系物的命名以苯为母体来命名(1)一个取代基：苯分子中一个氢原子被烷基取代，称某苯。如：命名为，命名为。答案：甲苯乙苯(2)多个取代基：苯分子中的多个氢原子被烷基取代。①习惯命名：取代基的位置用“邻”“间”或“对”表示。②系统命名：从所连最简取代基位置碳开始，将苯环的6个碳原子沿使取代基位次之和最小的方向进行编号，来区分多个取代基的相对位置。如：习惯命名为，系统命名为；习惯命名为，系统命名为；习惯命名为，系统命名为；系统命名为_____________________________，系统命名为_____________________________。答案：邻二甲苯1,2-二甲苯间二甲苯1,3-二甲苯对二甲苯1,4-二甲苯1-甲基-2-乙苯1,3­二甲基­2­乙基苯【理解应用】1．已知异丙苯的结构简式为，下列说法错误的是()A．异丙苯的分子式为C9H12B．异丙苯中碳原子可能都处于同一平面C．异丙苯的沸点比苯高D．异丙苯和苯为同系物【答案】B【解析】A项，根据有机物碳原子的特点，分子式为C9H12，正确；B项，苯环是平面结构，异丙基中的碳原子形成四个单键，所有碳原子不可能在一个平面，错误；C项，碳原子数越多，熔沸点越高，故沸点比苯高，正确；D项，异丙苯和苯结构相似，在分子组成上相差3个“CH2”原子团，属于苯的同系物，正确。2．分子式为C9H12的芳香烃的同分异构体有(不考虑立体异构)()A．6种B．8种C．9种 D．12种【答案】C【解析】分子式为C9H12，属于芳香烃，则除苯环外还有-C3H7，若有1个取代基，则为丙基，有-CH2CH2CH3、-CH(CH3)CH3；2个取代基有-CH3、-C2H5，可以有邻间对三种；还可以是3个-CH3，有三种，共有2+3+3=8种，故选C。3．苯环上连有一个甲基和2个溴原子的同分异构体有(不考虑立体异构)种，一个苯环上连接一个甲基和3个溴原子的有机物，可能的结构简式共有种。【答案】76【解析】若将—CH3先排到苯环上，再用2个或3个—Br取代，则变得比较复杂，且易多写或漏写。可将多个—Br先接在苯环上，再用甲基取代氢原子。2个Br连接苯环上有3种位置异构，再用等效氢法连接甲基，分别为—Br—Br(苯环上有2种氢原子，2种)、BrBr(苯环上有3种氢原子，3种)、—BrBr—(苯环上氢原子只一种，1种)，共有7种；苯环上连有3个溴原子(X)的构体共有3种：，①式中苯环上只有一种等效氢；②式中苯环上有2种等效氢；③—Br—BrBrBr—BrBr—思维模型1．苯的同系物同分异构体的书写(1)若有一个取代基：把苯环作取代基，先写侧链碳骨架异构，再写苯环在碳骨架上位置异构；(2)若有两个取代基：存在邻、间、对位置异构，共3种；(3)若有三个相同取代基，则存在连、均、偏位置异构，共3种。(4)若有两个相同取代基(—X)和另一不同取代基(—Y)：先固定两个相同的取代基，即邻、间、对三种，再加另一不同取代基，去掉重复的共有6种。(5)若有三个均不相同取代基：先固定两个相同的取代基，即邻、间、对三种，再加另一不同取代基，共有10种。2．苯的同系物的卤代物同分异构体的书写一般先写苯的同系物的同分异构体，再利用等效氢法、定一移二法，书写一卤代物、二卤代物的同分异构体。探究学习二苯及其同系物的化学性质【情境·思考】十二烷基苯磺酸钠是一种常用的化学洗涤剂，其结构简式是CH3(CH2)10CH2SO3Na，可由十二烷基苯与浓硫酸在加热条件下磺化，再用碱中和制得。磺化过程反应属于哪种反应类型？【自学探究】1．与卤素单质、浓硝酸、浓硫酸的取代反应(1)。答案：提醒(1)反应条件：纯液溴(与溴水不反应)、Fe或FeBr3作催化剂；(2)苯的同系物发生卤代反应时条件不同产物不同，Fe作催化剂时在苯环上取代，光照时在侧链上取代。如：，(2)与浓硝酸反应＋HNO3(浓)eq\o(→,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(50～60℃))。＋HNO3(浓)eq\o(→,\s\up7(△))。答案：3提醒①反应物混合顺序：先加入浓硝酸，再加入浓硫酸，最后加入苯。②浓H2SO4作用：作催化剂和吸水剂。③加热方式：水浴加热。④硝基苯为无色液体，比水密度大，不溶于水，易溶于有机溶剂。2，4，6-三硝基甲苯是一种烈性炸药，俗称2,4,6-三硝基甲苯。(3)＋H2SO4(浓)，产物名称为。答案：苯磺酸2．与氢气的加成反应(1)苯：；答案：(2)甲苯：。答案：？想一想比较苯与浓硝酸、甲苯与浓硝酸的反应，苯的同系物比苯易发生取代反应的原因是什么？答案苯分子中通常只有一个氢原子能被取代，苯的同系物中，苯环受烷基的影响，使得苯环上邻、间、对位上的氢原子更活泼，都能更易被取代。3．可燃性苯及其同系物都能燃烧，完全燃烧生成CO2和H2O。火焰，有烟。明亮浓黑2．与酸性高锰酸钾溶液的反应(1)苯使酸性KMnO4溶液褪色，甲苯和乙苯使酸性KMnO4溶液褪色。不能能(2)在苯的同系物中，若苯环侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，则被酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基。如：。能提醒苯的同系物中，不管侧链烃基的碳链有多长，只要侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，侧链烃基通常被氧化为羧基。(R，R′表示烷基或氢原子)？想一想(1)乙烷和苯不能酸性KMnO4溶液氧化，甲苯为什么能被酸性KMnO4溶液氧化？答案苯环的影响造成的，苯环影响甲基，使得甲基被氧化。(2)如何用实验方法证明苯分子中没有碳碳双键？答案方法一向苯中加入酸性高锰酸钾溶液，振荡，观察是否退色，若不退色说明苯分子中不存在碳碳双键。方法二向苯中加入溴的四氯化碳溶液，振荡，观察是否退色，若不退色说明苯分子中不存在碳碳双键。(3)怎样通过实验来区分苯、甲苯和己烯？答案分别取三种液体于洁净的试管中，分别滴几滴溴的四氯化碳溶液，振荡，褪色的是己烯；另取剩余两种液体于洁净的试管中，再滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，充分振荡，使其褪色的是甲苯，不褪色的是苯。【理解应用】1．下列叙述中，错误的是()A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60℃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2­氯甲苯或4­氯甲苯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乙基环己烷【答案】B【解析】苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60℃发生取代反应生成硝基苯和水，A项正确；甲苯与氯气在光照下反应，甲基上的氢原子被取代而苯环上的氢原子不被取代，B项错误；乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为苯甲酸，C项正确；苯环和碳碳双键在合适的条件下均能与氢气发生加成反应，苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷，D项正确。2．(2020河北石家庄二中高二月考)要鉴别己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是()A．加入浓硫酸与浓硝酸后加热B．先加足量溴水，然后再加入酸性高锰酸钾溶液C．点燃这种液体，然后再观察火焰的颜色D．先加足量的酸性高锰酸钾溶液，然后再加入溴水【答案】B【解析】加入浓硫酸与浓硝酸后加热难以证明甲苯的存在，A项错误；先加足量溴水，己烯与溴水发生加成反应生成卤代烃，然后再加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液退色，证明含有甲苯，B项正确；二者均可燃烧，点燃这种液体，然后再观察火焰的颜色，无法确定甲苯的存在，C项错误；己烯和甲苯均能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液退色，再加入溴水无法确定甲苯的存在，D项错误。3．(2019全国卷Ⅰ)关于化合物2­苯基丙烯()，下列说法正确的是()A．不能使稀高锰酸钾溶液褪色B．可以发生加成聚合反应C．分子中所有原子共平面D．易溶于水及甲苯【答案】B【解析】A错误，2­苯基丙烯中含有CC，能使酸性高锰酸钾溶液褪色；B正确，2­苯基丙烯中含有CC，可以发生加成聚合反应；C错误，2­苯基丙烯分子中含有一个—CH3，所有原子不可能共平面；D错误，2­苯基丙烯属于烃，难溶于水，易溶于甲苯。4．下列实验能获得成功的是()A．用溴水可鉴别苯、CCl4、己烯B．加浓溴水，然后过滤可除去苯中少量己烯C．苯、溴水、铁粉混合制成溴苯D．可用分液漏斗分离己烷和苯的混合物答案A解析溴水与苯混合分层，溴的苯溶液在上层，颜色较深；溴水与CCl4混合分层，溴的CCl4溶液在下层，颜色较深；己烯使溴水褪色，现象各不相同，所以用溴水可鉴别苯、CCl4、己烯，故A正确；溴水与己烯发生加成反应生成的二溴己烷可溶于苯中，无法过滤分离，故B错误；苯与溴水不反应，苯、液溴、铁粉混合制成溴苯，故C错误；己烷和苯互溶，不可用分液漏斗分离，故D错误。5．(1)分子式为C8H10的某烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但不能使溴水褪色。该烃可能的结构简式有，若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则该烃的结构简式可能为_____________________。(2)分子式为C10H14的某烃，苯环上只有两个取代基的同分异构体有种。(3)分子式为C10H14的某烃不能使溴水褪色，能使酸性KMnO4溶液褪色，分子结构中只含有一个烷基，则该烃的结构有种。答案(1)，(2)9(3)3解析(1)该有机物属于苯的同系物。支链为乙基时，为，支链是2个甲基时，为、、。有机物分子中，若苯环上的氢原子被溴原子取代，所得一溴代物有3种同分异构体，则苯环上必有3种位置不同的氢原子，符合条件的有。(2)分子式为C10H14的芳香烃，其苯环上有两个取代基时分为两大类：第一类，两个取代基，一个为—CH3，另一个为—CH2CH2CH3或—CH(CH3)2，它们在苯环上有邻、间、对三种位置，共有6种结构；第二类，两个取代基均为—CH2CH3，它们在苯环上有邻、间、对三种位置；故共有9种同分异构体。(3)烃C10H14分子式符合苯的同系物的通式，由题意可知它是苯环上含有一个-C4H9的苯的同系物，-C4H9共有4种异构体，但苯环上连有-C(CH3)3时，不能被酸性KMnO4溶液氧化，所以符合题意的同分异构体有3种。【基础落实】1．下列关于甲苯的实验事实中，能说明苯环对侧链有影响的是()A．甲苯在30℃时与硝酸发生取代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．甲苯能燃烧产生带浓烟的火焰D．1mol甲苯能与3molH2发生加成反应【答案】B【解析】A项，甲苯和苯都能与浓硝酸、浓硫酸发生取代反应，但产物不同，侧链对苯环有影响，使苯环变得活泼，更容易发生取代反应，甲苯硝化生成三硝基甲苯，说明侧链对苯环有影响；B项，甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液退色，而甲苯能使酸性高锰酸钾溶液退色，生成苯甲酸，说明苯环对侧链有影响；C项，烃燃烧产生带浓烟的火焰与烃中碳的含量有关，不能说明苯环对侧链有影响；D项，1mol甲苯或1mol苯都能与3molH2发生加成反应，不能说明苯环对侧链有影响。2．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。3．(2020·天津高考)关于的说法正确的是()A．分子中有3种杂化轨道类型的碳原子B．分子中共平面的原子数目最多为14C．分子中的苯环由单、双键交替组成D．与Cl2发生取代反应生成两种产物【答案】A【解析】—CH3的碳原子有4个σ键，无孤对电子，是sp3杂化，苯环上的碳原子有3个σ键，无孤对电子，是sp2杂化，—C≡CH的碳原子有2个σ键，无孤对电子，是sp杂化，因此分子中有3种杂化轨道类型的碳原子，故A正确；根据苯中12个原子共平面，乙炔中四个原子共直线，甲烷中三个原子共平面，因此分子中共平面的原子数目最多为15个(甲基中碳原子和其中一个氢原子与其他原子共面)，故B错误；分子苯环中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间独特的键，故C错误；与Cl2发生取代反应，取代甲基上的氢有一种产物，取代苯环上的氢有四种产物，因此取代反应生成五种产物，故D错误。4．(2020·四川广安、眉山、内江、遂宁二诊)苯乙烯转化为乙苯的反应为：＋H2eq\o(→,\s\up7(一定条件))，下列相关分析正确的是()ⅠⅡA．Ⅰ→Ⅱ属于取代反应B．可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物C．Ⅰ和Ⅱ都属于苯的同系物D．可以用溴水鉴别Ⅰ和Ⅱ【答案】D【解析】Ⅰ→Ⅱ属于加成反应，A项错误；Ⅰ和Ⅱ均为有机物，均溶于四氯化碳，不可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物，B