广东省深圳市2017-2018学年高二化学选修五第二章2.2芳香烃笔记

广东省深圳市2017-2018学年高二化学选修五第二章2.2芳香烃笔记/知识点、芳香烃许多人还沉浸在乔迁之喜时，便莫名其妙患上疾病，据报道，北京儿童医院血液科医生发现，患白血病的90%的儿童，其家庭在半年内进行了装修，油漆中的芳香烃是引起儿童患白血病的重要原因！1、芳香烃（1）芳香烃：分子中含有一个或多个苯环的一类烃属于芳香烃。如：苯、萘、蒽等（2）稠环芳香烃：由两个或两个以上苯环共用相邻的2个碳原子的一类芳香烃称为稠环芳香烃。2、苯的结构与性质（苯是最简单的芳香烃）A．组成和结构分子式结构式结构简式球棍模型比例模型空间结构C6H6苯分子中6个碳原子和6个氢原子共平面，形成平面正六边形，键角为120°，碳碳键长完全相等，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的键，与碳碳单键、碳碳双键均不同。B．物理性质颜色状态气味密度毒性溶解性熔沸点无色液态特殊气味ρC6H6<ρH2O有毒不溶于水，易溶于有机溶剂苯的沸点是80℃，熔点是5.5℃，若用冰冷却，苯可以凝结成无色晶体。注：①苯常用作有机溶剂。②苯的熔沸点低，易挥发，因此要密封保存。（苯蒸气有毒）C．化学性质苯的结构比较稳定，苯的化学性质是易取代、难加成、难氧化。（1）氧化反应①在空气中燃烧：火焰明亮，伴有浓烟2C6H6+15O212CO2+6H2O②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。注：苯不能被酸性高锰酸钾氧化，也不能使溴水褪色，说明苯环中不存在单双键交替结构。（2）取代反应（溴代、硝化、磺化）①卤代反应+Br2+HBr溴苯是无色油状液体，不溶于水，密度比水的大。②硝化反应+HO—NO2+H2O硝基苯是有苦杏仁味的无色油状液体，密度比水的大，不溶于水，有毒。（3）加成反应①与H2加成+3H2(环己烷)②与Cl2加成+3Cl2六氯环己烷的分子式为C6H6Cl6，俗称六六六。3、实验室制取溴苯和硝基苯A．实验室制溴苯（1）实验原理：①2Fe+3Br2=2FeBr3②+Br2+HBr↑副反应：（主要是邻对位取代反应）（2）实验试剂：苯、液溴（不能用浓溴水）、铁屑（3）实验装置：（苯与液溴反应缓慢，需加入催化剂；此外该反应放热，不需要加热）（4）实验步骤：①检查装置气密性；②将一定量的苯和少量液溴加入烧瓶中，加入少量铁屑，剧烈反应；③反应完毕后，将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中；（5）实验现象：①将铁屑加入烧瓶后，液体轻微翻腾，剧烈反应，烧瓶内充满红棕色蒸气，有气体逸出，导管口有白雾（溴化氢遇水蒸气形成）。②把烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有褐色不溶于水的液体出现。下层的褐色油状液体为粗溴苯（因混有少量的溴而呈褐色）。要得到无色的纯溴苯，可用NaOH溶液清洗，再进行分液，即可得纯溴苯。（6）实验说明：①试剂加入的顺序：苯→液溴→铁屑。液溴的密度比苯的大，先加苯再加液溴是为了使苯与液溴混合均匀，待加入铁屑后，立即发生剧烈反应，因此，试剂加入的顺序不能颠倒；②铁屑作催化剂，但真正起催化作用的是FeBr3，故也可加入FeBr3；③锥形瓶中的导管不能伸入水中，因为产物HBr极易溶于水，容易发生倒吸；④用NaOH溶液清洗粗溴苯的目的是除去溴苯中混有的少量溴，发生的反应为：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O⑤与烧瓶连接的导管有导气和冷凝回流的作用。因为苯与溴的反应放热，放出的热使一部分苯和溴变成蒸气，这些蒸气经垂直部分的导管冷凝又回流到烧瓶中，既减少了反应物的损失，又可避免生成物中混有过多的杂质。⑥溴和苯均具有强挥发性，溴苯的沸点较高。（沸点：溴58OC、苯80OC、溴苯156OC）⑦如何证明苯与液溴发生的是取代反应，而不是加成反应？（改进装置）锥形瓶内有淡黄色沉淀（溴化银）生成，说明苯与溴取代时产生溴化氢，而加成反应不会产生HBr。注：烷烃和苯均能与卤素单质发生取代反应，它们的反应条件的异同：相同点：都与纯卤素单质反应，不与卤素单质水溶液反应。不同点：烷烃与卤素单质在光照条件下取代，苯需要卤化铁作催化剂。例1.已知溴苯的沸点为156℃，苯的沸点为80℃，液溴的沸点为58.8℃。实验室用苯和液溴制取溴苯的装置如图：按以下要求回答问题：（1）冷凝管中A（填“A”或“B”）通过橡皮管与自来水龙头连接；冷凝管的作用：导气、冷凝回流。（2）d中盛放CCl4的作用是吸收HBr气体中混有的溴蒸气；装置g的作用是吸收尾气并防倒吸。（3）有同学认为苯与溴的反应为加成反应而不是取代反应，请根据该实验装置特点和实验现象判断反应的类型。①反应类型：取代反应（填“加成反应”或“取代反应”）；②叙述反应现象和理由：CCl4能吸收溴蒸气，d中有机物呈橙色，e中石蕊溶液变红以及f中硝酸银溶液中产生浅黄色沉淀，说明有HBr生成，则苯与溴的反应为取代反应。（4）反应后a瓶中的溴苯中溶有溴而显褐色，除去溴苯中的溴可加入NaOH溶液，振荡，再通过分液（填分离方法，下同）分离提纯；苯与溴还可能发生副反应生成对二溴苯（沸点220℃）和邻二溴苯（沸点224℃），因此，最后再经蒸馏即可得到较纯净的溴苯，该过程中为了受热均匀和易于控制温度，可采用油浴（填“水浴”或“油浴”）加热。B．实验室制硝基苯（1）实验原理：（2）实验试剂：苯、浓硝酸、浓硫酸（3）实验装置：（硝化反应温度50~60OC）（4）实验步骤：①配制混合酸：先将1.5mL浓硝酸注入烧瓶中，再慢慢注入2mL浓硫酸，并及时摇匀并冷却至50OC~60OC以下；②向冷却后的混合酸中逐滴加入1mL苯，充分振荡使混合均匀；③将烧瓶放在50~60℃的水浴中加热10分钟，将反应后的液体倒入另一个盛有水的试管中。（5）实验现象：观察到试管底部有黄色油状物质生成（溶解了NO2呈黄色）（6）实验说明：①试剂加入的顺序：浓硝酸→浓硫酸→苯。将浓硫酸沿器壁慢慢注入浓硝酸，并用玻璃棒不断搅拌，待冷却后再加入苯。因为浓硫酸溶于浓硝酸时放热，温度过高会造成苯的挥发，且硝酸也会分解（4HNO3=4NO2↑+O2↑+2H2O），同时，苯和浓硫酸在70~80OC时，会反生磺化反应，生成副产物苯磺酸。当温度升高至100~110OC时，还会产生副产物间二硝基苯。②浓硫酸的作用：催化剂和吸水剂。③采用水浴加热的优点是反应物受热均匀，温度易于控制；加热温度在100OC以下时，均可以采用水浴加热，若超过100OC时，可以采用油浴（100~300OC），加热温度更高时，采用沙浴。④烧瓶导管起导气和冷凝回流的作用，防止苯挥发到大气中造成污染；⑤温度计的位置必须悬挂在水浴中。⑥制得的硝基苯通常显黄色，因为溶有NO2，而纯净的硝基苯通常是无色，有苦杏仁味，比水重的油状液体。为了提纯硝基苯，先用NaOH溶液洗涤，再用蒸馏水洗涤，最后将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。（沸点：苯80OC、硝基苯210OC、CaCl22000OC）4、苯的同系物A．苯的同系物（1）苯的同系物：苯环上的H原子被烷基取代的产物。（2）结构特点：只含有一个苯环，苯环上连着烷基（碳碳化学键全部是单键）。（3）通式：CnH2n-6（n≥7）（4）常见的苯的同系物：甲苯邻二甲苯间二甲苯乙苯异丙苯1-甲基-3-乙基苯B．苯的同系物的物理性质（与苯类似）通常状况下都是无色液体，随着分子中碳原子数的增加，熔、沸点逐渐升高，有特殊的气味，密度比水小，不溶于水，但都易溶于有机溶剂，同时它们本身也是常用的有机溶剂。注：苯的同系物中含两个侧链时，沸点按邻、间、对顺序降低。名称邻二甲苯间二甲苯对二甲苯结构简式沸点/OC144139138C．苯的同系物的化学性质苯与其同系物的化学性质有相似之处，但由于苯环与侧链的相互影响，二者的化学性质也表现出许多不同之处。苯的同系物化学性质是易氧化、易取代、难加成。（1）氧化反应①燃烧氧化（现象：火焰明亮并伴有浓烟）②被酸性高锰酸钾氧化（可用来鉴别苯与苯的同系物）注：在苯的同系物中，如果侧链烷基与苯环直接相连的碳上有氢原子，它就能被KMnO4酸性溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基（—COOH）。如下所示：注：无论R—的碳链有多长，都被氧化为一个—COOH（2）取代反应（卤代、硝化、磺化）①卤代（苯的同系物与卤素发生取代反应时，其取代的位置与反应条件有关。）a.光照条件下，发生侧链烃基的取代b.卤化铁催化的条件下，发生苯环上的取代（产物以邻、对位取代为主）②硝化（甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在100OC下发生反应生成2,4,6-三硝基甲苯）注：①甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在30OC时发生取代反应生成一硝基取代物，主要为邻硝基甲苯和对硝基甲苯。②2,4,6-三硝基甲苯简称三硝基甲苯，又称TNT，是一种淡黄色针状晶体，不溶于水，不稳定易爆炸，是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、修路等。（3）加成反应注：苯及苯的同系物的加成比烯烃、炔烃都难，不能与溴水加成，因此不能用溴水鉴别苯与苯的同系物。D．苯的同系物中苯环和侧链的相互影响（1）由于侧链对苯环的影响，使苯的同系物的苯环上邻对位氢原子的活性增强，发生的取代反应有所不同。如甲苯发生硝化反应生成三硝基甲苯，而苯生成一硝基苯。（2）由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。（如苯环的存在对连在苯环上的烷基产生了影响，使酸性高锰酸钾溶液褪色。）该性质可用于鉴别苯和苯的同系物。5、芳香烃的来源及应用（1）芳香烃的主要来源：石油的催化重整和煤的干馏。（2）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）（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化工原料，可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。6、有机物分子空间构型的判断（1）基本模型①甲烷分子的正四面体结构，与中心碳原子相连的4个氢原子中，只能有2个氢原子与碳原子共面。②乙烯（CH2CH2）分子的6个原子共面结构。③乙炔（CH≡CH）分子的直线形结构，4个原子在一条直线上。④苯（C6H6）分子的12个原子共面结构。（2）基本方法①有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氯单键等可以转动，如分子中的是共平面。把甲基看作一个可任意旋转的方向盘，连接苯环和甲基的单键看作该方向盘的轴，通过旋转能使一个H原子转到苯分子平面上。②苯分子中苯环可以绕任一碳氢键为轴旋转，每个苯分子有三个旋转轴，轴上有四个原子共直线。（3）解题策略烃分子的空间结构尽管复杂多样，但归结为基本模型的组合，就可以化繁为简，把抽象问题具体化，所以一定深刻理解这四种基本模型的结构特点，并能进行恰当的组合和空间想象，同时要注意碳碳双键和苯环结构中的120°键角，克服书写形式带来的干扰，另外在审题时，还应特别注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限制条件。如(CH3)2C=C(CH3)C(CH3)=C(CH3)2，其结构简式可写成：因双键与双键之间的碳碳单键可以转动，该分子中至少6个碳原子，最多10个碳原子共面。总结1．各类烃与液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液反应的比较液溴溴水溴的四氯化碳溶液高锰酸钾酸性溶液烷烃与溴蒸气在光照条件下发生取代反应不反应，液态烷烃与溴水可以发生萃取从而使溴水褪色不反应，互溶不褪色不反应烯烃常温加成褪色常温加成褪色常温加成褪色氧化褪色炔烃常温加成褪色常温加成褪色常温加成褪色氧化褪色苯一般不反应，催化条件下可取代不反应，发生萃取而使溴水褪色不反应，互溶不褪色不反应苯的同系物一般不反应，光照条件下发生侧链上的取代，催化条件下发生苯环上的取代不反应，发生萃取而使溴水褪色不反应，互溶不褪色氧化褪色注：①常见的烃中，能与溴水发生反应而使溴水褪色的有：烯烃、炔烃。②常见的烃中，能使酸性KMnO4溶液褪色的有：烯烃、炔烃、苯的同系物。③己烯和苯都能使溴水褪色，二者褪色原理不同。