1.3.3 苯、苯的同系物及其性质 课件 高二下学期化学鲁科版（2019）选择性必修3

第1章有机化合物的结构与性质烃第3节烃第3课时苯、苯的同系物及其性质素养目标学习要点1.学会苯的同系物的命名方法。了解苯的结构特点,通过对比,找出苯与乙烯、乙炔性质上差异的原因;了解各基团之间的相互影响,会分析比较苯与苯的同系物在性质上的差异,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。2.能举例说明苯及其同系物与卤素单质、硝酸、浓硫酸、酸性KMnO4溶液等物质的反应,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。3.了解某些特殊的芳香族化合物,记住它们的主要性质和用途,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。苯的结构:平面正六边形结构,苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键。苯及其同系物的性质:易取代(卤代、硝化和磺化),能加成(与H2加成),难氧化(均可燃烧,苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化)。知识点一苯及其同系物的结构和命名基础落实•必备知识全过关一、苯及其同系物的组成和结构的比较

项目苯苯的同系物化学式C6H6CnH2n-6(n>6)结构简式

苯环上的6个氢原子被1至6个烷基取代结构特点碳碳键为介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊共价键只有

个苯环,侧链均为

基

各原子的位置关系或分子构型键角均为

,平面正六边形与苯环碳原子直接相连接的所有原子与苯环

一

饱和链烃120°共平面二、苯及其同系物的命名(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: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。邻二甲苯1,2-二甲苯间二甲苯1,3-二甲苯对二甲苯1,4-二甲苯名师点拨苯分子结构特点苯分子为平面正六边形结构,其中6个碳原子均为sp2杂化,分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合,键角均为120°,连接成六元环。每个碳碳键的键长相等,介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。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。深度思考能证明苯环中的碳碳键不是单双键交替结构的事实有哪些?提示

①苯分子中的碳碳键的键长和键能都介于碳碳单键和碳碳双键之间。③苯不能使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。

正误判断(1)1

mol苯中含有3NA个碳碳双键(NA表示阿伏加德罗常数的值)。(

)(2)苯的一元取代物只有一种结构。(

)(3)苯的邻位二氯代物只有1种结构。(

)×提示

苯分子中不含碳碳双键。

√√×提示

苯乙烯属于芳香烃,苯甲酸除含有C、H元素外还含有O元素,不属于烃类。重难突破•能力素养全提升探究角度1

含有一个苯环的有机物同分异构体书写和数目判断例1分子式为C9H12的芳香烃有

种,其中苯环上的一氯代物有3种的同分异构体的结构简式为

;有两种氢原子的同分异构体的结构简式为

。

8解析

分子式为C9H12的芳香烃分子中含有1个苯环,可表示为C6H5—C3H7,为苯的同系物。若苯环上连接1个烃基—C3H7,—C3H7有两种:—CH2CH2CH3、—CH(CH3)2;若苯环上连接2个烃基,为—CH3和—CH2CH3,两个基团可出现邻、间、对三种相对位置;若苯环上连接3个烃基,为3个—CH3,结构有三种,分别为[对点训练1]甲苯苯环上的三氯取代产物共有(

)A.4种 B.5种 C.6种

D.7种C解析

若将3个—Cl先连到苯环上,得三种结构形式:①中苯环上氢原子的成键情况只有1种;②中苯环上氢原子的成键情况有2种;③中苯环上氢原子的成键情况有3种,故—CH3取代后共有6种结构,选C。思维建模

1.芳香族化合物的同分异构体数目判断与书写

(2)侧链有2个取代基:当苯环上有两个取代基时,可用“定一移一”的方法,即固定一个取代基,移动另一个,位置关系有“邻”“间”“对”三种。(3)侧链有3个取代基:采取“定二移一”的方法①三个相同的取代基先固定两个取代基,即邻、间、对三种,再加另一个,从第一个开始书写,去掉重复的即可。例如三甲苯的同分异构体的写法与数目的判断,先写出二甲苯3种,再加另一个甲基,共3种。相对位置描述为“连”“偏”“均”三种。②三个取代基两个相同,一个不同先固定两个相同的取代基,即邻、间、对三种,再加另一个,从第一个开始书写,去掉重复的即可。例如二氯一溴苯的同分异构体,第一步先在苯上进行二氯取代,得三种(邻、间、对)二氯苯,然后分别对这三种二氯苯进行一溴取代,共有6(2+3+1=6)种:③三个取代基完全不同,方法相似,共10种。

2.芳香烃的多元取代物的同分异构体数目判断(1)等效氢法:画出芳香烃的同分异构体,通过等效氢法或定一移一法找出一元取代物或多元取代物的同分异构体。(2)找取代基法:判断取代基数目→找出取代基的种类→位置异构找出同分异构体种类探究角度2

多环芳烃取代产物同分异构体书写和数目判断例2稠环芳烃萘的结构简式为,其一氯代物有

种,二氯代物有

种。

210【变式设问】(1)萘与足量氢气发生加成反应可生成十氢萘(

),十氢萘的一氯代物有几种?提示

3种。氯原子连接的位置如图:。(2)萘的一氯一溴代物有几种?提示

14种。萘分子中有两类氢原子,设为α-H和β-H。当Cl连在α位时,分子中不存在对称轴,则Br连接的位置有7种;当Cl连在β位时,则Br连接的位置仍有7种;因此萘的一氯一溴代物有14种。[对点训练2]联苯(

)的二氯代物的同分异构体数目为(

)A.11 B.12 C.13 D.14B知识点二苯及其同系物的性质基础落实•必备知识全过关1.苯的物理性质

颜色状态熔、沸点密度毒性溶解性

较低比水

毒

溶于水,是一种良好的有机溶剂

无色液体小有不2.苯及其同系物的化学性质(1)氧化反应①均能燃烧,燃烧的通式:②苯的同系物与酸性KMnO4溶液的反应苯

使酸性高锰酸钾溶液褪色,在苯的同系物中,如果侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有

,侧链烃基能被酸性高锰酸钾溶液氧化为

。

不能氢原子羧基(2)与卤素单质、硝酸、浓硫酸的取代反应①与卤素单质反应②与硝酸反应

注意左侧硝基写成O2N—形式。2,4,6-三硝基甲苯俗称TNT,是一种烈性炸药

③与硫酸反应

(3)与氢气的加成反应①苯:

。

②甲苯:

。

名师点拨苯的同系物中苯环与侧链相互影响的规律①苯环影响侧链,使侧链的反应活性增强,因此侧链可以被酸性KMnO4溶液氧化。②侧链影响苯环,使苯环的反应活性增强,像苯发生硝化反应只生成一硝基取代产物,而甲苯发生硝化反应容易生成三硝基取代产物。名师点拨苯的同系物中苯环和烷基发生卤代反应条件比较①苯的同系物中,苯环与苯的性质相似,因此苯环与卤素单质反应,应使用Fe作催化剂,实际起催化作用的为卤化铁。②苯的同系物中,烷基与烷烃性质相似,因此烷基与卤素单质反应,应在光照条件下进行。名师点拨苯及其同系物与H2加成反应的规律苯及其同系物均可与H2发生加成反应,苯环中相当于含有3个碳碳双键,因此1

mol苯环与H2加成时消耗3

mol

H2;由于苯环的特殊结构,1

mol苯环与H2加成不会消耗1

mol或2

mol

H2。深度思考如何鉴别苯、甲苯、环己烯三种无色液体?提示

取少量三种无色液体,滴加溴水振荡,能使溴水褪色的为环己烯。取剩余两种无色液体少许,滴加酸性KMnO4溶液振荡,能使酸性KMnO4溶液褪色的为甲苯,不褪色的为苯。正误判断(1)苯不能使溴的CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色,但甲苯能使溴的CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色。(

)(2)1

mol苯在催化剂作用下可与2

mol

H2发生加成反应生成环己烯。(

)(3)甲苯在一定条件下与浓硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯,说明苯环对甲基的性质有影响。(

)×提示

甲苯不能使溴的CCl4溶液褪色。

×提示

苯与H2加成只能得到环己烷,不能生成环己烯。

×提示

甲苯在一定条件下与浓硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯,是因为甲基影响苯环使苯环的反应活性增强。(4)分子式为C10H14的苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化生成苯甲酸的有4种。(

)×提示

能被氧化生成苯甲酸,说明该苯的同系物只有一个侧链,根据分子式可以确定侧链为丁基—C4H9,丁基有4种,其中苯环连接—C(CH3)3时,该物质不能被酸性KMnO4溶液氧化。重难突破•能力素养全提升探究角度1

芳香烃性质考查例1关于化合物2-苯基丙烯(

),下列说法正确的是(

)A.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色B.可以发生加聚反应C.分子中所有原子共平面D.易溶于水及甲苯B解析

化合物2-苯基丙烯中含有苯环和碳碳双键,可被酸性KMnO4溶液氧化,可以使酸性高锰酸钾溶液褪色,A错误;含有碳碳双键,可以发生加聚反应,B正确;由于分子中含有甲基,所有原子不可能共平面,C错误;该有机物属于烃,不易溶于水,D错误。思路剖析

解答本题应注意以下两点:(1)理解2-苯基丙烯分子中含有的官能团为碳碳双键,碳碳双键能发生氧化、加聚反应;(2)理解苯的空间结构,注意碳碳单键在空间能够旋转。【变式设问】(1)1mol2-苯基丙烯()与氢气加成时最多消耗H2的物质的量是多少?写出与足量Br2加成所得有机物的结构简式。(2)能否用酸性高锰酸钾溶液鉴别2-苯基丙烯和丙苯?提示

4

mol,加成所得有机物的结构简式为

。

提示

不能,因为两者都能使酸性高锰酸钾溶液褪色。

[对点训练1]下图为有关甲苯的转化关系图:以下说法中正确的是(

)A.反应①为取代反应,反应③为加成反应B.反应②的现象是火焰明亮并带有浓烟C.反应④的产物中所有碳原子在同一平面上D.反应④中1mol甲苯最多与3molH2发生加成反应,是因为甲苯分子中含有三个碳碳双键B解析

①、③均为取代反应,故A错误;甲苯含碳量高,燃烧时火焰明亮并带有浓烟,故B正确;反应④的产物为甲基环己烷,所有碳原子均为sp3杂化,不可能共平面,故C错误;苯环中不含碳碳双键,故D错误。思维建模

预测芳香烃性质的方法(1)分析芳香烃的结构特点,注意芳香烃侧链中是否含有碳碳双键、碳碳三键等官能团。(2)从三个角度理解芳香烃的性质。①苯环的性质:可与Br2、HNO3、H2SO4等发生取代反应,可与H2发生加成反应;②侧链的性质:如烷基可发生取代反应,碳碳双键、碳碳三键可发生加成反应、加聚反应、氧化反应等;③苯环与侧链的相互影响:受到侧链影响,苯环的取代容易在侧链的邻对位引入取代基,容易形成三取代产物;受到苯环的影响,侧链容易被酸性KMnO4溶液氧化。探究角度2

溴苯和硝基苯的制备实验例2某同学为探究苯与液溴发生反应的原理,用如下图所示装置进行实验。根据相关知识回答下列问题:(1)实验开始时,关闭止水夹K2,开启止水夹K1和分液漏斗活塞,滴加苯和液溴的混合溶液,反应开始。过一会儿,在装置Ⅲ中可能观察到的现象是

。

(2)整套实验装置中能防止倒吸的装置有

(填装置序号)。

(3)你认为通过该实验,在苯与液溴反应的原理方面能得出的结论是

。

(4)本实验能不能用溴水代替液溴?

。

(5)采用冷凝装置,其作用是

。

(6)装置Ⅲ中小试管内苯的作用是

。

(7)若实验时没有液溴,但实验室有溴水,该实验

(填“能”或“不能”)成功。小试管中有气泡产生,液体变棕黄色;有白雾出现;广口瓶内溶液中有浅黄色沉淀生成Ⅲ和Ⅳ

苯与液溴可以发生取代反应

不能冷凝挥发的溴和苯,减少苯和溴的损失除去HBr中的Br2(g),防止干扰HBr的检验

能

解析

(1)在催化剂作用下,液溴与苯发生反应生成溴苯和极易溶于水的溴化氢,溴化氢遇水蒸气形成白雾,HBr与AgNO3反应生成AgBr沉淀,则装置Ⅲ广口瓶中会产生浅黄色沉淀;挥发出的少量溴蒸气溶于苯,使苯层呈棕黄色。(2)溴化氢不溶于苯,在装置Ⅲ小试管中苯与导管口不接触,可防止倒吸;在装置Ⅳ烧杯中,倒立的干燥管能防倒吸。(3)根据产物有溴化氢,可以证明苯与液溴发生取代反应。(4)苯与液溴在铁催化下可发生取代反应,但苯与溴水不能反应。(5)苯和溴的沸点都较低,易挥发,使用冷凝装置,可使挥发出的苯和溴蒸气冷凝回流到装置Ⅱ中的广口瓶内,减少苯和溴的损失,提高原料利用率。(7)实验室中若无液溴,可先用苯萃取溴水中的溴,分液后,取苯层即可。【变式设问】实验中通过什么现象可说明苯与液溴的反应为取代反应而不是加成反应?提示

若反应为加成反应,则没有HBr产生;AgNO3溶液中产生浅黄色沉淀,则说明反应中生成了HBr,则反应为取代反应。[对点训练2]实验室通过苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液在50~60℃的水浴中加热制备硝基苯。已知苯与硝基苯的某些物理性质如下表所示。物质熔点/℃沸点/℃状态苯5.580.1液体硝基苯5.7210.9液体(1)配制浓硫酸和浓硝酸混合液的操作是

。

(2)分离硝基苯和水的混合物的方法是

;分离硝基苯和苯的混合物的方法是

。

将浓硫酸沿试管内壁慢慢注入浓硝酸中,并不断搅拌,冷却

分液

蒸馏(3)某同学用如图所示装置制取硝基苯:①用水浴加热的优点是

;

②指出该装置中的两处缺陷:

;

。

反应物受热均匀,且便于控制温度试管接触烧杯底部缺少冷凝回流装置解析

(1)配制混合液时,一般将密度大的液体加入密度小的液体中并不断搅拌,与稀释浓硫酸的方法类似。(2)硝基苯和水互不相溶,可用分液法分离;硝基苯和苯互溶,且沸点相差较大,可用蒸馏法分离。规律方法

制取溴苯和硝基苯实验中的相似点①都用到冷凝回流装置:制取溴苯时,苯与液溴易挥发;制取硝基苯时,苯和硝酸易挥发。②粗产品提纯过程相似:实验制得的粗溴苯、硝基苯均可通过水洗、碱洗、水洗、干燥、蒸馏进行提纯。第一次水洗除去溴化铁或酸液;分液后碱洗,除去溴苯中的溴、硝基苯中的酸性物质(HNO3、NO2等);分液后再水洗,除去碱液;加入CaCl2干燥,过滤后蒸馏除去溴苯或硝基苯中溶解的苯。③溴苯和硝基苯密度均大于水,水洗或碱洗分液时,有机层均在下层。随堂检测全达标12345题组1苯及其同系物的结构和命名1.苯有多种同系物,其中一种结构简式为

,它的名称为(

)A.2,4-二甲基-3-乙基苯B.1,3-二甲基-2-乙基苯C.1,5-二甲基-6-乙基苯D.2-乙基-1,3-二甲基苯B解析

以苯环为母体,根据甲基、乙基在苯环上的位置进行编号,从简单取代