2.3.1+苯的结构与性质 课件 高二下学期化学人教版选择性必修3

第二章

烃第三节

芳香烃第1课时

苯学习目标通过实验探究活动，预测、验证并分析苯及其同系物的化学性质。通过对比、类比等方法，说出苯和苯的同系物的性质异同，举例说明有机化合物中官能团之间的相互影响。在有机化学发展的初期，便有芳香族化合物这一分类，其是指具有芳香气味的物质。芳香化合物芳香烃苯和苯的同系物含有一个或多个苯环的有机化合物(可含除C、H外的元素)含有一个或多个苯环的烃(只含碳、氢元素)

只含一个苯环且苯环上连接烷基的芳香烃，通式CnH2n-6(n≥6)芳香烃的分类苯及其同系物稠环芳烃其它芳烃CH3萘—二连苯新课导入1825183418441861英国科学家法拉第在制得煤气后的剩余液体中发现了苯，测定其最简式为CH德国化学家米希尔里奇制得了苯，并对其正式命名法国化学家热拉尔确定其分子量为78，分子式为C6H6德国化学家凯库勒揭示了苯为正六边形单双键交替的结构(来源于一个梦)1.苯的发现史凯库勒式问题：实际上苯分子中并不存在单双键交替结构，如何证明？任务一苯的分子结构物理性质颜色气味毒性水溶性挥发性熔点沸点密度无色有特殊气味有毒不溶于水易挥发80.1℃5.5℃0.88g/cm3

比水轻苯是一种重要的化工原料和有机溶剂苯—最简单的芳香烃2.苯的物理性质与应用任务一苯的分子结构德国化学家凯库勒在分析了大量实验事实后认为，苯分子中六个碳原子之间的结合非常牢固。形成了一个很稳定的“核”。这个“核”可以与其他原子相连，形成芳香族化合物。该“核”具有闭合的环状结构，由碳原子以单、双键相互交替结合而成。请同学们挑选出六元环状化合物的结构简式。若是单键、双键相互交替的结构，苯的化学性质应该和______、______等不饱和烃的相似，能与________发生__________，能使_________________________。烯烃炔烃溴水加成反应酸性高锰酸钾溶液褪色科学史话凯库勒任务一苯的分子结构如何设计实验进行验证苯的不饱和键？化学键实验操作预测现象碳碳双键或碳碳三键取少量样品滴加酸性KMnO4溶液紫色褪去取少量样品滴加溴水溶液溴水褪色任务一苯的分子结构实验操作

实验现象

液体分层，上层

色，下层_____色。液体分层，上层

色，下层___色。紫红橙红无无水层显紫色，没有褪色苯层显黄色，苯能萃取溴水中Br2（1）为什么两支试管溶液都发生了分层？苯不溶于水，密度比水小。（2）右侧试管中上层溶液显黄色，说明苯对Br2溶解有什么规律？

溴能在苯中溶解且溶解度大于水溶液中，苯能萃取溴水中的溴。任务一苯的分子结构结论：（1）苯不被酸性KMnO4溶液氧化，也不与溴水反应，但能萃取溴。（2）苯分子不具有碳碳双键，不存在碳碳单键和双键交替结构

。还能根据哪些角度去证明苯环并不属于单双键交替的结构呢？（1）同分异构体的视角阅读P43科学史话（2）X射线衍射法测定结构苯每个碳碳键的键长相等，为139pm任务一苯的分子结构（1）邻二取代物没有同分异构体，只有一种结构。如苯环为单键和双键的交替结构，则两者结构不同。C—C：1.54×10-10mC＝C：1.33×10-10m不可能出现正六元环经测定，苯环中碳碳键的键能均相等139pm（3）核磁共振氢谱：苯的6个氢原子所处的化学环境完全相同。苯中存在一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊化学键，称为大π键。3.苯的分子结构苯分子式

结构式结构简式最简式C6H6CH球棍模型空间填充模型成键特点（1）碳原子均采取_____杂化，每个碳的杂化轨道分别与氢原子及相邻碳原子的_____杂化轨道以σ键结合，键间夹角均为_____，连接成六元环状。sp2sp2120°（2）每个碳原子余下的p轨道_______碳、氢原子构成的平面，相互_________形成______键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。大π垂直于平行重叠（3）空间构型：

，

原子共平面。平面正六边型12任务一苯的分子结构下列物质所有原子都可能在同一平面上的是椅式船式学习评价例1.下列有关苯分子的说法不正确的是(

)。A.苯分子中C原子均以sp3杂化方式成键，形成夹角为120°的三个sp3杂化轨道，故苯分子为正六边形的碳环B.每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成大π键C.大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为6中心6电子大π键D.苯分子中共有十二个原子共面，六个碳碳键完全相同A学习评价苯的结构中不存在单、双键交替结构,可以作为证据的事实是

(填序号)。

①苯不能使KMnO4(H+)溶液褪色②苯中碳碳键的键长均相等③苯能在一定条件下与H2加成生成环己烷④经实验测得邻二甲苯仅有一种结构⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可以发生取代反应,但不能因化学变化而使溴水褪色答案:①②④⑤学习评价2.苯的化学性质苯分子中的碳碳键介于单键和双键之间的独特的键，苯既有烷烃的性质，能发生取代反应，也有烯烃的性质，但由于大π键比较稳定，在一定情况下能发生加成反应。苯有可燃性，但不能被酸性KMnO4溶液以及溴水氧化。易取代，能加成，难氧化。问题：根据苯的结构，预测苯可能发生的化学性质。氧化反应加成反应取代反应①可燃性纯卤素②使酸性KMnO4溶液褪色硝酸硫酸H2、X2、HX、H2O√×√任务二苯的化学性质2.苯的化学性质——氧化反应（1）可燃性现象：（2）苯不能使酸性高锰酸钾褪色点燃2C6H6＋15O212CO2＋6H2O方程式：火焰明亮，伴有浓重黑烟。（3）苯能和溴水发生萃取而褪色在乙烯、乙炔、苯分子中，含碳的质量分数较甲烷等烷烃高，乙炔、苯分子中含碳的质量分数相同，均为92.3%，均比乙烯高。乙烯、乙炔、苯在空气中燃烧不完全，易产生黑烟，乙炔、苯的黑烟更浓。任务二苯的化学性质2.苯的化学性质——取代反应①苯的卤代反应

苯与液溴在FeBr3催化下发生反应，生成溴苯。Fe溴苯Fe3+作催化剂，无催化剂不反应无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水大液溴，不能用溴水反应原理：Br2FeBr3BrHBr↑任务二苯的化学性质a.苯只与纯卤素反应，遇到溴水发生萃取分层。b.必须有催化剂；反应中加入的催化剂是铁粉，实际起催化作用的是FeBr3【注意】2.苯的化学性质——取代反应①苯的卤代反应

苯与液溴(纯溴)在FeBr3催化下发生反应，生成溴苯。溴苯的制取实验装置①烧瓶中充满红棕色气体，导管口有白雾（HBr遇水蒸气形成）②向锥形瓶中加入AgNO3溶液出现浅黄色沉淀AgBr。③烧瓶底部有褐色（溶有Br2）不溶于水液体生成。问题：溴苯不是无色的吗？溴溶于溴苯使无色的溴苯呈褐色问题：Fe屑的作用是什么？与溴反应生成催化剂FeBr3实验现象：问题：长导管的作用是什么？问题：锥形瓶中导管不能伸入液面下的原因？导气、冷凝回流防止HBr极易溶于水发生倒吸问题：所制得溴苯含有杂质(苯、HBr、Br2)，如何提纯？问题：为什么要先加苯再加液溴？防止液溴挥发任务二苯的化学性质分液振荡，再用分液漏斗分液。用水洗涤，除去溴苯中能溶于水的杂质（如FeBr3、HBr及Br2等）用NaOH溶液洗涤：除去溴苯中未反应的Br2，转化成可溶于水的物质用水洗涤，除去NaOH及生成的盐NaBr和NaBrO使溴苯和苯进行分离，除去溴苯中的苯和水。提纯方法Br2+2NaOH＝NaBr+NaBrO+H2O2.苯的化学性质——取代反应①苯的卤代反应如何提纯溴苯液体混合物：溴苯、苯、Br2、HBr、FeBr3任务二苯的化学性质常用干燥剂：无水硫酸钠、无水硫酸镁、无水CaCl2等262.苯的化学性质——取代反应①苯的卤代反应

苯与液溴在FeBr3催化下发生反应，生成溴苯。实验改进：CCl4溶液AgNO3溶液将气体通过CCl4吸收挥发的Br2，再将气体通入AgNO3溶液中，若有淡黄色沉淀产生，说明生成物中有HBr，即发生了取代反应。任务二苯的化学性质思考：AgNO3溶液中出现淡黄色沉淀能证明生成了HBr，发生了取代反应吗？，如何改进？Br2催化易挥发溴苯的实验改进创新装置的优点:①有分液漏斗,可控制液溴的量。②加装一个用CCl4除溴蒸气的装置。③倒扣的漏斗可以防倒吸,还有利于尾气吸收。

思考与讨论：根据上述实验的分析，你认为溴苯的制备实验还可以怎样改进？任务二苯的化学性质(19国Ⅰ)实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述错误的是()A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开KB.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色C.装置c中的碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢

D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶，得到溴苯D学习评价HOH2.苯的化学性质——取代反应②苯的硝化反应

苯与浓硝酸在50~60℃(水浴加热)下发生反应，生成硝基苯。反应原理：HNO350~60℃浓硫酸NO2H2O硝基苯无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大HONO2催化剂和吸水剂HNO3可以表示为：HO-NO2（羟基和硝基相连，注意：①硝基与二氧化氮不同，它不是能单独存在的分子，而是原子团，它是硝基化合物的官能团；②硝基苯分子中，硝基中氮原子和苯环上碳原子相连。）任务二苯的化学性质受热均匀，容易控制温度。【实验装置】长导管作用：导气、冷凝、回流。【药品顺序】先加硝酸,后加浓硫酸,冷却至室温后加入苯水浴加热；温度计的水银球插入水浴中测量温度，水银球不能触及烧杯底部及烧杯壁。拓展：“水浴加热”容易控制恒温，且易使被加热物受热均匀。需要加热，且要控制在100℃以下的实验，均可采用水浴加热。如果超过100℃，还可采用油浴（100-250°C）、沙浴温度（400-600°C）更高。本实验中硝基苯因溶有少量NO2而呈黄色2.苯的化学性质——取代反应任务二苯的化学性质作用：①平衡气压②冷凝回流（充分利用原料，防止污染环境）←敞口玻璃管防止浓硫酸稀释时放出大量的热量，使酸液溅出；减少苯的挥发温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解，同时发生苯和浓硫酸生成苯磺酸等副反应。(沙石作为热浴物质)用NaOH溶液洗涤：除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2用蒸馏水洗涤：除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐用无水氯化钙干燥，除去水使硝基苯和苯进行分离，除去硝基苯中的苯用蒸馏水洗涤：除去硝基苯中的硝酸、硫酸及NO2分液提纯方法问题：对比溴苯提纯，简要分析如何提纯硝基苯？任务二苯的化学性质2.苯的化学性质——取代反应③苯的磺化反应HOSO3H苯磺酸SO3HH2O易溶于水，强酸磺酸基浓硫酸作用：反应物和吸水剂反应原理：苯磺酸易溶于水，是一种强酸，可以看作是硫酸分子里的一个羟基被苯环取代的产物。磺化反应可用于制备合成洗涤剂。任务二苯的化学性质水浴加热---70-80℃苯环里的H原子被硫酸分子里的磺酸基(－SO3H)所取代的反应叫磺化反应。磺化反应的可逆性在有机合成中十分有用，在合成时可通过磺化反应先保护苯环上的某一位置，待后续发生其他反应后，再通过稀硫酸或盐酸将磺酸基除去，即可得到所需的化合物。例如，用甲苯制邻氯甲苯时，可利用磺化反应来保护对位：拓展1：傅-克烷基化反应（芳香烃与卤代烃发生取代反应，苯环上的氢被烷基取代）知识拓展——取代反应任务二苯的化学性质拓展2：傅-克酰基化反应（芳烃与酰卤或酸酐作用，芳环上的氢原子被酰基取代，生成芳酮的反应苯环上的氢被酰基取代）重要意义：在有机物的合成中，向苯环上引入C原子1.下列实验操作中正确的是()A.将溴水、FeBr3和苯混合加热即可制得溴苯B.除去溴苯中红棕色的溴，可用稀NaOH溶液反复洗涤，并用分液漏斗分液C.苯和浓HNO3在浓H2SO4催化下反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计

水银球应放在混合液中D.制取硝基苯时，应先加2mL浓H2SO4，再加入1.5mL浓HNO3，然后再

滴入约1mL苯，最后放在水浴中加热B学习评价2.苯的化学性质——加成反应苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应，在Pt、Ni等催化剂并加热的条件下，苯能与氢气、氯气等发生加成反应。H2催化剂3Cl2光照(六六六农药)3任务二苯的化学性质注意：苯比烯、炔难进行加成反应。环己烷是否平面结构？6个C不共面ClClClClClClCl2FeCl3＋

HClCl注意：反应条件不同，反应原理相差很大。下列关于苯的叙述正确的是()A.反应①为加成反应B.

反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应,是因为苯分子含有三个碳碳双键C.反应③为取代反应,有机产物是一种烃D.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并带有浓烟D学习评价易取代能氧化难加成难被酸性KMnO4氧化与H2加成易燃烧

苯的化学性质最简式分子式结构简式球棍模型C6H6CH或比例模型大π键

卤代反应

硝化反应

磺化反应课堂小结甲烷乙烯乙炔苯结构简式CH4CH2＝CH2CH≡CH结构特点全部单键饱和烃含碳碳双键不饱和烃含碳碳三键不饱和烃含大π键不饱和烃空间构型正四面体平面结构直线结构平面正六边形物理性质无色气体，不溶于水无色无味气体、微溶于水无色液体、不溶于水化学性质燃烧易燃，完全燃烧生成CO2和H2O溴（CCl4）不反应加成反应加成反应不反应（三者混溶）溴水不反应加成反应加成反应不反应（萃取）高锰酸钾（酸性）不反应氧化反应氧化反应不反应主要反应类型取代加成、聚合加成、聚合取代、加成总体来说，苯的化学性质是“易取代，难加成，难氧化”正误判断1.苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色。4.除去溴苯中的溴可以选择加入氢氧化钠溶液。2.苯中没有双键，不能使溴水褪色。3.苯与氯气只能