高中化学讲义基础课时8　芳香烃

第三节芳香烃基础课时8芳香烃课标要求1.认识苯的组成和结构特点，了解其主要的物理性质。能描述和分析苯的重要反应，能书写相应的反应方程式。2.认识苯的同系物的结构特点和性质，会比较苯与其同系物在组成、结构和性质上的差异。一、苯1.芳香烃分子里含有一个或多个苯环的烃。苯是最简单的芳香烃。2.苯的物理性质无色、有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，易溶于有机溶剂。苯易挥发，熔、沸点较低，常温下密度比水的密度小。3.苯的分子结构分子式C6H6结构简式碳原子杂化方式sp2共价键类型σ键、π键分子构型平面正六边形，键角均为120°，分子中所有原子都处于同一平面内碳碳键键长相等，介于碳碳单键和碳碳双键之间，碳碳原子间存在σ键和大π键。4.苯的化学性质(1)氧化反应①苯不能被酸性KMnO4溶液氧化。②苯燃烧时会产生浓重的黑烟，化学方程式：2C6H6＋15O2eq\o(→,\s\up7(点燃))12CO2＋6H2O。(2)取代反应化学方程式有机产物的性质与Br2反应溴苯是无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水大与浓硝酸反应(硝化反应)eq\a\vs4\al()＋H2O硝基苯是无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水大与浓硫酸反应(磺化反应)＋H2O苯磺酸易溶于水，是一种强酸(3)加成反应①苯不与溴水发生加成反应，但能将溴从溴水中萃取出来。②在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应，化学方程式为：。1.下列关于苯的叙述正确的是()A.苯的分子式是C6H6，它不能使酸性KMnO4溶液褪色，所以苯属于饱和烃B.从苯的凯库勒式()看，分子中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃C.在加热条件下，苯与液溴发生反应生成溴苯D.苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的键完全相同，键长相等答案D解析苯的分子式是C6H6，与同碳原子数的烷烃相比，氢原子数少，苯属于不饱和烃，但由于六个碳原子间形成大π键，分子中不存在碳碳不饱和键，所以不能使酸性KMnO4溶液褪色，A不正确；凯库勒式只是表示苯分子结构的一种形式，并没有体现苯分子的真实结构，苯分子中不含有碳碳双键，所以苯不属于烯烃，B不正确；在FeBr3的催化作用下，苯与液溴发生取代反应生成溴苯等，C不正确；苯分子为平面正六边形结构，6个碳碳键的键能都介于单键和双键之间，且都相等，碳碳键的键长相等，D正确。2.下列关于苯的叙述正确的是()A.反应①常温下不能进行，需要加热B.反应②不能发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层C.反应③为加成反应，产物是一种烃的衍生物D.反应④能发生，从而证明苯中是单双键交替结构答案B解析常温下苯与液溴在催化剂作用下发生取代反应生成溴苯，A错误；苯不含碳碳双键，不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，苯密度小于水，不溶于水，有分层现象，B正确；反应③为苯与浓硝酸在浓硫酸作催化剂条件下发生取代反应生成硝基苯，C错误；反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应，但是苯分子中不含碳碳双键，D错误。3.已知：①＋HNO3eq\o(→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(50～60℃))＋H2OΔH<0；②硝基苯沸点为210.9℃，蒸馏时选用空气冷凝管。下列制取硝基苯的操作或装置(部分夹持仪器略去)正确的是()A.配制混酸B.水浴加热C.洗涤后分液D.蒸馏提纯答案C解析浓硝酸与浓硫酸混合会放出大量的热，如将浓硝酸加入浓硫酸中，可能会导致液体迸溅，A错误；反应在50～60℃进行，低于水的沸点，因此可以利用水浴加热，可使反应容器受热均匀，便于控制温度，但图中水浴的水用量太少，反应液受热不均匀，B错误；硝基苯为油状液体，不溶于水且密度比水大，在下层，分液操作时从下口放出，C正确；蒸馏提纯操作中温度计用来测量蒸气的温度，温度计水银球应在蒸馏烧瓶的支管口处，D错误。【题后归纳】1.苯的分子结构特点(1)苯中碳原子采取sp2杂化，除σ键外还含有大π键。苯分子为平面形结构，分子中的6个碳原子和6个氢原子共平面。(2)苯不存在单双键交替结构，可以从以下几个方面证明：①结构上：苯分子中六个碳碳键均等长，六元碳环呈平面正六边形；②性质上：碳碳双键能使酸性KMnO4溶液褪色，但苯不能；③二氯代苯的结构：邻二氯苯只有一种结构，而若为单双键交替应有两种结构(和)。2.苯的化学性质归纳反应化学方程式反应类型燃烧2C6H6＋15O2eq\o(→,\s\up7(点燃))12CO2＋6H2O氧化反应①＋HBr↑取代(卤代)反应②取代(硝化)反应③取代(磺化)反应④加成(还原)反应二、苯的同系物1.结构特点苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基所取代得到的一系列的产物，通式为CnH2n－6(n>6)。2.物理性质具有类似苯的气味的无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水小。3.常见的苯的同系物名称结构简式甲苯乙苯二甲苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯4.化学性质(1)氧化反应苯的同系物大多数能被酸性KMnO4__溶液氧化而使其褪色。均能燃烧，燃烧的化学方程式通式为：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n－3)H2O。(2)取代反应甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在一定条件下反应生成三硝基甲苯的化学方程式为。产物2，4，6－三硝基甲苯(TNT)是一种烈性炸药。(3)加成反应：。4.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，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，B错误；苯的一氯代物只有一种，而甲苯的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，与苯环对甲基的影响无关，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，D正确。5.乙苯在催化剂作用下在550～600℃时脱氢生成苯乙烯：下列说法不正确的是()A.乙苯和苯乙烯均能使溴水褪色，且褪色原理相同B.乙苯和苯乙烯均能使酸性KMnO4溶液褪色C.乙苯可由苯和乙烯反应得到，且该反应原子利用率能达到100%D.等质量的苯乙烯与苯在相同条件下完全燃烧时耗氧量相同答案A解析乙苯能萃取溴水中的溴，苯乙烯能与溴发生加成反应，二者均能使溴水褪色，但褪色原理不相同，A错误；乙苯和苯乙烯均能被酸性KMnO4溶液氧化，因此乙苯和苯乙烯均能使酸性KMnO4溶液褪色，B正确；苯和乙烯发生加成反应生成苯乙烯，原子利用率能达到100%，C正确；苯乙烯和苯的最简式相同，则等质量的苯乙烯与苯在相同条件下完全燃烧时耗氧量相同，D正确。6.(2023·银川高二期中)异丙苯[]是一种重要的化工原料，下列关于异丙苯的说法不正确的是()A.异丙苯是苯的同系物B.在一定条件下能与氢气发生加成反应C.可用酸性高锰酸钾溶液区别苯与异丙苯D.在光照条件下，异丙苯与Cl2发生取代反应生成的氯代产物有2种答案D解析同系物是指结构相似在组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，故异丙苯是苯的同系物，A正确；已知异丙苯中含有苯环，故在一定条件下能与氢气发生加成反应，B正确；已知苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而异丙苯可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，故可用酸性高锰酸钾溶液区别苯与异丙苯，C正确；在光照条件下，异丙苯与Cl2发生取代反应时取代烃基上的H，则生成的一氯代物有2种，还有二氯代物、三氯代物、四氯代物等等，D错误。【题后归纳】1.苯与其同系物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②都易发生苯环上的取代反应③都能发生加成反应，但反应都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，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2.苯的同系物中苯环与侧链的相互影响(1)苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而被氧化。苯的同系物被氧化时，不论它的侧链长短如何，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，则该侧链烃基通常被(如酸性KMnO4溶液)氧化为羧基。(2)侧链对苯环的影响，使苯环上侧链邻、对位上的H原子变得活泼。甲苯与硝酸反应时，生成一硝基甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。1.(2023·新余六中高二期中)下列物质属于苯的同系物的是()答案A解析苯的同系物为含有1个苯环而且侧链为饱和烃基的芳香烃，侧链为甲基，为饱和烃基，属于苯的同系物，故A正确；该有机物含六个苯环，结构不相似，故不是苯的同系物，B错误；该有机物含有2个苯环，与苯结构不相似，不属于苯的同系物，C错误；该有机物不含苯环，也不是苯的同系物，D错误。2.(2023·哈尔滨宾县二中高二月考)苯环结构中，不存在单双键交替结构，可以作为证据的事实是()①苯不能使KMnO4(H＋)溶液褪色②苯中碳碳键的键长均相等③苯能在一定条件下跟H2加成生成环己烷④经实验测得邻二甲苯仅一种结构⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不是因加成而使溴水褪色A.②③④⑤ B.①③④⑤C.①②④⑤ D.①②③④答案C解析①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在C—C单键与C=C双键的交替结构，正确；②苯为平面正六边形分子，说明苯分子中的碳碳键完全相同，不存在C—C单键与C=C双键的交替结构，键长均相等，②正确；③苯能在一定条件下跟H2加成生成环己烷，发生加成反应也是双键或三键具有的性质，不能证明苯环结构中不存在C—C单键与C=C双键的交替结构，错误；④若苯的结构中存在单双键交替结构，苯的邻位二元取代物有两种，但实际上无同分异构体，所以能说明苯不是单双键交替结构，正确；⑤苯在FeBr3存在下同液溴可发生取代反应，生成溴苯，苯不因加成反应而使溴水褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在C—C单键与C=C双键的交替结构，正确。所以①②④⑤可以作为苯分子中不存在单、双键交替排列结构的证据，故选C。3.有关甲苯的实验事实中，与苯环上的甲基有关(或受到影响)的是()①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰④1mol甲苯与3molH2发生加成反应A.①③ B.②④C.①② D.③④答案C解析由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳的邻、对位碳上的氢变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。4.(2023·十堰期中联考)芳香族化合物A是一种基本化工原料，可以从煤和石油中得到。A、B、C、D、E的转化关系如下图所示。回答下列问题：(1)A的化学名称是____________；(2)A→B的反应类型是____________。(3)A的一种同分异构体发生在苯环上的一元取代物只有一种，其结构简式为：____________。D的官能团名称为：____________。(4)A→C的化学方程式为____________________。(任写一种)答案(1)邻二甲苯(或1，2－二甲基苯)(2)取代反应(3)羧基(4)(或)＋HBr解析由题干可知A为一种芳香烃，且能与溴单质在光照的条件下发生烷基上的取代反应生成B，由B的结构逆推可得A结构为；A与溴单质在溴化铁的催化下发生苯环上的取代反应生成C，由于甲基会活化苯环邻、对位上的氢，所以C的结构可能为或；A与高锰酸钾反应，烷基被高锰酸钾氧化为羧基，可推得D的结构为；A与氢气发生加成反应生成E，结合E分子式可推得E的结构为。(1)由题可推得A的结构为，按照系统命名法可命名为1，2－二甲基苯，按照习惯命名法可命名为邻二甲苯；(2)A与溴在光照下发生取代反应生成B；(3)A的同分异构体在苯环上的一元取代产物只有一种，说明该同分异构体为对称结构，可得该同分异构体结构为；A与高锰酸钾反应生成，其官能团为羧基；(4)苯的同系物发生在苯环上的卤素取代反应，取代基可能在烷基对位或者邻位上，则A反应生成C的反应式可以为或者HBr。A级合格过关练1.下列分子中只有σ键没有π键的是()A.2－甲基丁烷 B.2－丁烯C.苯 D.乙炔解析A解析2－甲基丁烷中只有σ键没有π键，A符合题意；2－丁烯中含有碳碳双键，分子中既有σ键又有π键，B不符合题意；苯中含有不饱和键，分子中既有σ键又有大π键，C不符合题意；乙炔中含有碳碳三键，分子中既有σ键又有π键，D不符合题意。2.苯与乙烯相比较，下列叙述正确的是()A.都容易与溴发生取代反应B.都容易发生加成反应C.乙烯易发生加成反应，苯不能发生加成反应D.乙烯易被酸性KMnO4溶液氧化，而苯不能答案D解析苯与溴易发生取代反应，乙烯与溴更易发生加成反应，A错误；乙烯易发生加成反应，而苯只有在特殊条件下才能发生加成反应，B、C错误；乙烯易被酸性KMnO4溶液氧化，而苯不能，D正确。3.下列反应中，属于取代反应的是()A.苯在氯化铁存在时与氯气的反应B.苯在镍作催化剂时与氢气的反应C.苯在空气中燃烧D.苯与溴水混合振荡答案A解析A项是取代反应，以苯跟液溴反应推出；B项是加成反应；C项是氧化反应；D项是物理过程：萃取。4.(2023·昭通一中高二月考)某有机物的结构简式如图，则下列说法正确的是()A.该物质为苯的同系物B.该物质的一氯取代物有4种C.该物质的分子式为C12H14D.在FeBr3做催化剂时，该物质可以和溴水发生取代反应答案B解析苯的同系物分子中只含有1个苯环，由结构简式可知，该物质的分子中含有2个苯环，不是苯的同系物，A错误；由结构简式可知，该物质的分子中含有4类氢原子，则一氯取代物有4种，B正确；该物质的分子式为C12H12，C错误；在溴化铁做催化剂时，该物质可以和液溴发生取代反应，不能与溴水反应，D错误。5.“碳九”主要指催化重整和裂解制乙烯的副产物中含九个碳原子的芳烃馏分，主要组分有异丙苯、正丙苯、乙基甲苯、均三甲苯、偏三甲苯、邻三甲苯、茚等。下列关于芳香烃的叙述中，不正确的是()A.正丙苯是苯的同系物B.常温下苯和甲苯可以用溴水鉴别C.苯和浓硝酸、浓硫酸混合物在100～110℃才能生成二硝基苯，而甲苯在100℃时即可生成三硝基甲苯，说明甲基对苯环产生了影响D.乙烷和甲苯中都含有甲基，甲苯可以被酸性KMnO4溶液氧化成苯甲酸，而乙烷不能被其氧化，说明苯环对侧链产生了影响答案B解析苯的同系物指的是含有一个苯环，侧链为饱和烃基；正丙苯的分子式为C9H12，含有一个苯环，侧链为正丙基，和苯相比，二者结构相似，组成上相差3个CH2，所以正丙苯是苯的同系物，A正确；常温下苯和甲苯与溴水都不反应，所以用溴水无法鉴别二者，B错误；苯和浓硝酸、浓硫酸混合物在100～110℃才能生成二硝基苯，而甲苯受侧链甲基的影响，苯环上的H原子变得比较活泼，在100℃时即可生成三硝基甲苯，从而说明甲基对苯环产生了影响，C正确；乙烷和甲苯中都含有甲基，受苯环的影响，甲苯中的甲基变得比较活泼，所以甲苯可以被酸性KMnO4溶液氧化成苯甲酸，而乙烷不能被其氧化，说明苯环对侧链产生了影响，D正确。6.(2023·聊城高二期末)下列有关芳香烃的说法错误的是()A.苯乙烯与液溴混合后加入铁粉可发生取代反应B.的分子中有3种杂化轨道类型的碳原子C.的分子中最多有8个碳原子共平面D.向2mL苯中加入1mL酸性高锰酸钾溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，上层呈紫红色答案D解析铁粉、液溴是在苯环上发生溴代反应的条件，A正确；分子内含碳碳三键、苯环和甲基，则分子中碳原子的杂化方式分别为sp、sp2、sp3，有3种杂化轨道类型的碳原子，B正确；苯环、碳碳双键均为平面结构，饱和碳原子为四面体结构、碳原子为sp3杂化、键角接近109.5°，故分子中亚甲基上的碳原子、双键碳原子都不与苯环共平面、即最多有8个碳原子共平面，C正确；苯密度小于水，向2mL苯中加入1mL酸性高锰酸钾溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，下层呈紫红色，D不正确。7.(2023·台州玉环玉城中学高二月考)下列是甲苯的有关转化关系(部分产物没有标出)，有关叙述正确的是()A.反应①为取代反应，其产物可能是B.反应②的现象是火焰明亮并伴有浓烟C.反应③为取代反应，该反应产物一定为纯净物D.反应④是1mol甲苯与1molH2发生加成反应答案B解析甲苯和氯气在光照条件下发生甲基上的取代反应，其产物可能是，A错误；苯中碳元素质量分数大，苯燃烧的现象是火焰明亮并伴有浓烟，B正确；甲苯和浓硫酸、浓硝酸的混合物发生硝化反应，该反应的主要产物为2，4，6－三硝基甲苯，C错误；1mol甲苯与3molH2发生加成反应生成1mol甲基环己烷，D错误。8.50～60℃时，苯与浓硝酸在浓硫酸催化下可制取硝基苯，反应装置如图所示。下列对该实验的描述错误的是()A.最好用水浴加热，并用温度计控温B.长玻璃管起冷凝回流作用C.提纯硝基苯时只需直接用水去洗涤，便可洗去混在硝基苯中的杂质D.加入过量硝酸可以提高苯的转化率答案C解析该反应温度不超过100℃，所以最好用水浴加热，A正确；因反应物受热易挥发，所以长玻璃管起冷凝回流作用，B正确；用水洗涤不能除去没反应完的苯，因为苯不溶于水而易溶于硝基苯，C错误；加入过量硝酸可以使平衡向右移动，从而提高苯的转化率，D正确。9.由芳香烃A可以合成两种有机化合物B、C，如图所示：(1)A的结构简式和名称分别为___________、____________；C分子中官能团名称为_____________________________________。(2)反应①、②的条件和反应物分别为___________________、____________。(3)有关有机化合物B和C的下列说法正确的是____________(填字母序号)。a.互为同系物 b.互为同分异构体c.都属于卤代烃 d.都属于芳香族化合物答案(1)甲苯碳溴键(2)光照，Cl2FeBr3催化，液溴(3)cd解析芳香烃A分子式为C7H8，可发生反应①生成，可发生反应②生成，可知A为甲苯。(1)A为甲苯，其结构简式为。C分子中的官能团名称为碳溴键。(2)反应①为甲基上的氢原子被Cl取代，反应条件为光照，反应物为Cl2。反应②为甲苯苯环上的氢被溴取代，反应条件为溴化铁做催化剂，反应物为液溴。(3)B和C分子组成上并不是相差若干个CH2，不是同系物，a错误；B和C分子式不同，不是同分异构体，b错误；两者都是卤代烃，c正确；两者都含有苯环，都是芳香族化合物，d正确。B级素养培优练10.溴苯和硝基苯都可用于合成医药、农药。下列关于溴苯和硝基苯的实验操作正确的是()A.将溴水、铁粉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，温度计应放在反应混合物中D.制取硝基苯时，应先加2mL浓H2SO4，再加入1.5mL浓HNO3，再滴入约1mL苯，然后放在水浴中加热答案B解析苯和液溴在FeBr3催化作用下反应可得溴苯，而溴水不行。苯和浓HNO3在浓H2SO4催化作用下反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在水浴中测水的温度，控制在50～60℃。混合浓硫酸和浓硝酸时，应将浓硫酸加入浓硝酸中，且边加边振荡(或搅拌)散热，冷却后再加入苯。11.(2023·海南儋州高二期末)关于化合物2－苯基丙烯(如图)，下列说法错误的是()A.该分子能使酸性高锰酸钾溶液褪色B.可以发生加成聚合反应C.分子中所有原子不可能共平面D.该分子易溶于水及甲苯答案D解析该分子中含有碳碳双键，具有烯烃的性质，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A正确；该分子中含有碳碳双键，可以发生加成聚合反应，B正确；分子中含有－CH3，则所有原子不可能共平面，C正确；该分子属于烃，难溶于水，易溶于甲苯，D不正确。12.下列有关说法正确的是()A.甲苯与溴水在三溴化铁催化条件下可生成B.乙苯和氯气光照条件下生成的产物有11种C.邻二甲苯和溴蒸气在光照条件下的取代产物可能为D.丙苯()可使酸性高锰酸钾溶液褪色答案D解析甲苯与液溴在三溴化铁催化条件下能发生取代反应，与溴水不发生化学反应，A错误；光照条件下乙基上的H原子被取代，则乙苯和氯气光照生成的氯代物有11种(数字代表氯原子的位置)：一氯代物有2种()、二氯代物有3种：()、三氯代物有3种()、四氯代物有2种()、五氯代物有1种()，同时还有HCl生成，所以产物共有12种，B错误；光照条件下甲基上的氢原子会被溴原子取代，苯环上的氢原子不会被取代，C错误；丙苯中与苯环相连的碳原子上有氢原子，可以被酸性高