PAGE22-其次節芳香烴一、苯的結構與性質1．苯的分子結構和物理性質(1)苯的分子結構(2)物理性質2.苯的化學性質苯分子中的碳碳鍵介于單鍵和雙鍵之間，苯既有烷烴的性質，能發生取代反應，也有烯烴的性質，能發生加成反應。(1)取代反應(3)氧化反應①不能使KMnO4酸性溶液褪色。②燃燒：火焰光明，有濃煙，反應方程式為：2C6H6＋15O2eq\o(→,\s\up17(點燃))12CO2＋6H2。二、苯的同系物1．苯的同系物的組成和結構特點苯的同系物是苯環上的氫原子被烷基取代后的產物，其分子中只有一個苯環，側鏈都是烷基，通式為CnH2n－6(n≥7)。2．常見的苯的同系物3．苯的同系物的化學性質(1)氧化反應①甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。②均能燃燒，燃燒的化學方程式的通式為：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up17(點燃))nCO2＋(n－3)H2O。(2)取代反應甲苯與濃硝酸和濃H2SO4的混合酸在肯定條件下反應生成三硝基甲苯的化學方程式為：三、芳香烴的來源及應用1．定義分子里含有一個或多個苯環的烴。2．來源(1)1845年至20世紀40年頭，煤是芳香烴的主要來源。(2)20世紀40年頭以后，通過石油化學工業中的催化重整獲得。3．應用簡潔的芳香烴，如苯、甲苯等可用于合成炸藥、染料、藥品、農藥、合成材料等。探究點一苯及其同系物的化學性質比較1．相像之處(1)都能燃燒，燃燒時都發出光明的帶濃煙的火焰，其燃燒通式為：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up17(點燃))nCO2＋(n－3)H2O(2)都能與鹵素單質(X2)、硝酸、硫酸等發生取代反應。(3)都能與氫氣發生加成反應。2．不同之處如甲苯、乙苯均能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，使酸性高錳酸鉀溶液褪色，據此可鑒別苯和苯的同系物。3．苯的同系物與鹵素單質的取代反應，反應條件不同，取代位置不同(1)在光照條件下，鹵素原子取代側鏈上的氫原子。(2)在催化劑條件下，鹵素原子取代苯環上的H。例如：1．相同物質的量的苯與甲苯，與H2加成時，須要的H2的量相同嗎？提示：相同。1mol苯與1mol甲苯均與3molH2發生加成反應，所以相同物質的量的苯與甲苯，與H2加成時，須要的H2的量相同。提示：【例1】下列物質既能發生加成反應，也能發生取代反應，同時能使溴水因反應褪色，也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的是()【解析】苯不能使溴水因反應褪色，也不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故A錯誤；C6H14屬于烷烴，不能發生加成反應、不能使溴水因反應褪色、不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故B錯誤；甲苯不能使溴水因反應褪色，故C錯誤；苯乙烯含有碳碳雙鍵，既能發生加成反應，也能發生取代反應，同時能使溴水因反應褪色，也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故D正確。【答案】D將甲苯與液溴混合，加入鐵粉，其反應所得的產物可能有(C)A．①②③ B．僅⑦C．④⑤⑥⑦ D．全部解析：苯的同系物在Fe(或FeBr3)催化作用下，只發生苯環上的取代反應，可取代甲基鄰位、間位、對位上的氫原子，也可以將苯環上多個氫原子同時取代，而在此條件下，甲基上的氫原子不能被取代，因此不行能有①②③。探究點二苯的同系物的同分異構體苯的同系物的分子通式為CnH2n－6(n≥7)，將分子式減去6個碳(苯環所含碳)后，分析剩余的含肯定數目碳原子數的烷基，烷基可按由整到散的思路書寫。[例如余—C3H7，則分為①—C3H7(丙基)，②—C2H5和—CH3兩個烷基，③3個—CH3，三種狀況書寫]1．當苯環上只有1個取代基時：基元法：由1個烴基和苯環構成的物質，同分異構體數目等于烴基的種類數。例如，C10H14只含1個側鏈和1個苯環的物2．苯環上有兩個烴基時：在苯環上存在鄰、間、對三種位置異構，再考慮每種烴基可能的結構，從而確定同分異構體的數目。例如：C9H12有兩個取代基時，在苯環上的位置為：3．當苯環上有三個烴基時則用定二移三的方法。當3個取代基不相同時則會出現更困難的位置異構，要留意推斷是否重復。芳香族化合物的同分異構體可以在苯的同系物書寫的基礎上遷移，通常在官能團異構的基礎上按以上位置異構依次書寫。4．等效氫法分子中完全對稱的氫原子互為“等效氫原子”，其中引入一個新的原子或原子團時，只形成一種物質；在移動原子、原子團時，要依據肯定的依次，避開遺漏或重復。5．換元法苯的同系物的苯環上有多少種可被取代的氫原子，就有多少種取代產物。在苯環上的取代產物中，若有n個可被取代的氫原子，則m個取代基(m<n)的取代產物與(n－m)個取代基的取代產物種數相同。如二氯苯與四氯苯的同分異構體數目相同。【例2】二甲苯苯環上的一溴代物有六種同分異構體，這些一溴代物與生成它的對應二甲苯的熔點如下表所示：依據上述數據回答下列問題：(1)熔點為234℃的一溴二甲苯的結構簡式是________。(2)熔點為－54℃的二甲苯的結構簡式是________。【思路分析】首先分析數據，從數據中找出相關規律，再把所求問題轉化為推斷二甲苯的一溴代物的同分異構體的數目。【解析】由表中數據可知，熔點為13℃的二甲苯苯環上的一溴代物只有一種，其熔點為234℃；熔點為－27℃的二甲苯苯環上的一溴代物有兩種，其熔點分別為213.8℃和214.5℃；熔點為－54℃的二甲苯苯環上的一溴代物有三種，它們的熔點分別為206℃、204℃和205℃。這樣只要確定出二甲苯的三種同分異構體苯環上的一溴代物的同分異構體數目就可以了。二甲苯的三種同分異構體分別是【答案】某烴的分子式為C10H14，它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，分子結構中只含有一個烷基，符合條件的烴有(B)A．2種B．3種C．4種D．5種解析：該烴的分子式為C10H14，符合分子通式CnH2n－6，它不能使溴水褪色，但可使酸性KMnO4溶液褪色，說明它是苯的同系物；因其分子中只含一個烷基，可推知此烷基為—C4H9，它具有以下4種結構：①—CH2CH2CH2CH3，②—CH(CH3)CH2CH3，③—CH2CH(CH3)2，④—C(CH3)3，由于第④種側鏈上與苯環干脆相連的那個碳原子上沒有氫原子，不能發生側鏈氧化，因此符合條件的烴只有3種。故正確答案為B。探究點三烴的檢驗應用上述性質可以鑒別不同類型的烴，同時要特殊留意條件如液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、光照、催化劑等對反應的影響。【例3】要鑒別己烯中是否混有少量甲苯，正確的試驗方法是()A．先加入足量的KMnO4酸性溶液，然后再加入溴水B．先加入足量溴水，然后再加入KMnO4酸性溶液C．點燃這種液體，然后視察火焰的光明程度D．加入濃H2SO4與濃HNO3后加熱【思路分析】烯烴能使溴水和KMnO4酸性溶液都褪色，而苯的同系物不能使溴水褪色。【解析】要鑒別出己烯中是否混有甲苯，用C法明顯無法驗證；而D中反應物會把己烯氧化也不行；只能利用溴水和KMnO4酸性溶液，若先加KMnO4溶液，己烯也可以使KMnO4還原而褪色，故A不對；若先加入足量溴水，則可以把己烯轉變成鹵代烴，不能與KMnO4酸性溶液反應，若再加入KMnO4酸性溶液，溶液褪色，則說明有甲苯，故正確答案為B。【答案】B下列各組物質用酸性高錳酸鉀溶液和溴水都能區分的是(C)A．苯和甲苯 B．1-己烯和二甲苯C．苯和1-己烯 D．己烷和苯解析：假如要區分各個選項中的兩種物質，它們與酸性KMnO4溶液或溴水混合肯定有不同現象。探究點四苯及其同系物的試驗設計苯與溴的反應、苯與濃硝酸的反應是苯及其同系物的典型取代反應，依據這兩個反應設計的試驗也是考試中時常涉及的內容。下面是溴苯和硝基苯的制備試驗方案。1．制備溴苯的試驗方案2．制備硝基苯的試驗方案(1)化學方程式(2)制取裝置(部分裝置略)(3)留意事項①藥品的加入：將濃硫酸漸漸加入到濃硝酸中，并不斷振蕩降溫，降溫后再逐滴滴入苯，邊滴邊振蕩。②加熱方式及緣由：采納水浴加熱方式，其緣由是易限制反應溫度在50～60℃范圍內。③溫度計放置的位置：溫度計的水銀球不能觸及燒杯底部及燒杯壁。④長直玻璃導管的作用是冷凝回流。⑤硝基苯是無色油狀液體，因為溶解了NO2而呈褐色。(1)苯與溴單質發生取代反應，必需用液溴，并且有合適的催化劑(如FeBr3)存在，苯與溴水不能發生取代反應，只能將Br2從水中萃取出來。(2)制取硝基苯時應限制溫度不能過高，若溫度超過70℃，則主要發生磺化反應生成(苯磺酸)。如何證明生成溴苯的反應為取代反應？提示：反應裝置用AgNO3溶液檢驗有HBr生成(產生淺黃色沉淀)即可證明制溴苯的反應為取代反應，但揮發出的溴蒸氣遇到AgNO3溶液會出現同樣現象，干擾HBr的檢驗，故應用CCl4除去HBr中混有的溴蒸氣。【例4】下圖中A是制取溴苯的試驗裝置，B、C是改進后的裝置。請細致分析、對比三個裝置，回答以下問題：(1)寫出三個裝置中共同發生的兩個反應的化學方程式：________________、________________；寫出B中右邊試管中所發生反應的化學方程式：________________________________________________________________________。(2)裝置A和C均采納了長玻璃導管，其作用是________________________________________。(3)在裝置B、C裝好儀器及藥品后要使反應起先，應對裝置B進行的操作是________；應對裝置C進行的操作是________________________________________________________________________。(4)裝置B、C較好地解決了A中加裝藥品和使裝置剛好密封的沖突，便利了操作。A裝置中這一問題在試驗中造成的后果是________________________________________________________________________。(5)B中采納了洗氣瓶汲取裝置，其作用是________________________________________________________________________，反應后洗氣瓶中可能出現的現象是________________________________________________________________________。(6)B裝置也存在兩個明顯的缺點，使試驗的效果不好或不能正常進行。這兩個缺點是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【思路分析】分析試驗室制溴苯的試驗原理，尤其留意在進行試驗改進和設計時，要依據試驗原理和物質的性質，同時要留意試驗中的倒吸、環境污染等問題。【解析】苯在鐵粉作用下可與液溴發生取代反應生成Br，同時生成，故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)來檢驗反應生成的HBr，進而證明的確發生了取代反應。但該反應放熱，Br2、苯又易揮發，揮發出的Br2、苯進入空氣中會造成污染，同時也使反應物的利用率降低。【答案】(2)導出HBr，兼起冷凝器的作用(3)旋轉分液漏斗的活塞，使溴和苯的混合液滴到鐵粉上托起軟橡膠袋使鐵粉落入溴和苯的混合液中(4)Br2和苯的蒸氣逸出，污染環境，同時使反應物利用率降低(5)汲取反應中隨HBr逸出的溴蒸氣和苯蒸氣CCl4由無色變成橙色(6)隨HBr逸出的溴蒸氣和苯蒸氣不能回流到反應器中，原料利用率低；由于導管插入AgNO3溶液中，易產生倒吸某同學設計如圖所示裝置制備一硝基甲苯。試驗步驟如下：①配制濃硫酸和濃硝酸(按體積比1∶3)的混合物(混酸)；②在三頸燒瓶里裝15mL甲苯；③裝好其他藥品，并組裝好儀器；④向三頸燒瓶中加入混酸，并不斷攪拌；⑤限制溫度，大約反應10分鐘至三頸燒瓶底有大量液體(淡黃色油狀)出現；⑥分別出一硝基甲苯。(已知：甲苯的密度為0.866g·cm－3，沸點為110.6℃；硝基苯的密度為1.20g·cm－3，沸點為210.9℃)依據上述試驗，回答下列問題：(1)試驗方案中缺少一個必要的儀器，它是溫度計。本試驗的關鍵是限制溫度在30℃左右，假如溫度過高，產生的后果是生成二硝基甲苯、三硝基甲苯。(2)簡述配制混酸的方法：取肯定量濃硝酸于燒杯中，向燒杯里緩緩注入濃硫酸，并用玻璃棒不斷攪拌，濃硫酸的作用是催化劑、吸水劑。(3)L儀器名稱是冷凝管，其作用是冷凝回流，提高原料利用率，進水口是b。1．苯環結構中不存在碳碳單、雙鍵的交替結構，下列可以作為證據的事實是(D)①苯不能使高錳酸鉀酸性溶液褪色②苯不能使溴水因發生化學反應而褪色③苯在加熱和有催化劑存在的條件下能還原成環己烷④苯中碳碳鍵的鍵長完全相等⑤鄰二氯苯只有一種⑥間二氯苯只有一種A．①② B．①⑤C．③④⑤⑥ D．①②④⑤解析：本題考查苯分子結構的證明方法。應抓住單雙鍵性質的不同進行對比思索。假如苯中存在交替的單雙鍵結構，則會出現下列幾種狀況：Ⅰ.因為含C=C，具有烯烴的性質，則既能使溴水褪色，也能使KMnO4酸性溶液褪色；Ⅱ.苯環中C—C和C=C鍵長不行能相等；Ⅲ.鄰二氯苯會有兩種，即。而題中③和⑥的性質不管苯環中單、雙鍵是否有交替，結果都一樣。2．在試驗室中，下列除去雜質的方法正確的是(B)A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振蕩，用汽油萃取溴B．硝基苯中混有濃硝酸和濃硫酸，將其倒入到NaOH溶液中，靜置，分液C．乙烷中混有乙烯，通氫氣在肯定條件下反應，使乙烯轉化為乙烷D．乙烯中混有SO2和CO2，將其先后通入NaOH和KMnO4溶液中洗氣解析：A項生成了新的雜質碘，A錯；C項無法限制氫氣的用量，C錯；D項乙烯與KMnO4溶液反應，D錯。3．有8種物質：①甲烷，②丙烯，③1,3-丁二烯，④聚乙烯，⑤丙炔，⑥環己烷，⑦鄰二甲苯，⑧環己烯()。其中既能使酸性KMnO4溶液褪色，又能與溴水反應使溴水褪色的是(B)A．②④⑤⑧B．②③⑤⑧C．②④⑤⑦D．②④⑤⑦⑧解析：烯烴、炔烴都能使酸性KMnO4溶液褪色和與溴水反應