高考化学 总复习学案45 芳香烃煤

[考纲要求] 1.以苯为例，了解芳香烃的基本结构。2.掌握芳香烃中各种碳碳键、碳氢键的性质和主要化学反应。3.了解煤、石油、天然气等资源的综合利用。

知识点一 苯的结构和性质

1．苯的结构和芳香烃

苯的分子式为C 6H 6，结构简式为____________或____________，苯分子具有__结构，键与键的夹角为________；苯分子中不存在一般的碳碳双键，6个碳原子之间的键长、键能相等，是一种介于单键和双键之间的独特的键，分子里含有一个或多个苯环的碳氢化合物，属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。

2．苯的性质

(1)物理性质

苯为无色、有____________的液体，有毒，________溶于水，密度比水________，熔点仅为5.5℃。

(2)苯分子的特殊结构决定了苯兼有烷烃和烯烃的化学性质，即易取代，能加成，难氧化。 ①取代反应

卤代反应： _____________________________________________________________； 硝化反应：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 磺化反应：_____________________________________________________________。 ②加成反应：___________________________________________________________。

③氧化反应：C 6H 6＋152

O 2――→点燃6CO 2＋3H 2O ，苯不能使酸性KMnO 4溶液褪色。 3．苯的同系物的性质

由于苯环受烃基的影响，使苯与苯的同系物有所不同。

(1)氧化反应：燃烧通式：_____________________________________，苯的同系物分子中的烃基一般可以被酸性KMnO 4溶液氧化为羧基。

(2)取代反应

知识点二 煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

煤是由________和少量________组成的____________，主要含有________元素，还含有少量__________、________、________、________等元素。

(1)煤的干馏

①原理：把煤________________________使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的 _______________变化过程。 ②煤的干馏产物

a ．__________，b.__________，c.________，d.________。

(2)煤的气化

将煤中的________转化为________________的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为______________________________________________________

____________________________________________________________________。

(3)煤的液化

①________液化

煤＋氢气――→催化剂高温

液体燃料 ②________液化

煤＋水――→高温水煤气――→催化剂高温

甲醇等 2．天然气的综合利用

(1)天然气的主要成分是________，它是一种________的化石燃料，更是一种重要的化工原料。

(2)天然气与水蒸气反应制取H 2

原理：_________________________________________________________________。

3．石油的综合利用

(1)石油的成分

石油主要是由多种______________组成的混合物。所含元素以________、________为主，还有少量N 、S 、P 、O 等。

(2)石油的分馏

利用________中各组分________不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的________的过程叫做分馏。分馏是____________过程。其主要目的是得到________、______、________等轻质油。

(3)石油的裂化

①条件：催化剂催化、高温。

②过程：含碳原子较多，沸点较高的烃断裂为________________________的烃，裂化是____________过程。

③主要目的：将________转化为________。

(4)石油的裂解

①定义

石油在更高的________下发生深度裂化，石油中的烃分子断裂成以乙烯、丙烯为主的________。

②生产目的：生产______、丙烯、甲烷等重要_______________________________。

4．三大合成材料

(1)三大合成材料是指________________________。

(2)聚合反应

合成聚乙烯的化学方程式： ______________________________________________， 单体为____________，链节为____________________，聚合度为________。

一、苯的同系物与苯在结构和性质上的异同

1．相同点

(1)分子里都含有一个苯环；

(2)都符合通式C n H 2n －6(n ≥6)；

(3)燃烧时都能产生带浓烟的火焰，苯和苯的同系物燃烧反应的通式为：C n H 2n －6＋3n －3

2

O 2――→点燃n CO 2＋(n －3)H 2O ；

(4)都能发生取代反应；

(5)均能发生加成反应，且1 mol 苯或苯的同系物均能与3 mol H 2加成。

2．不同点

(1)甲基对苯环的影响

①苯的同系物比苯更容易发生苯环上的取代反应，苯主要发生一元取代，而苯的同系物能发生邻、对位取代，如苯与浓H 2SO 4、浓HNO 3混合加热主要生成，甲苯与浓HNO 3、浓H 2SO 4混合加热在30℃时主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种一元取代产物；在一定条件下易生成2,4,6－三硝基甲苯(TNT)。

②苯的同系物发生卤代反应时，在光照和催化剂条件下，卤素原子取代氢的位置不同，如

(2)苯环对甲基的影响

烷烃不易被氧化，但苯环上的烷基易被氧化。

苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，用此法可鉴别苯和苯的同系物。

典例导悟

1(2011·温州检测)有机物分子中原子间(或原子与原子团间)的相互影响会导致物质化学性质的不同。下列各项事实不能说明上述观点的是( )

A．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

B．乙烯能发生加成反应，而乙烷不能发生加成反应

C．苯酚能和氢氧化钠溶液反应，而乙醇不能和氢氧化钠溶液反应

D．苯酚苯环上的氢比苯分子中的氢更容易被卤原子取代

二、常见含苯化合物的同分异构体的书写

1．苯的氯代物

(1)苯的一氯代物只有1种：

(2)苯的二氯代物有3种：

2．苯的同系物及其氯代物

(1)甲苯(C7H8)不存在同分异构体

(2)分子式为C8H10的芳香烃同分异构体有4种：

C2H5、CH3CH3、CH3CH3、CH3H3C

(3)甲苯的一氯代物的同分异构体有4种：

典例导悟2已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为

A苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的同分异构体的数目有( )

A．9种 B．10种 C．11种 D．12种

听课记录：

三、烃分子的原子共线、共面问题

1．几种最简单有机物的空间构型

(1)甲烷分子(CH4)为正四面体结构，最多有3个原子共平面；

(2)乙烯分子(H2C===CH2)是平面形结构，所有原子共平面；

(3)乙炔分子(H—C≡C—H)是直线形结构，所有原子在同一直线上；

(4)苯分子(C6H6)是平面正六边形结构，所有原子共平面；

(5)甲醛分子(HCHO)是平面结构，所有原子共平面。

2．单键的旋转思想

有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等都可旋转。

3．规律

共线分析：

(1)任何两个直接相连的原子在同一直线上。

(2)任何满足炔烃结构的分子，其所有原子均在同一直线上。

共面分析：

在中学所学的有机物中，所有的原子能够共平面的有：

CH2===CH2、CH≡CH、C6H6、

CH2===CH—CH===CH2、

典例导悟

3已知链烃基中碳碳单键可以旋转，则

分子中处于同一平面上的碳原子最多有______个，最少有________个。

变式演练(2010·盐城模拟)关于结构简式为的烃的下列说法正确的是( )

A．分子中至少有6个碳原子共平面

B．分子中至少有8个碳原子共平面

C．分子中至少有9个碳原子共平面

D．分子中至少有14个碳原子共平面

石油炼制的方法

分馏

催化裂化石油的裂解常压减压

原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸

点范围的蒸馏产物

在催化剂存在的

条件下，把相对分

子质量大、沸点高

的烃断裂为相对

分子质量小、沸点

在高温下，把石油

产品中具有长链

分子的烃断裂为

各种短链的气态

烃或液态烃

题组一芳香烃的性质

1．判断正误：

(1)乙烯和苯都能使溴水褪色，褪色的原因相同( )

(2010·山东理综－12A)

(2)苯不能使KMnO4溶液褪色，因此苯不能发生氧化反应( )

(2009·山东理综－12D)

(3)苯和乙烯都能与H2发生加成反应( )

(2009·广东理基－31A)

(4)乙烯和苯都能与溴水反应( )

(2009·福建理综－9A)

2．(2011·山东理综，11)下列与有机物结构、性质相关的叙述错误的是( )

A．乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应生成CO2

B．蛋白质和油脂都属于高分子化合物，一定条件下都能水解

C．甲烷和氯气反应生成一氯甲烷与苯和硝酸反应生成硝基苯的反应类型相同

D．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键3．(2010·海南，8)下列化合物中既易发生取代反应，也可发生加成反应，还能使KMnO4酸性溶液褪色的是( )

A．乙烷 B．乙醇 C．丙烯 D．苯

4．(2011·上海，28)异丙苯()是一种重要的有机化工原料。根据题意完成下列填空：

(1)由苯与2-丙醇反应制备异丙苯属于__________反应；由异丙苯制备对溴异丙苯的反应试剂和反应条件为__________。

(2)异丙苯有多种同分异构体，其中一溴代物最少的芳香烃的名称是__________。

(3)α-甲基苯乙烯()是生产耐热型ABS树脂的一种单体，工业上由异丙苯催化脱氢得到。写出由异丙苯制取该单体的另一种方法(用化学反应方程式表示)。

(4)耐热型ABS树脂由丙烯腈(CH2===CHCN)、1,3-丁二烯和α-甲基苯乙烯共聚生成，写出该树脂的结构简式(不考虑单体比例)。

题组二常见烃的空间结构

5．(2010·海南，12改编)下列化合物分子中的所有原子都处于同一平面的是( ) A．甲苯 B．对二甲苯

C．氯乙烯 D．丙烯

6．(2011·海南，7)下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有( )

A．乙烷 B．甲苯

C．氟苯 D．四氯乙烯

题组三煤、石油、天然气的综合利用

7．我国开始从新疆开发天然气，西气东输是贯穿东西引气至上海的大工程。关于天然气的下列叙述中不正确的是( )

A．天然气和沼气的主要成分都是甲烷

B．改液化石油气为天然气燃料，燃烧时应减小进空气量或增大进石油气量

C．天然气燃烧的废气中，SO2等污染物的含量少

D．天然气与空气混合点燃，不会发生爆炸

题组一芳香烃

1．(2011·安庆联考)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苯分子中碳原子之间的距离均相等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以发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色

A．②③④⑤ B．①③④⑤

C．①②④⑤ D．①②③④

2．(2011·临沂检测)A是分子式为C7H8的芳香烃，已知它存在以下一系列转化关系，如图，其中C是一种一元醇，D是A的对位一溴代物，H与E、I与F分别互为同分异构体：

(1)化合物Ⅰ的结构简式是________________，反应B―→C的化学方程式是______。

(2)设计实验证明H中含有溴原子，还需用到的试剂有____________。

(3)为验证E―→F的反应类型与E―→G不同，下列实验方法切实可行的是__________。

A．向E→F反应后的混合液中加入硝酸酸化，再加入AgNO3溶液得到淡黄色沉淀

B．向E→F反应后的混合液中加入溴水，发现溴水立即褪色

C．向E→F反应后的混合液中加入盐酸酸化后，加入溴的CCl4溶液，溴水褪色

D．向E→F反应后的混合液中加入KMnO4酸性溶液，混合液红色变浅

3．(探究创新)用A、B、C三种装置都可制取溴苯，请仔细分析三套装置，然后回答下列问题：

(1)写出三个装置中都发生的反应的化学方程式

________________________________________________________________________、________________________________________________________________________；

写出B的试管中还发生的反应的化学方程式_______________________________

________________________________________________________________________。

(2)装置A、C中长导管的作用是___________________________________________。

(3)B、C装置已连接好，并进行了气密性检验，也装入了合适的药品，接下来要使反应开始，对B应进行的操作是_________________________________________________ ________________，对C应进行的操作是__________________________________

________________。

(4)A中存在加装药品和及时密封的矛盾，因而在实验中易造成的不良后果是_____。

(5)B中采用了双球吸收管，其作用是______________________________________

______________；反应后双球管中可能出现的现象是________________________

________________________________________________________________________；

双球管内液体不能太多，原因是___________________________________________

______________________。

(6)B装置也存在两个明显的缺点，使实验的效果不好或不能正常进行，这两个缺点是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

题组二煤、石油、天然气的综合利用

4．利用天然气或煤与水蒸气生产出的合成气(H2、CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化成醛、酸、酯等多种产物。下列表述正确的是( )

①以天然气生产合成气的反应为置换反应；②以合成气为原料的反应都是化合反应；③改变合成气中CO与H2的体积比，可以得到不同产物；④合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成；⑤从合成气出发生成液态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径；⑥以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水。

A．①②④ B．②③④ C．①②④⑤ D．③④⑤

5．(2011·洛阳模拟)已知煤的部分结构模型如图所示：

(1)从煤的结构模型来看，煤是工业上获得__________烃的重要来源。

(2)我国大约70%的煤是直接用于燃烧的。从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的________________等气体物质，造成严重的大气污染。

(3)“型煤”技术不仅可以减少87%的废气排放量，烟尘排放量也可减少80%，致癌物苯并[a]芘的排放量也减少，同时节煤20%～30%。“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐。下列物质中适宜于作固硫剂的是________(填字母)。

A．氯化钙 B．氧化钙 C．硫酸钙 D．氢氧化钙

(4)某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其“固硫”过程

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)除上述的“型煤”技术外，为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法还有____________、________、________等。

学案45 芳香烃煤、石油、天然气的综合利用

【课前准备区】

知识点一

1．平面正六边形120°

2．(1)特殊气味难小

(2)①

3．(1)C n H 2n －6＋3n －32O 2――→点燃n CO 2＋(n －3)H 2O (2)3 ＋3H 2O

知识点二

1．有机物 无机物 复杂混合物 碳 氢

氧 氮 硫 (1)①隔绝空气加强热 物理、化学

②焦炉气 煤焦油 焦炭 水溶液 (2)有机物 可燃性气体 C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2

(3)①直接 ②间接

2．(1)甲烷 清洁 (2)CH 4＋H 2O ――→高温催化剂CO ＋3H 2 3.(1)碳氢化合物 碳 氢

(2)原油 沸点 混合物 物理变化 汽油

煤油 柴油 (3)②含碳原子较少、沸点较低

化学变化 ③重油 轻质油 (4)①温度 短链烃

②乙烯 化工基本原料

4．(1)塑料、合成橡胶和合成纤维

(2)n CH 2===CH 2――→引发剂

CH 2===CH 2 —CH 2—CH 2— n

【课堂活动区】

典例导悟

1．B 2.A

3．9 8

变式演练

C [从题中所给烃分子的结构分析得出：—CH 3取代了苯环上的一个氢原子，左或右部分所有7个碳原子均分别在同一平面上，A 错；同时，由于左、右两个苯环平面可通过C —C 单键绕键轴旋转到不在同一平面，则

D 错；至此，很多学生就误认为B 正确，而排除C ，而这恰巧陷入该题的思维误区，选B 虽然考虑了苯分子的平面结构特征，但却疏忽了苯环上六个碳

原子呈正六边形排列的对称性，从苯环结构：

任一对称轴线上均有两个碳原子，加上另一甲苯基上七个碳原子，至少应有9个碳原子共平面，故C正确。]

【课后练习区】

高考集训

1．(1)×(2)×(3)√(4)×

2．B [A项，乙酸的酸性强于碳酸，可以与NaHCO3反应生成CO2，故A正确；B项，蛋白质和油脂一定条件下都能水解，蛋白质属于高分子化合物，而油脂不属于高分子化合物，故B 错误；C选项中的两反应均是取代反应，故C正确；D项，根据苯分子的结构特点和性质，可知D正确。]

3．C [A中乙烷只能发生取代反应；B中乙醇既能发生取代，又能使酸性KMnO4溶液褪色，但不能发生加成反应；D中苯能发生取代反应和加成反应，但不能使酸性KMnO4溶液褪色。] 4．(1)取代Br2/FeBr3(或Br2/Fe)

(2)1,3,5-三甲苯

(4)(其他合理答案均可)

解析(1)由苯与2-丙醇()制备异丙苯属于取代反应，由异丙苯制备对溴异丙苯需要在苯环上的对位引入—Br，所以与苯的卤代反应条件相同，需用液溴在铁(或溴化铁)作催化剂条件下反应。

(2)异丙苯的同分异构体中，结构对称的1,3,5-三甲苯中等效氢原子最少，故其一溴代物最少(共2种)。

(3)由异丙苯制备α-甲基苯乙烯，首先对此二者结构

进行对比，可以看出异丙苯中的C—C 变成了α-甲基苯乙烯中的，因此需要先卤代、后消去两步反应，即

(4)ABS树脂由丙烯腈(CH2===CH—CN)、1,3-丁二烯和α-甲基苯乙烯在一定条件下加聚而成，反应为

n CH2===CHCN＋n CH2===CH—CH===CH2＋

5．C [A选项，甲苯中的甲基为空间立体结构；B选项，甲基为空间立体结构；C选项，乙烯为平面结构，氯原子取代乙烯的一个氢原子后，仍为平面结构；D选项，丙烯含有甲基，甲基为空间立体结构。]

6．CD [—CH3为四面体结构，乙烷和甲苯分子中都含有—CH3，分子中所有原子不可能处于同一平面内。苯和乙烯均为平面形结构，氟苯可看作苯分子中的一个H原子被F原子取代形成的，四氯乙烯可看作乙烯分子中的四个H原子被四个Cl原子取代形成的，则氟苯和四氯

乙烯分子中所有原子均处于同一平面内。]

7．D

考点集训

1．C [如果苯环是单、双键交替的结构，即，则分子中的“”应能与KMnO4(H＋)溶液、溴水反应而使之褪色，同时，其分子中碳原子之间的距离会不相等(单键与双

键不一样长)，其邻二甲苯会有和两种，所以①、②、④、⑤均符合题意。]

2．(1)

(2)NaOH水溶液(或NaOH醇溶液)、稀硝酸、硝酸银溶液

(3)C

3．(1)2Fe＋3Br2===2FeBr3

HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3

(2)导气(导出HBr)兼冷凝(冷凝苯和溴蒸气)

(3)打开分液漏斗上端塞子，旋转分液漏斗活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上托起软橡胶袋使Fe粉沿导管落入溴和苯组成的混合液中

(4)溴和苯的蒸气逸出，污染环境

(5)吸收反应中随HBr气体逸出的溴和苯的蒸气CCl4由无色变橙色易被气体压入试管中

(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中，原料利用率低；由于导管插入AgNO3溶液中而容易产生倒吸

解析苯与液溴在Fe(实际为FeBr3)作用下反应剧烈生成和HBr气体。从导管中导出的气体可能含有一定量的苯和溴，因此应用长导管进行冷凝回流。比较三个装置可知，只有B未采用长导管进行冷凝回流，但B用双球吸收管吸收了随HBr逸出的苯和溴，未被吸收的HBr进入AgNO3溶液，发生反应HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3。此处需注意，双球吸收管中的液体不能装得太多，否则CCl4易被导出的气体压入试管中。比较三个装置的优缺点可知，A直接将反应物装入装置中，易使溴和苯逸出而污染环境；而B装置中将导管直接插入AgNO3溶液中容易发生倒吸，且溴蒸气与苯蒸气不能冷凝回流。

4．D [以天然气生产合成气的反应不是置换反应；以合成气为原料的反应不都是化合反应，如合成氨；以合成气为原料的反应产物中可能有烯烃或水，如合成气制油，得到某些烯烃的同时还生成水。]

5．(1)芳香

(2)二氧化硫、氮氧化物 (3)BD

(4)CaCO 3=====高温CaO ＋CO 2↑，2CaO ＋2SO 2＋O 2=====高温2CaSO 4

(5)煤的干馏 气化 液化

解析 (1)煤结构中含有较多的苯环，隔绝空气给煤加强热可以使它分解，从而获得芳香烃。

(2)煤结构中含有S 和N ，所以直接燃烧煤能产生SO 2和氮氧化物，污染环境。

(3)煤燃烧产生SO 2，固硫过程是使其生成稳定的硫酸盐，所以固硫剂可选用氧化钙或氢氧化钙。固硫反应为：

SO 2＋CaO=====高温CaSO 3，

2CaSO 3＋O 2=====△2CaSO 4，

Ca(OH)2＋SO 2===CaSO 3＋H 2O ，

2CaSO 3＋O 2=====△2CaSO 4。

(4)若利用石灰石作固硫剂，则发生的反应可表示为：

CaCO 3=====高温CaO ＋CO 2↑，2CaO ＋2SO 2＋O 2=====高温2CaSO 4。

(5)煤的干馏、气化和液化是提高煤的利用价值的常用方法。