2019高中化学第1部分第二单元第二课时芳香烃的来源与应用讲义(含解析)苏教版

芳香烃的来源与应用

1．哪些实验事实能说明苯分子结构中并不存在碳碳双键？

提示：苯不能使溴的CCl4溶液褪色，苯不能使酸性KMnO4溶液褪色都能证明苯分子结构中不存在碳碳双键。

2．苯的化学性质主要有哪些？

提示：苯能发生溴代、硝化反应，能与H2发生加成反应，能燃烧。

3．苯的二氯代物有几种？试写出其结构简式。

提示：苯的二氯代物有三种，分别为

[新知探究]

探究1(1)取1支试管，向其中加入2 mL甲苯，再加入3～5滴酸性KMnO4溶液，振荡。

(2)取1支试管，向其中加入2 mL二甲苯，再加入3～5滴酸性KMnO4溶液，振荡。

以上实验，各有什么现象？可得出什么结论？

提示：两支试管中液体均褪色；说明苯的同系物能使酸性KMnO4溶液褪色。

探究2哪些实验事实说明在苯的同系物分子中，苯环与侧链之间发生了相互影响？

提示：(1)苯环对侧链的影响，使苯的同系物能使酸性KMnO4溶液褪色，而烷烃不能。

(2)侧链对苯环的影响，如甲苯与硝酸反应使苯环上甲基的邻位和对位的氢原子变得活

泼，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。

探究3 苯的同系物是否都能使酸性KMnO 4溶液褪色？

提示：不一定；与苯环直接相连的碳原子上连有氢原子时，才能使酸性KMnO 4溶液褪色，如不能使酸性KMnO 4溶液褪色。

[必记结论]

1．苯的同系物的概念

分子中含有一个苯环，苯环上的氢原子被烷基取代的芳香烃。

2．结构特点

分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部是烷基。

3．通式

C n H 2n －6(n ≥6)。

4．苯的同系物的化学性质

苯的同系物与苯的化学性质相似，但由于苯环和烷基的相互影响，使苯的同系物的化学性质与苯和烷烃又有些不同。

(1)氧化反应：

①苯的同系物中，与苯环直接连接的碳原子上连有氢原子时，能被酸性KMnO 4溶液氧化而使酸性KMnO 4溶液褪色。

②均能燃烧，燃烧的化学方程式通式为

C n H 2n －6＋3n －32

O 2――→点燃 n CO 2＋(n －3)H 2O 。 (2)取代反应：

甲苯能发生卤代、硝化等取代反应。

①甲苯与浓硝酸、浓硫酸的混合酸在30 ℃时主要得到邻硝基甲苯和对硝基甲苯，反应的化学方程式分别为：

②甲苯与浓硝酸、浓硫酸的混合酸在100 ℃时生成2，4，6-三硝基甲苯。

(3)加成反应：

甲苯与H2在一定条件下发生加成反应：

。

5．常见的苯的同系物

[成功体验]

1．苯和甲苯相比较，下列叙述中不正确的是( )

A．都属于芳香烃

B．都能使酸性KMnO4溶液褪色

C．都能与H2发生加成反应

D．都能发生取代反应

解析：选B 甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，而苯不能。

[新知探究]

探究1苯乙烯()属于苯的同系物吗？

提示：不属于苯的同系物，但属于芳香烃。原因是与苯环相连的不是烷烃基而是不饱和烃基。

探究2工业上用苯和乙烯合成乙苯，该反应中使用的催化剂是含盐酸的三氯化铝，该工艺流程有何缺点？

提示：AlCl3的腐蚀性大，反应结束还要使用大量NaOH中和废酸，生产过程中产生大量废水、废酸、废渣、废气、严重污染环境。

探究3蒽()和菲()是何种关系？二者的一氯代物分别是多少种？

提示：蒽和菲的分子式相同，均为C14H10，二者互为同分异构体。蒽的一氯代物有3种：

菲的一氯代物有5种：。

[必记结论]

1．芳香烃的来源

(1)芳香烃最初来源于煤焦油中，现代主要来源于石油化学工业中的催化重整和裂化。苯、乙苯和对二甲苯是应用最多的基本有机原料。

(2)工业上，乙苯、异丙苯主要通过苯与乙烯、丙烯反应获得。苯与乙烯反应的化学方程式为：

。

此反应早先采用无水AlCl3和浓盐酸作催化剂，污染较大而且成本较高。现在采用分子筛固体酸作催化剂，这种催化剂无毒无腐蚀且可完全再生。

2．多环芳烃

(1)概念：含有多个苯环的芳香烃。

(2)分类：

①多苯代脂烃：苯环通过脂肪烃基连接在一起；如二苯甲烷：

等。

②联苯或联多苯：苯环之间通过碳碳单键直接相连；如联苯：等。

③稠环芳烃：由共用苯环的若干条环边形成的；如

萘：等。

(3)多环芳烃的结构及同分异构体：

①由于多环芳烃分子中含有多个苯环，不符合苯的同系物的概念，因此多环芳烃不属于苯的同系物。

②判断多环芳烃分子的共面、共线问题时，要注意：

a．苯环是平面正六边形结构；

b．若分子中含有饱和碳原子，则所有原子一定不共平面。

③判断多环芳烃取代物的同分异构体时，应注意分子结构的对称性。

(4)芳香烃对人类健康的危害：

对中枢神经系统麻醉，诱发白血病。

3．苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物之间的关系

[成功体验]

2．[双选]下列物质属于芳香烃的是( )

解析：选BC 的组成元素只有C和H，且含有苯环，二者属于芳香烃。

3．萘()、蒽()是比较简单的稠环芳香烃，请回答以下

问题：

(1)在一定条件下，萘与浓硫酸、浓硝酸的混合酸作用可以得到几种萘的一硝基取代物，写出其结构简式。

(2)蒽的一氯代物有几种？萘的二氯代物有几种？

解析：(1)萘的一硝基取代物有两种，分别为。

(2)蒽的一氯代物有3种，。

萘的二氯代物有10种：。

答案：(1)2 (3)3 10

———————————————[关键语句小

结]————————————————

1．苯的同系物的分子通式为C n H2n－6(n≥6)，分子式为C8H10并且属于苯的同系物的结构简式有：

。

2．由甲苯合成TNT的反应原理：

。

3．苯的同系物中，如果与苯环直接连接的碳原子上连有氢原子，该苯的同系物就能够使酸性KMnO4溶液褪色，与苯环相连的烷基被氧化为羧基。

。

苯的同系物与苯化学性质的差异

1．氧化反应——苯对侧链的影响

由于苯环对侧链的影响，苯的同系物的侧链容易被氧化。如果与苯环直接连接的碳原子上有氢原子，则该苯的同系物能够使酸性高锰酸钾溶液褪色，如乙基苯被氧化的过程可表示

为：。

2．取代反应——侧链对苯环的影响

由于侧链对苯环的影响，使苯环上邻、对位的氢原子活化，从而比苯更容易发生取代反应，如甲苯的硝化反应分别为：

[例1] 由于分子中苯环和侧链的相互影响，苯的同系物的化学性质与苯和烷烃略有不同。下列事实能说明苯环对侧链的性质有影响的是( )

A．甲苯不能使溴水褪色

B．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色

C．甲苯能与氢气发生加成反应

D．甲苯与硝酸反应生成三硝基甲苯

解析：选B 对于甲苯，由于苯环对侧链的影响，使侧链(甲基)能被酸性高锰酸钾溶液氧化，而烷烃中的甲基不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。由于侧链对苯环的影响，甲苯比苯更易发生硝化反应。甲苯不能使溴水褪色、能与氢气发生加成反应这两个性质与苯是相似的，不能说明侧链(甲基)对苯环的性质有影响，况且本题只要求选出“能说明苯环对侧链的性质有影响的”事实。

(1)甲苯与Cl2反应的条件不同，产物也可能不同。

(2)苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化的规律。

①苯的同系物发生氧化时，被氧化的不是苯环，而是苯环上的侧链烃基被氧化成羧基(—COOH)，如：

。

②苯的同系物被氧化时，不论它的侧链长短，氧化都发生在跟苯环直接相连的碳原子上，如：

。

③如果与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子时，则不能被氧化。如：

不能被KMnO4(H＋)氧化。

④苯环上有多个烃基时，均被酸性KMnO4氧化成—COOH。如：

。

1．下列物质中，既能因发生化学反应而使溴水褪色，又能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是( )

①CH3CH2CH2CH3②CH3CH2CH===CH2

A．①②③④B．②③④

C．②④ D．只有②

解析：选D ①丁烷不能使溴水褪色，也不能使酸性高锰酸钾溶液褪色；②1-丁烯分子中含有碳碳双键，既能与溴水发生加成反应而使溴水褪色，也能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色；③苯分子结构稳定，不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，但是可以萃取溴水中的溴而使溴水褪色；④邻二甲苯苯环上的甲基可以被酸性高锰酸钾溶液氧化，从而使酸性高锰酸钾溶液褪色，二甲苯也可萃取溴水中的溴使溴水褪色，但是萃取属于物理变化过程；因此本题中符合题意的只有②。

分子式为C8H10的苯的同系物及其一氯代物同分异构体种数的确定：

[例2] 某烃的分子式为C8H10，它不能使溴水因反应褪色，但能使酸性KMnO4溶液褪色，该有机物苯环上的一氯代物有2种，则该烃是( )

解析：选A 因苯环结构的特殊性，判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时，通常采用“对称轴”法，即在被取代的主体结构中，找出对称轴。

含有苯环的有机物同分异构体数目的判断技巧

由于苯环的结构特殊并具有高度对称性，因此含有苯环结构的有机物同分异构体也有其特殊的地方。

(1)对称法：苯分子中所有氢原子的化学环境相同，含有多条对称轴，但是如果苯环上连有取代基，其对称性就会受到影响，如邻二甲苯只有1条对称轴，间二甲苯有1条对称轴，而对二甲苯有2条对称轴，故邻二甲苯苯环上的一氯代物有2种，而间二甲苯苯环上的一氯代物有3种，对二甲苯苯环上的一氯代物有1种。如图所示(箭头方向表示可以被氯原子取代的氢原子位置)：

。

(2)换元法：对于芳香烃，若苯环上氢原子数为m，且有a＋b＝m，则该芳香烃苯环上的a元卤代物和b元卤代物的同分异构体种类相同。如对二甲苯苯环上的一氯取代物共有1种，则三氯取代物也为1种。

2．已知分子式为C12H12的某有机物的结构简式为，则该物质苯环上的一溴代物的同分异构体有________种；若知道该物质苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由此可推断其苯环上的四溴代物的同分异构体有________种。

解析：分析该物质的结构，可知分子是中心对称的，如图，故其一氯代物有3种同分异构体；该物质苯环上共有6个氢原子，苯环上的二溴取代物结构中，苯环上有2个溴原子和4个氢原子；在苯环上的四溴代物结构中，苯环上有4个溴原子和2个氢原子。二者的关系为，前者结构中溴原子的位置相当于后者氢原子的位置，前者结构中氢原子的位置相当于后者溴原子的位置，故两者的同分异构体数相同。

答案：3 9

1．下列物质中属于苯的同系物的是( )

解析：选D 苯的同系物中只有一个苯环，且烷基与苯环相连，符合要求的只有选项D。

2．下列说法中，正确的是( )

A．芳香烃的分子通式是C n H2n－6(n≥6，n为正整数)

B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物

C．苯和甲苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色

D．苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应

解析：选D 芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物仅指分子中含有一个苯环，苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，其通式为C n H2n－6(n≥7，且n为正整数)；苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应，但甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色而苯不能，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。

3．要检验己烯中是否混有少量甲苯，正确的实验方法是( )

A．先加足量的酸性高锰酸钾溶液，然后再滴加溴水

B．先加足量溴水，然后再滴加酸性高锰酸钾溶液

C．点燃这种液体，然后再观察火焰的颜色

D．加入浓硫酸与浓硝酸后加热

解析：选B A项，若先加足量的酸性高锰酸钾溶液，己烯和甲苯都能被氧化；B项，先加足量溴水，己烯与溴水发生加成反应，然后再滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色，说明含有甲苯；C项，点燃这种液体，无论是否混有甲苯都会有黑烟生成；D项，加入浓硫酸

与浓硝酸后加热，己烯和甲苯都能反应。

4．能发生加成反应，也能发生取代反应，同时能使溴水因反应褪色，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是( )

解析：选D 苯、己烷、甲苯都能够和溴水发生萃取而使溴水层褪色，但是不能和溴水发生化学反应而使其褪色；苯和己烷都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，且己烷不能发生加成反应；四种有机物都能够发生取代反应。只有D项满足题意。

5．二甲苯苯环上的一溴代物有六种同分异构体，这些一溴代物与生成它的对应二甲苯的熔点分别是：

由上述数据可推断，熔点为234 ℃的一溴代二甲苯结构简式是________________，熔点为－25 ℃的二甲苯名称是____________。

解析：由于二甲苯有三种不同结构，苯环上的一溴代物：邻二甲苯有2种，对二甲苯只有1种，间二甲苯有3种，所以结合题表中的数据分析可知熔点为－25 ℃的二甲苯为邻二甲苯，熔点为13 ℃的是对二甲苯，熔点为－47 ℃的为间二甲苯。

答案：邻二甲苯