高中化学选修5全书第二章 第二节

第二节 芳香烃

[学习目标定位] 1.认识苯的分子结构和化学性质,学会溴苯、硝基苯的实验室制取。2.知道苯的同系物的结构与性质的关系,知道芳香烃的来源及其应用。

一、苯的结构与性质 1.苯的分子组成及结构特点

苯的分子式是C 6H 6,结构简式是,其分子结构特点：

(1)苯分子为平面正六边形结构。

(2)分子中6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内。

(3)6个碳碳键键长完全相同,是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊化学键。 2.苯的物理性质

苯是无色、有特殊气味的液体,把苯倒入盛碘水的试管中,振荡、静置,发现液体分层,上层呈紫红色,下层呈无色,说明苯的密度比水小,而且不溶于水。加几滴植物油于盛苯的试管中,振荡,发现植物油溶于苯,说明苯是很好的有机溶剂。 3.苯的化学性质

苯易发生取代反应,能发生加成反应,难被氧化,其化学性质不同于烷烃和烯烃。

(1)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,在空气中能够燃烧,燃烧时产生明亮的火焰并有浓烟产生,燃烧的化学方程式为2C 6H 6＋15O 2――→点燃

12CO 2＋6H 2O 。

(2)①苯不与溴水反应,但在催化剂作用下能与液溴发生取代反应,化学方程式为

。

②苯与浓硝酸反应的化学方程式为

＋HNO 3(浓)――→浓H 2SO 4

△

＋H 2O 。

(3)一定条件下,苯能与H 2发生加成反应,化学方程式为。

4.溴苯和硝基苯的实验室制取 (1)溴苯的实验室制取 ①反应装置如图所示：

②长直导管的作用：一是_冷凝回流；二是_导气。 ③导管末端不能伸入液面中的原因是防止倒吸。

④锥形瓶中的液体为AgNO 3溶液,说明发生了取代反应而不是加成反应的现象是AgNO 3溶液中有浅黄色溴化银沉淀生成。

⑤反应完毕以后,将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯里,可以观察到烧杯底部有褐色不溶于水的液体,这可能是因为制得的溴苯中混有了溴的缘故。纯溴苯为无色液体,它比水重。 ⑥简述获得纯净的溴苯应进行的实验操作：先用水洗后分液(除去溶于水的杂质如溴化铁等),再用氢氧化钠溶液洗涤后分液(除去溴),最后水洗(除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐)、干燥(除去水),蒸馏(除去苯)可得纯净的溴苯。 (2)实验室制备硝基苯的实验装置如图所示：

①水浴加热的好处：受热均匀,容易控制温度；温度计的位置：水浴中。

②试剂添加的顺序：先将浓硝酸注入大试管中,再慢慢注入浓硫酸,并及时摇匀和冷却,最后注入苯。

③将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中,分离出粗硝基苯。

④纯硝基苯为无色、具有苦杏仁气味的油状液体,其密度大于水。

⑤简述粗产品获得纯硝基苯的实验操作：依次用蒸馏水和氢氧化钠溶液洗涤(除去硝酸和硫酸),再用蒸馏水洗涤(除去氢氧化钠溶液及与其反应生成的盐),然后用无水氯化钙干燥,最后进行蒸馏(除去苯)可得纯净的硝基苯。

苯的化学性质

(2)苯与溴反应时要注意：

①应该用纯溴,苯与溴水不反应；

②要使用催化剂Fe或FeBr3,无催化剂不反应。

(3)苯的硝化反应中应注意：

①浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂；

②必须用50～60 ℃水浴加热,且温度计的水银球插入水浴中测量温度。

例1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,故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,故B正确；反应③为苯与硝酸在浓硫酸作催化剂条件下发生取代反应生成硝基苯,故C错误；反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应,但是苯分子不含碳碳双键,故D错误。

【考点】苯的综合考查

【题点】苯的结构与性质的综合分析

例

2下列区分苯和己烯的实验方法和判断中,正确的是()

A.分别点燃,无黑烟生成的是苯

B.分别加入溴水振荡,静置后分层,下层红棕色消失的是己烯

C.分别加入溴水振荡,静置后分层,上层红棕色消失的是己烯

D.分别加入酸性KMnO 4溶液振荡,紫色消失的是己烯 答案 D

解析 苯与己烯性质的区别：苯不能使酸性KMnO 4溶液褪色,也不能使溴水因加成而褪色,但己烯可以；另外,苯加入到溴水中,会将溴从溴水中萃取出来,使水层褪色,而苯层(上层)则呈橙红色。苯与己烯在燃烧时都会产生黑烟。 【考点】苯的综合考查

【题点】苯的结构与性质的综合分析 二、苯的同系物 芳香烃及其来源 1.苯的同系物的组成和结构特点

(1)苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物,其分子中只有一个苯环,侧链都是烷基,通式为C n H 2n －6(n >6)。

(2)分子式C 8H 10对应的苯的同系物有4种同分异构体,分别为

。

2.苯的同系物的化学性质 (1)氧化反应

①苯不能被酸性KMnO 4溶液氧化,甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO 4溶液氧化,实质是苯环上的甲基被酸性KMnO 4溶液氧化。

②苯的同系物均能燃烧,火焰明亮有浓烟,其燃烧的化学方程式的通式为 C n H 2n －6＋3n －32

O 2――→点燃

n CO 2＋(n －3)H 2O 。

③鉴别苯和甲苯的方法：滴加酸性KMnO 4溶液,溶液褪色的是甲苯。 (2)取代反应

甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在一定条件下反应生成三硝基甲苯,化学方程式为

＋3HNO 3――→浓H 2SO 4

△

＋3H 2O,三硝基甲苯的系统命名为2,4,6-三硝基甲苯,又叫

TNT,是一种淡黄色晶体,不溶于水。它是一种烈性炸药,广泛用于国防、开矿、筑路等。 (3)加成反应

＋3H 2――→催化剂

△

。

3.芳香烃及其来源

(1)芳香烃是分子里含有一个或多个苯环的烃。下列物质中为芳香烃的是②③⑤。

(2)1845年至20世纪40年代,煤是芳香烃的主要来源。20世纪40年代以后,通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

苯环与侧链的关系

苯的同系物分子中,苯环与侧链相互影响,使苯的同系物与苯的性质有不同之处：

(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,氧化都发生在跟苯环直接相连的碳原子上。

(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,生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应只生成硝基苯。

例

3下列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

④1 mol甲苯与3 mol H2发生加成反应

A.①③

B.②④

C.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。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

例

4(2017·安徽马鞍山二中高二期中)下列叙述中,错误的是()

A.苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60 ℃可反应生成硝基苯

B.甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应,主要生成2-氯甲苯或4-氯甲苯

C.乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为(苯甲酸)

D.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷

答案 B

解析苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60 ℃发生取代反应生成硝基苯和水,A项正确；甲苯与氯气在光照下反应,甲基上的氢原子被取代而苯环上的氢原子不被取代,B项错误；乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为苯甲酸,C项正确；苯环和碳碳双键在合适的条件下均能与氢气发生加成反应,苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷,D项正确。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

苯与苯的同系物在分子组成、结构和性质上的异同

1.下列物质属于芳香烃,但不是苯的同系物的是()

A.③④

B.②⑤

C.①②⑤⑥

D.②③④⑤⑥

答案 B

解析和含有一个苯环,属于苯的同系物；

和尽管含有一个苯环,但其中含有其他(N或O)原子,不属于芳

香烃；含有碳碳双键,尽管属于芳香烃,但不是苯的同系物；含有两个苯环,属于芳香烃,不是苯的同系物。

【考点】苯的同系物

【题点】苯的同系物结构特点及组成

2.下列关于苯的说法中,正确的是()

A.苯的分子式为C6H6,它不能使酸性KMnO4溶液褪色,属于饱和烃

B.从苯的凯库勒式()可以看出,苯分子中含有碳碳双键,应属于烯烃

C.苯中的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键,不能与H2发生加成反应

D.苯分子为平面正六边形结构,6个碳原子之间的价键完全相同

答案 D

解析从苯的分子式C6H6可以看出,其氢原子远未达到饱和,应属不饱和烃,而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色是由于苯分子中的碳碳键都相同,是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键；苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构,不能由其来认定苯分子中含有碳碳双键,因而苯也不属于烯烃；在催化剂的作用下,苯与H2能发生加成反应生成环己烷；苯分子为平面正六边形结构,其分子中6个碳原子之间的价键完全相同。

【考点】苯的综合考查

【题点】苯的结构与性质的综合分析

3.在苯的同系物中加入少量酸性KMnO4溶液,振荡后褪色,正确的解释为()

A.苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的多

B.苯环受侧链影响易被氧化

C.侧链受苯环影响易被氧化

D.由于苯环和侧链的相互影响均易被氧化

答案 C

解析在苯的同系物中,侧链易被氧化而苯环无变化,说明侧链受苯环影响而易被氧化,与碳原子的多少无关。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】氧化反应

4.要鉴别己烯中是否混有少量甲苯,正确的实验方法是()

A.先加入足量的酸性KMnO4溶液,然后再加入溴水

B.先加入足量溴水,然后再加入酸性KMnO4溶液

C.点燃这种液体,然后观察火焰的明亮程度

D.加入浓H2SO4与浓HNO3后加热

答案 B

解析要鉴别己烯中是否混有甲苯,用C项中的方法显然无法验证；D中反应物会把己烯氧化,若先加酸性KMnO4溶液,己烯也可以使酸性KMnO4溶液被还原而褪色；若先加入足量溴水,己烯中碳碳双键转变成单键,不能与酸性KMnO4溶液反应,若再加入酸性KMnO4,溶液褪色,则说明有甲苯,B正确。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

5.下图是实验室制取溴苯的装置图：

(1)三颈烧瓶内发生反应的化学方程式是______________________________________

________________________________________________________________________。

(2)导管出口附近能观察到的现象是____________________________________。

(3)导管口不能插入锥形瓶中的液面之下,原因是________________________________

________________________________________________________________________。

(4)采用冷凝管的作用是________,干燥管的作用是___________________________

________________________________________________________________________。

(5)反应结束向三颈烧瓶中加入氢氧化钠溶液,作用是

________________________________________________________________________。

答案(1)

(2)有白雾(3)HBr极易溶于水,防止倒吸

(4)将挥发出的反应物蒸气冷凝使其回流到反应容器中

吸收HBr气体(5)除去未反应的溴单质

解析本题是制取溴苯的常规实验题,但反应装置作了改进,发生装置改为三颈烧瓶,有利于添加药品。实验需考虑到尾气处理。

【考点】苯的溴化反应

【题点】溴化反应的有关实验

[对点训练]

题组一苯的分子结构与性质

1.下列事实中,能说明苯与一般烯烃在性质上有很大差别的是()

A.苯能与纯溴发生取代反应

B.苯不能被酸性KMnO4溶液氧化

C.苯能与H2发生加成反应

D.苯能够燃烧产生浓烟

答案 B

解析苯不与酸性KMnO4溶液反应,而烯烃能被酸性KMnO4溶液氧化。

【考点】苯的化学性质

【题点】苯的化学性质的综合

2.下列实验能成功的是()

A.用溴水可鉴别苯、CCl4、戊烯

B.加入浓溴水,然后过滤除去苯中少量的己烯

C.苯、溴水、铁粉混合制取溴苯

D.用分液漏斗分离二溴乙烷和苯

答案 A

解析溴水加入苯中上层颜色较深,加入CCl4中下层颜色较深,加入戊烯中溴水褪色,可用溴水进行鉴别；浓溴水虽与己烯反应,但生成物能溶于苯,不能使之分离,不能用溴水除去苯中的己烯；制取溴苯需要用液溴,而不是溴水；二溴乙烷与苯互溶,不能用分液漏斗分离。

【考点】苯的物理性质与应用

【题点】苯的物理性质

3.有关苯的结构和性质,下列说法正确的是()

A.与是同一种物质,说明苯分子中碳碳双键、碳碳单键交替排列

B.苯在空气中不易燃烧完全,燃烧时冒浓烟,说明苯组成中含碳量较高

C.煤干馏得到的煤焦油可以分离出苯,苯是无色无味的液态烃

D.向2 mL 苯中加入1 mL 溴的四氯化碳溶液,振荡后静置,可观察到液体分层,上层呈橙红色 答案 B

解析 与是同一种物质,说明苯分子中不是碳碳双键、碳碳单键交替

排列；苯的分子式为C 6H 6,含碳量大,不易燃烧完全,燃烧时冒浓烟；苯具有芳香气味,为液体烃；四氯化碳与苯互溶,苯与溴的四氯化碳溶液混合后振荡、静置,溶液不分层。 【考点】苯的综合考查

【题点】苯的结构与性质的综合分析 4.下列关于苯的叙述正确的是( )

A.反应①为取代反应,有机产物浮在上层

B.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并伴有浓烟

C.反应③为取代反应,只生成一种产物

D.反应④中1 mol 苯最多与3 mol H 2发生加成反应,因为苯分子中含有3个碳碳双键 答案 B

解析 反应①为苯的取代反应,生成的溴苯密度比水大,沉在水底,A 错误；反应③为苯的硝化

反应：

＋HNO 3(浓)――――→浓硫酸

50～60 ℃

＋H 2O,产物有两种,C 错误；苯分

子中无碳碳双键,D错误。

【考点】苯的综合考查

【题点】苯的结构与性质的综合分析

题组二苯的同系物的分子结构与性质

5.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,且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

答案 D

解析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,且苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物,通式为C n H2n－6(n>6,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。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

6.只用一种试剂就能将甲苯、己烯、四氯化碳、碘化钾溶液区分开,该试剂是()

A.酸性高锰酸钾溶液

B.溴化钾溶液

C.溴水

D.硝酸银溶液

答案 C

解析酸性KMnO4溶液有强氧化性,能氧化甲苯、己烯而褪色,不能用于区分它们。溴化钾溶液加入上述4种液体中,由于甲苯、己烯的密度都比水小,与溴化钾溶液混合后分层,有机层在上,都无化学反应发生,从而不能区分；与CCl4混和后分层,但有机层在下,因为CCl4比水密度大；与KI溶液不分层。AgNO3溶液与B项类似,但KI中会出现黄色沉淀。C项中甲苯与溴水分层,溴被萃取到甲苯中处于上层,呈橙黄色,下层为水层,近似无色；己烯能与溴反应而使溴水褪色,可见上下分层,但都无色；CCl4萃取Br2,上层为水层,近似无色,下层为Br2的CCl4溶液,呈橙红色；溴水与KI溶液不分层,但发生反应,置换出I2可使溶液颜色加深,四种溶液的现象各不相同。

【考点】苯的同系物的物理性质

【题点】苯的同系物的物理性质的应用

7.“PX”即对二甲苯,是一种可燃、低毒化合物,毒性略高于乙醇,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物,爆炸极限1.1%～7.0%(体积分数)。是一种用途极广的有机化工原料。下列关于“PX”的叙述不正确的是()

A.“PX”的化学式为C8H10,1H-NMR有2组吸收峰

B.“PX ”能使酸性高锰酸钾溶液褪色,属于苯的同系物

C.“PX ”的二溴代物有3种同分异构体

D.“PX ”不溶于水,密度比水小 答案 C

解析 对二甲苯的结构简式为,其分子式为C 8H 10,分子中含有两种化

学环境的H 原子, 1H-NMR 有2组吸收峰；对二甲苯属于苯的同系物,能使酸性高锰酸钾溶液褪色；其苯环上的二溴代物有3种同分异构体；苯的同系物与苯的物理性质相似,苯不溶于水,密度比水小,所以“PX ”不溶于水,密度比水小。 【考点】苯的同系物的化学性质 【题点】苯的同系物性质的综合考查

8.分子式为C 9H 12的苯的同系物,已知苯环上只有一个取代基,下列说法中正确的是 ( ) A.该有机物能发生加成反应,但不能发生取代反应 B.该有机物不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色 C.该有机物分子中的所有原子不可能在同一平面上 D.该有机物的一溴代物最多有5种同分异构体 答案 C

解析 该有机物为或,苯环可以和H 2发生加

成反应,在光照条件下可发生侧链上的取代反应,也可发生苯环上的硝化反应等取代反应,A 项不正确；苯环侧链可以被酸性KMnO 4溶液氧化而使酸性KMnO 4溶液褪色,B 项不正确；甲基

(—CH 3)上所有原子不可能共面,C 项正确；有6种一溴代

物,有5种一溴代物,故该有机物的一溴代物最多有11种,D 项不正确。

【考点】苯的同系物的化学性质 【题点】苯的同系物性质的综合考查

9.异丙烯苯和异丙苯是重要的化工原料,二者存在如下转化关系：

＋H 2――→催化剂

△

下列说法中正确的是( )

A.异丙烯苯与苯互为同系物

B.异丙烯苯不能发生取代反应

C.异丙苯的一溴代物有5种

D.0.5 mol异丙苯完全燃烧消耗氧气5 mol

答案 C

解析异丙烯苯和苯的结构不相似且分子式的差值不是CH2的整数倍,故二者不属于同系物；异丙烯苯可与浓硝酸在浓硫酸催化下发生取代反应引入硝基；异丙苯有5种不同化学环境的氢,其一溴代物有5种；异丙苯的分子式为C9H12,0.5 mol异丙苯完全燃烧消耗氧气6 mol。【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

题组三多苯环有机物的分子结构与性质

10.某苯的同系物分子式为C8H10,若苯环上的氢原子被卤原子取代,生成的一卤代物有三种同分异构体,则该苯的同系物可能有()

A.4种

B.3种

C.2种

D.1种

答案 C

解析分子式为C8H10的苯的同系物有4种同分异构体：

苯环上的氢原子被卤原子取代得到一卤代物,相当于苯环上的取代基多一个卤原子,因此只要分析出原来的同分异构体中苯环上不同

化学环境氢原子的种数即可。根据对称性分析如下：

用卤素原子取代上述四种结构中苯环上的氢原子,分别有3种、2种、3种、1种结构。故生成的一卤代物有三种同分异构体的该苯的同系物可能是

或

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯环上取代产物的同分异构现象

11.无色孔雀石绿(结构简式如图所示)曾被用作水产养殖业的杀虫剂(鱼药),因为具有潜在致癌性,已被禁止使用。下列关于无色孔雀石绿的叙述中,正确的是()

A.分子中所有的碳原子可能在同一平面上

B.无色孔雀石绿属于烃

C.无色孔雀石绿可与溴水中的溴发生加成反应

D.在一定条件下,1 mol无色孔雀石绿可以和9 mol氢气发生加成反应

答案 D

解析该分子可看作是甲烷中的氢原子被其他的原子团取代而衍生的化合物,所有的碳原子不可能在同一平面上；含有N元素,属于烃的衍生物,不属于烃；该分子中不含能与溴水反应的官能团,不与溴发生加成反应；1 mol无色孔雀石绿含3 mol苯环,所以在一定条件下,1 mol 无色孔雀石绿可以和9 mol氢气发生加成反应。

【考点】苯的同系物的化学性质

【题点】苯的同系物性质的综合考查

12.下列芳香烃的一氯取代物的同分异构体数目最多的是()

答案 B

解析中含有3种氢原子,一氯取代物有3种；中含有5种氢原子,一氯取代物有5种；中含有2种氢原子,一氯取代物有2种；