高中化学选修5之知识讲解_芳香烃_基础-

芳香烃
【学习目标】
1、认识芳香烃的组成、结构；
2、了解苯的卤代、硝化及加氢的反应，知道苯的同系物的性质、苯的同系物与苯性质的差异；
3、结合生产、生活实际了解某些烃、烃的衍生物的重要作用及对环境和健康可能产生的影响，芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。

【要点梳理】
要点一、苯的结构和性质
分子中含有一个或多个苯环的碳氢化合物都属于芳香烃。

我们已学习过最简单、最基本的芳香烃——苯。

1．分子结构。

苯的分子式为C 6H 6，结构式为，结构简式为或 。

大量实验表明，苯分子里6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。

苯分子里的所有原子都在同—平面内，具有平面正六边形结构，键角为120°，是非极性分子。

2．物理性质。

苯是无色有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃，苯用冰冷却可凝结成无色的晶体，苯有毒。

3．化学性质。

【芳香烃#苯的化学性质】
苯的化学性质比较稳定，但在一定条件下，如在催化剂作用下，苯可以发生取代反应和加成反应。

（1）取代反应。

（溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大）
（硝基苯是无色，有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒）
（2）加成反应。

（3）氧化反应。

①苯在空气中燃烧发出明亮的带有浓烟的火焰：
+15O 2−−−
→点燃
12CO 2+6H 2O ②苯不能使酸性KMnO 4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。

4．苯的用途。

苯是一种重要的化工原料，它广泛应用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等，苯也常用作有机溶剂。

特别提示 （1并不能反映苯的真实分子结构，只是由于习惯才沿用至今。

实际上
苯分子中的碳碳键是完全相同的。

（如与是同种物质）
（2）由于苯环结构的特殊性，在判断苯体现什么性质时要特别注意反应条件和反应物的状态。

要点二、苯的同系物
【芳香烃#苯的同系物及其性质】
1．苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，其结构特点是：分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基。

甲苯、二甲苯是较重要的苯的同系物。

2．苯的同系物的分子通式为C n H 2n －6（n ≥6，n ∈N ）。

苯的同系物由于所连侧链的不同和不同的侧链在苯环上的相对位置的不同而具有多种同分异构体，如分子式为C 8H 10的对应的苯的同系物有下列4种同分异构体。

3．简单的苯的同系物（如甲苯、二甲苯、乙苯等），在通常状况下都是无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，其本身也是有机溶剂。

4．由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处也有不同之处。

（1）苯的同系物与苯在化学性质上的相似之处：
①都能燃烧，燃烧时发出明亮的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：C n H 2n －6+
332
n -O 2−−−→点燃
nCO 2+(n －3)H 2O 。

②都能与卤素单质（X 2）、硝酸、硫酸等发生取代反应。

③都能与氢气等发生加成反应。

（2）苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处：
①由于侧链对苯环的影响，使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强，发生的取代反应有所不同。

②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。

在苯的同系物中，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被热的酸性KMnO 4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基（—COOH ）。

要点三、芳香烃的来源及其应用
1．通常煤是获取一切芳香烃的主要来源，现在还通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

2．一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料。

可用于合成炸药、染料、农药、药品、合成材料等。

【典型例题】
类型一：苯及苯的同系物的结构
例1 对于苯乙烯（）的下列叙述：
①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可发生加聚反应；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；
⑥所有的原子可能共平面，其中正确的是（）。

A．仅①②④⑤B．仅①②⑤⑥ C．仅①②④⑤⑥ D．全部正确
【答案】C
【解析】物质的性质推测可根据其结构特征和物质的相似性来分析解答，苯乙烯分子中含有苯环和碳碳双键，其性质应与苯、乙烯有相似之处，从分子结构看，是两个平面结构的组合，而这两个平面有可能重合，故⑥的说法正确；苯环上可发生取代反应，故⑤的说法正确；碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化，也可发生加聚反应，故①②说法正确；苯乙烯属于烃类，而烃类都难溶于水而易溶于有机溶剂，故③的说法不正确而④的说法正确。

【总结升华】解答本题需将苯、乙烯的性质迁移到对苯乙烯性质的预测上。

举一反三：
【芳香烃#例3】
【变式1】苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是
①苯不能使溴水褪色
②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应
④经测定，邻二甲苯只有一种结构
⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m
A．①②④⑤B．①②③⑤
C．①②③D．①②
【答案】A
类型二：苯及其同系物的性质
例2 （2015 兰州模拟）下列关于有机物的认识正确的是（）
A．C2H6与氯气发生取代反应①、C2H4与HCl发生加成反应均可得到纯净的C2H5Cl
B．将甲烷和乙烯的混合气体通过盛有浓溴水②的洗气瓶，即可提纯甲烷
C．甲烷的二氯代物只有1种，新戊烷的二氯代物③有2种
D．苯使酸性KMnO4溶液、溴水都能褪色，发生的都是氧化反应④
新戊烷的结构简式为
苯的化学性质：难氧化，不能使酸性
【答案】C
【解析】C2H6与氯气发生取代反应得到的取代产物不唯一，无法得到纯净的C2H5Cl，A错误；浓溴水易挥发，气体通过它时会带出溴蒸气，B错误；甲烷中所有氢原子均相同，所以其二氯代物只有1种，新戊烷的二氯代物中，两个氯原子取代同一甲基的氢原子的同分异构体有1种，取代不同甲基的氢原子得到的二氯代物有1种，总共含有2种二氯代物，C正确；苯不与酸性KMnO4溶液反应，使溴水褪色属于萃取，D错误。

举一反三：
【变式1】（2015 郴州模拟）有8种物质：①乙烷；②乙烯；③乙炔；④苯；⑤甲苯；⑥溴乙烷；⑦聚丙烯；⑧环己烯。

其中既不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能与溴水反应使溴水褪色的是（）A．①②③⑤B．④⑥⑦⑧
C．①④⑥⑦D．②③⑤⑧
【答案】C
【解析】甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色；乙烯、乙炔、环己烯既能使酸性KMnO4溶液褪色又能与溴水反应使溴水褪色；乙烷、苯、溴乙烷、聚丙烯既不能使酸性KMnO4溶液褪色也不能与溴水反应而使溴水褪色。

类型三：苯及其同系物的同分异构现象
例3（2016 遂川县二模）有机物的一氯代物可能的结构有（不考虑立体异构）（）
A．6种B．8种C．11种D．15种
【思路点拨】先根据支链异构判断的同分异构体，然后根据等效H原子判断，有几种H原子，一氯代物有几种同分异构体。

【答案】C
【解析】-C3H7有两种结构，分别为：CH3-CH2-CH2-、CH3-CH（CH3）-，所以的同分异构体有2种，
其分子中氢原子的种类分别为6种、5种，则一氯代物可能的结构有11种，故选C。

【总结升华】有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。

这种通过等效氢来确定一元取代物同分异构体数目的方法，叫等效氢法。

等效氢的判断方法是：（1）同一个碳原子上的氢原子是等效的。

如分子中—CH3上的3个氢原子等效。

（2）同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。

如分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。

举一反三：
【变式1】某有机化合物A的结构简式如下：
（1）A的分子式是________；
（2）A在NaOH水溶液中加热反应得到B和C，C是芳香化合物。

B和C的结构简式是B：________、C：________。

该反应属于________反应。

【答案】（1）C16H21O4N。