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1、四维教育 选修 5-芳香烃、卤代烃1芳香烃1 芳香族化合物及芳香烃的概念2 苯的分子结构特点及物理性质:(1 分子式、结构简式(2 分子空间构型(3 苯分子中 C 原子成键特点 3 苯的化学性质:(1)苯的溴代实验(2)苯的硝化实验(3)苯的加氢加成反应【问】根据有机物的分类,我们知道有机物中有一类物质称为芳香族化合物,最初发现的这类物质绝大部分都是具有香味的,它们是从各种天然的香树脂、香精油中提取出来的。目前,已知的很多芳香族化合物其实并不具有芳香气味,所以, “芳香族化合物”这一名称已经失去了原先的意义,只是一直沿用至今,那么现在我们所定义的芳香族化合物是一类怎样的物质呢?它们在结构上有什
2、么共同的特点呢?芳香族化合物分子结构中含有苯环的有机物。【问】什么是烃类物质?只含有 C、H 元素的一类有机物。把这两类物质合并起来,取个交集,就是我们今天要研究的一类有机物芳香烃。芳香烃芳香族碳氢化合物,简称芳香烃或芳烃。一 苯的结构与性质1 苯的结构(1)分子式:C 6H6 (2)结构式:【交流与讨论】那么苯分子的结构是怎样的呢? 苯的 1H 核磁共振谱图(教材 P48)苯分子中 6 个 H 所处的化学环境完全相同苯分子结构的确定经历了漫长的历史过程,1866 年,德国化学家凯库勒提出苯环结构,称为凯库勒式:那么凯库勒式能完全真实的反应苯分子的结构吗?根据以下信息,谈谈你对苯分子结构的认识
3、? 苯的一取代物只有一种,邻位二取代物只有一种和 是同一种物质 苯不能使溴水腿色,不能使酸性高锰酸钾溶液腿色 碳碳双键加氢时总要放出热量,并且放出的热量与碳碳双键的数目大致成正比。苯在镍等催化下可与氢气发生加成反应生成环己烷,所放出的热量比环己二烯与氢气加成生成环己烷的还要少。说明苯环中并不存在单双键交替的结构,因此凯库勒式不能全面的反应苯的结构,只是习惯上沿用至今。ClClClCl四维教育 选修 5-芳香烃、卤代烃2【过渡】那么苯分子的结构到底是怎样的?拓展视野:苯环中的碳原子都是采用的 sp2 杂化,碳原子之间形成 (sp 2sp 2)键,六个 C 原子的 p 轨道重叠形成一个大 键。苯分
4、子中碳碳键的键长都是一样长的(1.410 -10m) ,这说明碳原子之间形成的一种介于单键和双键之间的特殊共价建,所以苯的结构可以表示为: 或(3)分子空间构型平面正六边形,12 个原子共平面。2 苯的性质(1)物理性质苯是一种没有颜色,有特殊气味的液体,有毒。密度比水小,与水不互溶。3 苯的化学性质1 苯的溴代反应原理: Br2 HBr 装置:现象:1 向三颈烧瓶中加入苯和液溴后,反应迅速进行,溶液几乎“沸腾” ,一段时间后反应停止2 反应结束后,三颈烧瓶底部出现红褐色油状液体(溴苯)3 锥形瓶内有白雾,向锥形瓶中加入 AgNO3 溶液,出现浅黄色沉淀4 向三颈烧瓶中加入 NaOH 溶液,产
5、生红褐色沉淀(Fe(OH) 3)注意:1 直型冷凝管的作用使苯和溴苯冷凝回流,导气(HBr 和少量溴蒸气能通过) 。2 锥形瓶的作用吸收 HBr,所以加入 AgNO3 溶液,出现浅黄色沉淀(AgBr)3 锥形瓶内导管为什么不伸入水面以下防止倒吸4 碱石灰的作用吸收 HBr、溴蒸气、水蒸汽。5 纯净的溴苯应为无色,为什么反应制得的溴苯为褐色溴苯中溶解的溴单质6 NaOH 溶液的作用除去溴苯中的溴,然后过滤、再用分液漏斗分离,可制得较为纯净的溴苯7 最后产生的红褐色沉淀是什么Fe(OH) 3 沉淀,反应中真正起催化作用的是 FeBr3 2 苯的硝化反应:FeBr3 Br四维教育 选修 5-芳香烃、
6、卤代烃3原理: HONO 2 H2O 装置: 现象:加热一段时间后,反应完毕,将混合物倒入盛有水的烧杯中,在烧杯底部出现淡黄色油状液体(硝基苯)注意:1 硝基苯难溶于水,密度比水大,有苦杏仁味2 长导管的作用冷凝回流3 为什么要水浴加热(1)让反应体系受热均匀;(2)便于控制温度,防止生成副产物(因为加热到 100110时就会有间二硝基苯生成;4 温度计如何放置温度计水银球应伸入水浴中,以测定水浴的温度。3 苯的加成反应在催化剂镍的作用下,苯与 H2 能在 180250、压强为 18MPa 的条件下发生加成反应 3H2 4 总结苯的化学性质:由于苯分子中的碳碳键是一种介于单键和双键之间的特殊共
7、价键,所以苯的化学性质,几乎也是介于饱和烃和不饱和烃之间。总的来说化学性质比较稳定、是易取代、难加成。二 芳香烃的来源与应用1 来源:(1)煤 煤焦油 芳香烃煤的综合利用 干馏 气化 液化原理 使煤隔绝空气加强热,使其分解的过程 把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程 把煤转化为液体燃料的过程原料 煤 煤 煤产品 焦炭、煤焦油、焦炉气 氢气、一氧化碳 液体燃料(甲醇、汽油等)在芳香烃中,作为基本有机原料应用的最多的是苯、乙苯和对二甲苯2 苯的同系物(1)概念苯的同系物只有一个苯环,它们可以看成是由苯环上的 H 被烷烃基代替而得到的。例如: 对二甲苯浓硫酸水浴 5060NO2Ni高温、高压干馏 分
8、馏CH3 CH2CH3CH3CH3四维教育 选修 5-芳香烃、卤代烃4甲苯 乙苯 (2)性质A 氧化反应实验:甲苯中加入酸性 KMnO4 溶液KMnO 4 溶液腿色乙苯中加入酸性 KMnO4 溶液KMnO 4 溶液腿色结论:苯的同系物能被酸性 KMnO4 溶液氧化解释:苯的同系物中,如果与苯环直接连接的碳原子上连有 H 原子,该苯的同系物就能使酸性 KMnO4溶液腿色,与苯环相连的烷烃基通常回被氧化为羧基B 取代反应 3HNO3 3H2O TNT(三硝基甲苯)TNT 是一种不溶于水的淡黄色针状晶体,烈性炸药。 (3)乙苯的制备 CH2CH 2 以前采用无水 AlCl3浓盐酸做催化剂,污染较大而
9、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。3 多环芳烃【经典例题】【例 1】 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( )苯不能使 KMnO4(H+)溶液褪色 苯分子中碳原子之间的距离均相等 苯能在一定条件下跟 H2 加成生成环己烷 经实验测得邻二甲苯仅一种结构 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. B.C. D.思路解析:若苯分子中存在单双键交替结构,则CH氧化COHOCH3浓 H2SO4 100NO2 CH3NO2 O2N 催化剂CH2CH3蒽 萘 联苯 联苯CH2四维教育 选修 5-芳香烃、
10、卤代烃5CC 与 C=C 的键长必然不同, 和 的性质必然不同,应互为同分异构体,且 C=C 的特征反应是使溴水和 KMnO4 酸性溶液褪色,全面考虑,故应选 C。答案:C【例 2】 可以用分液漏斗分离的一组液体混合物是( )A.溴和四氯化碳 B.苯和溴苯C.水和硝基苯 D.苯和汽油思路解析:考查几种物质的相互溶解性,A 、B、D 三个选项中两种物质互溶,只有 C 中水和硝基苯不互溶。答案:C【例 3】 实验室用溴和苯反应制取溴苯,得到粗溴苯后,要用如下操作精制:蒸馏 水洗 用干燥剂干燥 10%NaOH 溶液润洗 水洗正确的操作顺序是( )A. B.C. D.思路解析:首先要了解溴苯的制取,在
11、生成溴苯的同时,有溴化氢生成,得到的粗溴苯中会含有杂质。而后就应该考虑操作的顺序问题。先用水洗可以除去水溶性杂质,如溴化氢、少量的溴;然后用10%NaOH 溶液洗,可把溴转变为水溶性的次溴酸钠除去;然后再用水洗一次,把残存的 NaOH 洗去;接着用干燥剂除水;最后蒸馏得到纯溴苯。答案:B【例 4】某苯的同系物的分子式为 C11H16,经测定数据表明,分子中除苯环外不再含其他环状结构,分子中还含有两个CH 3,两个CH 2和一个 ,则该分子由碳键异构所形成的同分异构体有_种,其结构简式为_。解析:该分子是由一个苯环和一个C 5H11 组成的,分析 C5H11 的碳链异构即可。将两个CH 2、一个
12、联在一起得两种结构: CH2CH2CH 2 CH2。然后用两个CH 3 联在上得四种C 5H11,最 后用 苯环饱和剩的价键即可。答案:4【例 5】黄曲霉素是污染粮食的真菌霉素。人类的特殊基因在黄曲霉素的作用下会发生突变,有转变成肝癌的可能性。跟 lmol 该化合物起反应的 H2 或 NaOH 的最大量分别是( )A6mol,2mol B7mol,2mol C6mol,1mol D7mol,1mol【例 6】A、B 两种烃的最简式相同,7.8gA 完全燃烧后生成物通入过量的石灰水中,得到沉淀 60g。A不能使酸性 KMnO4 溶液褪色,也不与溴水反应,B 能使这两种溶液褪色。0.5mol B
13、完全燃烧生成22.4LCO2(标准状况),在相同状况下,A 与 B 蒸气的密度比为 3:1.写出这两种烃的结构简式。A: B:CHCH四维教育 选修 5-芳香烃、卤代烃6解析:首先由 B 可以使溴水及高锰酸钾溶液褪色,即可以判断 B 为烯烃或者是炔烃。因为:0.5mol B 完全燃烧生成 22.4LCO2(标准状况)所以:B 中含有 2 个碳原子。再由 A、B 的组件式相同,且 A 与 B 蒸气的密度比为 3:1,故 A 分子中含有 6 个碳原子。 由:A(C 6Hx)6CO 26CaCO 3(72+x)g 600g7.8g 60g(72+x)/ 7.8 = 600/ 60 解之可得:x=6则:A 为 C6H6,B 为 C2H2【基础练习】1.能用高锰酸钾酸性溶液鉴别而不能用溴水鉴别的是( )A.甲烷和乙烯 B.乙烯和乙炔C.苯和邻二甲苯 D.浓盐酸和浓硝酸解析:乙烯、乙炔都能使溴水和高锰酸钾酸性溶液褪色,而甲烷、苯、浓盐酸、浓硝酸都不能使高锰酸钾酸性溶液和溴水褪色,故 A、B、D 不符合题意。邻二甲苯可使高锰酸钾酸性溶液褪色,而不能使溴水褪色。答案:C2.下列分子中,所有原子不可能共处在同一平面上的是( )A.C2H2 B.CS2