高中化学第一章有机化合物的结构与性质烃第3节烃第3课时同步备课学案鲁科版选修5

高中化学第一章有机化合物的结构与性质烃第3节烃第3课时同步备课学案鲁科版选修5

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 3 课时 苯及其同系物的性质 [目标导航] 1.了解苯的物理性质。2.掌握苯及其同系物的结构与化学性质。 一、苯的结构与性质 1．物理性质 苯是一种_无色_有特殊气味的易挥发的液体，难溶于水，密度比水_小，有毒，是一种重要 的有机溶剂。 2．苯的结构 3．化学性质 (1)氧化反应 ①苯的燃烧：2C6H6＋15O2――→点燃 12CO2＋6H2O。 ②苯不能被酸性 KMnO4 等强氧化剂氧化。 (2)取代反应 ①卤代反应： ＋Br2――→Fe ＋HBr。 ②硝化反应： ＋HO— ――→浓 H2SO4 55～60 ℃NO2＋H2O。 ③磺化反应： ＋HO— △ SO3H＋H2O。 (3)加成反应 ＋3H2 ――→催化剂 △ 。 议一议 1．苯的一氯取代物只有一种，能否说明苯的碳碳键完全相同？ 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 答案 不能。苯分子中的碳碳键不论是碳碳双键与单键交替排列，还是介于单键和双键之间 的特殊化学键，一氯代物都只有一种。 2．有哪些方法可以说明苯分子中不存在碳碳双键，而是一种介于单键与双键之间的特殊的 键？ 答案 (1)二取代物共有 3 种，而非 4 种。 (2)苯不能使酸性高锰酸钾溶液退色，不能使溴水退色。 (3)苯分子中每一个碳碳键的键长都是 0.140 nm。而碳碳单键的键长是 0.154 nm，碳碳双键 键长是 0.134 nm。 3．烷烃与苯都能与卤素发生取代反应，其反应有何异同？ 答案 相同点：都属于取代反应； 不同点：反应条件不同。 4．怎样从实验的角度分析苯与液溴发生的是取代反应而不是加成反应？ 答案 依据生成产物的不同进行判断，若是加成反应，生成物中则不存在 HBr，若是取代反 应，则产物中存在 HBr，因此可以用硝酸酸化的硝酸银溶液或紫色石蕊溶液检验。 二、苯的同系物 1．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。 (2)分子中只有一个苯环，侧链都是烷基。 (3)通式为 CnH2n－6(n≥7)。 2．常见的苯的同系物 名称 结构简式 甲苯 乙苯 二 甲苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 3.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苯的同系物大多数能被 KMnO4 酸性溶液氧化而使其退色。 ②均能燃烧，完全燃烧的化学方程式通式为 CnH2n－6＋3n－3 2 O2――→点燃 nCO2＋(n－3)H2O。 (2)取代反应 甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在一定条件下反应生成三硝基甲苯的化学方程式为 ＋3HNO3 ――→浓硫酸 △ ＋3H2O。 (3)加成反应 甲苯与氢气反应的方程式为 ＋3H2 ――→催化剂 △ 。 议一议 1．苯的同系物都属于芳香烃吗？芳香烃都是苯的同系物吗？ 答案 苯的同系物都是芳香烃，但芳香烃不一定是苯的同系物。如 属于芳香烃，但不是苯的同系物。 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？ 答案 ①苯环对侧链的影响，使得苯的同系物能使高锰酸钾酸性溶液退色，而烷烃不能。 ②侧链对苯环的影响，甲苯与硝酸反应使得苯环上甲基的邻位和对位的 H 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。 3．怎样鉴别苯和甲苯？ 答案 可用 KMnO4 酸性溶液来进行鉴别，使酸性 KMnO4 溶液退色的是甲苯。 4．所有苯的同系物均能使酸性高锰酸钾溶液退色吗？ 答案 不是。在苯的同系物中，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 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 能够使酸性高锰酸钾溶液退色，与苯环相连的烷基通常被氧化为羧基。 5．甲苯卤代时应如何考虑？ 答案 甲苯卤代时应注意反应的条件，如甲苯与氯气发生一氯取代时，在光照的条件下，只 考虑甲基的取代；甲苯与液溴在铁作催化剂只考虑苯环上的氢被取代；在无条件限制时，甲 基和苯环都要考虑被取代。 6．分子式 C8H10 对应的苯的同系物有几种同分异构体？请分别写出它们的结构简式。苯环上 的一硝基取代物只有一种的芳香烃的名称是什么？ 答案 共 4 种，分别为 对二甲苯。 一、实验室溴苯和硝基苯的制取 1．溴苯的制取 反应 原理 ＋Br2――→Fe ＋HBr 实验 装置 注意 事项 ①CCl4 的作用是吸收挥发出的溴单质。②AgNO3 溶液的作用是检验溴与苯反应的产物 中有 HBr 生成。③该反应中作催化剂的是 Fe。④溴苯是无色油状液体，在该实验中 因为溶解了溴而呈褐色。⑤应该用纯溴，苯与溴水不反应。⑥试管中导管不能插入 液面以下，否则因 HBr 极易溶于水，发生倒吸。⑦溴苯中因为溶有溴而呈褐色，可 用 NaOH 溶液洗涤，再用分液的方法除去溴苯中的溴。 2.硝基苯的制取 反应原理 ＋HNO3 ――→浓硫酸 50～60 ℃ ＋H2O 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 实验装置 注意事项 ①药品的加入：将浓硫酸慢慢加入到浓硝酸中，并不断振荡降 温，降温后再逐滴滴入苯，边滴边振荡。 ②加热方式及原因：采用水浴加热方式，其原因是易控制反应 温度在 50～60 ℃范围内。 ③温度计放置的位置：温度计的水银球不能触及烧杯底部及烧 杯壁。 ④长直玻璃导管的作用是冷凝回流。 ⑤硝基苯是无色油状液体，因为溶解了 HNO3 而呈褐色。 特别提醒 (1)苯与溴单质发生取代反应，必须用液溴，并且有合适的催化剂(如 Fe)存在，苯`与溴水 不能发生取代反应，只能将 Br2 从溴水中萃取出来。 (2)制取硝基苯时应控制温度不能过高，若温度超过 70 ℃，则主要发生磺化反应生成 (苯磺酸)。 例 1 某化学课外小组用下图装置制取溴苯。 先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器 A(A 下端活塞关闭)中。 (1)写出 A 中反应的化学方程式：___________________________________________。 (2)观察到 A 中的现象是_________________________________________。 (3) 实 验 结 束 时 ， 打 开 A 下 端 的 活 塞 ， 让 反 应 液 流 入 B 中 ， 充 分 振 荡 ， 目 的 是 __________________________________________， 写出有关的化学方程式______________________________________。 (4)C 中盛放 CCl4 的作用是___________________________________。 (5)能证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管 D 中加入硝酸化 AgNO3 溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明。另一种验证的方法是向试管 D 中加入____________， 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 现象是________________________________________________________________________。 解析 由于苯、液溴的沸点较低，且反应 ＋Br2――→Fe ＋HBr 为放热反 应，故 A 中观察到的现象：反应液微沸，有红棕色气体充满 A 容器。HBr 中混有的 Br2 在经 过 CCl4 时被吸收；在制备的溴苯中常混有 Br2，一般加入 NaOH 溶液中，因发生反应 Br2＋ 2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O 而除去。若该反应为取代反应则必有 HBr 生成，若为加成反应则 没有 HBr 生成，故只需检验 D 中是否含有大量 H＋或 Br－即可。 答案 (1) ＋Br2――→Fe ＋HBr (2)反应液微沸，有红棕色气体充满 A 容器 (3)除去溶于溴苯中的溴 Br2 ＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O(或 3Br2 ＋6NaOH===5NaBr＋ NaBrO3＋3H2O) (4)除去溴化氢气体中的溴蒸气 (5)石蕊溶液 溶液变红色(其他合理答案也可) 解题反思 只有在掌握好教材实验原理、操作等有关知识的基础上，才可能对其中不足做科学的改造。 本题通过 CCl4 洗气瓶，就可以减少污染；通过 NaOH 溶液，避免 Br2 的干扰，就可以看到溴 苯的真面目。 变式训练 1 溴苯是一种化工原料，实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下： 苯 溴 溴苯 密度/g·cm－3 0.88 3.10 1.50 沸点/℃ 80 59 156 水中溶解度 微溶 微溶 微溶 按下列合成步骤回答问题： (1)在 a 中加入 15 mL 苯和少量铁屑。在 b 中小心加入 4.0 mL 液态溴。向 a 中滴入几滴溴， 有白色烟雾产生，是因为生成了________气体。继续滴加至液溴滴完。装置 d 的作用是 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 ________________________________________________________________________。 (2)液溴滴完后，经过下列步骤分离提纯： ①向 a 中加入 10 mL 水，然后过滤除去未反应的铁屑； ②滤液依次用 10 mL 水、8 mL 10%的 NaOH 溶液、10 mL 水洗涤。NaOH 溶液洗涤的作用是 ________________________________________________________________________。 ③向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。加入氯化钙的目的是 ________________________________________________________________________。 (3)经以上分离操作后，粗溴苯中还含有的主要杂质为________，要进一步提纯，下列操作 中必须的是________(填字母)。 A．重结晶 ．过滤 C．蒸馏 ．萃取 (4)在该实验中，a 的容积最适合的是________(填字母)。 A．25 mL B．50 mL C．250 mL D．500 mL 答案 (1)HBr 吸收 HBr 和 Br2 (2)②除去 HBr 和未反应的 Br2 ③干燥 (3)苯 C (4)B 解析 根据苯和溴反应制备溴苯的条件知铁屑起催化作用，然后对产物进行分离和提纯。 (1)苯和溴在催化剂作用下反应，产生的 HBr 具有挥发性，看到有白雾产生。由于该反应放 热，而液溴具有挥发性，故挥发出的气体是 Br2 和 HBr，用 NaOH 溶液吸收。 (2)(3)反应完毕后，反应容器中的主要成分是溴苯，还有未反应的苯和 Br2 及生成的 HBr， 加入 NaOH 除去 HBr 和未反应的 Br2。再水洗，用 CaCl2 进一步进行干燥，最后根据苯和溴苯 的沸点不同进行蒸馏分离。 (4)烧瓶作为反应容器时，液体的体积不超过容积的1 2 ，而液体的体积为 15 mL＋4 mL＝19 mL， 故容积选择 50 mL。 二、各类烃的化学性质比较 液溴 溴水 溴的四氯化 碳溶液 酸性高锰 酸钾溶液 烷烃 与溴蒸气在光照条件 下发生取代反应 不反应，液态烷烃与 溴水可以发生萃取从 而使溴水层退色 不反应，互 溶不退色 不反应 烯烃 常温加成退色 常温加成退色 常温加成退 色 氧化退色 炔烃 常温加成退色 常温加成退色 常温加成退 色 氧化退色 苯 一般不反应，催化条 不反应，发生萃取而 不反应，互 不反应 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 件下可发生取代反应 使溴水层退色 溶不退色 苯的同 系物 一般不反应，光照条 件下发生侧链上的取 代反应，催化条件下 发生苯环上的取代反 应 不反应，发生萃取而 使溴水层退色 不反应，互 溶不退色 氧化退色 例 2 有 4 种无色液态物质：己烯、己烷、苯和甲苯，符合下列各题要求的分别是 (1)不能与溴水或 KMnO4 酸性溶液反应，但在铁屑作用下能与液溴反应的是________，生成 的有机物名称是____________，反应的化学方程式为____________________________， 此反应属于________反应。 (2)不能与溴水或 KMnO4 酸性溶液反应的是________________________。 (3)能与溴水反应且能与 KMnO4 酸性溶液反应的是______________________。 (4)不与溴水反应但能与 KMnO4 酸性溶液反应的是______________________。 解析 己烯、己烷、苯、甲苯四种物质中，既能和溴水反应，又能和 KMnO4 酸性溶液反应的 只有己烯。均不反应的为己烷和苯。不能与溴水反应但能被酸性 KMnO4 溶液氧化的是甲苯。 苯在铁的催化作用下与液溴发生取代反应生成溴苯。 答案 (1)苯 溴苯 ＋ ――→Fe ＋HBr 取代 (2)苯、己烷 (3)己烯 (4)甲苯 解题反思 把溴水分别加入到己烯、己烷、苯、甲苯中，其现象分别为 其中己烷、苯、甲苯中的现象是相同的，均在上层显橙色。 变式训练 2 对于苯乙烯( )的下列叙述：①使 KMnO4 酸性溶液退色；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；⑦是苯的同系物。其中正确的是( ) A．仅①②④⑤ B．仅①②⑤⑥⑦ C．仅①②④⑤⑥ D．全部正确 答案 C 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 解析 物质的性质推测可根据其结构特征和物质的性质来分析解答，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，从分子结构来看，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 KMnO4 酸性溶液氧化，也可能发生加聚反应，故①②的说法正确；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；苯基与烷 基相连才是苯的同系物，⑦的说法不正确。 1．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 KMnO4 酸性溶液退色，属于饱和烃 B．从苯的凯库勒式( )看，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃 C．在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了加成反应 D．苯分子为平面正六边形结构，6 个碳原子之间的键完全相同 答案 D 解析 从苯的分子式 C6H6 看，其氢原子数远未达到饱和，应属不饱和烃，而苯不能使 KMnO4 酸性溶液退色，是由于苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键所致； 苯的凯库勒式( )并未反映出苯的真实结构，只是由于习惯而沿用，不能由其来认定苯 分子中含有双键，因而苯也不属于烯烃；在催化剂的作用下，苯与液溴反应生成了溴苯，发 生的是取代反应而不是加成反应；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。 2．下列说法中，正确的是( ) A．芳香烃的分子通式是 CnH2n－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 KMnO4 酸性溶液退色 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，苯的同系物的通式为 CnH2n－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 KMnO4 酸性溶液退 色，而苯不能，这是由于苯环与侧链之间的影响所致。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 3．下列关于芳香烃的同分异构体的说法中正确的是( ) A．立方烷( )存在与苯互为同系物的同分异构体 B．苯的二溴代物中， 互为同分异构体 C．苯环上的二溴代物有 3 种 D．分子式为 C9H12 的芳香烃共有两种 答案 C 解析 立方烷的分子式为 C8H8，不符合苯的同系物的通式 CnH2n－6，A 项错误；由于苯环中没 有碳碳双键，所以 是同一物质——邻二溴苯，B 项错误；由于 两个溴原子在苯环上的位置有邻间对，C 项正确；分子式为 C9H12 的芳香烃既可能含一个侧链 ( ，共 2 种结构)，也可能含两个侧链(1 个甲基和 1 个乙基，有邻、间、 对位 3 种结构)，还可能含三个侧链(3 个甲基，共 3 种结构)，D 项错误。 4．常温常压下为无色液体，而且密度大于水的是( ) ①苯 ②硝基苯 ③溴苯 ④四氯化碳 ⑤溴乙烷 ⑥乙酸乙酯 A．①⑥ B．②③④⑥ C．②③④⑤ D．③④⑤⑥ 答案 C 解析 ①苯的密度比水小，常温、常压下为无色；②硝基苯的密度比水大，常温、常压下为 无色；③溴苯的密度比水大，常温、常压下为无色；④四氯化碳的密度比水大，常温、常压 下为无色；⑤溴乙烷的密度比水大，常温、常压下为无色；⑥乙酸乙酯的密度比水小，常温、 常压下为无色；显然只有②③④⑤符合题意。 5．下列关于苯的叙述正确的是( ) A．反应①为取代反应，有机产物与水混合浮在上层 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物是一种烃 D．反应④中 1 mol 苯最多与 3 mol H2 发生加成反应，是因为苯分子含有三个碳碳双键 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，在下层，A 错误；反应③为苯的硝 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 11 化反应，属于取代反应，生成硝基苯，为烃的衍生物，C 错误；苯分子中无碳碳双键，D 错 误。 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 A 项，酸性 KMnO4 溶液有强氧化性，能氧化甲苯、己烯而退色，不能用于区分它们；B 项，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；D 项，AgNO3 溶液与 B 项类似， 但 KI 中会出现黄色沉淀；C 项，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，己烯使溴水退色，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。 7.实验室制备硝基苯的实验装置如右图所示，主要步骤如下： ①配制一定比例的浓 H2SO4 和浓 HNO3 的混合酸，加入反应器中。 ②向室温下的混合酸中逐滴加入一定质量的苯，充分振荡，混合均匀。 ③在 50～60 ℃下发生反应，直至反应结束。 ④除去混合酸后，粗产品依次用蒸馏水和 5%NaOH 溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。 ⑤将用无水 CaCl2 干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。 回答下列问题。 (1) 配 制 一 定 比 例 的 浓 H2SO4 和 浓 HNO3 的 混 合 酸 时 ， 操 作 注 意 事 项 是 ________________________________________________________________________。 (2)步骤③中，为了使反应在 50～60 ℃下进行，常用的方法是_____________________。 (3)步骤④中洗涤和分离粗硝基苯应使用的仪器是 ________________________________________________________________________。 (4)步骤④中粗产品用 5%NaOH 溶液洗涤的目的是 ________________________________________________________________________。 (5)纯硝基苯是无色、密度比水________(填“小”或“大”)、具有________味的油状液体。 答案 (1)先将浓 HNO3 注入容器中，再慢慢注入浓 H2SO4，并及时搅拌和冷却 (2)将反应器 放在 50～60 ℃的水中加热 (3)分液漏斗 (4)除去粗产品中残留的酸 (5)大 苦杏仁 解析 (1)浓 H2SO4 和浓 HNO3 混合时，应先将浓 HNO3 注入容器中，再慢慢注入浓 H2SO4，并及 时搅拌和冷却。如果先注入浓 H2SO4，再注入浓 HNO3，会造成浓 HNO3 局部过热迸溅并挥发。 (2)反应温度是 50～60 ℃，为方便控制，所以用水浴加热。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 12 [经典基础题] 题组 1 苯的结构与性质 1．苯的结构式可用 来表示，下列关于苯的叙述正确的是( ) A．苯主要是以石油为原料而获得的一种重要化工原料 B．苯中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃 C．苯分子中 6 个碳碳键完全相同 D．苯可以与溴水、高锰酸钾酸性溶液反应而使它们退色 答案 C 解析 苯分子中 6 个碳碳化学键完全相同，故 C 正确；苯分子中不含有典型的碳碳双键，所 以苯不属于烯烃，故 B 错误；苯不能与溴水、高锰酸钾酸性溶液反应而使它们退色，故 D 错误；苯主要是以煤和石油为原料而获得的一种重要化工原料，故 A 错误。 2．苯环结构中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，可以作为证据的是( ) ①苯不能使高锰酸钾酸性溶液退色 ②苯不能使溴水退色 ③苯在加热和有催化剂存在的 条件下，能还原成环己烷 ④苯中碳碳键的键长完全相等 ⑤邻二氯苯只有一种 ⑥间二氯 苯只有一种 A．①② B．①⑤ C．③④⑤⑥ D．①②④⑤ 答案 D 解析 如果苯中存在交替的单、双键结构，则会出现以下几种情况：第一，因为含 具有烯烃的性质，则既能与溴水发生加成反应使溴水退色，又能使 KMnO4 酸 性溶液退色；第二，苯环中碳碳键键长不可能相等；第三，邻二氯苯会有两种，即 而题中③和⑥的性质不管苯环中单、双键是否有交替，结果都一 样。 3．下列实验操作中正确的是( ) A．制取溴苯：将铁屑、溴水、苯混合加热 B．实验室制硝基苯：先加入浓硫酸，再加苯，最后滴入浓硝酸 C．鉴别己烯和苯：向己烯和苯中分别滴入酸性 KMnO4 溶液，观察是否退色 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 13 D．提取溶解在水中的少量碘：加入乙醇振荡、静置分层后，再将有机层分离 答案 C 解析 溴水不与苯反应，制取溴苯应用液溴，不能用溴水，故 A 错误；为防止酸液的飞溅， 应先加入浓硝酸，再加入浓硫酸，故 B 错误；己烯与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使高 锰酸钾溶液退色，苯与高锰酸钾不反应，可鉴别，故 C 正确；提取溶解在水中的少量碘，乙 醇易溶于水，不能用乙醇作萃取剂，可用四氯化碳或苯提取溶解在水中的少量碘，故 D 错误。 题组 2 芳香烃、苯的同系物结构性质判断 4．下列关于苯及其同系物的说法中，正确的是( ) A．苯及其同系物可以含有 1 个苯环，也可以含有多个苯环 B．苯及其同系物都能与溴水发生取代反应 C．苯及其同系物都能与氯气发生取代反应 D．苯及其同系物都能被酸性 KMnO4 溶液氧化 答案 C 5．下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是( ) A．③④ B．②③④⑤⑥ C．①②⑤⑥ D．②⑤ 答案 D 解析 ①②⑤⑥属于芳香烃，其中①⑥属于苯的同系物。 6．下列说法中正确的是( ) A． 在 FeBr3 催化作用下与液溴反应生成的一溴代物有 4 种 B．1 mol 可以和 4 mol 氢气加成 C． 是同系物 D． 分子中所有原子都处于同一平面 答案 B 解析 在 FeBr3 催化作用下与液溴反应生成的一溴代物有 3 种，A 项不正确；B 项，苯 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 14 环和氢气加成需要 3 mol H2，碳碳双键需要 1 mol H2，B 项正确；结构相似，分子组成相差 若干个 CH2 原子团的同一类有机物，互称为同系物，所以 C 项中两种有机物不是同系物；和 饱和碳原子相连的 4 个原子一定位于四面体的 4 个顶点上，所以甲基中的氢原子不可能都在 同一平面上，D 项不正确。 7．某烃的结构简式为 它可能具有的性质是 ( ) A．易溶于水，也易溶于有机溶剂 B．既能使溴水退色，又能使 KMnO4 酸性溶液退色 C．能发生加聚反应，其加聚产物可表示为 D．能使溴水退色，但不能使 KMnO4 酸性溶液退色 答案 B 解析 该烃含有 既能使溴水退色，又能使 KMnO4 酸性溶液退色，还能发生加聚 反应，但加聚产物的结构简式应为 故 B 正确，C、D 错误。烃类物质都不溶 于水，易溶于有机溶剂，故 A 错误。 8．结构简式为 的烃，下列说法正确的是( ) A．分子中至少有 6 个碳原子处于同一平面上 B．分子中至少有 8 个碳原子处于同一平面上 C．分子中至少有 9 个碳原子处于同一平面上 D．分子中至少有 14 个碳原子处于同一平面上 答案 C 解析 在苯分子中 12 个原子共同构成一个平面正六边形。图中两个甲基上的碳原子占据原 苯环上氢原子的位置，因而应分别与各自相连的苯环共面。两个苯环中间的碳碳单键可以转 动，使两苯环可能不共面，但无论如何总可以保证至少有 9 个碳原子共面。如图： 。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 15 9．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甲苯能使高锰酸钾酸性溶液退色而苯不能 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 KMnO4 酸性溶液氧化，②正确。 [能力提升题] 10．人们对苯及芳香烃的认识有一个不断深化的过程，试回答下列问题： (1)由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出 C6H6 的一种含叁键且无 支链链烃的结构简式________________________________________。 (2)已知分子式为 C6H6 的有机物有多种，其中的两种为 Ⅰ. ；Ⅱ. 。 ①这两种结构的性质表现在以下两方面： 定性方面(即化学性质方面)：Ⅱ能，而Ⅰ不能的为____________________________ (填字母)。 A．被高锰酸钾酸性溶液氧化 B．与溴水发生加成反应 C．与溴发生取代反应 D．与氢气发生加成反应 定量方面(即消耗反应物的量方面)：1 mol C6H6 与 H2 加成时：Ⅰ需________mol，而Ⅱ需 ________mol。 ②今发现 C6H6 还可能有一种如图所示的立体结构，该结构的二氯代物有______种。 (3)1866 年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但 还有一些问题尚未解决，它不能解释下列哪些事实______(填字母)。 a．苯不能使溴水退色 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 16 b．苯能与 H2 发生加成反应 c．溴苯没有同分异构体 d．邻二溴苯只有一种 (4)现代化学认为苯分子碳碳之间的键是_______________________________。 (5)苯不能使溴水因反应而退色，性质类似烷烃，但能与液溴、浓硝酸等发生取代反应，写 出苯的硝化反应的化学方程式：_________________________________________。 答案 (1) HC≡C—C≡C—CH2—CH3(答案合理即可) (2)①AB 3 2 ②3(3)ad (4)介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键 (5) ＋HNO3 ――→浓 H2SO4 △ ＋H2O 解析 (1)苯的分子式为 C6H6，与同碳原子数烷烃相比少了 8 个 H，故 C6H6 为链烃时，其分子 中应含 2 个—C≡C—，或 1 个—C≡C—和 2 个 (2)①由于Ⅱ中存在碳碳双键，故Ⅱ可被酸性 KMnO4 溶液氧化，也能与溴水发生加成反应， 而苯中的碳碳键、碳氢键不能发生上述反应，故选 A、B。由于苯环上加氢后形成环己烷(C6H12)， 比苯多 6 个氢原子，故需 3 mol H2，而Ⅱ有 2 个碳碳双键，故需 2 mol H2。②有 3 种，如图 。 (3)根据苯的凯库勒结构，若苯是单双键交替结构，则能使溴水或 KMnO4 酸性溶液退色，其 邻二溴苯则有 2 种， 故苯的凯库勒式结构不能解释 a 和 d 两项。 11．已知：①R—NO2――→Fe HCl R—NH2；②苯环上的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显 著的影响。下图表示以苯为原料制备一系列有机物的转化过程： 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 17 (1)A 是一种密度比水________(填“大”或“小”)的无色液体，苯转化为 A 的化学方程式 是________________________________________________________________________。 (2)在“苯 ――→① C――→② D――→③ ”的转化过程中，属于取代反应的是 ________(填序号，下同)，属于加成反应的是________。 (3) 图 中 “ 苯 → E → F ” 的 转 化 过 程 省 略 了 反 应 条 件 ， 请 写 出 E 的 结 构 简 式 ： ________________________________________________________________________。 (4) 有 机 物 B 苯 环 上 的 二 氯 代 物 有 ________ 种 结 构 ； 的 所 有 原 子 ________(填“在”或“不在”)同一平面上。 答 案 (1) 大 ＋ HNO3 ――→浓硫酸 50～60 ℃ ＋ H2O (2) ① ② ③ (3) (X 是卤素原子) (4)6 不在 解析 (1)苯与浓硫酸和浓硝酸的混合液在加热条件下反应生成硝基苯，硝基苯的密度大于 水。(2)由苯生成溴苯的反应为取代反应，由溴苯生成 的反应也为取 代反应，由 的反应是加成反应。 (3)由 可推知 F 是 (X 是卤素原子)，分析题图 中的隐含信息，结合—NO2 是苯环上的间位定位基，卤素原子是苯环上的对位定位基，可得 E 应是 (X 是卤素原子)。(4)由 并结合题给信息可推知 B 为 苯 环 上 的 二 氯 代 物 有 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 18 ， 共 6 种。由 CH4 的正四面体结构和 NH3 的三角锥形结构可知， 的所有原子不 可能都在同一平面上。 12．苯环上原有的取代基对新导入苯环上的取代基的位置有一定的影响，其规律如下： (1)苯环上新导入的取代基所取代的位置主要取决于原有取代基的性质； (2)可以把原有取代基分为两类：第一类取代基主要使新导入的取代基进入苯环的邻位和对 位，如—OH、—CH3(或烃基)、—Cl、—Br 等；第二类取代基主要使新导入的取代基进入苯 环的间位，如—NO2、—SO3H、—CHO 等。 根据上述规律，写出图中②、④、⑤三步反应的化学方程式。 答案 ② ＋HBr 解析 首先根据苯的化学性质可推知 A 为 因为—NO2 为间位定位基，可推知② 反应中—Br 应在苯环上—NO2 的间位，同理可推知④反应中—NO2 在苯环上—Br 的邻位或对 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 19 位，即 C 为 在⑤反应中，因 的苯环上可取代的两个位置，即属于—Br 的邻、对位，又属于—NO2 的间位，因此可得 D、E 结构简式分别为 13．如图中 A 是制取溴苯的实验装置，B、C 是改进后的装置，请仔细分析，对比三个装置， 回答以下问题： (1)写出三个装置中所共同发生的两个反应的化学方程式：______________________； ________________________________________________________________________。 写出 B 中盛有 AgNO3 溶液的试管中所发生反应的化学方程式：______________________。 (2)装置 A 和 C 均采用了长玻璃导管，其作用是____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)在按装置 B、C 装好仪器及药品后要使反应开始，应对装置 B 进行的操作是 ________________________________________________________________________； 应对装置 C 进行的操作是______________________________________。 (4)装置 B、C 较好地解决了 A 中加装药品和使装置及时密封的矛盾，方便了操作。A 装置中 这一问题在实验中造成的后果是____________________________________。 (5)B 中采用了洗气瓶吸收装置，其作用是____________________________________ ____________________，反应后洗气瓶中可能出现的现象是_______________________。 (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 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)导出 HBr 气体，兼起冷凝回流的作用 (3)旋转分液漏斗的活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上 托起软橡胶袋使铁粉落入溴和苯 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 20 组成的混合液中 (4)Br2 和苯的蒸气逸出，污染环境 (5)吸收反应中随 HBr 逸出的 Br2 和苯蒸气 CCl4 由无色变成橙红色 (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 溶液中而易产生倒吸 解析 苯在铁粉作用下，可与液溴发生取代反应生成 HBr，同时生成 故可用 AgNO3 溶液(HNO3 酸化)来检验反应生成的 HBr，进而证明确实发生了取代反应，但该反应放热， Br2、苯又易挥发，Br2 与 H2O 反应生成 HBr、HBrO，会干扰有关的实验现象。此外，苯、Br2 进入空气中会造成污染，同时也使反应物的利用率降低。