2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点51芳香烃学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点51芳香烃学案

考点51　芳香烃 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.苯的结构特点和化学性质 b b ‎2.苯的用途 ‎—‎ a ‎3.苯的同系物的结构特点和化学性质 ‎—‎ c ‎4.芳香烃的来源 ‎—‎ a ‎5.工业上生产乙苯、异丙苯的工艺 ‎—‎ a ‎6.多环芳烃的结构特点 ‎—‎ a 一、苯的结构特点和化学性质 ‎1．苯的分子结构 比例模型 苯的大π键 结构式 分子式 最简式(实验式)‎ 结构简式 C6H6‎ CH 结构特征 平面正六边形结构，所有原子都在同一平面上，键角为120°，分子中碳碳键键长为1.40×10－10m，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键 ‎2.苯的物理性质 无色，带有特殊气味的液体，熔点5.5 ℃，沸点80.1 ℃，易挥发，密度比水小，有毒，不溶于水，易溶于有机溶剂。‎ ‎3．苯的化学性质 难发生加成和氧化反应，易于发生取代反应。‎ ‎(1)氧化反应 ‎①一般情况下，苯不能使KMnO4(H＋)溶液褪色，也不能使溴水褪色(但能萃取溴水中的溴)。‎ ‎②可燃性：2C6H6＋15O212CO2＋6H2O(火焰明亮，带有浓烟)(与乙炔相似)‎ ‎(2)苯的取代反应 ‎①苯与溴的反应(卤代反应)‎ ‎②苯的硝化反应：‎ 硝化反应：苯(烃)分子中的H原子被硝基取代的反应。‎ ‎③磺化反应：—SO3H叫磺酸基，苯分子里的氢原子被硫酸分子里的磺酸基所取代的反应叫磺化反应。‎ ‎(3)加成反应：虽然苯不具有典型的碳碳双键所应有的加成反应的性质，但在特定条件下，苯仍然能发生加成反应。‎ ‎①与H2反应：‎ ‎②与Cl2加成 反应条件：紫外线 产物：俗称“六六六”，曾作为农药，现已被限制使用，因为它会通过食物链积累毒性。‎ 二、苯的用途 用途：合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。‎ 三、苯的同系物 ‎1．芳香烃 分子中含有苯环的烃叫作芳香烃。以下均为芳香烃。‎ ‎2．苯的同系物 分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷烃基的芳香烃是苯的同系物，其通式为CnH2n－6(n≥7)。沸点和熔点随相对分子质量的增加而升高，密度小于水，不溶于水，易溶于有机溶剂。‎ 苯的同系物中，由于侧链对苯环的影响，使苯环活化，苯环上的氢原子更易发生取代反应，如甲苯与浓硝酸反应时，生成2,4,6三硝基甲苯。在苯的同系物中，由于苯环对侧链的影响，苯的同系物的烷烃基(与苯环直接相连的碳原子上至少有一个氢原子)能被酸性高锰酸钾溶液氧化，从而使酸性高锰酸钾溶液褪色。‎ ‎(1)简单的苯的同系物的物理性质：‎ 甲苯、二甲苯、乙苯都是简单的苯的同系物，在通常状况下都是无色的液体，有特殊的气味，密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂，本身也是有机溶剂。苯的同系物的各同分异构体中，苯环侧链越短，侧链在苯环上分布越分散，物质的熔、沸点越低。‎ ‎(2)苯的同系物的化学性质 ‎①氧化反应：‎ a．可燃性：CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。‎ b．苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色(受苯环影响，苯的同系物易被氧化，被氧化的是侧链)。这是苯环对侧链的影响：‎ 注意：‎ ‎ (4)用酸性高锰酸钾溶液可鉴别苯和苯的同系物。‎ ‎②取代反应：由于侧链烷基对苯环的影响，使苯环上邻对位上的氢原子活性增强，更易被取代。‎ a．硝化反应(苯环上邻、对位上的氢原子被硝基取代)‎ 产物：2,4,6三硝基甲苯(三硝基甲苯、TNT，淡黄色晶体，不溶于水，烈性炸药)‎ b．卤代反应 ‎ (3)小结：侧链与烷烃相似，苯环与苯相似，但侧链与苯环相互影响，变活泼。‎ 烷烃 烯烃 炔烃 苯 苯的同系物 溴水 不褪色 加成褪色 加成褪色 萃取 萃取 KMnO4/H＋‎ 不褪色 氧化褪色 氧化褪色 不褪色 氧化褪色 四、芳香烃的来源 煤是芳香烃的主要来源；石油通过催化重整可以获得芳香烃。‎ 五、工业上生产乙苯、异丙苯的工艺 工业上，乙苯、异丙苯主要通过苯与乙烯、丙烯反应获得。‎ 过去采用的催化剂是无水氯化铝，腐蚀性较大，还需要加入强腐蚀性的盐酸以提高催化效果，生产过程中产生大量的废水、废酸、废渣、废气，严重污染环境。现代用分子筛固体酸作为催化剂，该催化剂无毒无腐蚀性且可再生。新工艺简化了流程，大幅度降低了对环境的污染。‎ AlCl3催化工艺 分子筛固体酸催化剂工艺 六、多环芳烃的结构特点 含有两个或两个以上苯环，苯环与苯环之间共用苯环上相邻两个碳原子形成的芳香烃。有些稠环芳香烃有致癌作用，又称致癌芳香烃。‎ 结构特点：所有原子一定共面。‎ ‎【例1】　下列有机物属于苯的同系物的是(　　)‎ ‎【解析】　芳香族化合物是指含有苯环的一切有机物；芳香烃是指只有碳氢元素组成的、含有苯环的有机物；苯的同系物是指分子只含有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基的芳香烃。D选项属于芳香族化合物，A、B选项属于芳香烃，C选项属于苯的同系物。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　①苯的同系物都是芳香烃，但是芳香烃不一定是苯的同系物。分子里有且只有1个苯环，苯环上的侧链全为烷基的芳香烃才是苯的同系物。‎ ‎②苯的同系物的分子结构特点：分子中都只含有一个苯环，侧链的取代基为烷基。‎ ‎【例2】　有关苯的结构和性质，下列说法正确的是(　　)‎ A．分子中含有碳碳双键 B．易被酸性KMnO4溶液氧化 C．与溴水发生加成反应而使溴水褪色 D．在一定条件下可与浓硝酸和浓硫酸的混合酸反应生成硝基苯 ‎【解析】　A项苯分子中不含碳碳双键，是介于碳碳单键与双键之间的特殊共价键；B项苯不与酸性高锰酸钾反应；C项苯不能与溴水加成，只能萃取溴水中的溴；D项正确。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　苯环是由6个sp2杂化碳原子通过σ键和π键构成的平面正六边形的碳环。苯分子中6个碳原子各以3个sp2杂化轨道分别跟相邻的两个碳原子的sp2杂化轨道和氢原子的1s轨道重叠，形成6个碳碳σ键和6个碳氢σ键。两个sp2杂化轨道的夹角是120°，正适合6个碳原子处于一个平面上，形成一个正六边形的苯环。苯环上6个碳原子各有一个未杂化的2p轨道，6个2p轨道的对称轴都垂直于环的平面，并从侧面相互重叠，形成一个闭合的π键。它均匀地对称分布在环平面的上方和下方。通常把苯的这种键型叫作大π键。苯分子中π键电子云完全平均化，使苯环中每个碳碳键的键长和键能都是相等的。这就说明苯分子的对称性和稳定性。由于苯环较稳定，较难发生环上的加成反应。‎ ‎【例3】　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见下表 一溴代二甲苯 ‎234 ℃‎ ‎206 ℃‎ ‎213.8 ℃‎ ‎204 ℃‎ ‎214.5 ℃‎ ‎205 ℃‎ 对应的二甲苯 ‎13 ℃‎ ‎－54 ℃‎ ‎－27 ℃‎ ‎－54 ℃‎ ‎－27 ℃‎ ‎－54 ℃‎ 由上述数据可以推断，熔点为234 ℃的一溴代二甲苯结构简式是________，熔点为－54 ℃的二甲苯名称是________。‎ ‎【解析】　将上述数据归纳分类，发现三种二甲苯各自对应的一溴代二甲苯同分异构体的数目是不同的，由此推知不同熔点的二甲苯结构。‎ 二甲苯的熔点 ‎13 ℃‎ ‎－27 ℃‎ ‎－54 ℃‎ 一溴代二甲苯同分异构体 ‎1种 ‎2种 ‎3种 对应的二甲苯结构 ‎【答案】　　间二甲苯 ‎【提炼】　不同的纯净物具有不同的熔、沸点，通过对题目所给的数据归纳分析，判断出各种二甲苯的一溴代物同分异构体的数目，从而推知各自所对应的二甲苯的结构。‎ ‎【例4】　2016年夏季奥运会在“足球王国”——巴西举行，下图酷似奥林匹克旗中的五环的一种有机物被称为奥林匹克烃，下列说法中正确的是(　　)‎ A．该有机物属于芳香族化合物，是苯的同系物 B．该有机物是只含非极性键的非极性分子 C．该有机物的一氯代物只有一种 D．该有机物完全燃烧生成H2O的物质的量小于CO2的物质的量 ‎【解析】　从结构上看，奥林匹克烃属于稠环芳香烃，属于芳香族化合物，但不属于苯的同系物，因为苯的同系物只含有一个苯环，并且侧链为饱和烃基，A错；该分子中含有碳碳非极性键和碳氢极性键，B错；该烃为对称结构，所以可以沿对称轴取一半考虑，对连有氢原子的碳原子进行编号，如图所示，，则其一氯代物有七种，C 错；该有机物的化学式为C22H14，燃烧生成n(H2O)∶n(CO2)＝7∶22，D正确。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　稠环芳烃所有原子共平面，推断一氯代物种类时，可以先判断该芳烃是否对称，再沿对称轴取一半考虑，氢原子被取代的种类。‎ ‎【例5】　下列说法正确的是(　　)‎ ‎【解析】　烷烃的命名原则是主链碳链最长，取代基位次和最小，A中其主链选取和碳原子的标号如图所示A选项不符合取代基位次和最小的原则，正确命名应为2,2,4,5四甲基3,3二乙基己烷，A错误；苯甲酸的分子式为C7H6O2，可将分子式变形为C6H6·CO2，因此等物质的量的苯和苯甲酸完全燃烧消耗氧气的量相等，B错误；苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C错误；该高聚物为酚醛树脂，为苯酚和甲醛缩聚反应的产物，故D正确。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　由缩聚反应生成的高聚物的单体判断方法：‎ ‎1．凡链节中含有酯基结构的，从酯基中间断开，在羰基上加羟基，在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇；‎ ‎2．凡链节中含有结构的，断开碳氮键，亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基，所得氨基酸为单体；‎ ‎3．凡链节中含有类似结构的，其单体一定是酚类和醛类。‎