人教版高中化學必修二：苯-講義及習題

苯學習目標核心素養(yǎng)建構1.了解苯的物理性質及重要用途。2．掌握苯分子的結構特點。3．掌握苯的化學性質。4．了解苯的同系物及芳香烴。[知識梳理]一、苯1．苯的分子組成與結構【自主思考】1．分子中所有碳原子共平面嗎？提示直接連在苯環(huán)上的原子仍在原苯環(huán)所在平面內(nèi)，因此分子中所有碳原子共平面。2．物理性質顏色氣味狀態(tài)(通常)毒性溶解性熔、沸點密度無色特殊氣味液體有毒不溶于水較低比水小【自主思考】2．如何分離苯與水的混合物？提示苯不溶于水且密度比水小，因此苯與水分層，可用分液漏斗進行分液，所得上層液體即為苯。3．化學性質4．苯的發(fā)現(xiàn)及用途(1)法拉第是第一位研究苯的科學家，德國化學家凱庫勒確定了苯環(huán)的結構。(2)苯是一種重要的化工原料，也是一種重要的有機溶劑。二、苯的同系物、芳香烴及芳香族化合物[效果自測]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)標準狀況下，22.4L苯含有碳碳雙鍵的數(shù)目為3NA(NA代表阿伏加德羅常數(shù))()(2)一般用蒸餾的方法分離苯和水的混合物()(3)苯與乙烯點燃時現(xiàn)象相同()(4)是芳香族化合物，也是芳香烴()答案(1)×(2)×(3)×(4)×2．通常情況下，苯的化學性質較穩(wěn)定，這是由于()A．苯不能使酸性KMnO4溶液褪色B．苯不與溴水發(fā)生加成反應C．苯的分子結構穩(wěn)定D．苯是芳香烴答案C3．下列有機物中，在常溫、常壓下為無色且密度比水小的液體是()①苯②硝基苯③溴苯④CCl4⑤環(huán)己烷A．僅②③④ B．僅①⑤C．僅②③④⑤ D．全部都是答案B4．下列物質中，屬于芳香化合物的是__________，屬于芳香烴的是__________，屬于苯的同系物的是__________(填編號)。答案ACDEFGCDEFGDE探究一、苯的組成與結構【合作交流】1．是同一物質還是同分異構體？提示以上兩種形式都是苯分子的結構簡式，它們表示同一物質。2．苯的鄰位二氯代物只有一種結構，能說明苯分子中的6個碳碳鍵完全相同，而不是單、雙鍵交替的形式嗎？提示可以。若苯分子為單、雙鍵交替的結構，則其鄰位二氯代物有兩種結構：，若苯分子中的6個碳碳鍵完全相同，則其鄰位二氯代物只有一種結構。故鄰位二氯代物只有一種結構，可以證明苯分子中的6個碳碳鍵完全相同而不是單雙鍵交替的形式。3．分子中所有原子都處于同一平面內(nèi)嗎？提示苯分子中所有原子共平面，故分子中所有原子處于同一平面內(nèi)。4．分子中所有原子可能共平面嗎？【點撥提升】1．三類烴代表物的結構比較：物質甲烷乙烯苯分子式CH4C2H4C6H6狀態(tài)氣體氣體液體結構式結構簡式CH4CH2=CH2結構特點正四面體同一平面平面正六邊形2.苯分子中不存在單、雙鍵交替結構的證據(jù)：(1)苯分子是平面正六邊形結構。(2)苯分子中所有碳碳鍵完全等同。(3)苯分子的鄰位二元取代物只有一種。(4)苯不能使溴的四氯化碳溶液、溴水及酸性KMnO4溶液因發(fā)生化學反應而褪色。【典題例證1】下列有機物分子中，所有的原子不可能在同一平面的是()答案B【學以致用1】下列化合物分子中的所有碳原子不可能處于同一平面的是()解析苯與乙烯都是平面結構，因此A、B、C三項的碳原子都共平面；2-甲基丙烷是以甲烷為基礎的結構，而甲烷為正四面體結構，因此，所有的碳原子不可能完全共平面。答案D探究二、苯與甲烷、乙烯的結構和典型性質的比較【合作交流】1．有機反應的發(fā)生往往和反應條件及反應物的狀態(tài)有關。如CH4和溴蒸氣光照時發(fā)生__________反應，乙烯和溴水可發(fā)生__________反應，苯必須在催化劑存在時和__________才能發(fā)生取代反應。提示取代加成液溴2．如何證明苯與溴單質發(fā)生的是取代反應而不是加成反應？提示苯與溴單質發(fā)生取代反應時生成HBr，若發(fā)生加成反應則無HBr生成。將反應產(chǎn)生的氣體先通過四氯化碳(除去溴蒸氣，防止其與水反應生成HBr)，再通入硝酸銀溶液，若產(chǎn)生淡黃色沉淀，說明發(fā)生的是取代反應。3．苯的硝化反應屬于哪種反應類型？反應中濃硫酸有何作用？選擇哪種加熱方式更好？提示苯的硝化反應屬于取代反應；濃硫酸作催化劑和吸水劑；50～60℃的實驗溫度可以選擇水浴加熱。水浴加熱的好處是受熱均勻，并且便于控制溫度?！军c撥提升】1．苯的取代反應(1)溴代反應①反應物：苯與液溴。苯與溴水不反應，但苯與溴水混合時，通常因萃取了溴水中的溴而使水層接近無色。②反應條件：使用催化劑FeBr3。反應時通常加入鐵粉，發(fā)生反應2Fe＋3Br2=2FeBr3，但實際上起催化作用的是FeBr3。③產(chǎn)物：溴苯()和溴化氫。溴苯是難溶于水且密度比水大的無色油狀液體；除去溴苯中過量的溴，可以加入氫氧化鈉溶液后再分液。(2)硝化反應①反應物：苯和濃硝酸。反應物是苯和濃硝酸，實驗操作時將混合酸倒入苯中，而兩種酸混合時應將濃硫酸緩緩注入濃硝酸中。②反應條件：濃硫酸作催化劑和吸水劑；使用水浴加熱，其優(yōu)點是受熱均勻，便于控制溫度。③產(chǎn)物：硝基苯()和水。硝基苯是難溶于水且密度比水大的無色油狀液體。2．苯、甲烷與乙烯的結構和典型性質的比較物質甲烷乙烯苯結構特點正四面體平面形平面正六邊形與Br2反應Br2試劑溴蒸氣溴水或溴的CCl4溶液液溴反應條件光照無FeBr3反應類型取代加成取代氧化反應酸性KMnO4溶液不能使酸性KMnO4溶液褪色能使酸性KMnO4溶液褪色不能使酸性KMnO4溶液褪色燃燒燃燒時火焰呈淡藍色燃燒時火焰明亮，帶黑煙燃燒時火焰明亮，帶濃煙鑒別不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色不能和溴水反應，但能萃取溴水中的溴，不能使酸性KMnO4溶液褪色【典題例證2】下列關于苯的說法中正確的是()A．苯與H2在一定條件下的加成產(chǎn)物環(huán)己烷()中，所有碳原子在同一平面上B．表示苯的分子結構，其中含有碳碳雙鍵，因此苯的性質跟烯烴相同C．苯的分子式是C6H6，苯分子中的碳原子遠沒有飽和，因此能與溴水發(fā)生加成反應而使之褪色D．苯環(huán)上的碳碳鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的鍵，因此苯可以發(fā)生取代反應和加成反應解析環(huán)己烷中碳原子的成鍵情況類似于烷烴中碳原子的成鍵情況，故環(huán)己烷中所有碳原子不在同一個平面上；凱庫勒式()不能真正代表苯分子的結構，苯分子中并不存在單雙鍵交替的情況，因此不能與溴水發(fā)生加成反應而使之褪色。答案D【學以致用2】對比飽和鏈烴、不飽和鏈烴的結構和性質，苯的獨特性質具體來說是()A．難氧化，易加成，難取代B．易取代，能加成，難氧化C．易氧化，易加成，難取代D．因其是單雙鍵交替結構，故易加成為環(huán)己烷解析在50～60℃條件下，苯能與混酸(濃硫酸與濃硝酸混合)發(fā)生取代反應，反應較易進行。在加熱、加壓并有催化劑存在時，苯能跟H2發(fā)生加成反應，但不能跟溴水發(fā)生加成反應，也就是說，苯的加成反應能進行，但不容易。苯很難被氧化(燃燒除外)，不能使酸性KMnO4溶液褪色。答案B1.下列實驗中，不能獲得成功的是()A.用水鑒別苯和溴苯B.苯、濃硫酸、濃硝酸共熱制硝基苯C.用溴水除去混在苯中的己烯D.苯、液溴、溴化鐵混合制溴苯解析苯和溴苯均不溶于水，苯的密度比水小，在上層，溴苯的密度比水大，在下層，可以鑒別，A正確；在濃硫酸的催化作用下，苯與濃硝酸反應生成硝基苯，B正確；溴與己烯加成后生成的產(chǎn)物仍能溶在苯中，不能用溴水除去混在苯中的己烯，C錯誤；苯和液溴在溴化鐵的催化作用下能反應生成溴苯，D正確。答案C2.下列有機分子中，所有的原子不可能在同一平面上的是()解析判斷有機物分子中原子共面問題，必須熟悉三種代表物的空間結構。即CH4，正四面體，最多三個原子共面；CH2=CH2，平面結構；，平面結構，A、C中把氯原子看作氫原子，所以全部共面。B中苯環(huán)平面和乙烯基平面可以共面。D含有甲基(—CH3)，所以不可能所有的原子共面。答案D3．下列能說明苯與一般的烯烴性質不同的事實是()A．苯分子是高度對稱的平面形分子B．苯能燃燒C．苯不與酸性KMnO4溶液反應D．1mol苯在一定條件下可與3mol氫氣發(fā)生加成反應解析含有碳碳雙鍵的烯烴也可以形成高度對稱的平面形分子，所以A項不能說明；大多數(shù)有機物都易燃燒，B項不能說明；根據(jù)苯的結構簡式可知，1mol苯恰好可與3mol氫氣發(fā)生加成反應，而烯烴也可與氫氣發(fā)生加成反應，D項不能說明；烯烴可以使酸性KMnO4溶液褪色，但苯中不含碳碳雙鍵，不具備這種性質，所以C項能說明。答案C4．苯環(huán)結構中，不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的簡單交替結構，可以作為證據(jù)的事實是()①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色②苯分子中碳碳鍵的長度完全相等③苯能在加熱和催化劑存在的條件下與氫氣發(fā)生反應生成環(huán)己烷()④經(jīng)實驗測得對二甲苯()只有一種結構⑤苯在溴化鐵作催化劑條件下同液溴可發(fā)生取代反應，但不能因化學反應而使溴水褪色A．②③④ B．②④⑤C．①③⑤ D．①②⑤解析如果苯環(huán)為單雙鍵交替結構，則其中的雙鍵可被酸性KMnO4溶液氧化，可與Br2發(fā)生加成反應，分子中碳碳單鍵和碳碳雙鍵長度不同，因此①②⑤可證明苯分子中不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的簡單交替結構。如果苯環(huán)是單雙鍵交替結構，則苯環(huán)中含有三個雙鍵，同樣1mol苯可與3molH2加成生成環(huán)己烷，因此③錯誤。如果苯環(huán)是單雙鍵交替結構，對二甲苯可寫成兩種形式，若把第一種形式進行上下翻轉，即可得到第二種形式，即這兩種形式為同一種結構，因此不能通過對二甲苯只有一種結構證明苯分子中不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的簡單交替結構，④錯誤。答案D5．中學實驗室常用如圖所示裝置制取少量溴苯，請回答下列問題。(1)燒瓶a中盛裝的試劑是苯、溴和鐵屑。導管b的作用有兩個：一是導氣，二是起________的作用。(2)反應過程中在導管c的下口附近可以觀察到有白霧出現(xiàn)，這是由于反應生成的________遇水蒸氣而形成的。(3)反應完畢后，向錐形瓶d中滴入AgNO3溶液，有____________生成。(4)反應完畢后，將燒瓶a中的液體倒入盛有冷水的燒杯中，可以觀察到燒杯底部有棕色不溶于水的液體。這是溶解了溴的粗溴苯，可選用試劑________________除去溴。解析(1)苯和溴易揮發(fā)，導管b除導氣外，還起冷凝回流的作用，提高原料利用率。(2)苯和溴的取代反應除了生成溴苯外，還生成溴化氫，溴化氫遇水蒸氣形成白霧。(3)溴化氫溶于水電離出的溴離子和硝酸銀反應生成淡黃色的溴化銀沉淀。(4)溴苯不溶于水，且密度比水大，所以在下層，溴易溶于溴苯中，所以燒杯底部有棕色不溶于水的液體，這是溶解了溴的粗溴苯，可利用氫氧化鈉溶液除去溴。答案(1)冷凝回流(2)HBr(3)淡黃色沉淀(或AgBr沉淀)(4)氫氧化鈉溶液課時作業(yè)1．下列關于苯的說法不正確的是()A．分子式為C6H6B．所有的原子在同一平面上C．存在碳碳單鍵與碳碳雙鍵交替出現(xiàn)的結構D．存在介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間的獨特的鍵解析苯的分子式為C6H6，A項正確；苯分子是平面正六邊形結構，分子中12個原子在同一平面上，B項正確；苯的性質穩(wěn)定，6個碳碳鍵完全相同，不存在碳碳雙鍵或碳碳單鍵，是一種介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間的獨特的鍵，C項錯誤，D項正確。答案C2.有機物的分離和提純是有機化學研究的重要內(nèi)容，用括號中的試劑除去下列各物質中的少量雜質，其中正確的是()A.苯中的甲苯(溴水)B.四氯化碳中的乙醇(水)C.甲烷中的乙烯(酸性KMnO4溶液)D.溴苯中的溴(水)解析苯和甲苯都是有機溶劑，溴水中的溴單質易溶于苯和甲苯，且苯和甲苯均不與溴水反應，因此溴水無法除去苯中的甲苯，A錯誤；乙醇極易溶于水，四氯化碳不溶于水，因此水能除去四氯化碳中的乙醇，B正確；乙烯被酸性高錳酸鉀溶液氧化生成CO2，產(chǎn)生新的雜質，C錯誤；溴易溶于溴苯，除去溴苯中的溴可先加入NaOH溶液，然后水洗，D錯誤。答案B3.某有機物的結構簡式為，其分子結構中處在同一平面內(nèi)的原子最多有()A.15個 B.16個 C.17個 D.18個解析與苯環(huán)直接相連的原子和苯環(huán)上的原子共面，共有12個，—CH3上有一個H與苯環(huán)共面，根據(jù)乙烯的結構知—CH=CH2中所有原子共面，都可與苯環(huán)共面，所以處于同一平面的原子最多有17個。答案C4．下列反應中前者屬于取代反應，后者屬于加成反應的是()A．光照甲烷與氯氣的混合物；乙烯使酸性KMnO4溶液褪色B．乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色；苯與氫氣在一定條件下反應生成環(huán)己烷C．苯滴入濃硝酸和濃硫酸的混合液中并水浴加熱；乙烯與水蒸氣在一定條件下反應生成乙醇D．在苯中滴入溴水，溴水褪色；乙烯使溴水褪色解析甲烷與氯氣、苯與濃硝酸和濃硫酸的反應均屬于取代反應，苯與氫氣、乙烯與溴、乙烯與水蒸氣的反應均屬于加成反應，乙烯與酸性KMnO4溶液發(fā)生氧化反應，苯與溴水不反應。答案C5．已知：CH4＋Br2eq\o(→,\s\up7(光))CH3Br＋HBr；將甲苯與液溴混合，加入鐵粉，其反應產(chǎn)物可能有()A．只有①②③ B．只有④⑤⑥⑦C．只有①⑤ D．①②③④⑤⑥⑦解析在鐵與溴生成的FeBr3的催化作用下，甲苯與溴只能發(fā)生苯環(huán)上的取代反應。答案B6．對于苯乙烯()有下列敘述：①能使酸性KMnO4溶液褪色；②能使溴的四氯化碳溶液褪色；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能與濃硝酸發(fā)生取代反應；⑥所有的原子可能共平面。其中正確的是()A．①②③④⑤ B．①②⑤⑥C．①②④⑤⑥ D．全部正確解析苯乙烯中含有苯環(huán)和碳碳雙鍵，故應具有苯和乙烯的性質，如碳碳雙鍵既可使酸性KMnO4溶液褪色，又可使溴的四氯化碳溶液褪色，而苯能發(fā)生硝化反應；苯乙烯屬于烴類，而烴都難溶于水但易溶于有機溶劑(如苯)中；從分子結構看，苯乙烯是苯、乙烯兩個平面結構的組合，這兩個平面有可能重合，C正確。答案C7.如圖是酷似奧林匹克旗中五環(huán)的一種有機物，被稱為奧林匹克烴。下列說法正確的是()A.該有機物的一氯代物共有四種B.該有機物只含非極性鍵C.該有機物屬于芳香族化合物，是苯的同系物D.該有機物完全燃燒生成H2O的物質的量小于CO2的物質的量解析奧林匹克烴為左右對稱結構，如圖所示，有7種H原子，其一氯代物有7種，A錯誤；該有機物中既含有C—H極性鍵，也含有C—C非極性鍵，B錯誤；奧林匹克烴含有苯環(huán)，屬于芳香族化合物，含有5個苯環(huán)，不是苯的同系物，C錯誤；由奧林匹克烴的結構可知其分子式為C22H14，所以該有機物完全燃燒生成H2O的物質的量小于CO2的物質的量，D正確。答案D8．下列物質中，既能因發(fā)生化學反應使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色的是()①SO2②CH3CH2CH=CH2③④CH3CH3A．①②③④ B．③④C．①②④ D．①②解析SO2具有還原性，能被強氧化劑Br2及酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色；CH3CH2CH=CH2中有雙鍵，遇Br2水能發(fā)生加成反應，遇酸性KMnO4溶液能被氧化，從而使溴水及酸性KMnO4溶液褪色；苯結構穩(wěn)定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，但可萃取溴水中的Br2，使溴水褪色，此過程屬物理變化過程；CH3CH3既不能使溴水褪色，也不能使酸性KMnO4溶液褪色。答案D9.從煤和石油中可以提煉出化工原料A和B，A是一種果實催熟劑，它的產(chǎn)量用來衡量一個國家的石油化工發(fā)展水平。B是一種比水輕的油狀液體，僅由碳、氫兩種元素組成，碳元素與氫元素的質量比為12∶1，B的相對分子質量為78?；卮鹣铝袉栴}：(1)A的結構式：________。(2)寫出與A相鄰的同系物C使溴的四氯化碳溶液褪色的化學反應方程式：________________________________________________________；反應類型為________。(3)在碘水中加入B振蕩靜置后的現(xiàn)象為____________________________________________________________________________________________________________。(4)寫出B與濃硫酸和濃硝酸在50～60℃反應的化學方程式：_______________________________________________________；反應類型為________。(5)等質量的A、B完全燃燒時消耗O2的物質的量________(填“A＞B”“A＜B”或“A＝B”)。解析A是一種果實催熟劑，它的產(chǎn)量用來衡量一個國家的石油化工發(fā)展水平，則A為CH2=CH2。B是一種比水輕的油狀液體，僅由碳、氫兩種元素組成，碳元素與氫元素的質量比為12∶1，則原子個數(shù)之比為1∶1，設B的分子式為(CH)n，B的相對分子質量為78，則13n＝78，解得n＝6，所以B為苯。(1)A為CH2=CH2，其結構式為。(2)與A相鄰的同系物C為CH2=CHCH3，使溴水褪色發(fā)生加成反應，該反應的化學方程式為CH2=CH—CH3＋Br2→CH2Br—CHBr—CH3。(3)在碘水中加入苯發(fā)生萃取作用，苯的密度比水小，則苯在上層，觀察到下層無色，上層紫紅色。(4)B與濃硫酸、濃硝酸在50～60℃反應的化學方程式為＋HO—NO2eq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))＋H2O，屬于取代反應。(5)由CxHy消耗(x＋eq\f(y,4))mol氧氣，則等質量的A、B完全燃燒時消耗O2的物質的量：A＞B。答案(1)(2)CH2=CH—CH3＋Br2→CH2Br—CHBr—CH3加成反應(3)液體分層，下層無色，上層紫紅色(4)＋HO—NO2eq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))＋H2O取代反應(5)A＞B10．有新合成的一種烴，其碳骨架呈三棱柱體(如圖所示，碳碳鍵的鍵長相等)。(1)寫出該烴的分子式：____________________________________________。(2)該烴的一氯代物有________種。(3)該烴的四氯代物有________種。(4)該烴的同分異構體有多種，其中一種不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但在一定條件下能跟液溴、氫氣等發(fā)生反應，這種同分異構體的結構簡式為____________________。請寫出該同分異構體與氫氣反應的化學方程式并注明反應類型：____________________，________________。解析(1)根據(jù)有機物中每個碳原子都形成4個共價鍵及該有機物的結構簡式，可知其分子式為C6H6。(2)該烴分子中6個氫原子是等效氫原子，所以它的一氯代物只有1種。(3)該烴的四氯代物數(shù)目與該烴的二氯代物數(shù)目相同，有3種。固定一個氯原子在頂點碳原子上，如圖中標1的位置：，另一個氯原子可以位于圖中2、3、4三個位置。(4)該烴的同分異構體有多種，其中一種不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但在一定條件下能跟液溴、氫氣等發(fā)生反應，說明這種同分異構體是苯，苯的結構簡式是。苯與氫氣發(fā)生加成反應生成環(huán)己烷，即。答案(1)C6H6(2)1(3)3(4)加成反應11．用下圖所示裝置進行實驗，漏斗中加入苯和液溴，再將混合液滴入反應器A(A下端活塞關閉)中。(1)寫出A中發(fā)生反應的化學方程式：_________________________________________________________________________________________________。(2)反應結束后，打開A下端的活塞，讓反應液流入B中，充分振蕩，目的是______________________________________________________________________________________________________________________。(3)C中盛放CCl4的作用是________________________________________________________________________________________________________。(4)若要證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應，而不是加成反應，通常有兩種方法，請按要求填寫下表。向