第31講芳香烴,一、苯及其同系物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 1.苯的結(jié)構(gòu) 分子式:C6H6,結(jié)構(gòu)式:,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:,教材研讀,或 。,苯分子具有平面正六邊形結(jié)構(gòu),鍵角都是120。雖然苯的結(jié)構(gòu)式寫成單、雙鍵交替的環(huán)狀結(jié)構(gòu),但苯分子里6個(gè)碳原子之間的鍵完全相同,苯分子中碳、碳間的鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵。 2.苯的化學(xué)性質(zhì) (1)取代反應(yīng) 1)鹵代:+Br2 +HBr。 條件:液溴(不能用溴水),FeBr3作催化劑。,2)硝化反應(yīng):+HNO3+H2O。,(2)加成反應(yīng)(一般較難) 說明a.在苯與溴的取代反應(yīng)中,影響反應(yīng)發(fā)生的外部因素一是要使 用液溴而非溴水,因?yàn)楸脚c溴水不反應(yīng);二是要使用催化劑。苯分子里有6個(gè)化學(xué)環(huán)境相同的氫原子,但在上述反應(yīng)條件下,一般是苯分子中的1個(gè)氫原子被取代。 b.苯分子里的氫原子被NO2所取代的反應(yīng)叫硝化反應(yīng),硝酸分子中的 “NO2”原子團(tuán)叫做硝基,要注意硝基(NO2)與亞硝酸根離子(N) 在化學(xué)式及電子總數(shù)上的區(qū)別。 c.苯的化學(xué)性質(zhì)比烯烴、炔烴要穩(wěn)定,苯不能跟KMnO4反應(yīng),一般情況下也不能與溴發(fā)生加成反應(yīng),但其穩(wěn)定性是相對(duì)的,在一定條件下,苯也能,發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng),如苯易燃燒;由于苯分子里的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的獨(dú)特的鍵,所以苯既有與烷烴相似的化學(xué)性質(zhì)能發(fā)生取代反應(yīng),又有與烯烴相似的化學(xué)性質(zhì)能發(fā)生加成反應(yīng)。 3.苯的同系物 (1)苯的同系物的概念 苯的同系物是指苯環(huán)上的氫原子被烷基取代的產(chǎn)物,如甲苯(C7H8)、二甲苯(C8H10)等,故苯的同系物的通式為CnH2n-6(n7)。 (2)簡(jiǎn)單的苯的同系物的物理性質(zhì) 甲苯、二甲苯、乙苯等簡(jiǎn)單的苯的同系物,在通常狀況下都是無色液體,有特殊的氣味,密度小于1 gcm-3,不溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,本身也是有機(jī)溶劑。,(3)苯的同系物的化學(xué)性質(zhì) 苯環(huán)和烷基的相互作用會(huì)對(duì)苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。 1)苯的同系物的氧化反應(yīng):有些苯的同系物(如甲苯)能使 酸性KMnO4溶液褪色。 如: 說明a.甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化,被氧化的是側(cè)鏈。(R代表烷基),但有結(jié)構(gòu)的苯的同系物則不能被酸性KMnO4溶液氧化。側(cè)鏈上的氧化反應(yīng)是苯環(huán)對(duì)側(cè)鏈(烷基)影響的結(jié)果,說明了苯環(huán)上的烷基比,烷烴性質(zhì)活潑;b.可用酸性KMnO4溶液鑒別苯和某些苯的同系物;c.苯的同系物易燃燒,其燃燒現(xiàn)象與苯燃燒的現(xiàn)象相似。 2)苯的同系物的硝化反應(yīng):甲苯跟濃HNO3和濃H2SO4的混合酸可以發(fā)生反應(yīng),苯環(huán)上的氫原子被硝基取代,可以發(fā)生一硝基取代、三硝基取代等。,注意a.2,4,6-三硝基甲苯簡(jiǎn)稱三硝基甲苯,又叫梯恩梯(TNT),是一種淡黃色的晶體,不溶于水。它是一種烈性炸藥,廣泛用于國(guó)防、開礦、筑路、興修水利等;b.甲苯比苯更易發(fā)生硝化反應(yīng),這說明受烷基的影響,苯環(huán)上烷基的鄰、對(duì)位上的H原子更活潑。 3)苯的同系物的加成反應(yīng):苯的同系物還能在苯環(huán)上發(fā)生加成反應(yīng)。如:+3H2 (發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)苯、苯 的同系物比烯烴、炔烴困難)。,自測(cè)1下列有關(guān)苯的敘述中錯(cuò)誤的是() A.苯在催化劑作用下能與液溴發(fā)生取代反應(yīng) B.在一定條件下苯能與氯氣發(fā)生加成反應(yīng) C.在苯中加入酸性高錳酸鉀溶液,振蕩并靜置后下層液體為紫紅色 D.在苯中加入溴水,振蕩并靜置后下層液體為橙紅色,答案D苯能萃取溴水中的溴,由于苯的密度比水小,所以振蕩并靜置后上層液體為橙紅色。,D,自測(cè)2判斷正誤,正確的劃“”,錯(cuò)誤的劃“”。 (1)乙烯和苯都能使溴水褪色,褪色原理相同( ) (2)苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,因此苯不能發(fā)生氧化反應(yīng) ( ) (3)可用溴水鑒別苯和戊烷 ( ),二、自然資源的開發(fā)和利用 (一)煤 1.煤的干餾 (1)原理:將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解,煤的干餾是一個(gè)復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化過程。 (2)煤的干餾產(chǎn)物 1)固態(tài)物質(zhì)焦炭。 2)液態(tài)物質(zhì)煤焦油、粗氨水、粗苯。 3)氣態(tài)物質(zhì)焦?fàn)t氣等。 2.煤的氣化 煤的氣化是將煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。目前采用的主要方法是碳和水蒸氣反應(yīng)制水煤氣。,3.煤的液化 煤的液化是將煤轉(zhuǎn)化成液體燃料的過程。 (1)直接液化 煤+氫氣 液體燃料,(2)間接液化 煤+水 CO+H2甲醇等 (二)石油 1.石油的分餾 利用石油中各種烴的沸點(diǎn)不同,逐步升溫使烴汽化,再經(jīng)冷凝后將烴分離成不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)物的過程叫做分餾。 其主要目的是得到汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。,2.石油的裂化 在一定條件下,將相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴的過程,叫裂化。,C16H34 C8H18+C8H16 裂化的主要目的是提高輕質(zhì)燃料油的產(chǎn)量。裂化所得輕質(zhì)油和直接分餾所得輕質(zhì)油的區(qū)別是前者含有烯烴,因此裂化汽油可 使溴水、酸性KMnO4溶液褪色。 3.石油的裂解 石油在更高的溫度下發(fā)生的深度裂化,石油中的烴分子斷裂成以乙烯等為主的小分子的過程叫裂解。,C4H10 CH4+C3H6或 C4H10 C2H4+C2H6 裂解的目的是獲得重要化工原料乙烯等氣態(tài)不飽和烯烴。,自測(cè)3(1)煤的干餾與石油分餾有何不同? (2)為什么不能用裂化汽油萃取溴水中的溴?,答案(1)煤的干餾是在隔絕空氣加強(qiáng)熱的條件下發(fā)生的復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過程;而石油分餾是根據(jù)沸點(diǎn)不同將石油中各成分分離的過程,是物理變化。 (2)由于裂化汽油中含有烯烴,能與溴水中的溴發(fā)生加成反應(yīng),所以不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。,自測(cè)4下列說法錯(cuò)誤的是() A.汽油是含有511個(gè)碳原子的烷烴,可以通過石油的分餾得到汽油 B.含18個(gè)以上碳原子的烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油 C.煤是由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物 D.天然氣是一種清潔的化石燃料,C,考點(diǎn)突破,考點(diǎn)苯及其同系物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.相同點(diǎn) (1)分子里都含有一個(gè)苯環(huán); (2)燃燒時(shí)都能產(chǎn)生帶濃煙的火焰,苯和苯的同系物燃燒反應(yīng)的通式為CnH2n-6+O2 nCO2+(n-3)H2O; (3)都能發(fā)生取代反應(yīng); (4)均能發(fā)生加成反應(yīng),且1 mol苯和苯的同系物均能與3 mol H2加成。,考點(diǎn)苯及其同系物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),2.不同點(diǎn) (1)烷基對(duì)苯環(huán)的影響 a.苯的同系物比苯更容易發(fā)生苯環(huán)上的取代反應(yīng),苯主要發(fā)生一元取代,而苯的同系物能發(fā)生鄰、對(duì)位取代,如苯與濃H2SO4、濃HNO3混合加熱,主要生成,甲苯與濃HNO3、濃H2SO4混合加熱在30 時(shí)主要生成鄰硝基甲苯和對(duì)硝基甲苯兩種一元取代產(chǎn)物;在一定條件下易生成2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。 b.苯的同系物發(fā)生鹵代反應(yīng)時(shí),在光照和催化劑條件下,鹵素原子取代氫的位置不同,如,(2)苯環(huán)對(duì)烷基的影響 烷烴不易被氧化,但苯環(huán)上的烷基易被氧化。 特別提醒苯的化學(xué)性質(zhì)可概括為“易取代、難氧化、能加成”,苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)可概括為“易取代、易氧化、能加成”。苯的同系物比苯更容易發(fā)生反應(yīng),是苯的同系物分子中苯環(huán)與側(cè)鏈相互影響的結(jié)果。,典例1(2016北京理綜,9)在一定條件下,甲苯可生成二甲苯混合物和苯。有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)如下:,下列說法不正確的是() A.該反應(yīng)屬于取代反應(yīng) B.甲苯的沸點(diǎn)高于144 C.用蒸餾的方法可將苯從反應(yīng)所得產(chǎn)物中首先分離出來 D.從二甲苯混合物中,用冷卻結(jié)晶的方法可將對(duì)二甲苯分離出來,B,答案BB項(xiàng),甲苯的沸點(diǎn)應(yīng)比苯的高,比對(duì)二甲苯的低。D項(xiàng),由于對(duì)二甲苯的熔點(diǎn)最高,冷卻時(shí)對(duì)二甲苯先結(jié)晶析出。,1-1下列有關(guān)甲苯的實(shí)驗(yàn)事實(shí)中,能說明側(cè)鏈對(duì)苯環(huán)性質(zhì)有影響的是() A.甲苯通過硝化反應(yīng)生成三硝基甲苯 B.甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色 C.甲苯燃燒時(shí)產(chǎn)生很濃的黑煙 D.1 mol甲苯與3 mol氫氣發(fā)生加成反應(yīng),A,答案AA項(xiàng),甲苯通過硝化反應(yīng)生成三硝基甲苯,而苯通過硝化反應(yīng)生成一硝基苯,說明甲基的存在使苯環(huán)上與甲基處于鄰、對(duì)位的氫原子變得更活潑;B項(xiàng),甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色是苯環(huán)對(duì)甲基的影響;C項(xiàng),甲苯燃燒產(chǎn)生黑煙是甲苯中碳的含量高造成的;D項(xiàng),甲苯能與H2發(fā)生加成反應(yīng)與基團(tuán)間的相互影響無關(guān)。,1-2已知異丙苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下,下列說法錯(cuò)誤的是() A.異丙苯的分子式為C9H12 B.異丙苯的沸點(diǎn)比苯高 C.異丙苯中碳原子可能都處于同一平面 D.異丙苯和苯為同系物,答案C與苯環(huán)直接相連的碳原子所連的原子呈四面體形,因此異丙苯中所有碳原子不可能共平面,錯(cuò)誤。,C,