2019-2020年高中化學 （大綱版）第二冊 第五章 烴 第五節(jié)苯芳香烴(第一課時)教學目標1.使學生了解苯的組成和結構特征，掌握苯的主要性質；2.使學生了解芳香烴的概念；3.使學生了解甲苯、二甲苯的某些化學性質；4.通過苯及其同系物性質的對比，對學生進行“事物是相互影響、相互聯(lián)系的”辯證唯物主義教育。教學重點1.苯的主要化學性質以及分子結構的關系。2.苯的同系物的主要化學性質。教學難點苯的化學性質與結構的關系。課時安排二課時教學方法1.以凱庫勒與苯分子結構的故事引入課題；2.通過觀察實物和實驗驗證探究得出苯的物理性質和化學性質；3.實驗驗證和類比分析得出苯的同系物的化學性質。教學用具投影儀、試管若干、苯分子的比例模型；苯、甲苯、二甲苯、酸性KMnO4溶液、溴水、冰塊、乒乓球碎片、蒸餾水等。教學過程第一課時引言著名的科學家巴斯德曾經說過一句名言：機會偏愛有準備的頭腦。這一名言的最佳實例莫過于德國科學家凱庫勒。當他每天苦思冥想某一個問題而又不得其解時，一天晚上他做了個夢才使其豁然開朗，使問題得到較圓滿地解決。他思考的問題就是關于苯分子的結構問題，這節(jié)課我們就來學習有關苯的知識。板書第五節(jié) 苯 芳香烴實物展示裝在無色試劑瓶中的苯生觀察苯的顏色狀態(tài)：是一種無色的液體。補充演示在一干凈的試管中倒入少量的苯，將試管放入盛有冰水混合物的燒杯中。生觀察并記錄現象：當試管從冰水混合物中拿出時，液體變成無色固體。師這一現象說明了什么？生由于冰水混合物的溫度為0，此時能將苯由液體冷卻為固體，表明苯的熔點高于0。補充演示在一試管中加入1 mL 苯，另外加3 mL 水，振蕩之后靜置。生觀察現象：振蕩時溶液混濁，靜置后分層，在液面下1 mL 處有一明顯界面。師這又說明了什么？生說明苯不溶于水；所加的1 mL 苯在上層，3 mL水在下層，又表明苯的密度比水小。師由于苯是有毒的，所以才沒讓大家嗅聞其氣味，苯具有特殊的氣味，由此可見，苯的主要物理性質有哪些？生歸納總結：苯是一種無色、有特殊氣味的液體，有毒、不溶于水、密度比水小，熔點大于0。板書一、苯的物理性質補充演示將一些乒乓球碎片置于由固體已恢復成液體的苯的試管中(培養(yǎng)學生節(jié)約藥品的良好習慣)生觀察現象：片刻后碎片溶解。設疑苯有哪些重要用途？生自學，結合苯溶解乒乓球碎片的事實，歸納總結：苯是一種重要的化工原料，它廣泛地用于生產合成纖維、合成橡膠、塑料、農藥、醫(yī)藥、染料和香料等，也常用作有機溶劑。板書(附于物理性質之后)(一、苯的物理性質)和重要用途。師苯的分子式為C6H6，請大家根據所學的烷烴、烯烴和炔烴的通式，分析苯該屬于哪種烴？具有什么樣的結構？板書二、苯的結構生分別用CnH2n+2、CnH2n以及CnH2n2試探，均不符合，而且從碳、氫原子的個數比來看，苯中的碳遠沒有達到飽和，故苯應該屬于與烷烴、烯烴、炔烴不同類的另一種不飽和烴。問不飽和烴的特征反應有哪些？生甲能使酸性KMnO4溶液褪色。生乙補充說明：還能使溴水褪色。師苯是否能發(fā)生不飽和烴的這兩個特征反應，下面我們通過實驗驗證。演示實驗(由一名學生完成)在兩支試管中分別加入適量苯，然后向一試管中滴加酸性KMnO4溶液，向另一試管中滴加溴水，振蕩試管，靜置觀察：兩試管中溶液均分層，滴酸性KMnO4溶液的試管上層為無色的苯，下層為紫色的KMnO4酸性溶液，另一試管上層苯中呈橙色，下層變?yōu)闊o色。設疑兩支試管中的現象說明了什么？為什么苯和溴水混合振蕩后苯層變?yōu)槌壬?？生兩試管中的顏色均沒有褪去，說明苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，既不能被酸性KMnO4溶液氧化，也不能和溴發(fā)生加成反應，不符合不飽和烴的特點。至于溴水和苯混合后苯層變?yōu)槌壬怯捎诒綄鍙匿逅休腿〕鰜淼慕Y果。師從分子組成上看苯應該為一種不飽和烴，但苯又不能使酸性KMnO4溶液以及溴水褪色，這和烷烴的性質比較相符，那么苯分子該是一種什么樣的結構呢？這也正是困擾了德國科學家凱庫勒很長時間的一個難題，我們已經知道，他后來從一次夢中得到啟發(fā)意識到苯分子應該是一個環(huán)狀結構。下面就是經過演變后的凱庫勒提出的苯的結構式。師這種結構式稱為凱庫勒式。那么這種結構式是否能真實地反應出苯的結構呢？生結合剛才的實驗現象分析、思考：如果苯分子真如凱庫勒式這樣的結構，那么就應該能使兩種溶液褪色，很顯然與實驗結果不符，所以凱庫勒式不能真實地反應苯分子的結構。師可以肯定，苯分子為環(huán)狀結構，這也正是凱庫勒的貢獻，但碳原子之間不是以單、雙鍵交替結合的，那么又是怎樣結合的呢？生自學、討論、歸納：對苯分子結構的進一步研究表明，苯分子里不存在一般的碳碳雙鍵，苯分子里6個碳原子之間的鍵完全相同，這是一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的鍵。模型展示苯分子的比例模型師不難看出，苯分子里的6個碳原子和6個氫原子都在同一平面上。為了表示苯的分子結構特點，常用下列結構式表示苯分子。設疑什么叫芳香烴？芳香烴真的芳香嗎？生自學、歸納后回答：芳香烴是指分子里含一個或多個苯環(huán)的碳氫化合物，簡稱芳烴。芳香烴只是沿用名而已，因大多數芳香類的化合物并沒有芳香味，因此該名稱沒有實際意義。過渡我們經常強調結構決定性質，那么苯分子的這種環(huán)狀結構會使苯有什么樣的化學性質呢？板書三、苯的化學性質師苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，表明苯不能被酸性KMnO4溶液氧化；也不能使溴水褪色，表明一般情況下也不能與溴發(fā)生加成反應，其化學性質比烯烴、炔烴穩(wěn)定。但在一定條件下苯也能發(fā)生一些化學反應。首先，苯如大多數有機物一樣可以燃燒，即可以發(fā)生氧化反應。副板書苯的氧化反應問苯分子中碳元素的質量分數為多少？生計算：由分子式C6H6知：碳元素的質量分數為100%=92.3%。問這么高的質量分數會導致苯燃燒時有何現象？生燃燒時火焰明亮，伴有濃烈的黑煙。因為碳的質量分數大，燃燒不充分。師請大家寫出苯燃燒的化學方程式。生書寫苯燃燒的化學方程式，并由一名學生上前板演：2C6H6+15O212CO2+6H2O。師苯分子的環(huán)狀結構使得環(huán)上的氫原子容易被其他原子或原子團所取代，因此使其具有了和烷烴相似的重要性質取代反應。板書1.取代反應 (1)苯與溴的反應投影顯示(1)苯與溴的反應反應物：苯和液溴(不能用溴水)反應條件：催化劑、溫度(該反應是放熱反應，常溫下即可進行)。師(說明)在苯與溴的取代反應中，影響反應發(fā)生的主要因素有溴應為純的液態(tài)溴，溴水不反應；要用催化劑。另外苯分子中的六個氫原子是等同的，在上述條件下，一般是苯分子中的一個氫原子被取代。在催化劑存在時，苯也可以與其他鹵素發(fā)生取代反應。設疑溴苯是不溶于水、密度比水大的無色油狀液體，溴苯中溶解了溴時顯褐色，那么如何除去溴苯中溶解的溴？生用NaOH溶液洗滌，然后用分液漏斗分液，下層液為較純的溴苯，上層液為NaOH吸收了溴的混合液。板書(2)苯的硝化反應投影顯示(2)苯的硝化反應反應物：苯和濃硝酸(HONO2)反應條件：催化劑濃硫酸，溫度5560設疑反應所需的5560如何實現？生用水浴加熱的方法控制，當然需用溫度計來指示。問在往反應容器中添加反應物和催化劑時，順序有無要求？應該怎樣加？生(討論、分析后回答)：有。添加試劑的順序應該是濃硝酸、濃硫酸、苯。師(提示)苯應等到濃硝酸與濃硫酸混合液冷卻后再逐滴加入，以防濃硫酸濺出，且可以防止副反應發(fā)生。問NO2、NO、NO2有何區(qū)別？生討論后請代表回答：NO2是一種具體的物質，可以獨立存在；NO是亞硝酸根原子團，帶一個負電荷；NO2是一個中性的原子團，不帶電，但不能獨立存在。師由于苯分子中的氫原子被硝基取代，所以稱為硝化反應，當然在上述條件下，硝基也只取代苯分子中的一個氫原子，硝化反應符合取代反應的定義，因而也屬于取代反應。板書(3)苯的磺化反應投影顯示(3)苯的磺化反應反應物：苯和濃硫酸(HOSO3H)反應條件：溫度7080，不必加催化劑生由于H2SO4屬于二元強酸，兩個H均可以電離為H+，而SO3H中還有一個H，因此它還可以電離出一個H+，表現一元強酸的性質。師硫酸分子中的SO3H原子團叫做磺酸基，由磺酸基取代了苯分子中氫原子的反應稱為磺化反應，同樣在上述條件下苯分子也只有一個氫原子被取代，磺化反應也屬于取代反應，與溴苯、硝基苯相比，苯磺酸易溶于水且顯酸性。過渡我們從苯分子的結構可以知道苯環(huán)上的碳原子之間的化學鍵是一種介于CC單鍵和CC雙鍵之間的一種特殊的鍵，既然它能像烷烴那樣發(fā)生取代反應，那么它也應該能像烯烴那樣發(fā)生加成反應。前邊已經證實其不能使溴水發(fā)生化學褪色，即一般不易加成，但在特殊的條件下，苯仍能發(fā)生加成反應。板書2.苯的加成反應投影顯示苯的加成反應反應物：苯和氫氣反應條件：催化劑鎳、溫度180250反應產物：環(huán)己烷(C6H12)學生活動分組討論、分析苯與氫氣的加成產物環(huán)己烷的結構特點并寫出化學方程式，由一名學生板演于板書2.下面：師從結構上不難看出，環(huán)己烷像烷烴一樣飽和，故其化學性質與烷烴相似。至此，我們可以這樣來歸納苯的化學性質：易燃燒，但其他氧化反應一般不能發(fā)生；易取代、難加成。投影練習將溴水和苯混合振蕩，靜置后分液分離，讓分離出的苯層置于一試管中，加入某些物質后可以在試管口產生白霧。這種物質是A.亞硫酸鈉B.溴化鐵C.鋅粉D.鐵粉思路分析苯萃取了溴，分離出來的上層是溴和苯的混合物，只要加入催化劑FeBr3或Fe(會與Br2反應生成FeBr3)即可使它們相互反應生成HBr放出，遇空氣中的水蒸氣而產生白霧。答案BD本節(jié)小結本節(jié)課我們通過觀察分析認識了苯的物理性質，了解了苯的組成和結構特征，苯分子中碳碳原子結合是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊的鍵，所以其化學性質就既能像烷烴那樣易發(fā)生取代反應如與溴的取代、硝化反應、磺化反應等，也能像烯烴那樣發(fā)生加成。大家在學習時應重點掌握苯的主要化學性質及其與苯的結構的關系。作業(yè)P135136一、1、2；二、1、2、3；三、1；四、1、2、3。板書設計第五節(jié) 苯 芳香烴一、苯的物理性質和重要用途二、苯的結構三、苯的化學性質1.取代反應2.苯的加成反應教學說明有道是“實踐出真知”對于苯的物理性質要靠教師講述或學生自學印象都不會很深，所以在教學中將苯放入無色試劑瓶中，讓同學們親自觀察：實踐后得出苯的物理性質，這樣既可以加深對知識的理解，同時從能力上也得到發(fā)展。苯的化學性質沒有要求做演示實驗，教學中為提高學生的分析判斷能力，在每一個性質前先給出相關信息，然后組織學生討論、分析寫出化學方程式，并通過設疑加深對相關知識的理解和掌握。苯分子的結構教學中結合了凱庫勒探究苯分子結構的動人故事，使同學們在了解苯的結構特征的同時增強學習的自信心和興趣。參考練習1.可用分液漏斗分離的一組混合物是A.硝基苯和酒精B.溴苯和溴C.苯和水D.硝基苯和水答案：CD2.比較下列化學鍵烷烴中的CC 烯烴中的CC 炔烴中的CC 苯環(huán)中的碳碳鍵，其鍵長由長到短的順序是A.B.C.D.答案：C3.某烴分子結構中含有一個苯環(huán)，兩個碳碳雙鍵和一個碳碳三鍵，它的分子式可能為A.C9H12B.C17H20C.C20H30D.C12H20答案：B4.能說明苯分子中的碳碳鍵不是單、雙鍵交替的事實是A.苯的一元取代物沒有同分異構體B.苯的鄰位二元取代物只有一種C.苯的間位二元取代物只有一種D.苯的對位二元取代物只有一種答案：B第二課時引言上節(jié)課我們學習和討論了苯的物理性質及重要用途、苯分子的結構特點和苯的主要化學性質，本節(jié)課我們來學習苯的同系物的相關知識。板書四、苯的同系物復習提問什么叫芳香烴？生分子里含有一個或多個苯環(huán)的碳氫化合物叫做芳香烴。問苯的主要物理性質有哪些？生苯是一種無色、帶有特殊氣味的、有毒的液體，密度比水小、熔點比水高。問苯分子的結構有什么特點？生苯分子是一個環(huán)狀結構，在苯環(huán)中碳碳原子之間以介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的獨特的鍵結合，且苯分子里的6個碳原子和6個氫原子共平面。問苯分子的這種特殊結構導致其具有什么樣的化學性質？生由于苯環(huán)中碳碳原子間的這種獨特鍵，使其能像烷烴那樣發(fā)生取代反應，如可以與溴取代、可以發(fā)生硝化反應、可以發(fā)生磺化反應等，加成反應雖不如烯烴那樣容易但在特殊條件下也能進行加成，如與氫氣的加成。當然作為有機物，苯還易燃燒，但會有濃煙，而其他氧化反應不易進行，如不能使酸性KMnO4溶液褪色。問什么叫同系物？生結構相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質互稱為同系物。師苯是最簡單的最基本的芳香烴，按照同系物的定義，若在苯分子中增加一個CH2和兩個CH2原子團，其分子式將會變成什么？學生活動將一個CH2加在苯分子式C6H6上，分子式變?yōu)镃7H8；將兩個CH2加在C6H6上，分子式變?yōu)镃8H10。問分子C7H8和C8H10與苯應該為什么關系？生互為同系物。師不錯。甲苯的分子式就為C7H8，二甲苯的分子式為C8H10，它們分子里就都含有一個苯環(huán)結構，它們都是苯的同系物。當然由于同分異構體的因素，二甲苯的分子式為C8H10，但分子式為C8H10的物質不一定為二甲苯，如乙苯的分子式也為C8H10，也是苯的同系物，那么苯的同系物存不存在一個通式呢？學生活動運用數學思想，將分子式中碳原子數設為n，觀察、分析，討論苯(C6H6)、甲苯(C7H8)、二甲苯(C8H10)中氫原子數與對應碳原子數(n)的關系，并得出氫原子數為2n6。因此，苯及其同系物的通式為CnH2n6。師作為苯的同系物分子中必須含有苯環(huán)，這就意味著碳原數n必須不小于6即n6。板書1.苯的同系物的通式為CnH2n6(n6)師從形式上看苯分子里的1個氫原子被甲基取代后生成甲苯(副板書) ，若2個氫原子被甲基取代后，生成二甲苯。那么大家從同分異構體的角度分析，二甲苯的結構是不是唯一的？學生活動分組討論后得出：如果1個甲基取代1個氫原子，由于六個氫原子的位置是等同的，所以甲苯只有一種結構；而2個甲基取代2個氫原子時，兩個甲基的位置就有差異了，有相鄰、相間、相對三種位置關系，所以二甲苯的結構有三種。由一名學生板演三種二甲苯的結構簡式：師這三種不同結構的二甲苯是什么關系？生互為同分異構體。師何以區(qū)分不同的二甲苯呢？生根據兩個甲基的位置關系來區(qū)分，處于鄰位關系的稱為鄰二甲苯；處于間位關系的稱為間二甲苯；處于對位關系的稱為對二甲苯。投影顯示二甲苯的三種同分異構體 鄰二甲苯 間二甲苯 對二甲苯沸點：144.4 沸點：139.1 沸點：138.4師從甲苯以及二甲苯的三種同分異構體可以看出苯的同系物的結構有何特點？生分子中都含有一個苯環(huán)，側鏈的取代基為烷基。板書2.苯的同系物的分子結構特點師苯的同系物分子與苯相比，分子中增加了側鏈，且全為烷基，那么這些側鏈對其化學性質有什么影響呢？我們通過下面的實驗來共同分析。演示實驗510(由三名同學操作)每一位同學各取一支試管，其中一個加2 mL 苯，另一個加2 mL 甲苯，第三個中加2 mL 二甲苯，然后各加入3滴酸性KMnO4溶液，用力振蕩，然后面向大家展示，觀察現象：在苯中酸性KMnO4溶液未褪色，在甲苯、二甲苯中酸性KMnO4溶液褪色。問該現象說明了什么？生苯不能被酸性KMnO4溶液氧化，而甲苯、二甲苯能被酸性KMnO4溶液氧化。師這表明苯環(huán)和側鏈的相互影響使苯的同系物的性質發(fā)生明顯的變化。應該注意甲苯、二甲苯被酸性KMnO4溶液氧化，被氧化的是側鏈，即甲基被氧化。類似的氧化反應，都是苯環(huán)上的烷基被氧化，這也是苯環(huán)對烷基影響的結果。板書3.苯的同系物的化學性質(1)氧化反應設疑甲苯、二甲苯能否燃燒？燃燒有何現象？生易燃燒，燃燒時現象也應與苯相似，因其碳元素質量分數也很大，故燃燒時一定會火焰明亮且伴有濃煙。問苯的同系物甲苯、二甲苯能被酸性KMnO4溶液氧化的現象有何用途？生可以用來鑒別苯的同系物和苯，或者苯的同系物與烷烴。師苯的同系物分子中，通過上述實驗表明苯環(huán)對側鏈上的烴基產生了明顯的影響，使其易被酸性KMnO4溶液氧化，而我們知道作用是相互的，反過來側鏈上的烴基對苯環(huán)會不會有什么影響呢？答案是肯定的，由于側鏈烴基的影響，使得苯環(huán)上的氫更容易被取代了，如甲苯易發(fā)生硝化反應。板書(2)取代反應學生活動自學、討論有關甲苯發(fā)生硝化反應的情況。反應物：甲苯和濃硝酸反應條件：催化劑濃硫酸，加熱主要產物：三硝基甲苯化學方程式(由一名學生板演)問三硝基甲苯，按系統(tǒng)命名法應叫2，4，6三硝基甲苯，它的俗名是什么？有何重要用途？生三硝基甲苯俗稱梯恩梯(TNT)，是一種淡黃色的晶體，不溶于水，它是一種烈性炸藥，廣泛用于國防、開礦、筑路、興修水利等。師苯的同系物也能像苯那樣發(fā)生加成反應，但較困難。過渡上邊我們了解了苯及其同系物的主要性質，下面就苯及其同系物的性質的一些應用通過幾個典型例題來進行分析。板書五、典型例題分析投影顯示例1.下列物質不能使酸性KMnO4溶液褪色的是A.SO2B.苯C.丙烷D.甲苯學生活動思考、分析在所提供的物質中，SO2具有還原性，能與酸性KMnO4溶液反應而使其褪色。苯的同系物甲苯也能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。苯和丙烷不與之反應，不能使其褪色。(回答)應選B、C。答案：BC師評價學生的回答。投影顯示例2.分子式為C10H14的芳香烴，在它的分子中只有一個烷基。其苯環(huán)上的一溴代物有12種，則此烷基的結構有A.2種B.3種C.4種D.5種(學生討論、分析后回答)生甲由于為芳香烴，且只有一個烷基，其烷基的化學式為C4H9，這種烷基可能的結構為：每種烴基連接在苯環(huán)后，苯環(huán)上有3種一溴代物，則共有12種，故烷基的結構有4種。生乙還可根據每一個烴基使苯環(huán)上有3種一溴代物計算，其烴基數為123=4。師評價學生的回答。答案：C投影練習下列各烴與氯氣發(fā)生取代反應后，生成的一氯取代物可能的同分異構體共有三種的是A.丙烷B.戊烷C.2甲基丙烷D.鄰二甲苯答案BD本節(jié)小結本節(jié)課，我們在復習苯的性質的基礎上探究了苯的同系物的通式、結構特點及主要的化學性質，認識了苯環(huán)與側鏈的相互影響，進一步理解了結構決定性質的辯證關系。作業(yè)P135136一、3、4；二、4；三、2、3；四、4。板書設計四、苯的同系物1.苯的同系物的通式：CnH2n6(n6)2.苯的同系物的分子結構特點3.苯的同系物的化學性質(1)氧化反應(2)取代反應五、典型例題分析教學說明本節(jié)課的內容是在系統(tǒng)學習了苯的結構和主要化學性質的基礎上展開的，所以在教學中先以復習提問的形式回顧了苯的相關知識，然后引導啟發(fā)學生由同系物的概念過渡到苯的同系物的知識，通過實驗驗證、比較分析等手段使同學們了解了苯的同系物尤其是甲苯和二甲苯的主要化學性質，同時在教學中還注意培養(yǎng)學生樹立結構決定性質，事物是相互聯(lián)系相互影響的辯證唯物主義觀念。參考練習1.結構不同的二甲基氯苯的數目有A.4種B.5種C.6種D.7種答案：C2.下列說法正確的是A.芳香烴的通式為CnH2n6(n6)B.從苯的分子組成看遠沒有達到飽和，所以它應能使溴水褪色C.由于苯分子組成的含碳量高，所以在空氣中燃燒時，會產生明亮并帶濃煙的火焰D.己烯和乙苯都能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色答案：C3.已知二甲苯的同分異構體有三種，從而可推知四氯苯的同分異構體數目是A.1B.2C.3D.4答案：C4.下列有機分子中，所有的原子不可能處于同一平面的是 答案：D (提示：CN為CN，屬直線型結構)