【同步讲义】高中化学(鲁科版2019)选修第三册--第09讲 酚的结构与性质 讲义
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知识点01 酚的概念及苯酚的组成与结构
1.酚的概念:芳香烃分子中苯环上的氢原子被羟基取代后的有机物。
2.结构特点:羟基直接与苯环相连。
3.命名
(1)酚的命名是在苯、萘等名称后面加上“酚”字。
(2)若苯环上有取代基,将取代基的位次和名称写在母体前面
(3)命名举例
4.苯酚的分子结构
5.酚类物质的主要用途
(1)苯酚常用于制造日常生活中有消毒作用的酚皂。
(2)从葡萄中提取的酚可用于制造化妆品。
(3)从茶叶中提取的酚可用于制备食品防腐剂和抗癌药物。
(4)很多农药的主要成分中也含有酚类物质。
【即学即练1】下列关于醇和酚的说法中,正确的是( )。
A.含有羟基的化合物一定是醇
B.分子内有苯环和羟基的化合物一定是酚
C.表示醇类的官能团是跟链烃基相连的羟基
D.酚和醇具有相同的官能团,因而具有相同的化学性质
【解析】选C。含有羟基的化合物可能为醇、酚类或酸,故A错误;由于苯环直接连接羟基的属于酚类,所以分子内有苯环和羟基的化合物不一定是酚,如苯甲醇,故B错误;表示醇类的官能团是跟链烃基相连的羟基,故C正确;由于烃基结构不同,性质不同,如由于苯环的影响,酚羟基性质比醇羟基活泼,苯酚具有弱酸性,故D错误。
知识点02 苯酚的性质
1.苯酚的物理性质
(1)苯酚俗称石炭酸,是有特殊气味的无色晶体,熔点为40.9℃。
(2)常温下,苯酚在水中的溶解度不大,温度高于65℃时,能与水互溶。
(3)苯酚有毒,其浓溶液对皮肤有强烈的腐蚀性。若不慎沾到皮肤上应立即用酒精清洗。
2.苯酚的化学性质
(1)苯环对羟基的影响:使羟基上的氢原子更活泼,在水溶液中能发生电离,显酸性
①电离:OHO-+H+
②石蕊试液:不变红
③Na2CO3溶液:OH+Na2CO3ONa+NaHCO3
④NaHCO3溶液:不反应
⑤NaOH溶液:OH+NaOHONa+H2O
⑥金属钠:2OH+2NaONa+H2↑
(2)羟基对苯环的影响:使苯环上羟基邻、对位氢原子更活泼,易被取代
①苯酚与溴水的反应
②反应现象:常温下苯酚与浓溴水反应产生白色沉淀
(3)显色反应:苯酚遇FeCl3溶液会立即显紫色。因而利用这一反应来进行酚类的鉴别。
(4)聚合反应:
①苯酚与甲醛发生聚合反应
②应用:可制造酚醛树脂
(5)氧化反应
①强还原性:常温下苯酚易被空气中的氧气氧化而显粉红色。
②可燃性:C6H6O+7O26CO2+3H2O
③KMnO4(H+):褪色
(6)加成反应
①加成物质:在催化剂作用下和H2加成
②加成反应:OH+3H2-OH
【即学即练2】下列关于苯酚的叙述中,错误的是( )。
A.苯酚在水中的溶解度随温度的升高而增大
B.苯酚易溶于乙醇等有机溶剂
C.苯酚没有毒,其稀溶液可用作防腐剂和消毒剂
D.苯酚水溶液呈弱酸性,能与碱反应
【解析】选C。苯酚在水中的溶解度随温度的升高而增大,故A正确;苯酚易溶于有机溶剂乙醇中,故B正确;苯酚有毒,其稀溶液可用作防腐剂和消毒剂,故C错误;苯酚水溶液呈弱酸性,具有一些酸的通性,能和碱反应生成盐和水,但是不能使指示剂变色,故D正确。
考法01 酚中苯环与羟基的相互影响
【典例1】(2022·柳州高二检测)有机物分子中的原子(团)之间会相互影响,导致相同的原子(团)表现不同的性质。下列各项事实不能说明上述观点的是( )。
A.甲苯能使高锰酸钾酸性溶液褪色,而甲基环己烷不能使高锰酸钾酸性溶液褪色
B.乙烯能与溴水发生加成反应,而乙烷不能发生加成反应
C.苯酚可以与NaOH反应,而乙醇不能与NaOH反应
D.苯酚与溴水可直接反应,而苯与液溴反应则需要FeBr3作催化剂
【思路点拨】解答本题应注意以下两个方面:
(1)原子或原子团的相互影响必须考虑相同的原子团连接不同的取代基;
(2)因官能团个数或不同官能团引起的性质不同不是相互影响。
【解析】选B。甲苯中苯环对-CH3的影响,使-CH3可被KMnO4(H+)氧化为-COOH,从而使KMnO4(H+)溶液褪色;苯酚中,羟基对苯环产生影响,使苯酚分子中羟基邻、对位氢原子更活泼,更易被取代;乙烯能与溴水发生加成反应,是因为含碳碳双键引起的;苯环对羟基产生影响,使羟基中氢原子更易电离,表现出弱酸性。A、C、D项均能说明原子(原子团)之间的相互影响导致化学性质的不同,B项是分子中官能团的不同导致的化学性质的不同,而不是原子(原子团)之间的相互影响的结果。
【知识拓展】
1.苯环对羟基的影响
苯酚分子中,苯环影响羟基,使酚羟基比醇羟基更活泼,苯酚的羟基在水溶液中能够发生电离:OHO-+H+,所以苯酚具有弱酸性,能与NaOH和Na2CO3反应,而乙醇不与NaOH和Na2CO3反应。
2.羟基对苯环的影响
苯酚分子中,苯环受羟基的影响,使羟基碳邻、对位上的氢原子更活泼,比苯上的氢原子更容易被其他原子或原子团取代。
3.苯、甲苯、苯酚的比较
【特别提醒】
(1)苯酚的酸性比碳酸弱,由于电离能力H2CO3>OH>HCO3-,所以OH与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3,而不与NaHCO3溶液反应放出CO2。即OH +Na2CO3ONa+NaHCO3。
(2)向ONa溶液中通入CO2,无论CO2过量与否,产物均是NaHCO3。即ONa+H2O+CO2OH +NaHCO3。
【规律方法】不同基团对其他官能团影响的结果
1.链烃基对其他官能团的影响
甲苯的硝化反应产物是三硝基甲苯,而同样的条件下的苯的硝化只能生成一硝基苯。
2.苯环对其他基团的影响
(1)水、醇、苯酚提供氢离子的能力大小:R-OH<H-OH<C6H5-OH
(2)烷烃和苯均不能使高锰酸钾酸性溶液褪色,而苯的同系物可使高锰酸钾酸性溶液褪色。
(3)羟基对其他官能团的影响
①羟基对C-H键的影响:使和羟基相连的C-H键更不稳定。
②羟基对苯环的影响:使苯环羟基碳邻、对位上的氢原子更易被取代。
考法02 脂肪醇、芳香醇、酚类的比较
【典例2】(2022·榆林高二检测)苯酚(OH)在一定条件下能与氢气加成得到环己醇(-OH)。下面关于这两种有机物的叙述中,错误的是( )。
A.都能发生取代反应
B.都能与金属钠反应放出氢气
C.苯酚是比碳酸更强的酸,环己醇则显中性
D.苯酚与FeCl3溶液作用显紫色,环己醇加入FeCl3溶液中无明显现象
【解析】选C。苯环能发生取代反应,羟基能发生取代反应,所以苯酚、环己醇都能发生取代反应,故A正确;根据醇羟基与酚羟基都能与金属钠反应放出氢气,所以苯酚、环己醇都能与金属钠反应放出氢气,故B正确;根据苯酚的酸性比碳酸弱,环己醇显中性,故C错误;根据酚遇FeCl3溶液作用显紫色,而醇无此性质,所以苯酚与FeCl3溶液作用显紫色,环己醇加入FeCl3溶液中无明显现象,故D正确。
【互动探究】环己醇和苯酚分子中含不同化学环境的氢原子种类相同吗?
提示:不同,环己醇分子中含5种不同化学环境的氢原子,而苯酚分子中含4种不同化学环境的氢原子,如下图所示:
【知识拓展】
【特别提醒】
(1)醇、酚均与金属钠反应,醇不与NaOH溶液和Na2CO3溶液反应,但酚能与NaOH溶液和Na2CO3溶液反应。
(2)同样的基团或原子,连在不同的其他基团上,其性质表现不同,是受其他基团影响的结果。如电离产生H+的难易程度:R-OH<H-OH<C6H5-OH。
考法03 酚的同分异构体
【典例3】(2022·南通高二检测)分子式为C9H12O的有机物的分子中有一个苯环、一个链烃基,则它属于酚类的结构可能有( )。
A.2种 B.4种 C.5种 D.6种
【解析】选D。酚羟基与链烃基的位置关系有邻、间、对位三种情况,-C3H7有-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2两种不同的结构,所以符合条件的属于酚类的有机物有3×2=6种,D项正确。
【知识拓展】
1.跨类异构:相同碳原子数的酚、芳香醇和芳香醚互为同分异构体
2.C7H8O的芳香族同分异构体
(1)芳香醇类的同分异构体:CH2OH
(2)芳香醚类的同分异构体:OCH3
(3)酚的同分异构体:苯环上含-OH和-CH3两个取代基,有邻、间、对三种
、、CH3-OH
3.C8H10O的芳香族同分异构体
(1)芳香醇类的同分异构体:CH2CH2OH、-CH3
①只有1个侧链:
②有2个侧链(-CH3和-CH2OH):有邻、间、对三种
、、CH3-CH2OH
(2)芳香醚类的同分异构体
①只有1个侧链:OCH2CH3、CH2OCH3
②有2个侧链(-CH3和-OCH3):有邻、间、对三种
、、CH3-OCH3
(3)酚的同分异构体
①苯环上含-OH和-CH2CH3两个取代基,有邻、间、对3种
、、CH3CH2-OH
②苯环上含-OH和2个-CH3两个取代基,有6种
、、、、、
分层提分
题组A 基础过关练
1.网上曾热传的“苯宝宝表情包”是一系列苯的衍生物配以相应的文字形成的(如图所示)。这两图所代表的物质分别为( )。
A.醇、卤代烃 B.酚、芳香烃 C.醇、芳香烃 D.酚、卤代烃
【解析】选D。OHOH是苯酚,属于酚; 是卤代烃,故D符合题意。
2.下列物质不属于酚类的是( )。
A. B.
C. D.
【解析】选D。根据定义,酚是羟基与苯环直接相连的化合物,所以A、B、C三者均为酚。
3.皮肤上若不慎沾有少量的苯酚,正确的处理方法是( )。
A.用稀NaOH溶液洗 B.用酒精洗 C.用70℃热水洗 D.冷水冲洗
【解析】选B。氢氧化钠具有腐蚀性,会腐蚀皮肤,故A错误;苯酚不溶于水,但易溶在酒精中,可以用酒精洗去,故B正确;温度过高,会烫伤皮肤,故C错误;苯酚不溶于水,难易除去沾有的苯酚,故D错误。
4.(2022·大庆高二检测)能证明苯酚具有弱酸性的实验是( )。
A.加入浓溴水生成白色沉淀
B.苯酚钠溶液中通入CO2后,溶液由澄清变浑浊
C.浑浊的苯酚加热后变澄清
D.苯酚的水溶液中加NaOH溶液,生成苯酚钠
【解析】选B。加入浓溴水后生成白色沉淀只能说明浓溴水与苯酚反应,浑浊的苯酚加热后变澄清说明加热增大了苯酚的溶解度。与NaOH反应也只能说明苯酚有酸性。B中发生如下反应:ONa+CO2+H2OOH+NaHCO3,属于强酸制弱酸反应。
5.(2022·遵义高二检测)下列有关苯酚的实验事实中,能说明侧链对苯环性质有影响的是( )。
A.苯酚与浓溴水反应生成三溴苯酚
B.苯酚能和NaOH溶液反应
C.苯酚燃烧产生带浓烟的火焰
D.1ml苯酚与3mlH2发生加成反应
【解析】选A。苯与液溴发生反应只能产生溴苯,而苯酚与浓溴水反应产生三溴苯酚,说明侧链对苯环的性质产生了影响。
6.(2022·绍兴高二检测)为了除去苯中混有的少量苯酚,下列的实验方法正确的是( )。
A.在烧杯中,加入足量冷水,充分搅拌后,过滤分离
B.在分液漏斗中,加入足量1ml•L-1FeCl3,充分振荡后,分液分离
C.在烧杯中,加入足量浓溴水,充分搅拌后,过滤分离
D.在分液漏斗中,加入足量1ml•L-1NaOH溶液,充分振荡后,分液分离
【解析】选D。加入足量冷水,苯与苯酚不溶于水,两者混溶,不能用分液方法将将二者分离,故A错误;铁离子与苯酚生成的络合物与苯互溶,不能将二者分离,并引入新的杂质,故B错误;加浓溴水,生成三溴苯酚,三溴苯酚和溴都能与苯互溶,不能将二者分离,并引入新的杂质,故C错误;苯中混有苯酚,加入NaOH后生成可溶于水的苯酚钠,但苯不溶于水,可用分液的方法分离,故D正确。
7.(2021·乌兰察布高二检测)有机物中具有相似的化学性质,下列物质中(用序号回答):
①②③④⑤
(1)能与NaOH溶液反应的是__________;
(2)能与溴水发生反应的是__________;
(3)能发生消去反应的是__________;
(4)遇FeCl3溶液显紫色的是__________;
(5)在Cu的催化下被O2氧化为醛的是__________;
(6)可使KMnO4酸性溶液褪色的是__________。
【解析】(1)选项中含酚羟基的物质具有酸性,能与NaOH溶液反应的是②⑤;(2)苯酚与溴水发生取代反应,碳碳双键与溴水发生加成反应,能与溴水发生反应的是①②⑤;(3)与-OH相连C的邻位C上有H可发生消去反应,能发生消去反应的是①③;(4)含酚羟基的有机物遇FeCl3溶液显紫色,遇FeCl3溶液显紫色的是②⑤;(5)与-OH相连C上有2个H可催化氧化生成醛,能被催化氧化为醛的是③;(6)-OH、双键及与苯环相连的碳原子上有氢原子均能被高锰酸钾氧化,可使KMnO4酸性溶液褪色的是①②③④⑤。
【答案】(1)②⑤(2)①②⑤(3)①③
(4)②⑤(5)③(6)①②③④⑤
8.(2022·武汉高二检测)将煤焦油中的苯、甲苯和苯酚进行分离,可采用如图所示方法和操作:
(1)写出物质①和⑤的分子式:①____________;⑤____________。
(2)写出分离方法②和③的名称:②____________;③____________。
(3)混合物加入溶液①反应的化学方程式:________________________。
(4)下层液体④通入气体⑤反应的化学方程式________________________。
(5)分离出的苯酚含在______中。
【解析】(1)根据甲苯、苯和苯酚的性质选取试剂,甲苯、苯和氢氧化钠不反应,苯酚具有酸性能和氢氧化钠反应生成可溶性的苯酚钠,所以可以用氢氧化钠溶液将苯酚和甲苯、苯分离;苯酚的酸性比碳酸还弱,苯酚钠能和二氧化碳、水反应生成苯酚,所以选取二氧化碳将苯酚钠转化为苯酚;(2)互不相溶的液体采用分液的方法分离,互溶的液体采用蒸馏的方法分离,苯酚钠和苯、甲苯是不互溶的液体,所以采用分液的方法分离,苯和甲苯是互溶的液体,所以采用蒸馏的方法分离;(3)苯酚能和氢氧化钠反应生成苯酚钠和水,反应方程式为:OH+NaOHONa+H2O;(4)苯酚钠能和二氧化碳、水反应生成苯酚和碳酸氢钠,反应方程式为:ONa+CO2+H2OOH+NaHCO3;(5)苯酚钠和二氧化碳、水反应生成苯酚和碳酸氢钠,苯酚的密度小于碳酸氢钠溶液的密度,所以苯酚存在于上层物质中,故选⑥。
【答案】(1)NaOH;CO2(2)分液;蒸馏
(3)OH+NaOHONa+H2O
(4)ONa+CO2+H2OOH+NaHCO3(5)⑥
题组B 能力提升练
1.(2022•上海徐汇区高二检测)药皂具有杀菌、消毒作用,通常是因为在普通肥皂中加入了适量的( )。
A.酒精 B.次氯酸 C.甲苯酚 D.过氧化钠
【解析】选C。在普通肥皂中加入了适量的甲苯酚制成了药皂,所以药皂具有杀菌、消毒作用。
2.(2022·揭阳高二检测)仅用一种试剂即可将酒精、苯酚溶液、己烯、甲苯四种无色液体区分开来,这种试剂是( )。
A.FeCl3溶液 B.溴水 C.KMnO4溶液 D.金属钠
【解析】选B。FeCl3溶液只与苯酚反应显紫色,不与其他物质反应。溴水与酒精不反应,也不分层;溴水与苯酚反应生成白色沉淀;与己烯发生加成反应后分为无色的两层;与甲苯发生萃取现象分为两层,上层橙红色,下层无色,因此,溴水可作为鉴别试剂。KMnO4溶液作为强氧化剂,酒精、己烯、苯酚、甲苯都可以被其氧化,而使其褪色。金属钠可与含羟基的物质酒精、苯酚溶液反应生成H2,与己烯和甲苯都不反应。
3.(2022·聊城高二检测)已知酸性强弱顺序为H2CO3>OH>HCO3-,则下列化学方程式中正确的是( )。
①ONa+H2O+CO2OH +NaHCO3
②2ONa+H2O+CO22OH +Na2CO3
③OH +NaHCO3ONa+H2CO3
④OH +Na2CO3ONa+NaHCO3
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
【解析】选C。根据给出的酸性强弱顺序可知,CO2可以与苯酚钠反应生成苯酚,苯酚又可以与Na2CO3反应生成NaHCO3;②中产物可以继续反应而生成NaHCO3,错误;③若能进行,则说明苯酚的酸性强于H2CO3,显然错误。
4.(2022·南通高二检测)下列实验可以获得预期效果的是( )。
A.苯酚俗名石炭酸,向苯酚稀溶液中滴入石蕊试液变浅红色
B.用溴水除去苯中的少量苯酚
C.用溴水即可鉴别苯酚溶液、2,4-己二烯和甲苯
D.在碳酸氢钠溶液中滴入苯酚的水溶液后立即放出二氧化碳
【解析】选C。苯酚酸性很弱,向苯酚稀溶液中滴入石蕊试液溶液不变色,故A错误;向含少量苯酚的苯中加入溴水,生成2,4,6-三溴苯酚白色沉淀,但三溴苯酚易溶于苯中,无法分离,故B错误;苯酚和溴水反应生成白色沉淀,2,4-已二烯可以使溴水褪色,甲苯和溴水不反应,但甲苯可以萃取溴水中的溴,甲苯的密度比水的小,所以下层是水层,上层是橙红色的有机层,因此可以鉴别,故C正确;由于苯酚酸性小于碳酸酸性,在碳酸氢钠溶液中滴入苯酚的水溶液,不会生成二氧化碳气体,故D错误。
5.关于OH、-OH、CH2OH的下列说法中不正确的是( )。
A.都能与金属钠反应放出氢气
B.都能与FeCl3溶液发生显色反应
C.都能使酸性KMnO4溶液褪色
D.都能在一定条件下发生取代反应
【解析】选B。OH属于酚类,-OH、CH2OH属于醇类,只有酚能与FeCl3溶液发生显色反应,选项B不正确;三种物质都含有-OH,能与钠反应产生氢气;苯酚和含结构的醇都能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色;含-OH或苯环,在一定条件下能发生取代反应。
6.(2021·北京等级考)我国科研人员发现中药成分黄芩素能明显抑制新冠病毒的活性。下列关于黄芩素的说法不正确的是( )。
A.分子中有3种官能团
B.能与Na2CO3溶液反应
C.在空气中可发生氧化反应
D.能和Br2发生取代反应和加成反应
【解析】选A。根据物质结构简式可知:该物质分子中含有酚羟基、醚键、羰基、碳碳双键四种官能团,A错误;黄芩素分子中含有酚羟基,由于酚的酸性比NaHCO3强,所以黄芩素能与Na2CO3溶液反应产生NaHCO3,B正确;酚羟基不稳定,容易被空气中的氧气氧化,C正确;该物质分子中含有酚羟基,由于羟基所连的苯环的邻、对位有H原子,因此可以与浓溴水发生苯环上的取代反应;分子中含有不饱和的碳碳双键,可以与Br2等发生加成反应,D正确。
7.如图表示取1ml乙烯雌酚进行的4个实验,下列对实验数据的预测正确的是( )。
A.①中生成7mlH2O B.②中生成2mlCO2
C.③最多消耗3mlBr2 D.④中最多消耗7mlH2
【解析】选D。1ml己烯雌酚中含22mlH,由H原子守恒可知,①中生成11mlH2O,故A错误;酚羟基与碳酸氢钠溶液不反应,则②中无CO2生成,故B错误;酚羟基的邻、对位均可与溴发生取代反应,则③中最多消耗4mlBr2,故C错误;苯环与C=C双键都能与氢气发生加成反应,1ml己烯雌酚与氢气发生加成反应,最多消耗7ml氢气,故D正确。
8.某些芳香族化合物与互为同分异构体,其中与FeCl3溶液混合后显色和不显色的种类分别有( )。
A.2种和1种 B.2种和3种 C.3种和2种 D.3种和1种
【解析】选C。该化合物的分子式为C7H8O,它与甲基苯酚(、、CH3-OH)、苯甲醇(CH2OH、苯甲醚OCH3)互为同分异构体,甲基苯酚遇FeCl3溶液发生显色反应。
9.(2022•浦东新区高二检测)环己醇(-OH)是一种有机化工基础原料,工业上的主要合成途径及有关反应如下:
已知:A、C都是芳香族化合物。
(1)A的名称是__________,写出A在生活或生产中的一种用途______________(制环己醇除外)。
(2)C的结构简式是_________;反应②的反应类型是_________。
(3)下列检验由反应④制取的环己烯是否纯净的方法中,合理的是________。
a.测定沸点 b.用金属钠
c.用FeCl3溶液 d.用高锰酸钾溶液
(4)写出反应⑤和⑥的化学方程式:
⑤____________________________________________;
⑥____________________________________________;
【解析】A是芳香族化合物,结合A的分子式知,A是苯酚,苯酚和氢气发生加成反应生成环己醇,环己醇发生消去反应生成1-环己烯,1-环己烯和氯气发生加成反应生成1,2-二氯环己烷,1,2-二氯环己烷发生消去反应生成1,3-环己二烯;乙炔反应生成C,C是芳香族化合物,C反应生成环己烷,则C是。(1)A的名称是苯酚,苯酚能用于环境消毒、制药皂、制酚醛树脂等;(2)通过以上分析知,C的结构简式为:,乙炔发生加成反应生成苯;(3)由反应④制取的环己烯如果不纯,则含有环己醇,环己醇中含有醇羟基,所以能和钠反应,和环己烯的沸点不同,故选ab;(4)环己烯和氯气发生取代反应生成1,2-二氯环己烷,反应方程式为:,1,2-二氯环己烷在加热条件下和氢氧化钠醇溶液发生消去反应生成1,3-环己二烯,反应方程式为:。
【答案】(1)苯酚,环境消毒、制药皂、制酚醛树脂
(2),加成(3)ab
(4),
10.已知:2-硝基-1,3-苯二酚是桔黄色固体,易溶于水、溶液呈酸性,沸点为88℃,是重要的医药中间体。实验室常以间苯二酚为原料分以下三步合成:
具体实验步骤如下:
①磺化:称取5.5g碾成粉状的间苯二酚放入烧杯中,慢慢加入浓硫酸并不断搅拌,控制温度为60℃~65℃约15min。
②硝化:将烧杯置于冷水中冷却后加入混酸,控制温度(25±5)℃左右继续搅拌15 min。
③蒸馏:将反应混合物移入圆底烧瓶B中,小心加入适量的水稀释,再加入约0.1g尿素,然后用右图所示装置进行水蒸气蒸馏;将馏出液冷却后再加入乙醇-水混合剂重结晶。
根据以上知识回答下列问题:
(1)实验中设计I、Ⅲ两步的目的是_____________________________。
(2)烧瓶A中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故、又能_________________________________________________。
(3)步骤②的温度应严格控制不超过30℃,原因是________________________。
(4)步骤③所得2-硝基-1,3-苯二酚中仍含少量杂质,可用少量乙醇-水混合剂洗涤。请设计简单的证明2-硝基-1,3-苯二酚已经洗涤干净_____________________________________________________________。
(5)本实验最终获得1.0g桔黄色固体,则2-硝基-1,3-苯二酚的产率约为______。
【解析】(1)间苯二酚直接与硝酸、硫酸的混合溶液在加热条件下,磺酸基能取代苯环上羟基邻对位的氢,而产生副产物,所以设计I、Ⅲ两步避免副产物的产生;(2)烧瓶A中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故、又能在A装置中冷却时,防止B装置处防止压强过小引起倒吸;(3)步骤②中在温度较高时,硝酸会分解,同时酚在高温时容易被氧化,导致产率过低,所以温度应严格控制不超过30℃;(4)步骤③所得2-硝基-1,3-苯二酚中仍含少量杂质中含有硫酸根离子,证明2-硝基-1,3-苯二酚已经洗涤干净的操作为取少量洗涤液,滴加BaCl2溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净;(5)5.5g间苯二酚的物质的量为0.05ml,根据元素守恒可知,生成的2-硝基-1,3-苯二酚的质量为0.05ml×155g/ml=7.75g,产率=×100%=×100%=12.9%。
【答案】(1)避免副产物的产生
(2)防止压强过小引起倒吸
(3)温度较高时硝酸易分解(酚易氧化),产率过低
(4)取少量洗涤液,滴加BaCl2溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净
(5)12.9 %
题组C 培优拔尖练
1.(2022·浙江6月选考)染料木黄酮的结构如图,下列说法正确的是( )。
A.分子中存在3种官能团
B.可与HBr反应
C.1ml该物质与足量溴水反应,最多可消耗4mlBr2
D.1ml该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗2mlNaOH
【解析】选B。根据结构简式可知分子中含有酚羟基、羰基、醚键和碳碳双键,共四种官能团,A错误;含有碳碳双键,能与HBr发生加成反应,B正确;酚羟基含有四种邻位或对位H,另外碳碳双键能和单质溴发生加成反应,所以最多消耗单质溴5ml,C错误;分子中含有3个酚羟基,所以最多消耗3mlNaOH,D错误。
2.(2022·北京丰台区高二检测)有机物X是一种广谱杀菌剂,作为香料、麻醉剂、食品添加剂,曾广泛应用于医药和工业。该有机物具有下列性质:①与FeCl3溶液发生显色反应;②能发生加成反应;③能与溴水发生反应。依据以上信息,一定可以得出的推论是( )。
A.有机物X是一种芳香烃
B.有机物X可能不含双键结构
C.有机物X可与碳酸氢钠溶液反应
D.有机物X一定含有碳碳双键或碳碳三键
【解析】选B。有机物X可与FeCl3溶液发生显色反应,一定含有酚羟基,所以不可能是芳香烃;含有苯环与酚羟基,可以与H2发生加成反应,与溴水发生取代反应。
3.(双选)(2022·信阳高二检测)山萘酚的结构简式如图所示,且大量存在于水果、蔬菜、豆类、茶叶中,具有多种生物学作用,如抗氧化、抑制肿瘤生长及保护肝细胞等作用。下列有关山萘酚的叙述正确的是( )。
A.结构简式中含有羟基、醚键、酯基、碳碳双键
B.可发生取代反应、水解反应、加成反应
C.可与NaOH反应,不能与NaHCO3反应
D.1ml山萘酚与溴水反应最多可消耗5mlBr2
【解析】选CD。结构简式中含有苯环和羟基、醚键、羰基、碳碳双键,A错误;由结构简式可知,山萘酚中不含酯基、卤素原子这类能水解的官能团,不能发生水解反应,B错误;酚羟基有酸性,可与NaOH反应,碳酸的酸性比苯酚的强,所以不能与NaHCO3反应,C正确;山萘酚分子中含有3个酚羟基,共有4个邻位H原子可被取代,且含有1个碳碳双键,可与溴发生加成反应,共需5ml,D正确。
4.(2022·杭州高二检测)0.1ml苯酚的同系物(假定分子组成中碳原子的个数为n),在氧气中充分燃烧生成CO2和水,消耗的氧气的物质的量是(单位均为:ml)( )。
A.0.15n-0.2 B.0.5n-0.3
C.2.5n-2 D.以上数据均不正确
【解析】选A。苯酚的同系物相当于羟基取代苯的同系物分子中苯环上的1个氢原子后形成的,即其通式可以通过如下途径得到:CnH2n-6→CnH2n-7OH→CnH2n-6O,将通式改写成CnH2n-8·H2O的形式,根据关系式:C~CO2~O2、4H~2H2O~O2,所以1ml苯酚的同系物完全燃烧消耗的氧气的物质的量是n+=1.5n-2,即0.1ml苯酚的同系物完全燃烧消耗的氧气的物质的量是0.15n-0.2。
5.以苯酚为原料可以制备酚酞等多种重要的有机物。已知:
①+
②2+H2O
(1)双酚A的分子式是____________,其官能团的名称为____________,下列有关它的叙述中正确的是____(填字母)。
A.与苯酚互为同分异构体
B.可以和Na2CO3溶液反应,放出CO2气体
C.分子中最多有8个碳原子在同一平面上
D.1ml双酚A与溴水反应,最多消耗Br2的物质的量为4ml
(2)下列物质中与双酚A互为同分异构体的是____(填字母)。
A. B.
C. D.
(3)酸性条件下,以苯酚和甲醛为原料可以制备一种重要的高分子化合物,写出该反应的化学方程式___________________________________________;同样条件下苯酚与丙酮反应得不到聚合物,这说明与苯酚反应活性:甲醛_____丙酮(填“高于”或“低于”)。
【解析】(1)双酚A的结构简式为,分子中含15个碳原子、2个氧原子和8个不饱和度,则分子中氢原子个数为15×2+2-8×2=16,故其分子式为C15H16O2。双酚A和苯酚的分子式不同,与苯酚不互为同分异构体,A错误;酚羟基与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3,不能放出CO2气体,B错误;苯环是平面形结构,为四面体结构,与苯环直接相连的C在苯环平面上,通过碳碳单键的旋转可使两个苯环在同一平面上,则分子中最多有13个碳原子在同一平面上,C错误;分子中含有2个酚羟基,1ml双酚A与溴水反应,与羟基相邻的4个氢原子可发生取代反应,最多消耗Br2的物质的量为4ml,D正确。(2)由结构简式确定四种物质的碳原子数和不饱和度,即可快速得出结论,物质B的分子中含13个碳原子,物质D的分子中有10个不饱和度,与双酚A不互为同分异构体。(3)酸性条件下,苯酚和甲醛发生缩聚反应,该反应的化学方程式:n+nCH2O+(n-1)H2O;同样条件下苯酚与丙酮反应得不到聚合物,说明甲醛与苯酚反应活性高于丙酮;
【答案】(1)C15H16O2;(酚)羟基;D(2)AC
(3)n+nCH2O+(n-1)H2O;高于
6.(2022•江门高二检测)某工厂废液中含有苯酚、乙酸,实验小组对该废液进行探究,设计如图方案:
己知熔点:乙酸16.6℃、苯酚43℃。沸点:乙酸118℃、苯酚182℃。
(1)写出②的反应化学方程式_____________________________________。
(2)②中分离B的操作名称是_____________。
(3)现对物质C的性质进行实验探究,请你帮助实验小组按要求完成实验过程记录,在答题卡上填写出实验操作、预期现象和现象解释。
限选试剂:蒸馏水、稀HNO3、2ml•L-1NaOH、0.1ml·L-1KSCN、酸性KMnO4溶液、FeCl3溶液、饱和溴水、紫色石蕊试液。
(4)称取一定量的C试样,用水溶解后全部转移至1000mL容量瓶中定容。取此溶液25.00mL,加入KBrO3浓度为0.01667ml•L-1,的KBrO3-KBr标准溶液30.00mL,酸化并放置。待反应完全后,加入过量的KI,再用0.1100ml·L-1,Na2S2O3标准溶液滴成的12,耗去Na2S2O3标准溶液11.80mL。则试样中C物质的量的计算表达式为:____________________________________(部分反应离子方程式:BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O;I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。
【解析】(1)依据碳酸性比苯酚的酸性强,弱酸盐与“强”酸发生的复分解反应,二氧化碳和苯酚钠反应生成苯酚,反应的方程式为:ONa+CO2+H2O→OH +NaHCO3;(2)加氢氧化钠溶液,氢氧化钠和苯酚反应生成溶于水的苯酚钠,乙酸和氢氧化钠反应生成乙酸钠;苯酚钠和乙酸钠溶液通过二氧化碳,苯酚钠和二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠和苯酚,而乙酸钠和二氧化碳不反应,苯酚在冷水中的溶解度较小,乙酸钠易溶于水,所以用分液的方法进行分离;(3)步骤1取少量苯酚放入a试管,加入少量蒸馏水,振荡,苯酚为有机物,在常温下在水中的溶解度不大,所以出现白色浑浊,步骤2:苯酚与溴发生取代反应,生成三溴苯酚白色沉淀,所以出现产生白色沉淀,苯酚和三氯化铁作用,形成络合物,呈现紫色。(4)称取一定量的苯酚试样,用水溶解后全部转移至1000mL容量瓶中定容.取此溶液25.00mL,苯酚物质的量为原溶液的,加入KBr O 3浓度为0.01667ml•L-1,的KBrO3、KBr标准溶液30.00mL,BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O,溴酸根离子的物质的量为0.01667ml•L-1×30.00×10-3L,生成的溴单质为3×0.01667ml•L-1×30.00×10-3L,苯酚与溴水反应,是苯酚分子中羟基对苯环影响,邻对位氢原子活泼,易于取代反应的化学方程式为:,从方程式可以看出1ml苯酚需3ml溴单质,1mlBr2~3ml苯酚,所以1mlBrO3-~3mlBr2~1ml苯酚,放置,待反应完全后,加入过量的KI,溴的氧化性比碘的氧化性强,故溴单质能从KI中置换出碘单质,即Br2+2KI=I2+2KBr,从方程式可以看出1ml能氧化2ml碘化钾,生成1ml碘,根据I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,知1ml碘需2mlS2O32-,Br2~2KI~I2~2S2O32-,综上可知剩余氧化碘化钾的溴为×0.1100ml/L×11.80×10-3L,与苯酚反应的溴水总的物质的量为3×0.01667ml•L-1×30.00×10-3L-×0.1100ml/L×11.80×10-3L,根据1mlBrO3-~3mlBr2~1ml苯酚,所以试样中苯酚的物质的量为:(3×0.01667ml•L-1×30.00×10-3L-×0.1100ml/L×11.80×10-3L)×。
【答案】(1)ONa+CO2+H2O→OH +NaHCO3(2)分液
(3)步骤1:出现白色浑浊 苯酚常温下溶解度不大
步骤2:滴入过量饱和溴水,振荡 苯酚与溴发生取代反应,生成三溴苯酚白色沉淀
步骤3:滴入几滴FeCl3溶液,振荡 溶液变为紫色
(4)(3×0.01667ml•L-1×30.00×10-3L-×0.1100ml/L×11.80×10-3L)×课程标准
课标解读
1.认识酚的组成和结构特点、性质、转化关系。
2.了解酚在生产、生活中的重要应用。
3.认识苯酚分子中苯环和羟基之间的相互影响。
1.了解羟基和苯环的相互影响,形成物质结构决定性质的理念。
2.通过了解苯酚及酚类的毒性及其对环境的危害,要合理应用。
结构简式
名称
苯酚
萘酚
邻甲基苯酚
类别
苯
甲苯
苯酚
结构简式
OH
氧化反应
不能被KMnO4酸性溶液氧化
可被KMnO4酸性溶液氧化
常温下在空气中被氧化,呈粉红色
取
代
反
应
溴的
状态
液溴
液溴
浓溴水
条件
催化剂
催化剂
无催化剂
特点
苯酚与溴的取代反应比苯、甲苯易进行
原因
酚羟基对苯环的影响使苯环上的邻、对位氢原子变得活泼,易被取代
与H2的
加成
反应
条件
催化剂、加热
催化剂、加热
催化剂、加热
结论
都含苯环,故都可发生加成反应
类别
脂肪醇
芳香醇
苯酚
官能团
醇羟基-OH
醇羟基-OH
酚羟基-OH
结构特点
-OH与链烃基相连
-OH与苯环侧链碳原子相连
-OH与苯环直接相连
主要化学性质
①与钠反应;②取代反应;
③消去反应;④氧化反应;
⑤酯化反应
①弱酸性;②取代反应;
③显色反应;④加成反应;
⑤与钠反应;⑥氧化反应
特性
灼热的铜丝插入醇中,有刺激性气味物质生成(醛或酮)
与FeCl3溶液反应显紫色
OH
苯宝宝装个纯(醇)
苯宝宝多虑(氯)了
实验操作
预期现象
现象解释
步骤1:取少量C放入a试管,加入少量蒸馏水,振荡
__________
____________________
步骤2:取少量C的稀溶液分装b、c两只试管,往b试管________________
产生白色沉淀
______________________________
步骤3:往c试管滴入几滴____________________
________________
C与加入的试剂发生显色反应
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