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高中化学苏教版 (2019)选择性必修3第二单元 芳香烃课文配套课件ppt
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这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修3第二单元 芳香烃课文配套课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了内容索引，自主预习新知导学，合作探究释疑解惑，课堂小结，课标定位素养阐释，常见性质，苯的化学性质，3加成反应，问题引领，归纳提升等内容，欢迎下载使用。
1.能说出芳香烃的来源及它们在生产和生活中的应用。能描述苯及其同系物的性质,并正确书写反应的化学方程式。2.会运用苯的结构特点,认识其化学性质的特殊性,并预测芳香烃的化学性质。3.宏观辨识与微观探析:从化学键的特殊性了解苯的结构特点,进而理解苯性质的特殊性。了解有机反应类型与分子结构特点的关系。证据推理与模型认知:根据平面正六边形模型,能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。
一、苯的结构和性质1.苯的分子组成及结构特点。
(1)苯分子为平面正六边形结构,分子中12个原子共平面。(2)苯的1H核磁共振谱图中只有一组峰,故说明苯分子中6个氢原子是等效的,所处的化学环境是完全相同的。说明苯环上的6个碳碳键完全相同,是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键。
【自主思考1】 苯的凯库勒式能否全面反映苯分子的结构?
提示:不能,苯的凯库勒式为 ,而苯分子中碳碳键完全相同。
【自主思考2】 哪些事实能够证明苯的分子结构中不存在单、双键交替?提示:苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色,苯的邻位二元取代物只有一种,证明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替结构。
二、芳香烃的来源与应用1.芳香烃的来源及其应用。(1)芳香烃最初来源于煤焦油中,而现代工业生产中主要通过石油化学工业中的催化重整和裂化等工艺获得芳香烃。(2)在芳香烃中,作为基本有机原料应用得最多的是苯、对二甲苯、乙苯等。生活中常见的包装材料、泡沫塑料、透明水杯、五颜六色的儿童玩具等,大多是由苯乙烯为单体聚合而成的聚苯乙烯制品。
2.苯的同系物。(1)定义:苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。(2)其分子中只有一个苯环,侧链都是烷基。
3.苯的同系物的化学性质。(1)氧化反应。①苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性高锰酸钾溶液氧化。只有与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,该有机物才能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
②苯的同系物均能燃烧,火焰明亮有浓烟,其完全燃烧的化学方程式的通式
(2)取代反应。甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在30 ℃时主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种取代产物;在100 ℃时则生成三硝基甲苯,化学方程式为
三硝基甲苯的系统命名为2,4,6-三硝基甲苯,它是一种不溶于水的淡黄色针状晶体,是一种黄色烈性炸药,俗称TNT,常用于国防和民用爆破。
4.芳香烃的分类和实例。
【自主思考3】 芳香烃、芳香族化合物以及苯的同系物之间是怎样的关系?请画图表示。
提示:芳香烃(A)是含有苯环的碳氢化合物。而芳香族化合物(B)是含有苯环的化合物,不只含有碳、氢元素。苯的同系物(C)是芳香烃中的一大类。三者关系为
【自主思考4】 如何鉴别苯和甲苯?提示:鉴别苯和甲苯的方法:滴加酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色的是甲苯。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)从苯的凯库勒式( )看,分子中含有碳碳双键,所以苯属于烯烃。( )(2)苯、甲苯均可使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色。( )(3)在催化剂作用下,苯与液溴反应生成溴苯,发生了加成反应。( )(4)苯的取代反应比其加成反应相对较容易。( )(5)苯及苯的同系物中都含有苯环,所以 是官能团。( )(6)甲苯在一定条件下与浓硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯,说明苯环对甲基产生了影响。( )
2.下列叙述中,错误的是( )。A.苯与浓硝酸、浓硫酸在50~60 ℃下可反应生成硝基苯B.甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应,主要生成2-氯甲苯或4-氯甲苯
C.乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为 (苯甲酸)
D.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷
答案:B解析:甲苯与氯气在光照下反应,甲基上的氢原子被取代而苯环上的氢原子不被取代,B项错误。
3.(1)由于苯的含碳量与乙炔相同,人们认为它是一种不饱和烃,写出C6H6的一种含三键且无支链的链烃的结构简式: 。 (2)苯不能使溴水因反应而褪色,性质类似烷烃,但能与液溴、浓硝酸等一定条件下发生取代反应,写出苯的硝化反应的化学方程式: 。 (3)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构,解释了苯的部分性质,但还有一些问题尚未解决,它不能解释的下列事实是 (填字母)。 A.苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色B.苯能与H2发生加成反应C.溴苯没有同分异构体D.邻二溴苯只有一种
(4)现代化学认为苯分子中的碳碳键是一种 的键。 (5)现有下列六种物质:
其中不属于芳香族化合物的是 ;属于芳香烃的是 ;属于苯的同系物的是 。
答案:(1)CH≡C—C≡C—CH2—CH3(合理即可)
(3)AD(4)介于单键和双键之间的独特(5)④ ②③⑤ ③
解析:(1)苯的分子式为C6H6,与同碳原子数烷烃相比少了8个氢原子,故C6H6为链烃时其分子中含2个
(5)分子中含有苯环的有机物都属于芳香族化合物,④中不含苯环,不符合要求;分子中含苯环且仅由C、H两种元素组成的有机物属于芳香烃,符合要求的有②③⑤;分子中含有一个苯环,且侧链为烷基的有机物属于苯的同系物,符合要求的只有③。
1.实验室制取溴苯(简易装置如图)。
回答下列问题:(1)该实验中能否用溴水代替液溴?提示:不能。苯与溴水不能发生取代反应生成溴苯。(2)请设计一种能验证苯与液溴发生的是取代反应而不是加成反应的方案。利用上述装置能否实现你的方案?若不能,应做何改进?提示:苯和溴发生取代反应能生成HBr气体,而发生加成反应不生成HBr气体。因此只需用硝酸银溶液检验产物中是否有HBr气体即可。不能。根据题中装置检验产物中的HBr,挥发出的Br2会产生干扰,应在烧瓶和锥形瓶之间连接一个盛有CCl4的洗气装置,吸收HBr气体中混有的Br2。
2.实验室制取硝基苯(装置如图)。
回答下列问题:(1)该反应中浓硫酸的作用是什么?提示:催化剂和吸水剂。(2)实验中为何需控制温度在50~60 ℃?提示:温度过低反应速率慢,温度过高会导致副反应发生。
(1)实验操作:①在三颈烧瓶中加入少量铁粉,向三颈烧瓶上的一个分液漏斗中加入5 mL苯和1 mL液溴的混合物。②另一个分液漏斗中加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液。③锥形瓶中加入蒸馏水,干燥管中加入碱石灰。④连接好仪器,检查装置的气密性。⑤先向三颈烧瓶中加入苯和液溴的混合物,观察三颈烧瓶和锥形瓶中出现的现象。⑥反应完毕,向三颈烧瓶中加入氢氧化钠溶液。
①三颈烧瓶内充满红棕色气体,液体呈现微沸状态。②锥形瓶内充满白雾。(3)实验结论:苯与液溴可以反应并有溴化氢生成,进而说明苯可以与卤素单质发生取代反应。(4)有关反应的化学方程式:
(5)实验注意事项:①加入铁粉是为了生成FeBr3催化剂;有水存在会影响催化剂的作用,必须用液溴与苯反应。②导管末端不可插入锥形瓶内液面以下,否则易发生倒吸。③溴苯的沸点较高(156.43 ℃),则溴苯留在烧瓶中,产物HBr挥发出来。④产物呈褐色是因为溴苯中溶有杂质溴,可用NaOH溶液洗涤产物除去溴,得到无色的溴苯。
2.苯的硝化反应。(1)实验操作:①在试管中将1.5 mL浓硝酸和2 mL 浓硫酸混合均匀。②混酸冷却到50 ℃以下,在不断振荡下逐滴加入约1 mL苯,塞好带导管的橡皮塞,在50~60 ℃的水浴中加热。③反应完毕后,将混合物倒入盛有水的烧杯中,观察生成物的状态。
(2)实验现象:混合物在水中分层,下层油状物质有苦杏仁气味。
(4)实验注意事项:①要将浓硫酸逐滴滴入浓硝酸中,且边加边搅拌,而不能将浓硝酸加入浓硫酸中,其原理跟用水稀释浓硫酸相同。②要向冷却后的混合酸中逐滴滴加苯,且边加边振荡,以防混合过程中产生大量的热。③硝基苯中常因混有NO2而呈淡黄色,除去硝基苯中溶解的NO2的方法是用稀NaOH溶液洗涤,再用分液漏斗分液。④采用水浴加热。⑤硝基苯有毒,应水封观察;若沾在皮肤上,应迅速用酒精洗去。
【例题1】 下图中A是制取溴苯的实验装置,B、C是改进后的装置。请仔细分析、对比三个装置,回答以下问题:
(1)写出三个装置中共同发生的两个反应的化学方程式: , ; 写出B中右边试管中所发生反应的化学方程式: 。 (2)装置A和C均采用了长玻璃导管,其作用是 。 (3)在装置B、C装好仪器及药品后要使反应开始,应对装置B进行的操作是 ; 应对装置C进行的操作是 。 (4)装置B、C较好地解决了A中加装药品和使装置及时密封的矛盾,方便了操作。A装置中这一问题在实验中造成的后果是 。
(5)B中采用了洗气瓶吸收装置,其作用是 ,反应后洗气瓶中可能出现的现象是 。 (6)B装置也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是 。
(2)导出HBr,兼起冷凝回流的作用(3)旋转分液漏斗的活塞,使溴和苯的混合液滴到铁粉上 向下移动铁丝,使铁丝伸入溴和苯的混合液中(4)Br2和苯的蒸气逸出,污染环境;使反应物利用率降低(5)吸收反应中随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气 CCl4由无色变成橙色(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中,原料利用率低;由于导管插入AgNO3溶液中,易产生倒吸
解析:苯在FeBr3作用下可与液溴发生取代反应生成HBr,同时生成 ,故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)来检验反应生成的HBr,进而证明确实发生了取代反应。但该反应放热,Br2、苯又易挥发,挥发出的Br2、苯进入空气中会造成污染,同时也使反应物的利用率降低。
苯性质实验的关键点1.苯的溴代反应。(1)反应物一定是卤素单质,如溴与苯的反应一定是液态溴,而不是溴水,苯与溴水不反应。(2)反应用三卤化铁作催化剂,无催化剂不反应。(3)该反应放热,常温下即可进行。2.苯的硝化反应。(1)反应中浓硫酸作催化剂和吸水剂,而非脱水剂。(2)为方便控制反应温度,减少反应物的挥发,反应中应采用水浴加热。
【变式训练1】 实验室制取硝基苯常用如右图装置:(1)苯的硝化反应是在浓硫酸和浓硝酸的混合酸中进行的,混合酸的添加顺序是先加 ,后加 。 (2)请写出该反应的化学方程式 。 (3)被水浴加热的试管口部都要带一长导管,其作用是 。 (4)纯净的硝基苯是无色、密度比水大的油状液体。实验中制得的硝基苯呈黄色,其原因是 ;如何除去? 。
答案:(1)浓硝酸 浓硫酸
(3)使苯蒸气冷凝回流,减少挥发(4)硝基苯中溶解了NO2 用稀NaOH溶液洗涤后分液
解析:浓硫酸和浓硝酸混合时,应先将浓硝酸注入容器中,再慢慢加入浓硫酸,并不断搅拌。由于浓硝酸受热分解产生NO2,溶解了NO2的硝基苯呈黄色,用稀NaOH溶液洗涤后分液。
1.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中,苯环与侧链之间发生了相互影响?提示:(1)苯环对侧链的影响,使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而烷烃不能。(2)侧链对苯环的影响,如甲苯与硝酸反应使苯环上甲基的邻位和对位的氢原子变得活泼,生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应一般生成硝基苯。
2.从苯分子结构的角度解释苯的加成反应为什么比取代反应要难。提示:苯的分子结构很稳定,加成反应破坏苯环的结构,破坏了一个稳定的结构需要外界提供更多的能量,因此苯的氢化加成需要较高的温度、高压和催化剂;而苯的取代反应没有破坏苯环的结构,所以比加成反应要容易进行,如苯的溴化反应在催化剂存在下即可发生。
苯和苯的同系物(以甲苯为例)化学性质的比较。
【例题2】 苯的同系物中,有的侧链能被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成芳香酸,反应如下:
(1)现有苯的同系物甲、乙,分子式都是C10H14。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸,它的结构简式是 ;乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸,则乙可能的结构有 种。 (2)有机物丙也是苯的同系物,分子式也是C10H14,它的苯环上的一溴代物只有一种。试写出丙所有可能的结构简式: 。
解析:由题给信息知,能被氧化为芳香酸的苯的同系物有两个共同点:①侧链与苯环相连的碳原子上有氢原子,②产物中羧基数目等于苯的同系物分子中能被氧化的侧链数目。若苯的同系物能被氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸(二元酸),说明苯环上有两个侧链,可能是两个乙基,也可能是一个甲基和一个丙基,而丙基又有两种结构[—CH2CH2CH3和—CH(CH3)2 ],两个侧链在苯环上的位置又有邻位、间位和对位3种可能,故分子式为C10H14、有两个侧链的苯的同系物有3×3=9种结构。分子式为C10H14的苯的同系物苯环上的一溴代物只有一种,其苯环上可能只有2个相同侧链且位于对位,或4个相同的侧链。
判断芳香烃同分异构体的数目,通常用到以下几种方法:(1)等效氢法:分子中完全对称的氢原子互为等效氢原子,其中引入一个新的原子或原子团时只形成一种物质;在移动原子或原子团时,要按照一定的顺序,避免重复或遗漏。(2)定一(或二)移一法:在苯环上连有两个新原子或原子团时,可固定一个,移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;在苯环上连有三个新的原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,再逐一插入第三个原子或原子团,从而确定出同分异构体的数目。(3)换元法:苯的同系物苯环上有多少种可被取代的氢原子,就有多少种取代产物。在苯环上的取代产物中,若有n个可被取代的氢原子,则m个取代基(m
解析:根据其结构可知,该有机物能够被酸性高锰酸钾溶液氧化,使其褪色;不能和溴水反应,但能萃取溴而使溴水褪色,A项错误。在FeBr3作催化剂的条件下,取代反应只能发生在苯环上,苯环上还剩5个氢原子,但是位置只有三种(即侧链的邻位、间位与对位),B项正确。苯环在一定条件下能和氢气发生加成反应,C项正确。苯环上的氢原子可以被硝基(—NO2)取代而发生硝化反应,D项正确。
1.能说出芳香烃的来源及它们在生产和生活中的应用。能描述苯及其同系物的性质,并正确书写反应的化学方程式。2.会运用苯的结构特点,认识其化学性质的特殊性,并预测芳香烃的化学性质。3.宏观辨识与微观探析:从化学键的特殊性了解苯的结构特点,进而理解苯性质的特殊性。了解有机反应类型与分子结构特点的关系。证据推理与模型认知:根据平面正六边形模型,能判断含苯环有机物分子中原子之间的空间位置关系。
一、苯的结构和性质1.苯的分子组成及结构特点。
(1)苯分子为平面正六边形结构,分子中12个原子共平面。(2)苯的1H核磁共振谱图中只有一组峰,故说明苯分子中6个氢原子是等效的,所处的化学环境是完全相同的。说明苯环上的6个碳碳键完全相同,是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键。
【自主思考1】 苯的凯库勒式能否全面反映苯分子的结构?
提示:不能,苯的凯库勒式为 ,而苯分子中碳碳键完全相同。
【自主思考2】 哪些事实能够证明苯的分子结构中不存在单、双键交替?提示:苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色,苯的邻位二元取代物只有一种,证明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替结构。
二、芳香烃的来源与应用1.芳香烃的来源及其应用。(1)芳香烃最初来源于煤焦油中,而现代工业生产中主要通过石油化学工业中的催化重整和裂化等工艺获得芳香烃。(2)在芳香烃中,作为基本有机原料应用得最多的是苯、对二甲苯、乙苯等。生活中常见的包装材料、泡沫塑料、透明水杯、五颜六色的儿童玩具等,大多是由苯乙烯为单体聚合而成的聚苯乙烯制品。
2.苯的同系物。(1)定义:苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代后的产物。(2)其分子中只有一个苯环,侧链都是烷基。
3.苯的同系物的化学性质。(1)氧化反应。①苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化,甲苯、二甲苯等苯的同系物能被酸性高锰酸钾溶液氧化。只有与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,该有机物才能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
②苯的同系物均能燃烧,火焰明亮有浓烟,其完全燃烧的化学方程式的通式
(2)取代反应。甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在30 ℃时主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种取代产物;在100 ℃时则生成三硝基甲苯,化学方程式为
三硝基甲苯的系统命名为2,4,6-三硝基甲苯,它是一种不溶于水的淡黄色针状晶体,是一种黄色烈性炸药,俗称TNT,常用于国防和民用爆破。
4.芳香烃的分类和实例。
【自主思考3】 芳香烃、芳香族化合物以及苯的同系物之间是怎样的关系?请画图表示。
提示:芳香烃(A)是含有苯环的碳氢化合物。而芳香族化合物(B)是含有苯环的化合物,不只含有碳、氢元素。苯的同系物(C)是芳香烃中的一大类。三者关系为
【自主思考4】 如何鉴别苯和甲苯?提示:鉴别苯和甲苯的方法:滴加酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色的是甲苯。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)从苯的凯库勒式( )看,分子中含有碳碳双键,所以苯属于烯烃。( )(2)苯、甲苯均可使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色。( )(3)在催化剂作用下,苯与液溴反应生成溴苯,发生了加成反应。( )(4)苯的取代反应比其加成反应相对较容易。( )(5)苯及苯的同系物中都含有苯环,所以 是官能团。( )(6)甲苯在一定条件下与浓硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯,说明苯环对甲基产生了影响。( )
2.下列叙述中,错误的是( )。A.苯与浓硝酸、浓硫酸在50~60 ℃下可反应生成硝基苯B.甲苯与氯气在光照下发生一元取代反应,主要生成2-氯甲苯或4-氯甲苯
C.乙苯可被酸性高锰酸钾溶液氧化为 (苯甲酸)
D.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷
答案:B解析:甲苯与氯气在光照下反应,甲基上的氢原子被取代而苯环上的氢原子不被取代,B项错误。
3.(1)由于苯的含碳量与乙炔相同,人们认为它是一种不饱和烃,写出C6H6的一种含三键且无支链的链烃的结构简式: 。 (2)苯不能使溴水因反应而褪色,性质类似烷烃,但能与液溴、浓硝酸等一定条件下发生取代反应,写出苯的硝化反应的化学方程式: 。 (3)1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构,解释了苯的部分性质,但还有一些问题尚未解决,它不能解释的下列事实是 (填字母)。 A.苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色B.苯能与H2发生加成反应C.溴苯没有同分异构体D.邻二溴苯只有一种
(4)现代化学认为苯分子中的碳碳键是一种 的键。 (5)现有下列六种物质:
其中不属于芳香族化合物的是 ;属于芳香烃的是 ;属于苯的同系物的是 。
答案:(1)CH≡C—C≡C—CH2—CH3(合理即可)
(3)AD(4)介于单键和双键之间的独特(5)④ ②③⑤ ③
解析:(1)苯的分子式为C6H6,与同碳原子数烷烃相比少了8个氢原子,故C6H6为链烃时其分子中含2个
(5)分子中含有苯环的有机物都属于芳香族化合物,④中不含苯环,不符合要求;分子中含苯环且仅由C、H两种元素组成的有机物属于芳香烃,符合要求的有②③⑤;分子中含有一个苯环,且侧链为烷基的有机物属于苯的同系物,符合要求的只有③。
1.实验室制取溴苯(简易装置如图)。
回答下列问题:(1)该实验中能否用溴水代替液溴?提示:不能。苯与溴水不能发生取代反应生成溴苯。(2)请设计一种能验证苯与液溴发生的是取代反应而不是加成反应的方案。利用上述装置能否实现你的方案?若不能,应做何改进?提示:苯和溴发生取代反应能生成HBr气体,而发生加成反应不生成HBr气体。因此只需用硝酸银溶液检验产物中是否有HBr气体即可。不能。根据题中装置检验产物中的HBr,挥发出的Br2会产生干扰,应在烧瓶和锥形瓶之间连接一个盛有CCl4的洗气装置,吸收HBr气体中混有的Br2。
2.实验室制取硝基苯(装置如图)。
回答下列问题:(1)该反应中浓硫酸的作用是什么?提示:催化剂和吸水剂。(2)实验中为何需控制温度在50~60 ℃?提示:温度过低反应速率慢,温度过高会导致副反应发生。
(1)实验操作:①在三颈烧瓶中加入少量铁粉,向三颈烧瓶上的一个分液漏斗中加入5 mL苯和1 mL液溴的混合物。②另一个分液漏斗中加入30 mL 10%的氢氧化钠溶液。③锥形瓶中加入蒸馏水,干燥管中加入碱石灰。④连接好仪器,检查装置的气密性。⑤先向三颈烧瓶中加入苯和液溴的混合物,观察三颈烧瓶和锥形瓶中出现的现象。⑥反应完毕,向三颈烧瓶中加入氢氧化钠溶液。
①三颈烧瓶内充满红棕色气体,液体呈现微沸状态。②锥形瓶内充满白雾。(3)实验结论:苯与液溴可以反应并有溴化氢生成,进而说明苯可以与卤素单质发生取代反应。(4)有关反应的化学方程式:
(5)实验注意事项:①加入铁粉是为了生成FeBr3催化剂;有水存在会影响催化剂的作用,必须用液溴与苯反应。②导管末端不可插入锥形瓶内液面以下,否则易发生倒吸。③溴苯的沸点较高(156.43 ℃),则溴苯留在烧瓶中,产物HBr挥发出来。④产物呈褐色是因为溴苯中溶有杂质溴,可用NaOH溶液洗涤产物除去溴,得到无色的溴苯。
2.苯的硝化反应。(1)实验操作:①在试管中将1.5 mL浓硝酸和2 mL 浓硫酸混合均匀。②混酸冷却到50 ℃以下,在不断振荡下逐滴加入约1 mL苯,塞好带导管的橡皮塞,在50~60 ℃的水浴中加热。③反应完毕后,将混合物倒入盛有水的烧杯中,观察生成物的状态。
(2)实验现象:混合物在水中分层,下层油状物质有苦杏仁气味。
(4)实验注意事项:①要将浓硫酸逐滴滴入浓硝酸中,且边加边搅拌,而不能将浓硝酸加入浓硫酸中,其原理跟用水稀释浓硫酸相同。②要向冷却后的混合酸中逐滴滴加苯,且边加边振荡,以防混合过程中产生大量的热。③硝基苯中常因混有NO2而呈淡黄色,除去硝基苯中溶解的NO2的方法是用稀NaOH溶液洗涤,再用分液漏斗分液。④采用水浴加热。⑤硝基苯有毒,应水封观察;若沾在皮肤上,应迅速用酒精洗去。
【例题1】 下图中A是制取溴苯的实验装置,B、C是改进后的装置。请仔细分析、对比三个装置,回答以下问题:
(1)写出三个装置中共同发生的两个反应的化学方程式: , ; 写出B中右边试管中所发生反应的化学方程式: 。 (2)装置A和C均采用了长玻璃导管,其作用是 。 (3)在装置B、C装好仪器及药品后要使反应开始,应对装置B进行的操作是 ; 应对装置C进行的操作是 。 (4)装置B、C较好地解决了A中加装药品和使装置及时密封的矛盾,方便了操作。A装置中这一问题在实验中造成的后果是 。
(5)B中采用了洗气瓶吸收装置,其作用是 ,反应后洗气瓶中可能出现的现象是 。 (6)B装置也存在两个明显的缺点,使实验的效果不好或不能正常进行。这两个缺点是 。
(2)导出HBr,兼起冷凝回流的作用(3)旋转分液漏斗的活塞,使溴和苯的混合液滴到铁粉上 向下移动铁丝,使铁丝伸入溴和苯的混合液中(4)Br2和苯的蒸气逸出,污染环境;使反应物利用率降低(5)吸收反应中随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气 CCl4由无色变成橙色(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中,原料利用率低;由于导管插入AgNO3溶液中,易产生倒吸
解析:苯在FeBr3作用下可与液溴发生取代反应生成HBr,同时生成 ,故可用AgNO3溶液(HNO3酸化)来检验反应生成的HBr,进而证明确实发生了取代反应。但该反应放热,Br2、苯又易挥发,挥发出的Br2、苯进入空气中会造成污染,同时也使反应物的利用率降低。
苯性质实验的关键点1.苯的溴代反应。(1)反应物一定是卤素单质,如溴与苯的反应一定是液态溴,而不是溴水,苯与溴水不反应。(2)反应用三卤化铁作催化剂,无催化剂不反应。(3)该反应放热,常温下即可进行。2.苯的硝化反应。(1)反应中浓硫酸作催化剂和吸水剂,而非脱水剂。(2)为方便控制反应温度,减少反应物的挥发,反应中应采用水浴加热。
【变式训练1】 实验室制取硝基苯常用如右图装置:(1)苯的硝化反应是在浓硫酸和浓硝酸的混合酸中进行的,混合酸的添加顺序是先加 ,后加 。 (2)请写出该反应的化学方程式 。 (3)被水浴加热的试管口部都要带一长导管,其作用是 。 (4)纯净的硝基苯是无色、密度比水大的油状液体。实验中制得的硝基苯呈黄色,其原因是 ;如何除去? 。
答案:(1)浓硝酸 浓硫酸
(3)使苯蒸气冷凝回流,减少挥发(4)硝基苯中溶解了NO2 用稀NaOH溶液洗涤后分液
解析:浓硫酸和浓硝酸混合时,应先将浓硝酸注入容器中,再慢慢加入浓硫酸,并不断搅拌。由于浓硝酸受热分解产生NO2,溶解了NO2的硝基苯呈黄色,用稀NaOH溶液洗涤后分液。
1.哪些实验事实说明在苯的同系物分子中,苯环与侧链之间发生了相互影响?提示:(1)苯环对侧链的影响,使得苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而烷烃不能。(2)侧链对苯环的影响,如甲苯与硝酸反应使苯环上甲基的邻位和对位的氢原子变得活泼,生成三硝基甲苯,而苯与硝酸反应一般生成硝基苯。
2.从苯分子结构的角度解释苯的加成反应为什么比取代反应要难。提示:苯的分子结构很稳定,加成反应破坏苯环的结构,破坏了一个稳定的结构需要外界提供更多的能量,因此苯的氢化加成需要较高的温度、高压和催化剂;而苯的取代反应没有破坏苯环的结构,所以比加成反应要容易进行,如苯的溴化反应在催化剂存在下即可发生。
苯和苯的同系物(以甲苯为例)化学性质的比较。
【例题2】 苯的同系物中,有的侧链能被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成芳香酸,反应如下:
(1)现有苯的同系物甲、乙,分子式都是C10H14。甲不能被酸性高锰酸钾溶液氧化为芳香酸,它的结构简式是 ;乙能被酸性高锰酸钾溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸,则乙可能的结构有 种。 (2)有机物丙也是苯的同系物,分子式也是C10H14,它的苯环上的一溴代物只有一种。试写出丙所有可能的结构简式: 。
解析:由题给信息知,能被氧化为芳香酸的苯的同系物有两个共同点:①侧链与苯环相连的碳原子上有氢原子,②产物中羧基数目等于苯的同系物分子中能被氧化的侧链数目。若苯的同系物能被氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸(二元酸),说明苯环上有两个侧链,可能是两个乙基,也可能是一个甲基和一个丙基,而丙基又有两种结构[—CH2CH2CH3和—CH(CH3)2 ],两个侧链在苯环上的位置又有邻位、间位和对位3种可能,故分子式为C10H14、有两个侧链的苯的同系物有3×3=9种结构。分子式为C10H14的苯的同系物苯环上的一溴代物只有一种,其苯环上可能只有2个相同侧链且位于对位,或4个相同的侧链。
判断芳香烃同分异构体的数目,通常用到以下几种方法:(1)等效氢法:分子中完全对称的氢原子互为等效氢原子,其中引入一个新的原子或原子团时只形成一种物质;在移动原子或原子团时,要按照一定的顺序,避免重复或遗漏。(2)定一(或二)移一法:在苯环上连有两个新原子或原子团时,可固定一个,移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;在苯环上连有三个新的原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,再逐一插入第三个原子或原子团,从而确定出同分异构体的数目。(3)换元法:苯的同系物苯环上有多少种可被取代的氢原子,就有多少种取代产物。在苯环上的取代产物中,若有n个可被取代的氢原子,则m个取代基(m
解析:根据其结构可知,该有机物能够被酸性高锰酸钾溶液氧化,使其褪色;不能和溴水反应,但能萃取溴而使溴水褪色,A项错误。在FeBr3作催化剂的条件下,取代反应只能发生在苯环上,苯环上还剩5个氢原子,但是位置只有三种(即侧链的邻位、间位与对位),B项正确。苯环在一定条件下能和氢气发生加成反应,C项正确。苯环上的氢原子可以被硝基(—NO2)取代而发生硝化反应,D项正确。
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