人教版 (2019)选择性必修3第三节 芳香烃优秀学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修3第三节 芳香烃优秀学案及答案，共15页。

一、苯
分子里含有一个或多个苯环的烃类化合物属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。
1．苯的物理性质
2.苯的分子结构
(1)实验探究
(2)苯的分子结构
3．苯的化学性质
(1)氧化反应——可燃性
化学方程式：2＋15O2eq \(――→,\s\up7(点燃))12CO2＋6H2O(火焰明亮，产生浓重的黑烟)。
(2)取代反应
①苯与液溴：
＋Br2eq \(――→,\s\up7(FeBr3))＋HBr↑；
溴苯
纯净的溴苯是一种无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水的大。
②苯的硝化反应：＋HO—NO2eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))＋H2O；
硝基苯
纯净的硝基苯是一种无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大。
③苯的磺化反应：＋HO—SO3Heq \(,\s\up7(△))＋H2O；
苯磺酸
苯磺酸易溶于水，是一种强酸，可以看作硫酸分子里的一个羟基被苯环取代的产物。
(3)加成反应
苯的大π键比较稳定，通常状态下不易发生加成反应，在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应：＋3H2eq \(――→,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))。
环己烷
(1)1 ml苯可以与3 ml H2发生加成反应，说明苯分子中含有3个碳碳双键( )
(2)乙烯、乙炔和苯都属于不饱和烃，所以它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(3)苯与溴水在FeBr3作催化剂时可发生取代反应( )
(4)除去溴苯中的溴可采用加入氢氧化钠溶液分液的方法( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
1．苯环实际上不具有碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，可以作为证据的事实有( )
①苯的间位二取代物只有一种 ②苯的邻位二取代物只有一种 ③苯分子中碳碳键的键长均相等
④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 ⑤苯在加热和催化剂存在条件下，与氢气发生加成反应 ⑥苯在FeBr3存在的条件下，与液溴发生取代反应，但不能因化学变化而使溴水褪色
A．①②③④ B．②③④⑥
C．③④⑤⑥ D．全部
答案 B
解析 苯不能因化学变化使溴水褪色，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，都说明苯分子中没有碳碳双键；若苯环上具有碳碳单键和碳碳双键交替的结构，碳碳键的键长应该不等(双键键长比单键键长短)，其邻位二氯取代物应该有和两种。
2.实验室制取硝基苯的反应装置如图所示，下列关于实验操作的叙述错误的是( )
A．试剂加入顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，最后加入苯
B．实验时，水浴温度需控制在50～60 ℃
C．长玻璃导管兼起冷凝回流苯和硝酸的作用，以提高反应物的转化率
D．反应后的混合液经水洗、碱溶液洗涤、结晶，得到硝基苯
答案 D
解析 通过蒸馏的方法得到硝基苯。
3．溴苯是不溶于水的液体，常温下不与酸、碱反应，可用如图装置制取(该反应放出热量)。制取时观察到烧瓶中有大量红棕色蒸气，锥形瓶中导管口有白雾出现等现象。
下列说法正确的是( )
A．向反应后的锥形瓶中的“蒸馏水”加入AgNO3溶液，若出现浅黄色沉淀，即可证明苯与溴一定发生了取代反应
B．白雾出现是因为HBr易挥发且极易溶于水
C．装置图中长直玻璃导管的作用只是导气
D．溴苯中溶有少量的溴，可用CCl4萃取后分液除去
答案 B
解析 因制取时观察到烧瓶中有大量红棕色蒸气，说明溴易挥发，则蒸馏水中含有挥发出的溴，加入AgNO3溶液，也会出现浅黄色沉淀，则不能证明苯与溴一定发生了取代反应，故A错误；HBr易挥发且溶于水易形成白雾，故B正确；苯和溴在催化剂的作用下反应剧烈，可以达到沸腾，使苯和溴成为蒸气，在经过长导管时，可以将之冷凝并回流下来，则长导管的作用是导气和冷凝回流，故C错误；溴苯和溴都易溶于CCl4，不能用CCl4萃取分离溴苯和溴，故D错误。
二、苯的同系物
苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物称为苯的同系物，通式为CnH2n－6(n≥7)。
1．常见的苯的同系物
甲苯：
乙苯：
邻二甲苯：
间二甲苯：
对二甲苯：
若将苯环上的6个碳原子编号，某甲基所连碳原子为1号，选取最小位次号给另一碳原子编号，则二甲苯的三种同分异构体命名为邻二甲苯：1,2-二甲苯，间二甲苯：1,3-二甲苯，对二甲苯：1,4-二甲苯。
2．苯的同系物的物理性质
一般具有类似苯的气味，无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
3．苯的同系物的化学性质(以甲苯为例)
(1)实验探究
①
②
(2)化学性质
苯的同系物都含有苯环和烷基，其化学性质与苯和烷烃类似，由于苯环与烷基之间存在相互作用，所以化学性质又有差异，如甲苯中甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被取代，而苯环也使甲基活化，易被氧化。
①氧化反应
a．苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。
eq \(――――→,\s\up7(酸性高锰),\s\d5(酸钾溶液))
苯的同系物侧链的烷基中，直接与苯环连接的碳原子上没有氢原子时，该物质一般不能被KMnO4(H＋)氧化为苯甲酸。
b．燃烧的通式：CnH2n－6＋eq \f(3n－3,2)O2eq \(――→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n－3)H2O。
②取代反应
甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下可以发生取代反应，硝基取代的位置以甲基的邻、对位为主。其中生成三硝基取代物的化学方程式为＋3HO—NO2eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))＋3H2O。
2，4，6-三硝基甲苯TNT
③加成反应
在Pt作催化剂和加热的条件下，甲苯与氢气能发生类似苯与氢气的加成反应。化学方程式：＋3H2eq \(――→,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))。
(1)苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物中都含有苯环，所以是官能团( )
(2)、都是苯的同系物( )
(3)苯的同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色( )
(4)甲苯在一定条件下与硝酸反应生成2,4,6-三硝基甲苯，说明苯环对甲基产生了影响( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
1．在光照条件下，甲苯与氯气能发生类似甲烷与氯气的取代反应，请写出可能的有机产物的结构简式。分离提纯这些有机化合物的方法是什么？
提示 、、。这些有机化合物可用蒸馏法分离。
2．在FeBr3催化下，甲苯与溴发生取代反应可以生成一溴代甲苯，请写出该反应的主要有机产物的结构简式，并从化学键和官能团的角度分析反应中有机化合物的变化。
提示 、。由于甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化，导致邻、对位上的C—H更易断裂，从而更容易发生溴代反应。
3．对比苯与甲苯的结构，以及二者发生硝化反应的产物，你能得出什么结论？
提示 甲苯比苯更容易发生取代反应，且能生成邻、对位三取代产物。
1．下列有关甲苯的实验事实中，能说明甲基对苯环有影响或苯环对甲基有影响的是( )
①甲苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物反应生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯
②甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色而苯不能
③甲苯燃烧产生带浓烟的火焰
④1 ml甲苯与3 ml H2发生加成反应
A．①③ B．②④ C．①② D．③④
答案 C
解析 由于甲基对苯环的影响，使苯环上与甲基相连的碳原子的邻、对位碳原子上的氢原子变得活泼，更容易被取代，①正确；由于苯环对甲基的影响，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正确。
2．(2023·上海闵行高二期末)甲苯的转化关系如图所示(部分产物未标出)。下列说法正确的是( )
A．反应①的主要产物是
B．反应②说明甲基使苯环上的氢原子易被取代
C．反应③的两种物质刚混合时分层，上层呈紫红色
D．反应④的产物的一氯取代物有4种(不考虑立体异构)
答案 B
解析 由图可知，反应①为光照下进行取代，氯原子取代甲基上的氢原子，A错误；甲苯的密度小于高锰酸钾溶液，刚混合时分层，下层呈紫红色，C错误；由图可知，反应④的产物为甲基环己烷，含有5种等效氢，即一氯取代物有5种，D错误。
(1)芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系
(2)稠环芳香烃
由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子的芳香烃，如、。
萘C10H8蒽C14H10
题组一 苯的结构和性质
1．下列有关苯分子的说法不正确的是( )
A．苯分子中C原子以sp3杂化方式成键，键间夹角为120°，故为平面正六边形结构
B．每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道，垂直于碳环所在平面，相互平行重叠形成大π键
C．大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为6中心6电子大π键
D．苯分子中12个原子共面，六个碳碳键完全相同
答案 A
解析 苯分子中C原子均采取sp2杂化，A错误。
2．下列区分苯和己烯的实验方法正确的是( )
A．分别点燃，无黑烟生成的是苯
B．分别加入溴水，振荡，静置后分层，下层橙红色消失的是己烯
C．分别加入溴水，振荡，静置后分层，上层橙红色消失的是苯
D．分别加入酸性KMnO4溶液、振荡，紫色消失的是己烯
答案 D
解析 苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水因发生化学反应而褪色，但己烯可以；苯中加入溴水，会将溴从溴水中萃取出来，使水层(下层)褪色，而苯层(上层)则呈橙红色；苯与己烯在燃烧时都会产生黑烟。
3．苯可发生如图所示反应，下列叙述错误的是( )
A．反应①为取代反应，所得有机产物密度比水小
B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟
C．反应③为取代反应，有机产物是一种芳香族化合物
D．反应④中1 ml 苯最多与3 ml H2在加热、催化剂作用下发生加成反应
答案 A
解析 苯与液溴在FeBr3作用下发生取代反应生成溴苯和HBr，溴苯的密度大于水，A错误；苯的含碳量高，燃烧时发出明亮火焰并伴有浓重的黑烟，B正确；反应③为取代反应，苯与浓硝酸在50～60 ℃、浓硫酸作催化剂的条件下反应生成硝基苯和水，硝基苯属于芳香族化合物，C正确。
题组二 与苯有关的化学实验
4．实验室制备硝基苯的反应装置如图所示(在50～60 ℃下发生反应，加热、控温装置已略去)。下列有关说法错误的是( )
A．球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物
B．配制混合酸时，应将浓硫酸沿器壁慢慢倒入浓硝酸中，并不断搅拌
C．反应结束后，液体分层，下层为淡黄色油状液体
D．提纯硝基苯的操作依次为洗涤、过滤、干燥、蒸馏
答案 D
解析 A项，由于有机物易挥发，所以球形冷凝管的作用是冷凝回流反应物，提高原料利用率，正确；B项，浓硫酸溶于水时放出大量的热，且浓硫酸的密度大于浓硝酸的密度，因此配制混合酸时，应将浓硫酸沿器壁慢慢倒入浓硝酸中，并不断搅拌，正确；C项，硝基苯的密度大于水，且二者不互溶，故反应结束后，液体分层，下层为淡黄色油状液体，正确；D项，硝基苯不溶于水，提纯硝基苯的操作依次为洗涤、分液、干燥、蒸馏，错误。
5．(2023·郑州高二统考)溴苯是一种化工原料，实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下：
下列有关溴苯制备的说法正确的是( )
A．图中仪器a是玻璃棒
B．反应过程中三颈烧瓶内有白雾，是生成的HBr气体形成的酸雾
C．烧杯中NaOH溶液的作用是吸收生成的溴苯，同时除去HBr气体
D．分离操作后得到的粗溴苯，要进一步提纯，必须进行过滤操作
答案 B
解析 图中仪器a是温度计，故A错误；苯与溴反应生成HBr气体，HBr气体极易溶于水，在空气中与水蒸气结合形成小液滴，产生白雾，故B正确；生成的溴苯中溶有少量溴和HBr，用NaOH溶液除去溴和HBr，故C错误；未反应的苯溶于溴苯，若要除去苯，需用蒸馏的方式，故D错误。
6．(2022·湖南衡阳八中高二月考)下列试剂可将甲苯、溴苯、水和NaOH溶液区分开的是( )
A．盐酸 B．溴的四氯化碳溶液
C．溴水 D．硝酸钠溶液
答案 C
解析 甲苯能萃取溴水中的溴单质，溶液分层，上层为橙红色、下层为无色；溴苯能萃取溴水中的溴单质，溶液分层，下层为橙红色，上层为无色；溴水与水混合无明显现象；溴水与NaOH溶液反应生成无色物质，溴水褪色。
题组三 苯的同系物及芳香烃的结构与性质
7．下列说法正确的是( )
A．、、都是苯的同系物
B．苯和甲苯都能发生取代反应
C．的一氯代物有8种
D．甲苯和苯乙烯都能使溴水褪色，两者褪色原理相同
答案 B
解析 苯的同系物指的是仅含一个苯环且苯环上的侧链均为烷基的芳香烃，故、都不是苯的同系物，A项错误；该物质是具有对称结构的芳香烃，故其一氯代物只有4种()，C项错误；甲苯使溴水褪色是由于甲苯将溴从溴水中萃取出来，发生的是物理变化，苯乙烯使溴水褪色是由于苯乙烯与溴发生了加成反应，发生的是化学变化，两者褪色原理不同，D项错误。
8．(2023·苏州高二检测)下列苯的同系物的名称不正确的是( )
A．对二甲苯
B．乙苯
C．1,2,3-三甲苯
D．1,3,4-三甲苯
答案 D
解析 的甲基在1,2,4号碳原子上，命名为1,2,4-三甲苯，故D错误。
9．某有机物的结构简式如图，则下列说法正确的是( )
A．该物质为苯的同系物
B．该物质的一氯代物有4种
C．该物质的分子式为C12H11
D．在FeBr3作催化剂时，该物质可以和溴水发生取代反应
答案 B
解析 A项，该物质中含有两个苯环，不属于苯的同系物，错误；B项，该物质分子结构对称，故该物质的一氯代物有4种()，正确；C项，由该物质的分子结构可知，其分子式为C12H12，错误；D项，在FeBr3作催化剂时，该物质可以和液溴发生取代反应，而不是溴水，错误。
10．美国马丁·卡普拉斯等三位科学家因在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献，获得了诺贝尔化学奖。他们模拟出了1,6-二苯基-1,3,5-己三烯的分子模型，其结构简式如图所示。下列说法正确的是( )
A．该有机物属于芳香烃，与苯互为同系物
B．该有机物的分子式为C18H18
C．该有机物的分子中所有原子不可能在同一个平面内
D．该有机物可以发生氧化反应、取代反应、加成反应
答案 D
解析 苯的同系物分子中只有1个苯环，而该物质分子中含有2个苯环，且含碳碳双键，不是苯的同系物，但只含C、H元素，属于芳香烃，故A错误；由结构简式可知，该有机物的分子式为C18H16，故B错误；该有机物中所有原子可能在同一平面内，故C错误；苯环上的H原子可发生取代反应，碳碳双键可发生氧化、加成反应，故D正确。
11．实验室制备溴苯的实验装置及步骤如下：
步骤1：在a中加入15 mL苯和少量铁屑，再将b中4 mL液溴慢慢滴入a中，充分反应。
步骤2：向a中加入10 mL水，然后过滤。
步骤3：将滤液依次用10 mL水、8 mL 10%的稀NaOH溶液、10 mL水洗涤。
步骤4：向粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤，得到粗产品，然后蒸馏得到溴苯。
下列说法错误的是( )
A．步骤1中液溴慢慢滴入是为了防止反应剧烈放出大量的热而使反应物挥发，从而导致产率降低
B．步骤2的目的是除去未反应的铁屑
C．步骤3中用10%的稀NaOH溶液洗涤，除去的杂质只有HBr
D．步骤4中加入少量无水氯化钙是为了除水，蒸馏是为了除苯
答案 C
解析 A项，由于苯与液溴的反应为放热反应，且苯和溴的沸点较低，故步骤1中液溴慢慢滴入是为了防止反应剧烈放出大量的热而使反应物挥发，从而导致产率降低，正确；B项，步骤2中过滤操作的目的是除去未反应的铁屑，正确；C项，步骤3中用10%的稀NaOH溶液洗涤主要是为了除去溴化氢和未反应完的溴单质，错误；D项，无水氯化钙吸收水且不与其他物质反应，故步骤4中加入少量无水氯化钙的目的是除水，蒸馏的目的是除苯，从而得到纯净的溴苯，正确。
12．在探索苯分子结构的过程中，人们写出了符合分子式“C6H6”的多种可能结构(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．五种物质均能与氢气发生加成反应
B．b、c、e的一氯代物均有三种(不考虑立体异构)
C．五种物质中，只有a分子的所有原子处于同一平面
D．a、b、c、e能使溴的四氯化碳溶液褪色
答案 C
解析 A项，d不能发生加成反应；B项，c、e只有2种一氯代物；D项，a不能使溴的四氯化碳溶液褪色。
13．已知：①R—NO2eq \(――→,\s\up7(Fe),\s\d5(HCl))R—NH2；
②＋HO—SO3Heq \(,\s\up7(70～80 ℃))＋H2O；
③苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。
以下是用苯做原料制备某些化合物的转化关系图：
(1)A是一种密度比水________(填“小”或“大”)的无色液体；A转化为B的化学方程式是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)在“eq \(――→,\s\up7(a))Ceq \(――→,\s\up7(b))Deq \(――→,\s\up7(c))”的所有反应中属于取代反应的是________(填字母，下同)，属于加成反应的是________；用核磁共振氢谱可以证明化合物D中有________种处于不同化学环境的氢原子。
(3)B的苯环上的二氯代物有________种；CH3NH2的所有原子________(填“可能”或“不可能”)在同一平面上。
答案 (1)大 ＋CH3Cleq \(―――→,\s\up7(催化剂))＋HCl (2)ab c 3 (3)6 不可能
解析 (1)结合框图中苯转化为A的条件可知，A为硝基苯。运用逆推法可确定B中苯环上甲基的位置，得出B的结构简式为。
(2)由苯到的各个转化条件可知C为，D为，从而可推知各个反应的反应类型。
(3)CH3NH2可看成CH4中的一个氢原子被—NH2取代，CH4的空间结构为正四面体形，因此CH3NH2的所有原子不可能在同一平面上。
14．(2023·河南信阳高二期末)硝基苯可用于生产染料、香料、炸药等。实验室可用浓硫酸、浓硝酸、苯为原料制备一定量的硝基苯(硝基苯的密度为1.2 g·cm－3，沸点为210 ℃；苯的密度为0.88 g·cm－3，沸点为80.1 ℃)。
Ⅰ.粗硝基苯的制备，制备装置如图1所示(夹持及加热装置省略)：
实验操作：将50 mL浓硫酸缓慢加入35 mL浓硝酸(约含0.5 ml HNO3)中，然后向混合酸中加入39 mL苯于容器a中，然后水浴55～60 ℃加热约15 min，使其充分反应。
(1)方框甲中的仪器是______________形冷凝管，仪器a的容积以________(填字母)mL为宜。
A．150 B．200 C．500 D．1 000
(2)水浴加热时，除需要水浴锅、热源外，还必须使用的一种玻璃仪器是______________。
Ⅱ.硝基苯精制
实验操作：将a中混合液与适量稀NaOH溶液混合，然后进行充分振荡、静置、分液，接着依次进行水洗→X→蒸馏(蒸馏装置如图2所示)。
(3)水洗的目的是______________，操作X所用试剂应具有的一种性质是______________。
(4)蒸馏过程中仪器c至少需要使用______________个(次)；向乙中通冷却水与加热烧瓶的顺序是______________，若最终得到36 mL精制产品，则硝基苯的产率是______________(保留三位有效数字)。
答案 (1)球(蛇) B (2)温度计 (3)除去残留的NaOH和生成的可溶性盐 吸水性 (4)2 通冷却水、加热烧瓶 79.8%
解析 (1)由于硝基苯的沸点为210 ℃，苯的沸点为80.1 ℃，为减少苯的挥发，提高反应物的利用率，方框甲中应采用球(蛇)形冷凝管，冷凝回流；加热时，三颈烧瓶中液体体积不宜超过其容积的eq \f(2,3)，不宜少于其容积的eq \f(1,3)，三种液体体积之和约为124 mL，故选用200 mL的三颈烧瓶较好，B项正确。(3)反应后混合液中含有没反应完的硝酸及催化剂硫酸，用NaOH溶液将它们转化为溶于水的盐除去，故相应的操作是充分振荡、静置，然后分液；分液所得产品中残留有NaOH和生成的可溶性盐，再通过水洗除去，然后用干燥剂除去残留的水，因此操作X中所用试剂应具有吸水性。(4)由于被蒸馏的液体中含有没反应完的苯及产物硝基苯，而苯的沸点比较低，故装置c先接收苯，然后接收硝基苯，故至少需要用2次；为确保蒸馏中气化的物质被冷凝，应先向冷凝管中通入冷却水；原料中苯的物质的量为eq \f(39 mL× 0.88 g·cm－3,78 g·ml－1)＝0.44 ml，理论上可得到0.44 ml硝基苯，实际得到的硝基苯的物质的量为eq \f(36 mL×1.2 g·cm－3,123 g·ml－1)，由此可求出产率为eq \f(\f(36 mL×1.2 g·cm－3,123 g·ml－1),0.44 ml)×100%≈79.8% 。颜色状态
密度、溶解性
毒性
熔、沸点
挥发性
无色液体
不溶于水且密度比水小
有毒
较低
易挥发
实验操作
实验现象
液体分层，上层无色，下层紫红色
液体分层，上层橙红色，下层无色
实验结论
①苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，也不与溴水反应。
注意：溴在苯中的溶解度比在水中的大，因此苯能将溴从水中萃取出来
②苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
现象
解释
振荡前
溴水在下层
溴水的密度大于苯和甲苯
振荡后
液体分层，上层均为橙红色，下层几乎无色
苯、甲苯与溴水均不反应，但能萃取溴
现象
解释
振荡前
酸性KMnO4溶液在下层
酸性KMnO4溶液的密度大于苯和甲苯
振荡后
苯无明显现象，甲苯中紫红色褪去
苯不与酸性KMnO4溶液反应，甲苯与酸性KMnO4溶液反应
苯
溴
溴苯
密度/(g·cm－3)
0.88
3.10
1.50
沸点/℃
80
59
156
水中溶解度
微溶
微溶
微溶