苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 化石燃料与有机化合物第3课时学案设计

第3课时　煤的综合利用　苯

新课程标准

1．认识煤的综合利用的意义。

2．理解苯分子的空间构型，了解苯分子中碳碳键的特殊性。

3．掌握苯的化学性质，并会书写相应化学方程式。

学业质量水平

合格性要求

1.掌握苯的结构，利用实验和模型来进行验证并加以解释。(水平1)

2．能从宏观和微观相结合的视角解释苯的邻二取代物只有一种同分异构体。(水平2)

等级性要求

能依据“绿色化学”思想分析煤的综合利用存在的问题，提出解决方案。(水平4)

图说考点

基础知识——自学·思记·尝试

[新知预习]

一、煤的综合利用

1．煤的组成：

2．煤的综合利用：

【学而思】

(1)(知识关联)我国大约70%的煤是直接用于燃烧，以获得我们所需的能量，但同时会带来大量的污染物，你知道煤直接燃烧通常产生哪些污染物吗？

(2)为了减少污染，提高煤的热效率，特别是从煤中提取有价值的化工原料，现在采用多种方法对煤加工，进行综合利用。对煤进行加工综合利用的方法有哪些？

(3)教材“煤的气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法”，煤的气化和液化的目的、方法原理有何不同？

二、苯

1．分子结构

(1)苯分子的组成和结构：

(2)苯分子结构特点

①分子构型：________结构，分子中6个碳原子和6个氢原子共面。

②化学键：6个碳碳键________，是一种________________的特殊共价键。

2．物理性质

3.化学性质

【学而思】

(1)标准状况下，2.24 L苯中含有0.6 NA氢原子。这种说法是否正确？

(2)将苯加入碘水中，充分振荡，有什么现象？

(3)补充证明苯分子中不存在单双键交替结构的实验设计。

提示：

[即时自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)苯主要是以石油为原料而获得的一种重要化工原料。(　　)

(2)苯中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃。(　　)

(3)苯分子中6个碳碳键完全相同。(　　)

(4)苯可以与溴水、高锰酸钾溶液反应而使它们褪色。(　　)

(5)煤加强热分解的过程称为煤的干馏。(　　)

(6)煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机物。(　　)

2．下列四位同学关于苯的说法正确的是(　　)

3．想一想，连一连。

4．连连看。

5．有关煤及煤的干馏，下列叙述不正确的是(　　)

A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯的一种重要来源

B.煤的干馏过程属于物理变化

C．煤是由多种有机化合物和无机物组成的复杂混合物

D.煤主要含有碳、氢元素，还含有少量的氮、硫、氧等元素

6．在19世纪初期，英国与欧洲其他的很多国家一样，城市中已经普及了煤气灯，然而从生产煤气的原料中制备出煤气后还剩下一种油状的液体，法拉第用蒸馏的方法将这种液体进行分离，得到了另一种液体，也就是苯。

某化学兴趣小组计划通过实验事实的验证与讨论，认识苯的结构式。

提出问题：苯分子是碳碳单、双键交替的环状结构吗？

(1)提出假设：从苯的分子式看，C6H6具有不饱和性；从看，分子中含有碳碳双键，所以，苯一定能使________褪色。

(2)实验验证：

①苯不能使________褪色。

②经科学测定，苯分子中6个碳原子之间的键________；6个碳原子和6个氢原子都在同一________上。

(3)结论：苯结构简式中的双键与烯烃的双键________(填“相同”或“不同”)，苯没有表现出不饱和性，结构稳定，说明苯分子______(填“有”或“没有”)碳碳单、双键交替的环状结构。

技能素养——合作·探究·分享

例1 下列关于煤的综合利用的说法中，正确的是(　　)

A．煤的液化主要是为了得到苯等重要的有机化工原料

B．煤的气化、液化和干馏都要加热或高温条件，所以最合理的利用煤的方法就是直接烧掉

C．煤的干馏是化学变化，石油的分馏是物理变化

D．煤炭可以分为若干类，包括褐煤、烟煤、无烟煤和焦炭

例2 如图是实验室干馏煤的装置图，根据图示回答下列问题。

(1)指出图中仪器名称：b________；d________。

(2)装置c的作用是________________________________。d中的液体有________和________。煤焦油可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。

(3)e处点燃的气体是________，火焰的颜色是________色。

(4)下列叙述错误的是________。

A．煤发生了化学变化

B．d中液体的pH>7

C．d中液体只有一层

D．e处的气体可以还原氧化铜，可以使溴水褪色

例3 某同学以“研究苯分子的结构”为题目做了一次探究活动，下面是其活动记录，请你补全所缺内容。

(1)理论推测

他根据苯的凯库勒式，推测苯分子中有两种不同的碳碳键，即________和________，因此它可以使________紫色褪色。

(2)实验验证

他取少量的上述溶液加入试管中，然后加入苯，充分振荡，发现________________________________________________________________________。

(3)实验结论

上述的理论推测是________(填“正确”或“错误”)的。

(4)查询资料

经查阅有关资料，发现苯分子中六个碳原子之间的键________(填“相同”或“不相同”)，是一种________键，苯分子中的六个碳原子和六个氢原子________(填“在”或“不在”)同一个平面上。应该用________表示苯分子的结构更合理。

(5)发现问题

当他将苯加入溴水中时，充分振荡，发现能使溴水层褪色，于是该同学认为所查资料有误。你同意他的结论吗？为什么？

例4 实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述错误的是(　　)

A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开K

B．实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色

C．装置c中碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢

D．反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶，得到溴苯

关键能力　归纳提升

一、煤的综合利用

1．煤的干馏、气化、液化的比较：

2.“五气”的成分与来源：

状元随笔　有关煤综合利用的两个误区

(1)煤的气化、液化是物理变化。

通常物质三态的变化是物理变化，但煤的气化、液化发生了化学反应，故是化学变化。

(2)煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机物。

煤是由有机物和无机物所构成的复杂的混合物，煤在干馏时发生化学反应才生成了苯、甲苯、二甲苯等有机物，煤中不含这些物质。

二、苯的结构与化学性质

1．苯分子结构的特殊性归纳：

2．苯的硝化反应：

(1)反应物：苯和浓硝酸。

反应物是苯和浓硝酸，实验操作时将混合酸倒入苯中，而两种酸混合时应将浓硫酸缓缓注入浓硝酸中。

(2)反应条件：浓硫酸作催化剂和吸水剂；使用水浴加热，其优点是受热均匀，便于控制温度。

(3)产物：硝基苯和水。

硝基苯是难溶于水且密度比水大的无色油状液体。

3．苯的溴代反应：

(1)反应物：苯与液溴。

苯与溴水不反应，但苯与溴水混合时，通常因萃取了溴水中的溴而使水层接近无色。

(2)反应条件：使用催化剂FeBr3。

反应时通常加入铁粉，但实际上起催化作用的是FeBr3，发生反应2Fe＋3Br2===2FeBr3。

(3)产物：溴苯和溴化氢。

溴苯是难溶于水且密度比水大的无色油状液体；除去溴苯中过量的溴，可以加入氢氧化钠溶液后再分液。

4．甲烷、乙烯、乙炔、苯的结构与性质的比较：

三、各类烃的检验

课堂检测——夯实·测控·演练

1．一辆运送化学物品的槽罐车侧翻，罐内15 t苯泄入路边的水渠，下列叙述有科学性错误的是(　　)

A．如果大量苯溶入水中渗入土壤，会对周边农田、水源造成严重污染

B．可以采取抽吸水渠中上层液体的办法，达到部分清除泄漏物的目的

C．由于苯是一种易挥发、易燃的物质，周围地区如果有一个火星就可能引起爆炸

D．事故发生地周围比较空旷，有人提议用点火焚烧的办法来清除泄漏物，由于会产生大量浓烟，所以该方法未被采纳

2．中国是世界上煤炭产量最大的国家，煤炭产量32.4亿吨，相当于18.004亿吨油当量。下列说法不正确的是(　　)

A．通过煤的干馏可以获得焦炭

B．煤液化后可以得到甲醇

C．从萃取分液后溴的四氯化碳溶液中提取溴可以用分馏的方法

D．煤中含有苯和甲苯，可以用蒸馏的方法把它们分离出来

3．苯与乙烯、乙炔相比较，下列叙述正确的是(　　)

A．都容易发生取代反应

B．都容易发生加成反应

C．都能燃烧，且燃烧现象完全相同

D．乙炔和乙烯易被酸性KMnO4溶液氧化，苯不能被酸性KMnO4溶液氧化

4．化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，是不可再生资源。下列关于化石燃料的加工说法正确的是(　　)

A．石油裂化主要得到乙烯

B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油

C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气

D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径

5．苯环结构中，不存在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是(　　)

①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　②苯中碳碳键的键长均相等　③苯能在加热和催化剂存在的条件下氢化生成环己烷　④经实验测得邻二甲苯仅有一种结构　⑤苯在FeBr3存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色

A．②③④⑤ B．①③④⑤

C．①②④⑤ D．①②③④

6．下列说法中不正确的是(　　)

A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料

B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素

C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素

D．煤的气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法

7．下列关于苯的叙述正确的是(　　)

A．反应①常温下不能进行

B．反应②不发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层

C．反应③为加成反应，产物是无色液体

D．反应④能发生，从而证明苯中是单、双键交替结构

8．从石油和煤中提炼出化工原料A和B，A是一种果实催熟剂，它的产量用来衡量一个国家的石油化工发展水平。B是一种比水轻的油状液体，B仅由碳、氢两种元素组成，碳元素与氢元素的质量比为12∶1，B的相对分子质量为78。回答下列问题：

(1)A的电子式为________，B的结构简式为________。

(2)与A相邻的同系物C使溴的四氯化碳溶液褪色的化学反应方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)在碘水中加入B振荡静置后的现象为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)等质量的A、B完全燃烧时消耗O2的物质的量________(填“A>B”“A<B”或“A＝B”)。

9．用A、B、C三种装置都可制取溴苯，请仔细分析三套装置，并完成下列问题：

(1)写出三个装置中都发生的两个反应的化学方程式：________________________________________________________________________，

________________________________________________________________________。

写出B的试管中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)装置A、C中长导管的作用是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)B、C装置已连接好，并进行了气密性检验，装入了合适的药品，接下来要使反应开始，对B应进行的操作是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

对C应进行的操作是________________________________________________________________________。

(4)A中存在加装药品和及时密封的矛盾，因而在实验中易造成的不良后果是________________________________________________________________________。

(5)B中采用了双球吸收管，其作用是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

反应后双球吸管中可能出现的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

双球吸收管内液体不能太多，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

10．苯是一种重要的化工原料。

(1)下图是某些有机物的分子模型，其中表示苯的是________。

(2)小彭同学利用下图所示的实验来探究苯的性质。

图中所示实验①②③中，分别加入所给试剂并不断振荡、静置，均出现分层现象，其中下层颜色比上层浅的是________(填序号)；实验②________(填“能”或“不能”)证明苯分子中不存在单、双键交替的结构。

(3)在FeBr3催化作用下，苯与液溴发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(4)苯在一定条件下可与氢气发生________(填反应类型)反应，反应产物的名称是________。

第3课时　煤的综合利用　苯

基础知识

新知预习

一、

1．有机物　无机物　碳　磷、氮、硫

2．可燃性气体　C＋H2O(g)CO＋H2

液体燃料　H2　CO和H2　碳氢化合物　隔绝空气加强热　物理化学　焦炭　煤焦油

学而思

提示：(1)一氧化碳、氮的氧化物、硫的氧化物、烟尘等。

(2)煤的气化、煤的液化和煤的干馏等。

(3)

二、

1．(1)C6H6　

(2)①平面正六边形　②完全相同　介于碳碳单键和碳碳双键之间

2．无　特殊　液　有　不　小

3．2C6H6＋15O212CO2＋6H2O　产生明亮火焰，冒浓烟

不能　　

学而思

提示：(1)不正确。标准状况下苯为液态，2.24 L苯的物质的量不是0.1 mol。

(2)液体分层，上层呈紫红色。

(3)溴的四氯化碳溶液不褪色　苯与溴的四氯化碳溶液不反应，苯分子中不存在碳碳双键　液体分为两层，上层为无色，下层为紫色　苯不溶于水，也不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，苯分子中不存在碳碳双键

即时自测

1．答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×

2．答案：C

3．答案：(1)—C　(2)—B、D　(3)—A

4．解析：煤的气化、液化、干馏均属于化学变化，其中煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要是利用煤在高温时与水蒸气反应生成CO、H2等；煤的液化是将煤转化为液体燃料，如燃料油等；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗苯、粗氨水等产品。

答案：(1)—②—b　(2)—③—b　(3)—①—b

5．答案：B

6．解析：若苯分子是碳碳单、双键交替的环状结构，就应该具有碳碳双键的典型性质：能与Br2发生加成反应而使溴水褪色，能与酸性KMnO4溶液发生氧化反应使其褪色。

答案：(1)酸性KMnO4溶液(或溴水)

(2)①酸性KMnO4溶液(或溴水)　②完全相同　平面　(3)不同　没有

技能素养

例1　解析：煤的液化主要得到燃料油、甲醇等，苯主要存在于煤干馏后得到的煤焦油中，A项错误；煤的综合利用虽然要消耗一定能量，但获得了清洁的燃料和重要的有机化工原料，直接燃烧产生大量煤灰、煤渣和废气，污染环境，且能量利用率不高，B项错误；焦炭是煤干馏后的产物，不是煤炭的一种，D项错误。

答案：C

例2　解析：煤的干馏生成焦炭、煤焦油和出炉煤气，出炉煤气包括焦炉气、粗氨水等，经c装置的降温和冷凝，粗氨水和煤焦油变为液体在d中聚集，则液体显碱性；焦炉气中氢气、一氧化碳、甲烷都具有还原性，可用于还原氧化铜，这些气体燃烧产生蓝色火焰；焦炉气中含有乙烯可以使溴水褪色；煤焦油是有机物的液态混合物，应采用分馏的方法分离。

答案：(1)硬质玻璃管　U形管

(2)将干馏生成的气体进行降温和冷凝　粗氨水　煤焦油　分馏

(3)焦炉气　蓝

(4)C

例3　解析：(1)苯的凯库勒式为，认为苯环是由碳碳单键、碳碳双键交替形成的；苯环中若有碳碳双键，就可以使紫色的酸性KMnO4溶液褪色。(2)由于酸性KMnO4溶液与苯不能发生化学反应，且与苯互不混溶，所以溶液会出现分层现象，且溶液颜色不褪去。(4)实验证明，苯分子中的6个C原子间的化学键完全相同，是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键；苯分子中的6个C原子和6个H原子都在同一个平面上，为了反映这一结构特点，用表示苯分子的结构更合理。(5)该同学所查资料是正确的。因为苯与水互不混溶，且Br2在苯中的溶解度比在水中的溶解度大得多，所以苯将溴水中的Br2萃取出来，从而使溴水褪色。

答案：(1)碳碳双键　碳碳单键　酸性KMnO4溶液

(2)溶液分层，溶液紫色不褪去

(3)错误

(4)相同　特殊的　在　

(5)不同意。由于苯是一种有机溶剂且不溶于水，而溴单质在苯中的溶解度比其在水中的溶解度大许多，故将苯与溴水混合振荡时，苯将溴单质从其水溶液中萃取出来，从而使溴水褪色，与此同时，苯层颜色加深

例4　解析：苯与溴在FeBr3催化下立即反应产生HBr气体，故滴加苯和溴的混合液前需打开K，A项正确；溴易挥发且易溶于有机溶剂CCl4，故装置b中的液体逐渐变为浅红色，B项正确；溴化氢易溶于水并能与Na2CO3发生反应，C项正确；溴苯是难溶于水的液体，反应后的混合液经碱液洗涤、分液、蒸馏，可得到纯净的溴苯，D项错误。

答案：D

课堂检测

1．答案：A

2．答案：D

3．答案：D

4．答案：C

5．解析：若存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，就不会出现①②④⑤的事实。③事实所体现的是不饱和烃的性质，因此并不能证明苯分子的结构特点。

答案：C

6．解析：煤中主要含有碳元素，而不是碳和氢两种元素，B项错误。

答案：B

7．解析：在溴化铁作催化剂的条件下，苯与液溴在常温下能够发生取代反应，故A错误；苯不溶于水，密度小于水，所以苯与酸性高锰酸钾溶液混合后分层，苯在上层，高锰酸钾溶液在下层，下层为紫色，故B正确；反应③为取代反应，即苯的硝化反应，故C错误；苯中没有单、双键交替结构，故D错误。

答案：B

8．解析：A是一种果实催熟剂，它的产量用来衡量一个国家的石油化工发展水平，则A为CH2===CH2，B是一种比水轻的油状液体，仅由碳、氢两种元素组成，碳元素与氢元素的质量比为12∶1，则碳、氢原子个数之比为1∶1，B的相对分子质量为78，则12n＋n＝78，解得n＝6，所以B为苯。

(1)A为CH2===CH2，其电子式为的结构简式为

(2)与A相邻的同系物C为CH2===CHCH3，使溴的四氯化碳溶液褪色，发生加成反应，化学反应方程式为CH2===CH—CH3＋Br2―→CH2BrCHBrCH3。

(3)碘水中加入苯发生萃取，苯的密度比水的小，则苯在上层，观察到的现象是液体分层，下层无色，上层紫红色。

(4)等质量的乙烯和苯，乙烯中的氢元素质量分数大，则等质量的A、B完全燃烧时消耗O2的物质的量A>B。

答案：(1)　

(2)CH2===CH—CH3＋Br2―→CH2Br—CHBr—CH3

(3)液体分层，下层无色，上层紫红色

(4)A>B

9．解析：苯与液溴在FeBr3作用下剧烈反应生成和HBr气体，从导管中导出的气体可能含有一定量的苯和液溴，因此应用长导管进行冷凝回流。比较三个装置可知，只有B未采用长导管进行冷凝回流，但B用双球吸收管吸收了随HBr逸出的苯和溴，未被吸收的HBr进入AgNO3溶液，发生反应HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3，此处需注意，双球吸收管中的液体不能装得太多，否则CCl4易被导出的气体压入试管中。比较三个装置的优、缺点可知，A直接将反应物装入装置中，易使溴和苯逸出而污染环境，而B装置中将导管直接插入AgNO3溶液中容易发生倒吸，且溴蒸气与苯蒸气不能冷凝回流。

答案：(1)2Fe＋3Br2===2FeBr3

HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3

(2)导气(导出HBr)兼冷凝回流(冷凝苯和溴蒸气)

(3)打开分液漏斗上端塞子，旋转分液漏斗活塞，使溴和苯的混合液滴到铁粉上　托起软橡胶袋使铁粉沿导管落入溴和苯组成的混合液中

(4)溴和苯的蒸气逸出，污染环境

(5)吸收反应中随HBr气体逸出的溴和苯蒸气　CCl4由无色变橙色　易被气体压入试管中

(6)①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；②由于导管插入AgNO3溶液中而容易产生倒吸

10．解析：(1)由空间填充模型可以看出甲分子有1个碳原子4个氢原子，则结构简式为CH4，故甲表示甲烷；由空间填充模型可以看出乙分子中有2个碳原子和4个氢原子，则结构简式为CH2===CH2，故乙表示乙烯；由空间填充模型可以看出丙分子中有6个碳原子和6个氢原子，则分子式为，故丙为苯分子结构；由空间填充模型可以看出丁分子中有2个碳原子和6个氢原子，1个氧原子，则D的结构简式为CH3CH2OH，故丁表示乙醇；答案选丙；

(2)苯的密度小于水的密度，与水互不相溶，溴单质易溶于苯，所以③振荡、静置后下层颜色比上层浅，向苯中加入酸性高锰酸钾溶液，颜色不能褪去，所以实验②能证明苯分子中不存在单、双键交替的结构；

(3)在FeBr3催化作用下，苯与液溴发生取代反应生成溴苯和溴化氢，反应的化学方程式是＋Br2＋HBr；

(4)苯在一定条件下可与氢气发生加成反应，反应产物的名称是环己烷。

答案：(1)丙　(2)③　能　(3)＋Br2＋HBr　(4)加成　环己烷