2.2.1苯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

第二章《烴》第三節(jié)

芳香烴通過(guò)苯及其同系物結(jié)構(gòu)差異證據(jù)，認(rèn)識(shí)苯的同系物與苯的性質(zhì)上的差異，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思維認(rèn)知模型。通過(guò)苯分子結(jié)構(gòu)的探析，能辨識(shí)苯的宏觀(guān)性質(zhì)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。第三節(jié)芳香烴1.認(rèn)識(shí)苯的物理性質(zhì)；4.認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)又反映結(jié)構(gòu)的辯證關(guān)系。學(xué)習(xí)目標(biāo)：2.會(huì)分析理解苯分子的結(jié)構(gòu)；3.能掌握苯及同系物的主要化學(xué)性質(zhì)；素養(yǎng)目標(biāo)：宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析：證據(jù)推理與模型認(rèn)知：情景引入柑橘類(lèi)水果表面凹凸不平，密密麻麻分布著許多小孔，這些小孔可產(chǎn)生芳香烴，可溶解橡膠。釋疑解惑【思考】什么叫芳香烴？下列有機(jī)物屬于芳香烴的是：—OH—CH3CHCH2—NO2①②③④⑤含苯環(huán)的烴②③[區(qū)別]

芳香化合物、芳香烴、苯的同系物三個(gè)概念芳香化合物：含苯環(huán)的化合物(可含除C、H外的元素)。芳香烴：含有苯環(huán)的烴(只含C、H元素)。苯的同系物：有1個(gè)苯環(huán)，側(cè)鏈全為烷烴基的芳香烴。芳香烴同系物苯的芳香化合物顏色狀態(tài)氣味熔沸點(diǎn)溶解性？“苯的外觀(guān)似水，而并非水”法拉第(1791年-1867年)一、苯的物理性質(zhì)顏色、狀態(tài)氣味密度溶解性揮發(fā)性無(wú)色液態(tài)有特殊氣味有毒比水小不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑沸點(diǎn)較低，易揮發(fā)【用途】苯是一種重要的化工原料和有機(jī)溶劑。一、苯的物理性質(zhì)【注意】當(dāng)溫度低于5.5℃，苯會(huì)凝結(jié)成無(wú)色晶體。分子式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式球棍模型空間充填模型C6H6或①苯環(huán)上碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的特殊的鍵（六個(gè)鍵完全相同）。②苯分子中12原子共平面，為平面正六邊形結(jié)構(gòu)。二、苯的結(jié)構(gòu)②碳的雜化方式和鍵角分別為：sp2雜化，120°【思考】如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明苯分子中無(wú)碳碳雙鍵？1、實(shí)驗(yàn)視角2、同分異構(gòu)體的視角3、X射線(xiàn)衍射法測(cè)定結(jié)構(gòu)KMnO4溶液:液體分層，上層無(wú)色，下層紫紅色溴水：液體分層，上層橙黃色，下層無(wú)色苯的鄰位二元取代物只有一種。20世紀(jì)，科學(xué)家用X射線(xiàn)衍射法證實(shí)了苯分子結(jié)構(gòu)是平面正六邊形；每個(gè)碳碳鍵的鍵長(zhǎng)相等，都是139pm，介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵的鍵長(zhǎng)之間。苯分子中的碳碳鍵是一種介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊化學(xué)鍵。苯的特殊結(jié)構(gòu)苯的特殊性質(zhì)烷烴的性質(zhì)烯烴的性質(zhì)2.取代反應(yīng)3.加成反應(yīng)溴代反應(yīng)硝化反應(yīng)與H21.氧化反應(yīng)1、氧化反應(yīng)苯可以燃燒，火焰明亮，伴有濃重濃煙。2C6H6＋15O212CO2＋6H2O點(diǎn)燃

甲烷

乙烯

苯三、苯的化學(xué)性質(zhì)烴CH4(1:4)、C2H4(1:2)、C2H2及C6H6(1:1)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，黑煙越明顯。與酸性KMnO4溶液不反應(yīng)，紫色不變斷鍵位置純凈的溴苯是一種無(wú)色液體，有特殊氣味，不溶于水，密度大于水。(溴苯)——斷裂C-H鍵，H原子被取代（1）溴代反應(yīng)2、取代反應(yīng)三、苯的化學(xué)性質(zhì)液溴（不能用溴水）【知識(shí)鏈接】

1.溴是一種易揮發(fā)有劇毒的藥品

2.液溴的密度比苯的大

3.溴與苯的反應(yīng)非常緩慢，常用鐵粉或FeBr3作為催化劑

4.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不需要加熱

5.反應(yīng)最后苯和溴會(huì)有剩余，它們易揮發(fā)

6.長(zhǎng)導(dǎo)管在很多實(shí)驗(yàn)中被用作冷凝蒸氣使之回流7.

HBr的性質(zhì)與HCl相似，是一種強(qiáng)酸，沸點(diǎn)低易揮發(fā)，

能與硝酸銀反應(yīng)生成淡黃色沉淀。+Br2FeBr3Br+HBr（1）苯的溴代反應(yīng)——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)ABC√D1.根據(jù)以上信息，請(qǐng)選擇最合適的裝置制溴苯2.實(shí)驗(yàn)方案

步驟：在燒瓶中加入苯后再加少量液態(tài)溴，同時(shí)加入少量鐵屑，用帶長(zhǎng)導(dǎo)管的瓶塞塞緊瓶口，反應(yīng)完畢后，把燒瓶里的液體倒在盛有冷水的燒杯里。導(dǎo)管口處中：有白霧；燒瓶?jī)?nèi)：液體輕微沸騰，充滿(mǎn)紅棕色氣體；有褐色不溶于水的液體?，F(xiàn)象？---苯與液溴的取代反應(yīng)苯液溴混合長(zhǎng)導(dǎo)管口處錐形瓶?jī)?nèi)①滴入AgNO3溶液燒瓶?jī)?nèi)液體倒入燒杯內(nèi)水中Fe屑互溶、不反應(yīng)深紅棕色劇烈反應(yīng)大量白霧淡黃色沉淀燒杯底部有褐色油狀物、不溶于水取溶液：②加入鎂粉產(chǎn)生大量氣體加入NaOH攪拌得到無(wú)色油狀物上層清液中加入KSCN(aq)溶液變血紅色(HBr與水蒸汽的小液滴)說(shuō)明瓶?jī)?nèi)有H+

和Br—說(shuō)明Fe被Br2氧化成了Fe3+生成了有機(jī)物溴苯從這些現(xiàn)象中分別可以得出什么結(jié)論呢？實(shí)驗(yàn)思考題：1.苯、溴、Fe屑等試劑加入燒瓶的順序是怎樣的？2.Fe屑的作用是什么？3.將Fe屑加入燒瓶后，燒瓶?jī)?nèi)有什么現(xiàn)象？這說(shuō)明什么？4.長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是什么？5.為什么導(dǎo)管末端不插入液面下？6.哪些現(xiàn)象說(shuō)明發(fā)生了取代反應(yīng)而不是加成反應(yīng)？苯液溴Fe屑劇烈反應(yīng)，燒瓶中充滿(mǎn)紅棕色蒸氣。用于導(dǎo)氣和冷凝回流HBr易溶于水，防止倒吸。苯與Br2反應(yīng)生成溴苯的同時(shí)有HBr生成，說(shuō)明它們發(fā)生了取代反應(yīng)因加成反應(yīng)不會(huì)生成HBr。FeBr3反應(yīng)放熱2Fe+3Br2=2FeBr3與溴反應(yīng)生成催化劑7.純凈的溴苯應(yīng)是無(wú)色的，為什么反應(yīng)所得的溴苯為褐色？因?yàn)榉磻?yīng)剩余液溴、苯等溶解在溴苯中。8.應(yīng)如何分離提純反應(yīng)得到的粗溴苯？1)水洗：除去FeBr3、氫溴酸2)堿洗：除去溴單質(zhì)3)再水洗：除去NaOH等無(wú)機(jī)物4)干燥：除去水分

加入無(wú)水CaCl25)蒸餾：除去苯Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O實(shí)驗(yàn)思考題：堿石灰作用：吸收尾氣，防止污染空氣。反應(yīng)完成后，在粗溴苯（褐色）中加入NaOH溶液，再分液：除去的溴苯中溶解的溴。冷凝管作用：導(dǎo)氣、冷凝、回流。冷凝水下口流入，上口流出導(dǎo)管不能伸入液面下：防止倒吸。1234設(shè)計(jì)制備溴苯實(shí)驗(yàn)方案——再改進(jìn)1創(chuàng)新裝置的優(yōu)點(diǎn):①有分液漏斗,可控制液溴的量。②加裝一個(gè)用CCl4除溴蒸氣的裝置。③倒扣的漏斗可以防倒吸,還有利于尾氣吸收。設(shè)計(jì)制備溴苯實(shí)驗(yàn)方案——再改進(jìn)2改進(jìn)苯的溴代反應(yīng)注意事項(xiàng)總結(jié)：1.苯只與純鹵素反應(yīng)。遇到溴水只發(fā)生萃取而分層。2.必須有FeBr3做催化劑；3.苯與Br2只發(fā)生一元取代反應(yīng)4.試劑的加入順序?yàn)椋合燃颖剑偌愉?，最后加鐵粉5.長(zhǎng)導(dǎo)管的作用：a.導(dǎo)氣：因?yàn)楸胶弯宥家讚]發(fā)b.冷凝回流：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)6.產(chǎn)物的位置：HBr由于其易揮發(fā)，揮發(fā)到錐形瓶中7.除雜：為了除去溴苯中的溴，可用NaOH溶液進(jìn)行除雜。產(chǎn)物→蒸餾水→NaOH→蒸餾水→分液→無(wú)水CaCl2干燥→蒸餾→純物質(zhì)純凈的硝基苯是一種無(wú)色液體，有苦杏仁氣味，不溶于水，密度大于水。濃硫酸（催化劑、吸水劑），催化苯和濃硝酸在50~60℃反應(yīng)，生成硝基苯。(硝基苯)（2）硝化反應(yīng)2)苯與硝酸的反應(yīng)在50℃--60℃

時(shí)產(chǎn)物是硝基苯。【知識(shí)鏈接】

1)硝基苯，無(wú)色，油狀液體，苦杏仁味，密度大于水，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。硝基苯蒸氣有毒性。5)苯和硝酸都易揮發(fā)。4)反應(yīng)過(guò)程中硝酸會(huì)部分分解。3)濃硫酸和硝酸混合時(shí)劇烈放熱。+HO-NO2

濃H2SO4500C—600CNO2+H2O溫度低于50℃，不易反應(yīng)；溫度過(guò)高會(huì)有副產(chǎn)物。（2）苯的硝化反應(yīng)——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.根據(jù)以上信息，請(qǐng)選擇最合適的裝置制硝基苯√ABCD玻璃管溫度計(jì)（2）苯的硝化反應(yīng)——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)+HO-NO2

濃H2SO4500C—600CNO2+H2O①向反應(yīng)容器中先注入濃硝酸，

再慢慢注入濃硫酸，并及時(shí)搖勻和冷卻.②向冷卻后的混合酸中，逐滴加入苯③將混合物控制在50-60℃的條件下水浴加熱④將反應(yīng)后的液體倒入盛冷水的燒杯中。苯的硝化反應(yīng)現(xiàn)象?冷凝、回流作用有黃色油狀物生成.實(shí)驗(yàn)步驟：苯濃HNO3濃H2SO4硝基苯的制取實(shí)驗(yàn)裝置←敞口玻璃管(溶解了NO2的硝基苯)④不純的硝基苯顯黃色注意事項(xiàng)：①為何要嚴(yán)格控制溫度？②水?、坶L(zhǎng)導(dǎo)管的作用100℃以下可采用水浴加熱；超過(guò)100℃可采用油浴、沙浴反應(yīng)放熱，溫度過(guò)高，苯易揮發(fā)、硝酸會(huì)分解，同時(shí)苯和濃硫酸在70~80℃時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)導(dǎo)氣、冷凝回流溶有NO2優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)物均勻受熱且容易控制溫度。思考:如何獲得純凈的硝基苯？水洗→堿洗(5%NaOH)→水洗→干燥→蒸餾除硝酸和硫酸除氫氧化鈉及與其反應(yīng)生成的鹽用無(wú)水CaCl2干燥(苯磺酸)苯與濃硫酸在70~80℃時(shí)可以發(fā)生磺化反應(yīng)，生成苯磺酸。（3）磺化反應(yīng)：70~80℃磺酸基(易溶于水的有機(jī)強(qiáng)酸)→該反應(yīng)可用于制備合成洗滌劑。但在以Pt、Ni等作催化劑并加熱的條件下，苯能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷。3、加成反應(yīng)+3H2Ni?環(huán)己烷大π鍵使苯環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易斷裂，所以難以發(fā)生加成反應(yīng)。環(huán)己烷不是平面結(jié)構(gòu)不能使溴水和酸性高錳酸鉀溶液褪色?？傮w來(lái)說(shuō)，苯的化學(xué)性質(zhì)是“易取代，能加成，難氧化”易取代能氧化難加成難被酸性KMnO4氧化與H2加成易燃燒

苯的化學(xué)性質(zhì)最簡(jiǎn)式分子式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式球棍模型C6H6CH或比例模型大π鍵

鹵代反應(yīng)

硝化反應(yīng)磺化反應(yīng)總體來(lái)說(shuō)，苯的化學(xué)性質(zhì)是“易取代，能加成，難氧化”苯的化學(xué)性質(zhì)小結(jié)：(2)可燃(1)穩(wěn)定(3)易取代：(4)能加成：2C6H6+15O212CO2+6H2O點(diǎn)燃磺化反應(yīng)與氫氣、氯氣加成不能使溴水和酸性高錳酸鉀溶液褪色。鹵代反應(yīng)硝化反應(yīng)+HO-NO2

濃H2SO4500C—600CNO2+H2O+HO－SO3H70℃~80℃－SO3H+H2O+Br2FeBr3Br+