2019-2020年高中化学 专题3 常见的烃第二单元 芳香烃测试 苏教版选修5.doc

2019-2020年高中化学 专题3 常见的烃第二单元 芳香烃测试 苏教版选修5情景导入苯是一种重要的化工原料，它广泛用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等。苯还是一种常用的有机溶剂。苯取代之后的一系列生成物，如氯苯、溴苯、苯磺酸等也都是非常重要的有机化工原料。我们在必修课中学习过，苯不能使溴水褪色，也不会被酸性高锰酸钾溶液氧化，我们还知道，和是同一种物质而不是同分异构体，这一些事例都证明苯分子中不存在单、双键交替结构。苯分子中碳原子间的化学键是一种介于CC和C=C之间的特殊共价键，六个键等同。那么苯具有哪些特殊的化学性质呢，这就是接下来我们即将学习的内容。知识预览一、芳香族化合物1.芳香族化合物是指含有_的有机化合物，并不是指具有芳香气味的有机物。_是芳香族化合物最基本的结构单元。2.芳香烃是_的简称，_是最简单的芳香烃。答案：1.苯环苯环2.芳香族碳氢化合物苯二、苯的结构及表示1.苯的化学式为_，其分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于_，为_结构。2.大量实验表明，在苯分子中不存在独立的_和_，我们常用凯库勒式表示苯的结构，如_，但凯库勒式不能全面反映苯的结构，基于苯环的成键特点，苯的结构又可以表示为_。答案：1.C6H6同一平面上平面正六边形2.碳碳单键碳碳双键三、苯的化学性质1.苯在一定条件下可以发生取代反应，试完成以下反应方程式：a.苯和液溴的反应：_。b.苯和浓硝酸、浓硫酸混合物的反应：_。2.苯在一定条件下可以与H2发生加成反应，试写出反应方程式：_。3.苯可燃，其方程式为_。答案：1. 3.2C6H6+15O212CO2+6H2O四、苯的同系物及其性质1.苯的同系物只有_个苯环，它们可以看成是由苯环上的氢原子被_代替而得到的。写出下列几种物质的结构简式：甲苯_，乙苯_，对二甲苯_，邻二甲苯_，间二甲苯_。2.完成以下两个反应方程式：答案：1.一烷基三点剖析一、苯的结构苯的结构比较特殊，是考试中的重点和难点，我们一定要深刻理解和重点掌握。受凯库勒式和苯与氢气在一定条件下能发生加成反应的影响，许多人误认为苯是单、双键交替结构。其实在苯分子中，每个碳原子都采取sp2杂化，分别与1个氢原子，2个碳原子形成键。6个碳原子除了通过6个键连接成环外，每个碳原子还分别提供1个p轨道和1个电子，由6个碳原子共同形成大键，所以苯分子中6个碳碳键效果完全一致，6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，为平面正六边形结构，各个键之间的夹角为120。二、苯的性质1.苯的物理性质苯是无色、带有特殊气味的有毒液体，不溶于水，密度比水小，熔点为5.5 ，沸点为80.1 。是一种常用的有机溶剂。2.苯的化学性质苯分子的特殊结构决定了苯兼有饱和烃和不饱和烃的性质。(1)取代反应卤代：溴苯是无色液体，密度比水大。知识总结：苯的溴代反应注意事项：(1)制溴苯反应，真正起催化作用的是FeBr3：2Fe+3Br2=2FeBr3。(2)跟瓶口垂直的长玻璃管兼起导气和冷凝管的作用。(3)导管出口不能伸入水中，因HBr极易溶于水，要防止水不倒吸。(4)导管口附近出现的白雾，是HBr遇水蒸气所形成的，鉴别生成HBr的方法是：取锥形瓶内少许溶液，滴加AgNO3溶液，观察是否有AgBr淡黄色沉淀生成。(5)烧瓶中生成的溴苯因溶入溴而显褐色，其提纯的方法是将浴有溴的溴苯倒入盛有NaOH溶液的烧杯中，振荡，溴苯比水重，沉在下层，用分液漏斗分离出溴苯。Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O硝化反应： 硝基苯是一种带有苦杏仁味的、无色的油状液体，密度比水大。知识总结：苯的硝化反应注意事项：(1)加入药品顺序：向反应容器中先加入浓HNO3，再慢慢加入浓H2SO4，并及时搅拌，冷却至室温，最后加入苯，并混合均匀。(2)将反应容器放入水浴中，便于控制温度在5060 。(3)反应后的粗产品用5%的NaOH溶液洗涤，除去产品中残留的HNO3和H2SO4及NO2。(4)纯硝基苯呈无色、油状，比水重，有苦杏仁味。(5)浓H2SO4作催化剂和脱水剂。加成反应： (环己烷)苯的燃烧：2C6H6+15O212CO2+6H2O因苯含碳量高，故苯在空气里燃烧时火焰明亮并带有浓烟。苯不能被KMnO4酸性溶液所氧化，也不与溴水反应(溴水中的溴可被苯萃取)。三、苯的同系物苯的同系物中只有一个苯环，它们可以看成是由苯环上的氢原子被烷基代替而得到的。苯的同系物的通式是CnH2n-6(n6)。苯的同系物中，如果与苯环直接连接的碳原子上连有氢原子，该苯的同系物就能使高锰酸钾酸性溶液褪色，与苯环相连的烷基通常被氧化为羧基，且无论侧链烃基有多少个碳原子，氧化后只形成一个羧基这是苯和苯的同系物的重要区别，也是鉴别苯和苯的同系物的一种方法。甲苯也能发生卤代、硝代等取代反应，也能与氢气等物质发生加成反应。如：甲苯与浓硝酸、浓硝酸的混合酸在30 时主要获得邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种一取代产物，而在100 时则获得不溶于水的淡黄色针状晶体2,4,6-三硝基甲苯。+3H2O因为甲基的存在，使得苯环上甲基两个邻位和一个对位氢变得更加活泼，所以硝基在取代时取代苯环上的2，4，6位，得到的产物为一种烈性炸药，俗称TNT。苯的另外一种同系物乙苯是一种重要的工业原料，其工业制法如下：由乙苯脱氢可以制得苯乙烯，苯乙烯加聚可以得到聚苯乙烯，苯乙烯与丁二烯加聚可以得到丁苯橡胶。四、其他芳香烃分子中含有多个苯环的芳香烃称为多环芳烃。如：二苯甲烷：；联苯：稠环芳烃萘各个击破【例1】 苯环结构中，不存在单双键交替结构，可以作为证据的事实是( )苯不能使 KMnO4(H+)溶液褪色苯分子中碳原子之间的距离均相等苯能在一定条件下跟H2加成生成环己烷经实验测得邻二甲苯仅一种结构苯在FeBr3存在的条件下同液溴可以发生取代反应，但不因化学变化而使溴水褪色A.B.C.D.思路解析：若苯分子中存在单双键交替结构，则CC与C=C的键长必然不同，和的性质必然不同，应互为同分异构体，且C=C的特征反应是使溴水和KMnO4酸性溶液褪色，全面考虑，故应选C。答案：C【例2】 可以用分液漏斗分离的一组液体混合物是( )A.溴和四氯化碳B.苯和溴苯C.水和硝基苯D.苯和汽油思路解析：考查几种物质的相互溶解性，A、B、D三个选项中两种物质互溶，只有C中水和硝基苯不互溶。答案：C【例3】 实验室用溴和苯反应制取溴苯，得到粗溴苯后，要用如下操作精制：蒸馏水洗用干燥剂干燥10%NaOH溶液润洗水洗正确的操作顺序是( )A.B.C.D.思路解析：首先要了解溴苯的制取，在生成溴苯的同时，有溴化氢生成，得到的粗溴苯中会含有杂质。而后就应该考虑操作的顺序问题。先用水洗可以除去水溶性杂质，如溴化氢、少量的溴；然后用10%NaOH溶液洗，可把溴转变为水溶性的次溴酸钠除去；然后再用水洗一次，把残存的NaOH洗去；接着用干燥剂除水；最后蒸馏得到纯溴苯。答案：B【例4】 实验室制备硝基苯的主要步骤如下：配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混合液，加入反应容器中；向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯，充分振荡，混合均匀；在5560 下发生反应，直至反应结束；除去混合酸后，粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤；将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。填写下列空白：(1)配制一定比例浓硫酸与浓硝酸的混合酸时，操作注意事项是_。(2)步骤中，为了使反应在5560 下进行，常用的方法是_。(3)步骤中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是_。(4)步骤中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是_。(5)纯硝基苯是无色、密度比水_(填“小”或“大”)的具有_气味的液体。思路解析：配制浓HNO3和浓H2SO4混合液时的操作与稀释浓H2SO4是一样的；而控制温度只要在100 以下，一般就用水浴加热硝基苯难溶于水，生成后与水分层，所以用分液漏斗将其分离；在制得的粗硝基苯中溶有HNO3分解出的NO2，所以用NaOH除去。答案：(1)先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌冷却(2)将反应器放在5560 的水浴中加热(3)分液漏斗(4)除去粗产品中残留的NO2(5)大 苦杏仁【例5】 烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化成。但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有CH键，则不容易被氧化得到，现有分子式是C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化的异构体有7种，其中的两种是：和。请写出其他五种的结构简式。思路解析：该题实质是考查戊烷的同分异构体问题，先写出戊烷的同分异构体，再用环取代其中的氢即可，再除去与苯环相连的碳上无氢的情况。答案：、【例6】 下列苯的同系物分别与液溴和铁粉发生反应，苯环上的氢原子被取代，所得一溴代物有三种同分异构体的是( )A.邻二甲苯B.间二甲苯C.对二甲苯D.乙苯思路解析：苯的同系物在苯环上有一个氢原子被其他原子或原子团取代后，同分异构体种类的判断，具体方法可采用画对称轴，对称位置是同一种取代产物。例如，邻二甲苯的对称轴及对称位置为：其中3和6、4和5是两对对称位置，则苯环上的一元取代产物只有两种，同样的方法可判断出乙苯的同分异构体有3种，间二甲苯有3种同分异构体，对二甲苯有2种同分异构体。答案：BD【例7】 菲的结构简式为，若它与硝酸反应，可能生成的一硝基菲有( )A.4种B.5种C.6种D.10种思路解析：理解菲的结构的对称性，以中间苯环为中线，两边都高度对称，故只分析中间苯环一侧的情况即可。答案：B课后集训基础达标1.下列说法中正确的是( )A.分子中有一个或多个苯环的化合物都属于芳香烃B.分子组成满足CnH2n-6(n6)的化合物一定属于芳香烃C.分子中含有苯环的烃一定属于芳香烃D.苯及苯的同系物中只含有一个苯环解析：A选项中没有限制是碳氢化合物，含有苯环的化合物只能一定属于芳香族化合物，但不一定是烃类；B选项中未对结构进行限制，两个叁键的炔烃也可能满足CnH2n-6(n6)的通式，苯的同系物满足CnH2n-1(n6)的通式满足一个苯环的结构。而含有苯环的烃一定属于芳香烃。本题实质是考查芳香烃、苯及其同系物，芳香族化合物的概念，若考虑问题片面，认为满足通式CnH2n-6(n6)的一定属于芳香烃，容易误选B。答案：CD2.下列有机物：硝基苯；环己烷；甲苯；苯磺酸；溴苯；邻二甲苯。其中不能由苯通过一步反应直接制取的是( )A.B.C.D.解析：本题考查苯的基本性质，硝基苯可以由苯的硝化反应制得，环己烷由苯和H2的加成反应而来，苯磺酸可以由苯的磺化反应制得：苯与浓H2SO4的混合物共热至7080 。溴苯可以由苯的溴化反应制得，不能直接制取的只有甲苯和邻二甲苯。答案：D3.(xx上海高考，13) xx年11月吉林某化工厂发生爆炸，大量苯类物质进入松花江，其中以硝基苯的危害最大。以下对硝基苯污染认识正确的有 ( )硝基苯不稳定，能在短时间内挥发而消除硝基苯是有毒物质，会造成大量水生生物死亡硝基苯难溶于水，会沉入水底，在河泥中积累硝基苯和活性炭发生化学反应生成没有毒性的物质A.B.C.D.解析：硝基苯是一种无色油状液体，不溶于水且密度比水大，有毒。硝基苯较稳定，容易挥发而难分解。硝基苯能被活性炭吸附，但不能与活性炭反应。答案：D4.下列各组有机物中，只需加入溴水就能一一鉴别的是( )A.己烯、苯、四氯化碳B.苯、己炔、己烯C.己烷、苯、环己烷D.甲苯、己烷、己烯解析：本题为一典型题目，考查常见有机物的物理及化学性质。己烯与溴水发生加成反应使溴水褪色，且加成之后的产物密度比水大，沉在水底。苯与溴水不反应，但可以萃取溴水中溴，又因为苯的密度比水的小，故萃取之后苯在上，水在下。四氯化碳也不与溴水反应，但也可以萃取溴水中的溴，但因为CCl4密度比水的大，萃取之后，水在上，CCl4在下。己炔与溴水发生加成反应，现象与己烯相同，不能区别。甲苯、己烷、环己烷与溴水发生萃取，现象与苯相同，故不能区别。答案：A5.已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为，A苯环上的二溴代物有九种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的异构体的数目有( )A.9种B.10种C.11种D.12种解析：分析A的结构可以看出，A中苯环上的氢还有6个，考虑A苯环上的四溴代物的异构体问题我们可以这样考虑：将A中苯环上的氢全部用溴替代，然后再用两个氢替换两个溴，则这样得到的同分异构体数目应与用两个溴原子替换两个氢的一致。答案：A6.苯甲酸钠是常用的食品防腐剂，其结构简式为，以下对苯甲酸钠描述错误的是( )A.属于盐类B.能溶于水C.属于烃类D.不易分解解析：由苯甲酸钠的结构简式可知，苯甲酸钠中含C、H、O、Na四种元素，不属于烃类，C错误；苯甲酸钠的结构中含有COONa，显然为羧酸盐类化合物，易溶于水(钠盐)，苯甲酸是一种稳定性较强的酸，故其钠盐不易分解。答案：C7.已知化合物B3N3H6(硼氮苯)与C6H6(苯)的分子结构相似，如下：则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为( )A.2种B.3种C.4种D.6种解析：硼氮苯和苯具有相似的分子结构，且氮、硼两种原子互相交替，解题时可以这样思考，若一种氯原子首先取代硼原子上的氢原子，根据分子的对称性另一种氯原子有3种可能取代的位置；再考虑，若一种氯原子取代氮原子上的氢原子，则另一种氯原子只有1种取代氢原子的位置。答案：C8.下列说法中不正确的是( )A.分子组成满足CnH2n-6的化合物一定属于芳香烃B.甲苯与混酸作用一次可向苯环中引入三个NO2，而苯只能引入一个NO2，说明甲苯的化学活泼性比苯强C.二甲苯有三种同分异构体，它们被高锰酸钾酸性溶液氧化后都能生成二元芳香酸D.2，4，6三硝基甲苯，俗称TNT，是一种黄色烈性炸药解析：本题考查苯及其同系物的各个知识点。A错，CH2=CH、CH=CHCCCH、均满足CnH2n-6通式，但它们都不属于芳香烃。B中甲基的存在使苯环上2，4，6号位上的氢变得更加活泼，反过来苯环的存在也使甲基上的氢变得更活泼。C考查苯的同系物被高锰酸钾酸性氧化成羧酸问题。答案：A9.等质量的下列烃完全燃烧时所需氧气最多的是 ( )A.C6H6B.C2H6C.C2H4D.C4H6解析：规律：等质量的烃完全燃烧，氢的质量分数越大，耗氧量越多。等物质的量的烃燃烧，耗氧量多少要综合考虑碳原子数目和氢原子数目。答案：A10.绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)( ) 解析：关键要搞清楚原子经济性的概念：原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放，选项中只有C原料分子中的原子全部转变成了乙苯。答案：C11.已知苯跟一卤代烷在催化剂作用下，可生成苯的同系物。如在催化剂作用下，由苯和下列各组物质合成乙苯最好应选用的是( )A.CH3CH3和Cl2B.CH2=CH2和Cl2C.CH2=CH2和HClD.CHCH和Cl2解析：先有CH2=CH2和HCl反应生成CH3CH2Cl，再用CH3CH2Cl与发生取代反应。A选项得不到纯的CH3CH2Cl，B、D选项得不到CH3CH2Cl。答案：C12.在某一温度下，将20 g乙炔、30 g苯乙烯，依次溶于40 g苯中，所得混合溶液中氢元素的质量分数是( )A.7.7%B.7.9%C.15.4%D.15.8%解析：写出三种物质的化学式：乙炔：C2H2，苯乙烯：C8H8，苯：C6H6，三种物质的实验式都是CH，则氢元素的质量分数为：100%=7.7%。答案：A13.(经典回放)萘环上的碳原子的编号如()式，根据系统命名法，()式可称为2-硝基萘，则化合物()的名称应是( )A.2，6-二甲基萘B.1，4-二甲基萘C.4，7-二甲基萘D.1，6-二甲基萘解析：()中1、4、5、8四个碳原子的位置是等同的，其中任何一个位置都可定为1，则另三个分别为4、5、8。再由命名时，支链位置之和最小的原则，()的名称为1，6二甲基萘。答案：D14.某烃相对分子质量为106，试求：(1)该烃的分子式为_。(2)该烃如含苯环，则在苯环上的一硝基取代物共有_种。解析：烃可分为四类：烷烃、烯烃、炔烃、苯及其同系物，可根据各类烃的通式逐一讨论，确定其分子式和各同分异构体的结构式，再进一步判断该烃的一硝基取代物共有多少种。(1)此烃若为：烷烃：CnH2n+2，M=106，14n+2=106，n=7.43。烯烃：Cn H2n，M=106，14n=106，n=7.57。炔烃：Cn H2n-2，M=106，14n-2=106，n=7.71。苯及其同系物：CnH2n-6，M=106，14n-6=106，n=8。n=8为合理数值，即该炔分子式为C8H10。(2)C8H10为苯的同系物，共有4种同分异构体：某一硝基取代物(苯环上小圆圈表示取代位置)有：故C8H10的一硝基取代物共有9种。答案：(1)C8H10(2)915.用A、B、C三种装置都可制取溴苯。请仔细分析三套装置， 然后完成下列问题：(1)写出三个装置中都发生的化学反应方程式_、_；写出B的试管中还发生的化学反应方程式_。(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，也装入了合适的药品，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予盾，因而在实验中易造成的不良结果是_。(5)B中采用了双球吸收管，其作用是_；反应后双球管中可能出现的现象是_；双球管内液体不能太多，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：_、_。解析：在FeBr3的作用下，苯与液溴发生取代反应，生成溴苯和HBr；HBr可用AgNO3和HNO3的混合溶液来鉴定；由于反应放热，溴、苯沸点低，易挥发，所以应该有冷凝装置；由于Br2(g)、苯(g)逸入空气会造成环境污染，所以应该有废气吸收装置。答案：(1)2Fe+3Br2=2FeBr3HBr+AgNO3=AgBr+HNO3(2)导气(导出HBr)兼冷凝(冷凝和溴蒸气)(3)旋转分液漏斗活塞，使Br2和苯的混合物滴到铁粉上托起软橡胶袋使Fe粉沿导管落入溴和苯组成的混合液中(4)Br2和苯的蒸气逸出，污染环境(5)吸收反应中随HBr气体逸出的Br2和苯蒸气CCl4由无色变橙色易被气体压入试管中(6)随HBr逸出的溴蒸气和苯蒸气不能回流到反应器中，原料利用率低导管插入AgNO3溶液中易产生倒吸