人教版化学必修二3-2-2课件第三章 有机化合物

人教版化学必修二3-2-2课件第三章 有机化合物

凯库勒是德国化学家。 19 世纪中期，随着石油、炼焦工业的迅速发展，有一种叫做 “ 苯 ” 的有机物的结构成了许多化学家面临的一个新的难题，凯库勒就是其中的化学家之一。为了探求谜底，他每天只睡三四个小时，工作起来就忘记了休息，黑板、地板、笔记本，甚至是墙壁上，到处都是他写下的化学结构式，但一直没有什么结果。 一天，困顿至极的凯库勒，恍惚见到一条首尾相衔的蛇在眼前飞舞，心神领会中一下悟到了苯的结构式。他事后叙述了这段梦境： “ 事情进行得不顺利，我的心想着别的事了。我把坐椅转向炉边，进入半睡眠状态。原子在我眼前飞动：长长的队伍，变化多姿，靠近了，连接起来了，一个个扭动着回转着，像蛇一样。看，那是什么？一条蛇咬住了自己的尾巴，在我眼前旋转。我如从电掣中惊醒。那晚我为这个假说的结果工作了一整夜。 ” 在德国化学会成立 25 周年庆祝大会上，凯库勒报告了自己发现的经过，开玩笑地对人们说： “ 先生们，让我们学会做梦吧！ ” 你知道凯库勒是怎样确定苯的结构式的吗？ ● 梳理导引 1 ．苯的分子式是 ________ ，它是一种 ________ 状有机化合物，其结构简式为 ________ 。 2 ．苯通常是 ________ 色、 ________ 气味的液体，有毒， ________ 溶于水，密度比水 ________ 。如用冰冷却，可凝成 ________ 。 3 ．苯可以在空气中燃烧，但不与酸性高锰酸钾溶液和 ________ 反应，说明苯分子中没有与 __________ 类似的 ________ 。 4 ．苯的取代反应 (1) 苯与液溴在溴化铁作催化剂的条件下生成的溴苯是 ________ 色 ________ 体， ________( 填 “ 能 ” 或 “ 否 ” ) 溶于水，密度比水 ________________ 。反应的化学方程式为 ________________________________________________ 。 (2) 苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液共热至 50 ～ 60 ℃ 。发生反应，苯环上的氢原子被硝基 ( — NO 2 ) 取代，生成 ______________________________ 。反应的化学方程式为 ______________________________________________ 。 5 ．苯的加成反应 苯与氢气发生加成反应的化学方程式为 ______________________________________________________ 。 答案： 1.C 6 H 6 　平面正六边形环 2 ．无　特殊　不　小　无色晶体 3 ．溴水　烯烃　碳碳双键 4 ． (1) 无　液　否　大 ● 问题探究 从法拉第发现苯到凯库勒提出苯的分子结构模型，经历了 40 年的时间，随着科学技术的进步，人们提出更科学的苯的分子结构模型，经历了上百年的探索，你能沿着科学家探索的足迹，通过设计实验或有关数据来研究苯的分子结构吗？ 提示： 利用结构决定性质，根据其结构特点进行性质实验。 如果含有不饱和键 ( 如 C ＝ C) ，则根据不饱和键性质进行设计实验。 如根据能否因发生氧化反应而使高锰酸钾酸性溶液褪色、能否因发生加成反应而使溴水褪色来判断苯分子中的三个碳碳双键是否具有烯烃的性质。 答案： 苯的分子式为 C 6 H 6 ，从分子式来看，苯是远没有饱和的烃。德国科学家提出了苯的分子结构模型，如 ，被称为凯库勒式，从凯库勒式我们看到苯分子中含三个碳碳双键。应该具有烯烃的性质，如因发生氧化反应而使高锰酸钾酸性溶液褪色、因发生加成反应而使溴水褪色。而通过实验证明苯不能使高锰酸钾酸性溶液、溴水褪色，这说明凯库勒式具有一定的局限性。 ● 细品教材 1 ． 苯的结构 (2) 苯分子结构特点 ① 苯分子具有平面正六边形结构。六个碳原子、六个氢原子在同一平面上。 ② 六元环上碳碳之间的键长相同，键能相同。 ③ 苯环上碳碳键既不是一般的碳碳单键也不是一般的碳碳双键，而是一种介于单键和双键之间的独特的键。 为了表示苯分子的结构特点，常用结构简式来 表示苯分子。 2 ．苯的发现和苯分子结构学说 (1) 法拉第是第一个研究苯的科学家。 当时把苯称为 “ 氢的重碳化合物 ” 。 (2) 德国科学家米希尔里希对苯进行了命名。 (3) 法国化学家热拉尔等人确定了苯的相对分子质量为 78 。 (4) 德国化学家凯库勒确定了苯环的结构。 3 ．典型化合物分子的结构特点对比 (1) 甲烷：正四面体结构， C — H 键夹角 109°28 ′ ，最多三个原子共面，最多 2 个原子共线。 (2) 乙烯：平面结构， C — H 键夹角 120° ，六个原子共面，最多 2 个原子共线。 (3) 苯：平面正六边形， C — C 键夹角 60° ， 12 个原子共面，最多 4 个原子共线。 在判断其他复杂分子中原子共面问题，都可以从 (1) 、 (2) 、 (3) 三种分子的特殊结构来分析。 ● 典例精析 【例 1 】　能说明苯分子中的碳碳键不是单双键交替，而是所有碳碳键都完全相同的事实是 ( 　　 ) ① 苯的一元取代物没有同分异构体　 ② 苯的邻位二元取代物只有一种　 ③ 苯的间位二元取代物只有一种　 ④ 苯的对位二元取代物只有一种 A ． ①②③ 　　 B ． ② 　　 C ． ①② 　　 D ． ③ 【解析 】 　 本题变相考查了苯分子的结构。即使苯分子中单双键交替，任何一个碳原子都是单双键的交点，苯的一元取代物也只有一种，因此 ① 不正确；若苯分子中单双键交替，那么苯的间位二元取代物有两种 ( 单键两端和双键两端 ) ，因此 ② 正确；若苯分子中单双键交替，那么苯的间位二元取代物只有一种 ( 取代物分别位于单键和双键上 ) ，因此 ③ 不正确；同理 ④ 也不正确。 【答案 】 　 B 【例 2 】　分子中含有一个或多个苯环的一类碳氢化合物，属于芳香烃。下列物质属于芳香烃的是 ( 　　 ) 【解析 】 　 A 、 B 中虽含有苯环，但不属于烃， C 不是苯环，是环己烷。 【答案 】 　 D 下列有机分子中，所有的原子不可能在同一个平面的是 ( 　　 ) 【解析 】 　 判断有机物分子中原子共面问题，必须熟悉三种代表物的空间结构。即： CH 4 ，正四面体，最多两个原子共面； CH 2 ＝ CH 2 ，平面结构； ，平面结构。 A 中把氯原子看作氢原子，所以全部共面。 B 中把苯环看作氢原子，所以全部共面。 C 、 D 中都含有甲基 ( — CH 3 ) ，所以不可能所有的原子共面。 【答案 】 　 C 、 D 下列属于苯的同系物的是 ( 　　 ) 【解析 】 　 分子中只有一个苯环结构，且苯分子中的氢原子被烷烃基 ( 如甲基、乙基 ) 取代后的产物。符合这一要求的只有选项 D 。 【答案 】 　 D ● 细品教材 1 ．苯的物理性质 苯是没有颜色，带有特殊气味的液体，苯有毒，不溶于水，密度比水小。苯的沸点是 80.1 ℃ ，熔点是 5.5 ℃ 。如果用冰来冷却，苯可以凝结成无色晶体。 2 ．苯的化学性质 苯不能使酸性 KMnO 4 溶液褪色，表明苯不能被酸性 KMnO 4 溶液氧化；也不能使溴水褪色，表明不能与溴水发生加成反应，其化学性质比乙烯稳定。但在一定条件下苯也能发生一些化学反应。 苯是实验室常用的有机试剂之一。它可以用来萃取溴。萃取时，溴溶于苯层中，使得所得溶液上层呈橙红色，下层几乎无色。 (1) 氧化反应：能燃烧 燃烧时火焰明亮，并伴有浓浓的黑烟。因为含碳量大，碳燃烧不充分。 (2) 取代反应 苯的卤代反应：苯环上的氢原子被 — X 原子所代替的反应。 温馨提示： ① 该反应是放热反应，不需加热反应自发进行。 ② 反应中起催化作用的是 FeBr 3 ，实验时实际加入的是 Fe 。 ③ 纯净的溴苯是无色的，密度比水大，难溶于水。 ④ 生成的 HBr 可用 AgNO 3 溶液检验。 ⑤ 其他卤素也能发生类似的反应。注意：使用的是液溴，不是溴水！ 苯的硝化反应：苯环上的氢原子被硝基 ( — NO 2 ) 所代替的反应。 温馨提示： ① 卤代、硝化反应都属于取代反应。 ② 硝基的写法：硝酸脱去羟基 ( ) 后，自由基在氮原子上，所以硝基的正确写法是： — NO 2 或 O 2 N — ；而写作 — O 2 N 或 NO 2 — ，则是错误的。 ③ 反应物及催化剂混合时，不可先将苯 ( 或硝酸 ) 加到浓 H 2 SO 4 中，以防产生大量的热使液体飞溅。 ④ 反应温度必须控制在 50 ℃ ～ 60 ℃ ，以防止副反应发生，控制温度的方法是水浴加热。 ⑤ 硝基苯的主要物理性质：无色有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，有毒。 (3) 加成反应 苯分子中虽然不含碳碳双键，但在特定条件下仍能发生加成反应。 苯与 H 2 的加成反应： ① 通常情况下苯与 H 2 不发生加成反应。 ② 在上述反应中可以看做苯分子中含 3 个碳碳双键，所以每摩尔苯可以加 3mol H 2 。 ③ 分子中含有苯环的化合物即芳香化合物，都可以发生上述反应。 ④ 环己烷，从分子组成 (C 6 H 12 ) 上看，它是像烯烃一样的不饱和烃，从分子结构上看，它是像烷烃一样的饱和烃。事实上，环己烷的化学性质跟烷烃很相似，环己烷属于环烷烃。 温馨提示： ① 苯的化学性质可概括为：易取代，能加成，易燃烧，普通氧化反应难发生。 ② 苯兼有烯烃的加成反应和烷烃的取代反应，这是由于苯分子中的碳碳键介于单键和双键之间的缘故。再一次证明：物质的结构决定性质，性质反映结构特点。 ③ 通过本节学习可知：可由结构预测性质，然后通过实验来验证。 3 ．甲烷、乙烯与苯的比较 甲烷 乙烯 苯 分子式 CH 4 C 2 H 4 C 6 H 6 状态 气体 气体 液体 碳碳键型 碳碳单键 碳碳双键 介于单键与双键之间的一种独特键 空间结构 正四面体 平面型 平面型 取代反应 能 不能 能 加成反应 不能 能 能 燃烧反应 (100 ℃ 以上 ) 体积不变 体积不变 体积增大 使溴水褪色 不能 能 不能 ( 但发生萃取 ) 使 KMnO 4 (H ＋ ) 褪色 不能 能 不能 4. 液溴、溴水、酸性 KMnO 4 溶液与各类烃反应的比较 烷烃 烯烃 苯 液溴 一定条件取代 加成 一般不反应，加 Fe 粉取代 溴水 不反应，萃取褪色 加成褪色 不反应，萃取褪色 KMnO 4 (H ＋ ) 不反应 氧化褪色 不反应 5. 苯的来源和用途 苯可以从石油或煤焦油中获得，是一种基本的化学原料，其主要用途如下： ● 典例精析 【例 3 】　下列关于苯的叙述正确的是 ( 　　 ) A ．苯的分子式为 C 6 H 6 ，它不能使酸性 KMnO 4 溶液褪色，属于饱和烃 B ．从苯的凯库勒式 ( ) 看，苯分子中含有碳碳双键，应属于烯烃 C ．在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生了加成反应 D ．苯分子为平面正六边形结构， 6 个碳原子之间的价键完全相同 【解析 】 　 解答此题，首先应明确 并不是苯的真实结构，在苯的结构中碳碳键是完全相同的一种特殊的键。苯可以在不同的条件下发生加成反应或取代反应。 从苯的分子式 C 6 H 6 看，其氢原子数未达饱和，应属不饱和烃，而苯不能使酸性 KMnO 4 溶液褪色，是由于苯分子中的碳碳键是介于单键与双键之间的独特的键所致；苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构，只是由于习惯而沿用，不能由其来认定苯分子中含有双键，因而苯也不属于烯烃；在催化剂的作用下，苯与液溴反应生成了溴苯，发生的是取代反应而不是加成反应；苯分子为平面正六边形结构，其分子中 6 个碳原子之间的价键完全相同。 【答案 】 　 D 【例 4 】　我们已学过了下列反应： ① 由乙烯制二氯乙烷　 ② 乙烷与氯气光照　 ③ 乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色　 ④ 乙烯通入酸性高锰酸钾溶液　 ⑤ 由苯制取溴苯　 ⑥ 乙烷在空气中燃烧　 ⑦ 由苯制取硝基苯　 ⑧ 由苯制取环己烷。 (1) 在上面这些反应中，属于取代反应的有 ________ ，属于加成反应的有 ________ 。 (2) 写出以上变化的一些化学反应方程式： ① ________________________________________________________________________ ； ② ________________________________________________________________________ ； ③ ________________________________________________________________________ ； ④ ________________________________________________________________________ ； ⑤ ________________________________________________________________________ ； ⑥ ________________________________________________________________________ ； ⑦ ________________________________________________________________________ ； ⑧ ________________________________________________________________________ ； 【解析 】 　 有机物中某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应为取代反应。有机物分子中的不饱和键两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应叫加成反应。 【答案 】 　 (1) ②⑤⑦ 　 ①③⑧ (2) ① CH 2 ＝ CH 2 ＋ Cl 2 ―→ CH 2 Cl — CH 2 Cl ② CH 2 ＝ CH 2 ＋ Br 2 ―→ CH 2 Br — CH 2 Br 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 ( 　　 ) ① 苯不能使酸性 KMnO 4 溶液褪色　 ② 苯中碳碳键的键长均相等　 ③ 苯能在一定条件下跟氢气发生加成反应生成环己烷　 ④ 经实验测得邻二甲苯只有一种结构　 ⑤ 苯在 FeBr 3 存在下可同液溴发生取代反应，但不因化学反应而使溴水褪色。 A ． ②③④⑤ 　　　　 B ． ①③④⑤ C ． ①②④⑤ D ． ①②③④ 【解析 】 　 本题可用反证法。若苯环中存在单双键交替结构，则 ①②④⑤ 都是错误的，故 ①②④⑤ 均可作为苯环中不存在单双键交替结构的证据。 【答案 】 　 C 【点拨】　 苯分子结构很特殊，碳碳之间的键更是特别，是一种介于单键和双键之间的一种独特的键。在这一章中，我们两次应用 “ 反证法 ” 证明两个知识点，一是甲烷的正四面体结构，另一个是苯的特殊结构。 下列实验能获得成功的是 ( 　　 ) A ．用溴水可鉴别苯、乙醇、苯乙烯 B ．加浓溴水，然后过滤可除去苯中少量己烯 C ．苯、溴水、铁粉混合制成溴苯 D ．可用分液漏斗分离硝基苯和苯 【解析 】 　 A 项苯中加溴水后分层，上层为溴的苯溶液 ( 红棕色 ) ，下层为无色水层，乙醇中加溴水不分层，苯乙烯 ( ) 中加溴水，结果溴水褪色，且所得混合物是分层的，所以 A 项成功； B 项中苯仍溶解溴与己烯反应生成的二溴己烯及过量的溴； C 项中不能用溴水； D 项中苯能溶解硝基苯。 【答案 】 　 A ● 资料备选 探究苯的性质 苯能与酸性 KMnO 4 溶液或溴水反应吗？ 向两支分别盛有少量酸性 KMnO 4 溶液和溴水的试管中滴入苯，振荡试管，静置后观察管内液层的颜色。 实验记录： 思考： 从燃烧、与酸性 KMnO 4 溶液或溴水反应等方面比较苯和乙烯的化学性质。 提示： 1. 向酸性 KMnO 4 溶液中加入苯，溶液不褪色但分层，上层为无色的苯。 2 ．向溴水中加入苯，溴水被苯萃取，下层为水层无色，上层为溶解了溴的苯，橙红色。 苯不与 Br 2 发生加成反应，也不能使 KMnO 4 溶液褪色，不如乙烯活泼。