高中化学第二章烃和卤代烃2

高中化学第二章烃和卤代烃2

第1课时　苯的结构与化学性质 记一记 苯的结构与化学性质知识体系 探一探 一、苯的结构 ‎1．苯不能通过化学反应使高锰酸钾酸性溶液、溴的四氯化碳溶液褪色说明什么？‎ ‎[提示]　说明苯中不含有碳碳双键，也说明苯不是单双键交替的结构。‎ ‎2．苯的邻二取代产物只有一种说明什么？‎ ‎[提示]　说明苯不是单双键交替的结构。如果苯是单双键交替的结构，邻二取代产物应该有两种。‎ ‎3．苯分子为平面正六边形的结构说明什么？‎ ‎[提示]　说明苯中的六个碳碳键长完全一样，苯不是单双键交替的结构。‎ 二、苯的化学性质 ‎1．苯的溴代反应中能否用溴水代替液溴？‎ ‎[提示]　不能。‎ ‎2．制得的溴苯是否纯净，如果不纯，如何净化溴苯？‎ ‎[提示]　不纯净，混有液溴和苯，用NaOH溶液吸收再蒸馏。‎ ‎3．什么现象确定溴代反应是取代反应？‎ ‎[提示]　加入稀硝酸酸化的硝酸银溶液有浅黄色沉淀生成，或滴加紫色石蕊试液溶液变红。‎ ‎4．苯的硝化反应中浓H2SO4起到什么作用？‎ ‎[提示]　浓H2SO4作用：催化剂和吸水剂。‎ ‎　‎ - 13 -‎ 判一判 判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)‎ ‎(1)苯分子中所有原子在同一平面内。(√)‎ ‎(2)苯环是平面正六边形结构，说明苯分子中的碳碳键不是单双键交替连接结构。(√)‎ ‎(3)苯与溴水能发生反应 ‎ (×)‎ 解析：苯与溴水不发生化学反应。‎ ‎(4)苯分子中不含有碳碳双键，故苯不可能发生加成反应。(×)‎ 解析：‎ ‎(5)C2H2和的最简式相同。(×)‎ 解析：C2H2最简式为CH 最简式为C7H8，不相同。‎ 练一练 ‎1.下列关于苯的叙述不正确的是(　　)‎ A．苯是有特殊气味的无色液体 B．苯不溶于水且密度比水小 C．苯能与溴水发生取代反应而使溴水褪色 D．苯的凯库勒式不能真实反映苯的结构 解析：苯不是单双键交替的结构，故不能使溴水褪色。溴水褪色的原因是因为苯萃取了溴水中的溴。‎ 答案：C ‎2．下列化合物分别跟溴(铁粉做催化剂)反应，苯环上的氢原子被取代，所得一溴代物有两种同分异构体的是(　　)‎ 解析：A、C两项有三种，D项有一种。‎ - 13 -‎ 答案：B ‎3．下列实验操作中正确的是 (　　)‎ A．将溴水、铁粉和苯混合加热即可制得溴苯 B．除去溴苯中红棕色的溴，可用稀NaOH溶液反复洗涤，并用分液漏斗分液 C．用苯和浓HNO3在浓H2SO4催化下反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在混合液中 D．制取硝基苯时，应先取浓H2SO4 2 mL，再加入1.5 mL浓HNO3，再滴入约1 mL苯，然后放在水浴中加热 解析：苯和液溴在铁的催化下反应可得溴苯，而溴水不行。苯和浓HNO3、浓H2SO4反应制取硝基苯时需水浴加热，温度计应放在水浴中测水的温度，控制在55～60 ℃。混合浓硫酸和浓硝酸时，应将浓硫酸加入浓硝酸中，且边加边振荡(或搅拌)散热，冷却后再加入苯。‎ 答案：B ‎4．不能够说明苯中不是单双键交替的事实是(　　)‎ A．邻二甲苯只有一种 B．对二甲苯只有一种 C．苯为平面正六边形结构 D．苯不能使酸性KMnO4溶液褪色 解析：A项，如果是单双键交替结构，苯的邻位二取代物应有两种同分异构体，但实际上只有一种结构，能说明苯环结构中的化学键只有一种，不存在—C—C—与—C===C—的交替结构；B项，无论苯环结构中是否存在碳碳双键和碳碳单键，苯的对位二取代物只有一种，所以不能证明苯环结构中不存在—C—C—与—C===C—的交替结构；C项，如果单双键交替的话，单键和双键的键长不同，不可能是平面正六边形；D项，苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯环结构中不存在—C—C—与—C===C—的交替结构。‎ 答案：B 知识点一 苯的结构及物理性质 ‎1.关于苯的下列说法中不正确的是(　　)‎ A．组成苯的12个原子在同一平面上 B．苯环中6个碳碳键的键长完全相同 C．苯环中碳碳键的键能介于C—C和C===C之间 D．苯只能发生取代反应 - 13 -‎ 解析：苯分子是平面正六边形结构，即组成苯的12个原子在同一平面上，A项正确；苯分子中碳碳键的键长是1.40×10－10m(C—C的键长是1.54×10－10m，C===C的键长是1.33×10－10m)，所以，苯分子中的碳碳键是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的独特的键，B、C两项正确；苯既能发生取代反应，又能发生加成反应，D项不正确。‎ 答案：D ‎2．在盛有溴水的三支试管中分别加入苯、四氯化碳和酒精，振荡后静置，出现如图所示现象，则加入的试剂分别是(　　)‎ A．①是CCl4，②是苯，③是酒精 B．①是酒精，②是CCl4，③是苯 C．①是苯，②是CCl4，③是酒精 D．①是苯，②是酒精，③是CCl4‎ 解析：①的溶液分层，上层溶液呈红棕色，而苯的密度比水小，溴易溶于苯，溴的苯溶液呈红棕色，所以①是苯；②的溶液分层，下层溶液呈棕红色，而CCl4的密度比水大，溴易溶于四氯化碳，溴的四氯化碳溶液呈棕红色，所以②是四氯化碳；③的溶液不分层，整个溶液呈橙红色，而酒精与溴水互溶，整个溶液呈橙红色，所以③是酒精。‎ 答案：C ‎3．能说明苯分子苯环的平面正六边形结构中，碳碳键不是单双键交替排布的事实的是 (　　)‎ A．苯的一元取代物无同分异构体 B．苯的间位二元取代物只有一种 C．苯的邻位二元取代物只有一种 D．苯的对位二元取代物只有一种 解析：苯的邻位二元取代物在单双键交替结构中有两种结构：两个取代原子分别连在形成双键的两个碳原子上面，或者分别连在通过单键相连的两个碳原子上。而如果是一种介于单键和双键之间的化学键，那么邻位二元取代物则只有一种，故答案为C。‎ 答案：C ‎4．下列关于苯的说法错误的是(　　)‎ - 13 -‎ 解析：苯的密度比水小。‎ 答案：B 知识点二 苯的化学性质 ‎5.下列有关苯的叙述中错误的是 (　　)‎ ‎ A．苯在催化剂作用下能与液溴发生取代反应 ‎ B．在一定条件下苯能与氯气发生加成反应 ‎ C．在苯中加入高锰酸钾酸性溶液，振荡并静置后下层液体为紫红色 ‎ D．在苯中加入溴水，振荡并静置后下层液体为橙色 解析：苯能萃取溴水中的溴，由于苯的密度比水小，所以振荡并静置后上层液体为橙色。‎ 答案：D ‎6．下列物质由于发生化学反应，既能使溴水褪色又能使KMnO4酸性溶液褪色的是 (　　)‎ A．甲烷 B．乙烯 C．乙烷 D．苯 解析：甲烷、乙烷既不能使溴水褪色又不能使KMnO4酸性溶液褪色；乙烯既能与溴水发生加成反应，又能被KMnO4酸性溶液氧化；苯不能使KMnO4酸性溶液褪色，苯虽能使溴水褪色，但却是发生萃取造成的，并未发生化学反应。‎ 答案：B ‎7．下列事实中，能说明苯与一般烯烃在性质上有相似性的是(　　)‎ A．苯不与溴水发生加成反应 B．苯不能被KMnO4酸性溶液氧化 C．1 mol苯能与3 mol H2发生加成反应 D．苯能够燃烧产生浓烟 解析：苯能与H2加成，类似于烯烃性质。‎ 答案：C 知识点三 苯的有关实验 - 13 -‎ ‎8．50～60 ℃时，苯与浓硝酸在浓硫酸催化下可制取硝基苯，反应装置如图所示。下列对该实验的描述错误的是(　　)‎ A．最好用水浴加热，并用温度计控温 B．长玻璃管起冷凝回流作用 C．提纯硝基苯时只需直接用水去洗涤，便可洗去混在硝基苯中的杂质 D．加入过量硝酸可以提高苯的转化率 解析：该反应温度不超过100 ℃，所以用水浴加热，A项正确；因反应物受热易挥发，所以用长玻璃管起冷凝回流作用，B项正确；用水洗涤不能除去没反应完的苯，因为苯不溶于水而易溶于硝基苯，C项错误；加入过量硝酸可以使平衡向右移动，从而提高苯的转化率，D项正确。‎ 答案：C 知识点四 有机物的空间结构 ‎9.下列有机物分子中，所有的原子不可能处于同一平面内的是(　　)‎ 解析：A项中含有一个—CH3，因—CH3是四面体结构，所有原子不可能处于同一平面内。‎ 答案：A 基础达标 ‎1．下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是 (　　)‎ A．苯是无色带有特殊气味的液体 B．常温下苯是一种不溶于水但密度比水小的液体 C．苯在一定条件下与溴发生取代反应 - 13 -‎ D．苯不具有典型双键所具有的加成反应的性质，故不能发生加成反应 解析：苯是无色有特殊气味的气体，密度比水小，难溶于水，故A、B正确；苯中碳碳键是介于单键和双键之间的独特的键，故苯能发生取代反应和加成反应，如苯的溴代，苯与氢气的加成，故C正确，D错误。故选D。‎ 答案：D ‎2．苯中加入溴水后溴水层颜色变浅，这是由于 (　　)‎ A．溴挥发了 B．发生了取代反应 C．发生了萃取作用 D．发生了加成反应 解析：由于苯分子中碳碳化学键是介于单键和双键之间的独特的键，分子中没有碳碳双键，不能与溴水发生加成反应；没有催化剂存在，且必须是液溴，不能使用溴水，所以溴水和苯不发生取代反应；将浓溴水加入苯中，溴水的颜色变浅，根据相似相溶原理，溴单质易溶于苯，苯能萃取溴水中的溴而使溴水褪色，发生的是萃取作用，故选C。‎ 答案：C ‎3．下列各组液体混合物，能用分液漏斗分离的是(　　)‎ A．溴苯和溴 B．正己烷和水 C．苯和硝基苯 D．乙醇和水 解析：能用分液漏斗分离的物质必须是两种相互不溶的液体，一般的来说：有机溶质易溶于有机溶剂，无机溶质易溶于无机溶剂。溴苯和溴能相互溶解，所以不能用分液漏斗分离，故A错误。正己烷是有机物，水是无机物，正己烷和水不互溶，所以能用分液漏斗分离，故B正确。苯和硝基苯都是有机物，所以苯和硝基苯能相互溶解，所以不能用分液漏斗分离，故C错误。乙醇和水能互溶，所以不能用分液漏斗分离，故D错误。故选B。‎ 答案：B ‎4．下列反应中，属于取代反应的是(　　)‎ A．苯在氯化铁存在时与氯气的反应 B．苯在镍作催化剂时与氢气的反应 C．苯在空气中燃烧 D．苯与溴水混合振荡 解析：A项是取代反应，以苯跟溴反应推出； B项是加成反应； C项是氧化反应； D项是物理过程：萃取。‎ 答案：A ‎5．将等体积的苯、汽油和水在试管中充分混合后静置。下列图示正确的是 (　　)‎ - 13 -‎ 解析：苯、汽油都不溶于水，二者互溶，且密度都比水小，在水的上层，从图像上看，D正确。故选D。‎ 答案：D ‎6．与链烃相比，苯的化学性质的主要特征是(　　)‎ A．难氧化、难取代、难加成 B．易氧化、易取代、易加成 C．难氧化、可加成、易取代 D．易氧化、易加成、难取代 解析：苯中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间一种独特的化学键，容易发生取代反应，例如能够发生溴代反应、硝化反应、磺化反应等；苯能够发生加成反应，例如在催化剂条件下能够与氢气发生加成反应，苯不含双键，难被氧化，不能被酸性的高锰酸钾氧化，故苯的性质总结为：易取代、难氧化、可加成。故选C。‎ 答案：C ‎7．下列关于苯的说法中，正确的是 (　　)‎ A．苯的分子式为C6H6，它不能使KMnO4酸性溶液褪色，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：A项苯的分子式是C6H6，不能使酸性KMnO4溶液褪色，属于不饱和烃，故A错误；B项苯分子中不含有碳碳双键与碳碳单键，不属于烯烃，故B错误；C项在催化剂作用下，苯与液溴反应生成溴苯，发生取代反应，故C错误；D项苯分子为平面正六边形结构，6个碳原子之间的键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的化学键，故D正确。故选D。‎ 答案：D ‎8．下列关于苯的叙述正确的是(　　)‎ A．反应①为取代反应，有机产物与水混合浮在上层 B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有浓烟 C．反应③为取代反应，有机产物是一种烃 - 13 -‎ D．反应④中1 mol苯最多与3 mol H2发生加成反应，是因为苯分子含有三个碳碳双键 解析：①为苯的溴代反应，生成的溴苯密度比水大，沉在水底，A项错误。③为苯的硝化反应，属于取代反应，生成硝基苯，为烃的衍生物，C项错误。苯分子中无碳碳双键，D项错误。‎ 答案：B ‎9．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：①蒸馏；②水洗；③用干燥剂干燥；④用10% NaOH溶液洗；⑤水洗。正确的操作顺序是(　　)‎ A．①②③④⑤ B．②④⑤③①‎ C．④②③①⑤ D．②④①⑤③‎ 解析：粗溴苯中主要含有溴、苯、溴化铁等杂质，先用水洗，FeBr3溶于水而被洗去；再用NaOH溶液洗，溴与NaOH溶液反应生成易溶于水的盐(NaBr、NaBrO)而被洗去；第二次用水洗时有效地除去残存在有机物中易溶于水的杂质；干燥时少量的水被除去，最后蒸馏时将溴苯中的苯分离出去(利用两者沸点的差异)。‎ 答案：B ‎10．为证明液溴与苯发生的反应是取代反应，有如图所示装置。则装置A中盛有的物质是(　　)‎ A．水 B．NaOH溶液 C．CCl4 D．NaI溶液 解析：液溴与苯发生取代反应的话就会有HBr生成，可以检验HBr中的Br－，液溴挥发出的Br2干扰HBr中Br－的检验，所以要除去。水、NaOH溶液、NaI溶液都会吸收HBr，故选C项。‎ 答案：C ‎11．通过实验事实的验证与讨论，认识苯的结构式。‎ 提出问题：苯分子结构是碳碳单、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；从苯的凯库勒结构式看，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。‎ - 13 -‎ ‎②经科学测定，苯分子里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：苯的凯库勒结构式中的双键跟烯烃双键________，苯的性质没有表现出不饱和性，结构稳定，说明苯分子________一般的碳碳单、双键交替的环状结构。‎ ‎(4)应用：为了表示苯分子的结构特点，结构式用________表示，用凯库勒式表示苯分子结构式是不确切的。‎ 解析：分子中含有碳碳双键的物质能使KMnO4酸性溶液或溴水褪色。而苯环上的碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键，6个碳原子之间的键完全相同。所以不能使KMnO4酸性溶液或溴水褪色。‎ 答案：‎ ‎(1)KMnO4酸性溶液或溴水 ‎(2)①KMnO4酸性溶液或溴水　②完全相同　平面 ‎(3)不同　不同于 ‎(4) ‎ ‎12．人们对苯及芳香烃的认识有一个不断深化的过程，回答下列问题：‎ ‎(1)由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出分子式为C6H6的一种含两个三键且无支链的链烃的结构简式：____________。‎ ‎(2)已知分子式为C6H6的有机物有多种，其中的两种为：‎ ‎(Ⅰ) 　(Ⅱ)‎ ‎①这两种结构的区别表现在以下两方面：‎ 定性方面(即化学性质方面)：(Ⅱ)能________(填字母)，而(Ⅰ)不能。‎ a．被高锰酸钾酸性溶液氧化 b．与溴水发生加成反应 c．与溴发生取代反应 d．与氢气发生加成反应 定量方面(即消耗反应物的量的方面)：1mol C6H6与H2加成时，‎ ‎(Ⅰ)需要H2________mol，而(Ⅱ)需要H2________mol。‎ ‎②今发现C6H6还可能有一种如图所示的立体结构，该结构的二氯代物有________种。‎ - 13 -‎ 解析：(1)按题中要求写出一种即可，其中两个—C≡C—位置可以相邻，也可以间隔。(2)①由于Ⅱ中存在双键，故Ⅱ可被KMnO4酸性溶液氧化，也能与溴水发生加成反应，而Ⅰ不能发生上述反应，故应选ab；由于Ⅰ加氢后形成环己烷(C6H12)，故需3 mol H2，而Ⅱ中有2 mol双键，故需2 mol H2。②根据对称性即可确定二个氯原子的相对位置，故二氯代物有3种。‎ 答案：‎ ‎(1)HC≡C—C≡C—CH2—CH3‎ ‎(2)①ab　3　2　②3‎ 能力达标 ‎13.如图为某学生设计的制取溴苯的装置：‎ ‎(1)写出图中的错误之处：①______________________；②____________________。‎ ‎(2)按加入的顺序写出烧瓶内所装的试剂是________________。‎ ‎(3)与烧瓶口连接的垂直向上的导管的作用是________________。‎ ‎(4)反应过程中，在锥形瓶中的导管出口处会发生的现象是________，这是因为____________。‎ ‎(5)反应完毕后，向锥形瓶中的溶液中滴入AgNO3溶液，现象是________，这是因为生成了________，反应的离子方程式为________________。‎ ‎(6)反应完毕后，将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，可以观察到烧杯底部有________色不溶于水的液体，这是因为________的缘故。在粗产品溴苯中加入________可以除去________杂质，反应的离子方程式为________________。‎ ‎(7)烧瓶中发生反应的化学方程式为________________________________。‎ - 13 -‎ 解析：(1)因为苯与液溴在铁催化下反应十分剧烈，可达到沸腾，所以不用加热；苯与液溴反应生成的HBr极易溶于水，因此，导管不能伸入液面以下，这样容易发生倒吸现象；再则锥形瓶不应该有胶塞。(2)加入试剂的顺序应为：苯、液溴、铁粉。液溴的密度大于苯，先加苯，再加液溴是为了使苯与液溴混合均匀，待加入铁粉后，反应立即剧烈发生。因此，加入试剂的顺序不能颠倒。(3)与烧瓶连接导管的垂直向上部分兼有导气和冷凝回流的作用。因为加入铁粉后苯与液溴立即剧烈反应，可达沸腾而使部分苯和溴成为蒸气，反应物蒸气经垂直部分的导管冷凝后再流回烧瓶，减少了反应物的损失，又避免了生成物中混有过多的杂质。(4)反应过程中有HBr生成，HBr通过导管进入锥形瓶，除被吸收外，还会与锥形瓶中的水蒸气生成白色酸雾。(5)锥形瓶中的水吸收HBr后成为氢溴酸溶液，滴入AgNO3溶液后有浅黄色AgBr沉淀生成，离子方程式为：Ag－＋Br－===AgBr↓。(6)反应完毕后，将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，烧杯底部有褐色的油状液体，这是因为溴苯的密度比水大，沉在水下，由于这样得到的溴苯中溶有少量的溴而使溴苯呈褐色。在粗产品溴苯中加入NaOH溶液，可以除去杂质溴，从而得到无色的溴苯，反应的离子方程式为：Br2＋2OH－===Br－＋BrO－＋H2O。‎ 答案：‎ ‎(1)①使用酒精灯加热　②导管末端未离开液面1 cm～2 cm ‎(2)苯、液溴、Fe粉　‎ ‎(3)兼有导气和冷凝回流作用 ‎(4)生成白色酸雾　反应生成的HBr遇水形成了小液滴 ‎(5)生成浅黄色AgBr沉淀　氢溴酸溶液　Ag＋＋Br－===AgBr↓‎ ‎(6)褐　溴苯的密度比水大，沉在水下　强碱溶液　溴　Br2＋2OH－===Br－＋BrO－＋H2O ‎(7) ‎ ‎14．实验室制取硝基苯常用如图所示装置，请回答下列问题：‎ ‎(1)苯的硝化反应是在浓硫酸和浓硝酸的混合酸中进行的，混酸的添加顺序是先加____________后加____________。‎ ‎(2)请写出该反应的方程式：________________________。‎ ‎(3)被水浴加热的试管口处都要带一长导管，其作用是______________________。‎ ‎(4)苯的化学性质是易取代，那么除了苯的硝化反应外，你还能写出其他的取代反应方程式吗？请写出：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ - 13 -‎ 解析：浓硫酸和浓硝酸混合时，应先将浓硝酸注入容器中，再慢慢加入浓硫酸，并不断搅拌和冷却。若先注入浓硫酸，再注入浓硝酸，会造成浓硝酸受热迸溅、挥发。因苯易挥发，加热时试管口带一长导管可使苯蒸气冷凝回流，减少挥发。苯除发生硝化反应外，还可以与溴发生取代反应，以及与硫酸发生磺化反应等。‎ 答案：‎ ‎(1)浓硝酸　浓硫酸 ‎(2) ‎ ‎(3)使苯蒸气冷凝回流，减少挥发 ‎(4) ‎ ‎(或等合理答案)‎ - 13 -‎