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2课时　苯的同系物　芳香烃的来源及其应用 记一记 苯的同系物知识体系 探一探 一、苯和苯的同系物的结构对化学性质的影响 ‎1．由于苯分子是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键，不存在碳碳双键，因此苯分子既具有类似烷烃的取代反应，又具有类似烯烃的加成反应，其化学性质总体表现是什么？‎ ‎[提示]　易取代、难加成、难氧化。‎ ‎2．苯的同系物分子中，苯环与侧链烷基相互影响，苯环如何影响侧链的性质呢？侧链又如何影响苯环的性质呢？‎ ‎[提示]　苯环影响侧链，使侧链烷烃基变得活泼而易被氧化成苯甲酸；侧链影响苯环，使苯环上侧链的邻、对位上氢原子变得比较活泼而易被取代。‎ 二、甲苯化学性质 ‎1．甲苯为什么能使酸性KMnO4褪色却不能使溴水褪色？‎ ‎[提示]　甲苯中苯环影响了甲基，使甲基被氧化成羧基，而使KMnO4褪色，但不会使Br2水褪色。‎ ‎2．甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物可以发生什么反应？方程式是什么？‎ 判一判 判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)‎ ‎(1)苯不能使KMnO4褪色，甲苯也不能使KMnO4褪色。(×)‎ - 12 -‎ 解析：甲苯能使KMnO4褪色。‎ ‎(2)甲苯中所有原子共平面。(×)‎ 解析：甲苯中含有—CH3，不能共平面。‎ ‎(3)很早以前，芳香烃的来源主要来自于煤。(√)‎ ‎(4)分子式为C8H10的有机物一定是苯的同系物。(×)‎ 解析：C8H10有机物不一定含有苯环，不一定是苯的同系物。‎ ‎(5)苯的同系物的燃烧通式为CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O。(√)‎ 练一练 ‎1.在苯的同系物中加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后褪色，正确的解释为(　　)‎ A．苯的同系物分子中的碳原子数比苯分子中的碳原子数多 B．苯环受侧链影响易被氧化 C．侧链受苯环影响易被氧化 D．由于苯环和侧链的相互影响均易被氧化 解析：侧链受苯环影响变得活泼易被氧化。‎ 答案：C ‎2．下列属于苯的同系物的是(　　)‎ 解析：根据苯的同系物的定义及通式(CnH2n－6)，只有D项符合题意。‎ 答案：D ‎3．苯和甲苯相比较，下列叙述中不正确的是(　　)‎ A．都属于芳香烃 B．都能使高锰酸钾酸性溶液褪色 C．都能在空气中燃烧 D．都能发生取代反应 解析：苯和甲苯都含有苯环，A项正确；苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色，B项错误。‎ 答案：B ‎4．下列关于苯及其同系物的说法正确的是(　　)‎ A．苯和苯的同系物都能与溴水发生取代反应 B．苯和苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色 - 12 -‎ C．苯和苯的同系物都能与H2发生加成反应 D．苯的同系物比苯更易发生取代反应是由于苯环对烷基影响的结果 解析：苯及其同系物都能发生取代反应、加成反应，但苯的同系物还能被强氧化剂氧化为对应的羧酸，而苯不能。苯发生溴代反应时必须使用液溴，故A项错；苯的同系物大都能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色，但苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，故B项错；苯和苯的同系物都能发生苯环上的加成反应，故C项正确；苯的同系物比苯更易发生取代反应是由于烷基对苯环影响的结果，故D项错。‎ 答案：C 知识点一 苯的同系物的概述 ‎1.下列物质一定属于苯的同系物的是(　　)‎ 解析：同系物必须符合的条件是①结构相似即为同一类物质；②符合同一通式。A项不符合②，C、D两项不符合①②，只有B项正确。‎ 答案：B ‎2．下列说法中正确的是(　　)‎ A．芳香烃的分子通式是CnH2n－6(n>6)‎ B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类物质 C．苯和甲苯都不能使KMnO4酸性溶液褪色 D．苯和甲苯都能与卤素单质、硝酸等发生取代反应 解析：A项，苯的同系物的分子通式为CnH2n－6(n>6)；B项，苯的同系物不包含苯，而苯也是含苯环的烃，且苯的同系物侧链为饱和烷烃基；C项，甲苯能使KMnO4酸性溶液褪色。‎ 答案：D 知识点二 苯的同系物的性质 ‎3. 不具有的性质是(　　)‎ - 12 -‎ A．在一定条件下与H2发生加成反应 B．在一定条件下与浓硝酸发生硝化反应 C．与溴水发生加成反应 D．在光照条件下与Cl2发生侧链上的取代反应 解析：苯及其同系物在催化剂作用下可以与卤素单质发生苯环上的取代反应；但不能与溴水发生加成反应。‎ 答案：C ‎4．分子式为C9H12的一种苯的同系物，其苯环上只有一个取代基，下列说法中正确的是(　　)‎ A．该有机物不能发生加成反应，但能发生取代反应 B．该有机物不能使高锰酸钾酸性溶液褪色，但能使溴水褪色 C．该有机物分子中的所有原子可能在同一平面上 D．该有机物的一溴代物最多有6种同分异构体 解析：A项，苯环可发生加成反应；B项，该苯的同系物可使高锰酸钾酸性溶液褪色，但不能因化学反应使溴水褪色；C项，分子中所有原子不可能共平面；D项，当苯环上的取代基为正丙基时有6种一溴代物，当苯环上的取代基为异丙基时有5种一溴代物。‎ 答案：D 知识点三 苯的同系物的同分异构体的判断 ‎5.某烃的分子式为C10H14，它不能使溴水褪色，但可使KMnO4酸性溶液褪色，分子结构中只含有一个烷基，符合条件的烃有(　　)‎ A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 解析：该烃的分子式为C10H14，符合分子通式CnH2n－6，它不能使溴水褪色，但可使KMnO4酸性溶液褪色，说明它是苯的同系物；因其分子中只含一个烷基，可推知此烷基为—C4H9，它具有以下4种结构：①—CH2CH2CH2CH3；②—CH(CH3)CH2CH3；③—CH2CH(CH3)2；④—C(CH3)3。由于第④种侧链上与苯环直接相连的那个碳原子上没有氢原子，不能发生侧链氧化，因此符合条件的烃只有3种。故正确答案为B项。‎ 答案：B ‎6．用相对分子质量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子所得芳香烃产物数目有(　　)‎ A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 解析：烷基组成通式为—CnH2n＋1，烷基式量为43，所以14n＋1＝43，解得n - 12 -‎ ‎＝3，所以烷基为—C3H7。当该烷基为正丙基时，甲苯苯环上的H原子种类有3种，所以有3种同分异构体；当为异丙基时，甲苯苯环上的H原子种类有3种，所以有3种同分异构体。该芳香烃产物的种类数为6种。D项正确。‎ 答案：D ‎7．某烃的分子式为C8H10，它不能使溴水褪色，但能使KMnO4酸性溶液褪色，该有机物苯环上的一氯代物只有2种，则该烃是(　　)‎ 解析：用※表示苯环上氢原子被氯原子取代的不同位置 答案：A 基础达标 ‎1．下列化合物分子中的所有原子不可能处于同一平面的是(　　)‎ A．乙苯 B．乙炔 C．苯乙烯 D．苯乙炔 解析：乙苯分子中甲基上的所有氢原子与苯环不可能共面；B项，乙炔分子中所有原子在同一条直线上；C项，苯乙烯分子相当于苯环与乙烯两种分子模型的组合；D项，苯乙炔分子相当于苯环与乙炔两种分子模型的组合。‎ 答案：A ‎2．用一种试剂可将三种无色液体CCl4、苯、甲苯鉴别出来，该试剂是(　　)‎ A．硫酸溶液 B．水 - 12 -‎ C．溴水 D．KMnO4酸性溶液 解析：本题考查的是物质鉴别问题，产生三种不同的现象方可鉴别开。‎ CCl4‎ 苯 甲苯 硫酸溶液 分层，CCl4在下层 分层，苯在上层 分层，甲苯在上层 水 分层，CCl4在下层 分层，苯在上层 分层，甲苯在上层 溴水 分层，上层无色，下层呈橙红色 分层，上层呈橙红色，下层无色 分层，上层呈橙红色，下层无色 KMnO4‎ 酸性溶液 分层，上层呈紫色，下层无色 分层，下层呈无色，下层紫色 KMnO4酸性溶液紫色褪去 答案：D ‎3．苯的同系物C8H10，在铁作催化剂的条件下，与液溴反应，其中只能生成一种一溴代物的是(　　)‎ 解析：苯的同系物C8H10，在铁作催化剂的条件下，与液溴反应，其中只能生成一种一溴代物，说明苯环上只有一种氢原子。A项苯环上含有三种氢原子，错误；B项苯环上含有2种氢原子，错误；C项苯环上含有3种氢原子，错误；D项苯环上含有一种氢原子，正确。‎ 答案：D ‎4．下列关于芳香烃的叙述中不正确的是(　　)‎ A．乙烷和甲苯中都含有甲基，甲苯可以被KMnO4酸性溶液氧化成苯甲酸，而乙烷不能被其氧化，说明苯环对侧链产生了影响 B．苯和浓硝酸、浓硫酸混合物在100 ℃～110 ℃才能生成二硝基苯，而甲苯在100‎ - 12 -‎ ‎ ℃时即可生成三硝基甲苯，说明甲基对苯环产生了影响 C．苯、甲苯等是重要的有机溶剂，萘(俗称卫生球)是一种重要的绿色杀虫剂 D．除去苯中混入的少量甲苯可加入适量的KMnO4酸性溶液，充分反应后再加入足量的NaOH溶液，然后分液即可 解析：萘是有污染的，不属于绿色杀虫剂。‎ 答案：C ‎5．下列化合物为苯的同系物的是(　　)‎ A．①② B．③④‎ C．①④ D．②④‎ 解析：根据苯的同系物的概念：含有一个苯环；侧链为烷基。可推知③④对。‎ 答案：B ‎6．下列有机物分子中，所有原子一定处于同一平面的是(　　)‎ 解析：和与其直接相连的原子在同一平面内，C≡C和与其直接相连的原子在同一条直线上。‎ 答案：B ‎7．下列各组混合物不能用分液漏斗分离的是(　　)‎ A．硝基苯和水 B．苯和甲苯 C．乙苯和水 D．溴苯和NaOH溶液 解析：分液漏斗分离互不相溶的液体，A项硝基苯和水互不相溶，水在上层，故A项可以用分液漏斗分离；B项苯和甲苯都是有机物，相似相溶，故不能用分液漏斗分离，B项可选；C项乙苯和水互不相溶，故C项可以用分液漏斗分离；D项溴苯和NaOH溶液不溶，能用分液漏斗进行分离，此题选B项。‎ 答案：B ‎8．已知甲苯的一氯代物有4种同分异构体，将甲苯完全氢化后，再发生氯代反应，其一氯代物的同分异构体数目有(　　)‎ A．4种 B．5种 - 12 -‎ C．6种 D．7种 解析：将甲苯完全氢化得到甲基环己烷：，在—CH3上、—CH3的邻、间、对位及与—CH3相连的碳原子上的氢原子可以被氯原子取代而得到5种一氯代物，可图示为。‎ 答案：B ‎9．间二甲苯苯环上的一个氢原子被—NO2取代后，其一元取代产物的同分异构体有(　　)‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 解析：判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时，通常采用“对称轴”法。即在被取代的主体结构中，找出对称轴，取代基只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。如二甲苯的对称轴如下(虚线表示)：‎ 邻二甲苯(小圆圈表示能被取代的位置)，间二甲苯，对二甲苯。因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。‎ 答案：C ‎10．将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应所得的产物可能有(　　)‎ A．①②③ B．只有⑦‎ - 12 -‎ C．④⑤⑥⑦ D．全部 解析：苯的同系物与液溴在铁粉的催化作用下，只发生苯环上的取代反应，可取代甲基邻位、间位、对位上的氢原子，也可以将苯环上多个氢原子都取代；而在此条件下，甲基上的氢原子不能被取代，因此不可能有①②③。‎ 答案：C ‎11．有4种无色液态物质：己烯、己烷、苯和甲苯。符合下列各题要求的分别是 ‎(1)不能与溴水或KMnO4酸性溶液反应，但在FeBr3作用下能与液溴反应的是____________________。‎ ‎(2)任何条件下都不能与溴水及KMnO4酸性溶液反应的是________。‎ ‎(3)能与溴水、KMnO4酸性溶液反应的是________。‎ ‎(4)不与溴水反应但与KMnO4酸性溶液反应的是________。‎ 解析：己烯、己烷、苯、甲苯4种物质中，既能和溴水反应(加成反应)，又能和KMnO4酸性溶液反应(氧化反应)的只有己烯，均不反应的为己烷和苯。不能与溴水反应但能被KMnO4酸性溶液氧化的是甲苯。苯在FeBr3的催化作用下与液溴发生取代反应生成溴苯。‎ 答案：(1)苯　(2)苯、己烷　(3)己烯　(4)甲苯 ‎12．某同学设计如图所示装置制备一硝基甲苯。实验步骤如下：‎ ‎①配制浓硫酸和浓硝酸(按体积比1:3)的混合物(混酸)；‎ ‎②在三颈烧瓶里装15 mL甲苯；‎ ‎③装好其他药品，并组装好仪器；‎ ‎④向三颈烧瓶中加入混酸，并不断搅拌；‎ ‎⑤控制温度，大约反应10 min至三颈烧瓶底有大量液体(淡黄色油状)出现；‎ ‎⑥分离出一硝基甲苯。(已知：甲苯的密度为0.866 g·cm－3，沸点为110.6 ℃；硝基苯的密度为1.20 g·cm－3，沸点为210.9 ℃)‎ 根据上述实验，回答下列问题：‎ ‎(1)实验方案中缺少一个必要的仪器，它是________。本实验的关键是控制温度在30 ℃左右，如果温度过高，产生的后果是________________。‎ ‎(2)简述配制混酸的方法：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________。浓硫酸的作用是__________________。‎ - 12 -‎ ‎(3)L仪器名称是________，其作用是____________________，进水口是________。‎ ‎(4)写出甲苯与混酸反应生成对硝基甲苯的化学方程式：________________________________；注明反应类型：________。‎ ‎(5)分离产品方案如下：‎ 操作1的名称是________，操作2必需的玻璃仪器有__________________________________。‎ ‎(6)经测定，产品1的核磁共振氢谱中有3个峰，则其结构简式为________；产品2的核磁共振氢谱中有5个峰，它的名称为________。‎ 解析：‎ ‎(1)本实验需要控制温度，装置中没有温度计。如果温度过高，甲苯的苯环上邻、对位氢都可以被硝基取代，一硝基取代物产率变低。‎ ‎(2)浓硫酸溶于浓硝酸放出大量热量，且浓硫酸的密度大于浓硝酸的密度，如果将浓硝酸注入浓硫酸中可能引起液滴飞溅，应采用类似浓硫酸稀释的操作方法配制混酸。‎ ‎(3)甲苯、硝酸都易挥发，冷凝装置使反应物冷凝回流，提高原料利用率。‎ ‎(4)甲苯苯环上的氢原子被硝基(—NO2)取代，类似苯与浓硝酸反应。‎ ‎(5)混合液中有机物与无机物分层，用分液操作分离有机物与无机物，由于对硝基甲苯和邻硝基甲苯的沸点不同，可以采用蒸馏法分离这两种产物。‎ ‎(6)对硝基甲苯、邻硝基甲苯分子中氢原子种类分别为3种、5种，在核磁共振氢谱中分别有3个峰、5个峰。‎ 答案：‎ ‎(1)温度计　生成二硝基甲苯、三硝基甲苯 ‎(2)取一定量浓硝酸于烧杯中，向烧杯里缓缓注入浓硫酸，并用玻璃棒不断搅拌　催化剂、吸水剂 ‎(3)冷凝管　冷凝回流　b ‎(4) 　取代反应(或硝化反应)‎ ‎(5)分液　酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管(接液管)、锥形瓶 ‎(6) 　邻硝基甲苯 能力达标 - 12 -‎ ‎13.某有机物的结构简式为，据此填写下列空格。‎ ‎(1)该物质苯环上一氯代物有________种。‎ ‎(2)1 mol该物质和溴水混合，消耗Br2的物质的量为________mol。‎ ‎(3)1 mol该物质和H2加成需H2________mol。‎ ‎(4)下列说法不正确的是________。‎ ‎ A．该物质可发生加成、取代、氧化等反应 ‎ B．该物质与甲苯属于同系物 ‎ C．该物质使溴水褪色的原理与乙烯相同 ‎ D．该物质使KMnO4酸性溶液褪色发生的是加成反应 解析：本题主要考查苯及其化合物的结构和性质。难度中等。‎ ‎(1)该物质在苯环上没有对称轴，苯环上的4个H原子都能被Cl原子取代而产生4种不同的一氯代物。‎ ‎(2)1 mol该物质的分子中含有2 mol碳碳双键，能与2 mol Br2发生加成反应。‎ ‎(3)1 mol该物质的分子中含有2 mol碳碳双键，能与2 mol H2发生加成反应，1 mol苯环能与3 mol H2加成生成环己烷，共消耗5 mol H2。‎ ‎(4)该物质中含有碳碳双键，能发生加成反应，也能被KMnO4酸性溶液氧化，发生氧化反应，同时该物质中含有烷基能发生取代反应，苯环上也能发生取代反应，A项正确；苯的同系物是苯环与烷基相连形成的，而该物质中苯环侧链是不饱和的，不是苯或甲苯的同系物，B项错误；该物质和乙烯中均含有碳碳双键，故使溴水褪色的原理与乙烯相同，C项正确；该物质能使KMnO4酸性溶液褪色发生的是氧化反应，D项错误。‎ 答案：(1)4　(2)2　(3)5　(4)BD ‎14．结合已学知识，并根据下列一组物质的特点回答相关问题。‎ ‎(1)邻二甲苯的结构简式为________(填编号，从A～E中选择)。‎ ‎(2)A、B、C之间的关系为________(填字母)。‎ - 12 -‎ a．同位素 b．同系物 c．同分异构体 d．同素异形体 ‎(3)请设计一个简单实验来检验A与D，简述实验操作过程：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)有机物同分异构体的熔沸点高低规律是“结构越对称，熔沸点越低”，根据这条规律，判断C、D、E的熔沸点由高到低的顺序：____________(填编号)。‎ 解析：‎ ‎(1)C为对二甲苯，D为间二甲苯，E为邻二甲苯；‎ ‎(2)A、B、C的结构简式中都含有苯环，分子式依次相差1个“CH2”，符合通式CnH2n－6(n≥6)，所以它们互为同系物；‎ ‎(3)苯不能被KMnO4酸性溶液氧化，间二甲苯能被KMnO4酸性溶液氧化，故可用之检验；‎ ‎(4)对二甲苯的对称性最好，邻二甲苯的对称性最差，故熔沸点由高到低：E>D>C。‎ 答案：(1)E　(2)b ‎(3)取少量A、D分别装入两支试管中，向两支试管中滴入少量KMnO4酸性溶液，振荡，若溶液褪色，则为间二甲苯；若溶液不褪色，则为苯 ‎ (4)E>D>C - 12 -‎