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文档介绍
2020版高中化学 第3章第2节 石油和煤 重要的烃 第2课时 煤的干馏 苯学案 鲁科版必修2
第2课时 煤的干馏 苯 一、煤的干馏 1.煤的组成 2.煤的干馏 (1)概念:将煤隔绝空气加强热使其分解,叫做煤的干馏。 (2)主要产物及其用途 干馏产物 主要成分 主要用途 炉煤气 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 气体燃料、化工原料 粗氨水 氨气、铵盐 氮肥 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、合成材料 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 14 酚类、萘 医药、染料、农药、合成材料 焦炭 沥青 电极、筑路材料 碳 冶金、燃料、合成氨 (1)煤的干馏过程中主要发生化学变化。 (2)煤的干馏条件:一是要隔绝空气,二是要加强热。 例1 下列关于煤的干馏的叙述中,正确的是( ) A.煤加强热而分解的过程叫做煤的干馏 B.煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物 C.煤的干馏是化学变化,石油的分馏是物理变化 D.苯、甲苯、二甲苯等可由煤干馏得到,存在于干馏所得的焦炉气中 答案 C 解析 A项,干馏需要隔绝空气加强热,错误;B项,煤本身不含苯、甲苯、二甲苯等有机物,这些有机物是煤的干馏产物,错误;C项,煤的干馏是化学变化,石油的分馏是物理变化,正确;D项,苯、甲苯等芳香烃主要存在于粗苯和煤焦油中,错误。 易错警示 煤本身不含苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等有机物,这些有机物是煤的干馏产物。 二、苯的分子结构 (1)苯不与溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液反应,说明苯分子中没有与乙烯类似的碳碳双键。 (2)研究表明: ①苯分子为平面正六边形结构。 ②分子中6个碳原子和6个氢原子共平面。 ③6个碳碳键完全相同,是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键。 (1)苯不能使溴的四氯化碳溶液退色,但能使溴水退色,这是因为苯能将溴从溴水中萃取出来。 14 (2)苯的凯库勒式为,不能认为苯分子是单双键交替结构,苯分子中6个碳碳键完全相同。 例2 苯的结构简式可用来表示,下列关于苯的叙述中正确的是( ) A.苯分子中处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子,不可能在同一条直线上 B.苯中含有碳碳双键,所以苯属于烯烃 C.苯分子中的6个碳碳键可以分成两类不同的化学键 D.苯分子中既不含有碳碳双键,也不含有碳碳单键 答案 D 解析 苯分子处于对位的两个碳原子及与它们相连的两个氢原子,这四个原子共直线;苯分子中不含有碳碳双键,苯不属于烯烃;苯分子中的6个碳碳键完全相同,是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键。故选D。 例3 下列物质的所有原子,不可能处于同一平面上的是( ) A.CH3CH==CH2 B.CH2==CH2 C. D. 答案 A 解析 乙烯和苯都属于平面形结构,所有原子都处于同一平面内,而甲烷分子是正四面体结构,故可以得出甲基中的原子不可能处于同一平面内,A项含有甲基,所有原子不可能共面,C项可以看作是乙烯中的一个氢原子被苯环取代,推知C项中物质的所有原子可能处于同一平面内。 思维启迪——有机物共面问题的解题规律 (1)甲烷、苯、乙烯分子中的H原子如果被其他原子所取代,则取代后的分子构型基本不变。 (2)当分子中出现碳原子与其他原子形成四个单键(即饱和碳原子)时,所有原子不可能共面。 (3)共价单键可以自由旋转,共价双键不能旋转。 三、苯的性质 1.物理性质 苯是一种无色、有特殊气味、有毒的液体,密度比水小,不溶于水,是一种常用的有机溶剂。 2.化学性质 (1)氧化反应 ①苯可以在空气中燃烧,生成二氧化碳和水,燃烧时火焰明亮伴有浓烟。 ②苯很难被强氧化剂氧化,在一般情况下不能使酸性高锰酸钾溶液退色。 (2)取代反应 14 ①溴代反应:在溴化铁催化作用下,苯和液溴发生取代反应,生成溴苯,反应的化学方程式为 。 ②硝化反应:在浓硫酸作用下,苯在55~60 ℃时与浓硝酸发生取代反应生成硝基苯。反应的化学方程式为 。 (3)加成反应 在一定条件下,苯能和氢气发生加成反应,生成环己烷。反应的化学方程式为 。 苯的溴代反应和硝化反应的比较 反应类型 溴代反应 硝化反应 反应物 苯和液溴 苯和浓硝酸 催化剂 FeBr3 浓硫酸(催化、吸水) 反应条件 不加热(放热反应) 水浴加热(55~60 ℃) 产物 一元取代物 一元取代物 产物的物理性质 溴苯是无色液体(常因混有Br2而显褐色),密度大于水,不溶于水 硝基苯是一种带有苦杏仁味,无色油状液体(因溶有NO2而显淡黄色),密度大于水且有毒,不溶于水 例4 (2017·邯郸高一检测)苯和乙烯相比较,下列叙述中正确的是( ) A.都易与溴发生取代反应 B.都易发生加成反应 C.乙烯易发生加成反应,苯不能发生加成反应 D.乙烯易被酸性高锰酸钾溶液氧化,苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化 答案 D 解析 苯与溴易发生取代反应,而乙烯与溴易发生加成反应,A、B项错误;苯在一定条件下也可发生加成反应,C项错误;苯分子中不含有碳碳双键,不能被酸性KMnO4溶液氧化,D项正确。 思维启迪 14 (1)苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键,故苯兼有烯烃的加成反应和烷烃的取代反应的特征,且比烯烃的加成反应和烷烃的取代反应困难。 (2)苯易发生取代反应,能发生加成反应,难被氧化(燃烧除外),其化学性质不同于烷烃和烯烃。 例5 (2017·南平高一检测)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.用酸性高锰酸钾溶液鉴别苯和正戊烷 D.可用分液漏斗分离硝基苯和苯 答案 A 解析 A项苯中加溴水后分层,上层为溴的苯溶液(橙红色),下层为无色水层,乙醇中加溴水不分层,苯乙烯()中加溴水,溴水退色,所以A项能成功;C项中两者都不能反应且分层,现象相同;D项中苯能溶解硝基苯。 例6 (2017·鹰潭高一检测)下列实验能获得成功的是( ) A.苯与浓溴水用铁做催化剂制溴苯 B.将苯与浓硝酸混合共热制硝基苯 C.加入水后分液可除去溴苯中的溴 D.可用分液漏斗分离硝基苯和水 答案 D 解析 苯与液溴在FeBr3做催化剂时才能反应生成溴苯,苯与浓溴水不反应,A项错误;苯与浓硝酸和浓硫酸的混合液在水浴加热时生成硝基苯,B项错误;溴在水中的溶解度比在苯中的溶解度小,除去溴苯中的溴,可以加入氢氧化钠溶液后再分液,C项错误;硝基苯难溶于水,应用分液法分离,D正确。 思维启迪 除溴苯中的溴采用氢氧化钠溶液分液法,不用蒸馏法。除去硝基苯中的硫酸也可采用此法。 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) 14 (1)苯主要是以石油为原料进行加工获得的一种重要化工原料( ) (2)苯分子中含有6个完全相同的碳碳键( ) (3)苯与溴水混合振荡后静置,溴水层退色,证明苯分子中含有碳碳双键( ) (4)苯中含碳碳双键,所以苯能与H2发生加成反应( ) (5)苯不能使酸性高锰酸钾溶液退色,说明苯不能发生氧化反应( ) (6)苯、浓硫酸和浓硝酸共热制硝基苯( ) (7)用溴水除去混在苯中的己烯( ) (8)用水可以鉴别苯、酒精和溴苯( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)√ 2.下列关于煤的说法正确的是( ) A.煤中含有碳,可看作是无机化合物 B.采用原煤脱硫技术,能减少污染 C.煤的干馏产物都是有机物 D.焦炭是煤干馏的一种重要产品,煤焦油是煤干馏所得的纯净物 答案 B 解析 煤是由无机化合物和有机化合物组成的复杂的混合物;采用煤脱硫技术,能减少二氧化硫的排放;煤的干馏产物也有无机物,如氨气、氢气等;焦炭和煤焦油都是煤干馏的产物,煤焦油是混合物。 3.(2018·湖南衡阳八中检测)在①丙烯(CH2==CHCH3) ②氯乙烯 ③苯 ④甲苯四种有机化合物中,分子内所有原子均在同一平面内的是( ) A.①② B.②③ C.③④ D.②④ 答案 B 解析 在①丙烯(CH2==CH—CH3)和④甲苯(C6H5—CH3)中,—CH3是空间立体结构(与甲烷类似),这四个原子不在同一平面上;②氯乙烯和乙烯相似,是六原子共面结构;③苯是十二个原子共面结构。 4.(2017·合肥高一检测)下列关于苯的叙述正确的是( ) A.反应①常温下不能进行 B.反应②不发生,但是仍有分层现象,紫色层在下层 C.反应③为加成反应,产物是无色液体 D.反应④能发生,从而证明苯中是单双键交替结构 答案 B 14 解析 在溴化铁做催化剂的条件下,苯与液溴在常温下能够发生取代反应,故A项错误;苯难溶于水,密度小于水,所以苯与酸性高锰酸钾溶液混合后分层,苯在上层,高锰酸钾溶液在下层,下层为紫色,故B项正确;反应③为取代反应,即苯的硝化反应,故C错误;苯中没有碳碳双键存在,故D项错误。 5.(2017·兰州一中期末)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,苯能与氢气发生加成反应 C.在苯中加入酸性高锰酸钾溶液,振荡并静置后下层液体为紫色 D.在苯中加入溴水,振荡并静置后下层液体为橙红色 答案 D 解析 苯环中的碳碳键是介于单键与双键之间的一种独特的键,故苯在催化剂作用下能与液溴发生取代反应,能在一定条件下与氢气发生加成反应,不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。苯难溶于水,密度比水小,更易溶解Br2,故苯层与酸性高锰酸钾溶液层的位置关系是苯层在上,Br2的苯溶液层与水层的位置关系是水层在下。 6.现在同学们学过了取代反应、加成反应,请将下列物质能够发生的反应类型填写在下表中: ①由乙烯制取氯乙烷 ②乙烷与氯气,光照 ③乙烯使溴的四氯化碳溶液退色 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 反应类型 取代反应 加成反应 反应 答案 ②⑤⑦ ①③⑧ 7.苯是一种重要的化工原料,也是一种重要的溶剂。 请回答下列问题: (1)下图是某些有机物的填充模型,其中表示苯的是____________(填字母)。 (2)把苯加入到盛有溴水的试管中,液体会出现分层现象,充分振荡、静置,出现橙红色液体的一层在________(填“上”或“下”)层;把苯加入到盛有少量酸性高锰酸钾溶液的试管中,振荡后,酸性高锰酸钾溶液不退色,说明苯分子中________(填“有”或“没有”)碳碳双键;在浓硫酸作用下,苯在55~60 ℃可以与浓硝酸反应生成硝基苯,反应类型为____________。 (3)曾有人提出两种立体结构(如图):就该两种立体结构回答下列有关问题: 14 若苯的结构为(Ⅰ),则一氯代物有________种,若苯的结构为(Ⅱ),则下列说法正确的是________(填字母)。 A.能使酸性高锰酸钾溶液退色 B.燃烧时产生浓烟 C.能使溴水退色 答案 (1)D (2)上 没有 取代反应 (3)1 ABC 解析 (1)苯分子是由6个碳原子和6个氢原子构成的平面分子。(2)苯的密度比水小,橙红色在上层,苯分子中不含碳碳双键,不能使酸性高锰酸钾溶液退色。(3)结构(Ⅰ)只有一种氢原子,一氯代物只有一种;结构(Ⅱ)中含碳碳双键,能使酸性高锰酸钾溶液和溴水退色,含碳量高,燃烧有浓烟。 [对点训练] 题组一 苯的分子结构 1.(2017·内蒙古包头九原区校级期末考试)下列关于苯的说法正确的是( ) A.苯的分子式为C6H6,它不能使酸性KMnO4溶液退色,属于饱和烃 B.78 g苯中含有的碳碳双键数为3NA 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个碳原子之间的化学键完全相同 答案 D 解析 从苯的分子式C6H6看,其氢原子数未达到饱和,应属于不饱和烃,而苯不能使酸性KMnO4溶液退色,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;苯的凯库勒式并未反映出苯的真实结构,不能由此认定苯分子中含有碳碳双键;在催化剂的作用下,苯与液溴反应生成溴苯,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个碳原子之间的化学键完全相同。 2.苯的结构简式可用来表示,下列关于苯的叙述中正确的是( ) A.如用冰冷却,苯可凝成白色晶体 B.苯分子结构中含有碳碳双键,但化学性质上不同于乙烯 C.苯分子中六个碳原子、六个氢原子完全等价,所有原子位于同一平面上 14 D.苯是一种易挥发、无毒的液态物质 答案 C 解析 A项,苯凝固后成为无色晶体,错误;B项,苯分子中无碳碳双键,错误;D项,苯有毒,错误。 3.下列能说明苯与一般的烯烃性质不同的事实是( ) A.苯分子是高度对称的平面形分子 B.苯能燃烧 C.苯不与酸性KMnO4溶液反应 D.1 mol苯在一定条件下可与3 mol氢气发生加成反应 答案 C 解析 含有碳碳双键的烯烃也可以形成高度对称的平面形分子,所以A项不能说明;大多数有机物都易燃烧,B项不能说明;根据苯的结构简式可知,1 mol苯恰好可与3 mol氢气发生加成反应,而烯烃也可与氢气发生加成反应,D项不能说明;烯烃可以使酸性KMnO4溶液退色,但苯中不含碳碳双键,不具备这种性质,所以C项能说明。 题组二 苯的性质 4.(2017·青岛高一检测)下列物质在一定条件下,可与苯发生化学反应的是( ) ①浓硝酸 ②溴水 ③溴的四氯化碳溶液 ④酸性KMnO4溶液 ⑤氧气 A.①⑤ B.②④ C.②③⑤ D.③④⑤ 答案 A 解析 ①苯在55~60 ℃并有浓硫酸存在时能够与浓硝酸发生硝化反应;②苯不含碳碳双键,不能与溴水反应;③苯不含碳碳双键,不能与溴的四氯化碳溶液反应;④苯不含碳碳双键,不能被酸性高锰酸钾氧化;⑤苯能够在氧气中燃烧,被氧气氧化,所以能够与苯发生反应的有①⑤。 5.下列物质用苯做原料不能通过一步反应制取的是( ) A.己烷 B.环己烷 C.溴苯 D.硝基苯 答案 A 解析 苯与H2在一定条件下发生加成反应生成环己烷而非己烷;苯与液溴在FeBr3做催化剂条件下反应生成溴苯;苯与浓HNO3、浓H2SO4共热可生成硝基苯。 6.下列实验中,不能获得成功的是( ) A.用水检验苯和溴苯 B.苯、浓硫酸、浓硝酸共热制硝基苯 C.用溴水除去混在苯中的己烯 D.苯、液溴、溴化铁混合制溴苯 14 答案 C 解析 苯和溴苯均不溶于水,苯的密度比水小在上层,溴苯的密度比水大在下层,可以检验;在浓H2SO4催化作用下,苯与浓硝酸反应生成硝基苯;溴与己烯加成后生成的产物仍能溶在苯中,不能用溴水除去苯中的己烯;苯和液溴在溴化铁催化下能反应生成溴苯。 7.下列叙述中,错误的是( ) A.苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55~60 ℃反应生成硝基苯 B.苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷 C.乙烯与溴的四氯化碳溶液反应可生成1,2二溴乙烷 D.甲苯与氯气在光照下反应主要生成2,4二氯甲苯 答案 D 解析 甲苯与氯气在光照下主要发生侧链上的取代反应,生成C6H5CH2Cl,D项错误。 题组三 苯的性质相关实验 8.用分液漏斗可以分离的一组混合物是( ) A.溴和CCl4 B.苯和溴苯 C.硝基苯和水 D.汽油和苯 答案 C 解析 A、B、D项的物质可以互溶,不会分层,不能用分液漏斗分离。 9.在实验室中,下列除杂的方法中正确的是( ) A.溴苯中混有溴,加入KI溶液,振荡,用汽油萃取出溴苯 B.乙烷中混有乙烯,通入H2在一定条件下反应,使乙烯转化为乙烷 C.硝基苯中混有浓硫酸和浓硝酸,将其倒入NaOH溶液中,静置、分液 D.乙烯中混有CO2和SO2,将其通入酸性KMnO4溶液中洗气 答案 C 解析 A项,生成的I2溶于溴苯;B项,无法控制H2的量,且反应比较困难。 题组四 苯与相关物质性质的综合 10.(2017·宣城高一检测)下列物质中,既能因发生化学反应使溴水退色,又能使酸性KMnO4溶液退色的是( ) ①SO2 ②CH3CH2CH==CH2 ③ ④CH3CH3 A.①②③④ B.③④ C.①②④ D.①② 答案 D 解析 SO2具有还原性,能将强氧化剂Br2及酸性KMnO4 14 溶液还原而使其退色;CH3—CH2—CH==CH2中有碳碳双键,遇Br2能发生加成反应,遇酸性KMnO4溶液能被氧化,从而使溴水及酸性KMnO4溶液退色;苯结构稳定,不能被酸性KMnO4溶液氧化,但可萃取溴水中的Br2,使溴水退色,此过程属物理变化过程;CH3CH3既不能使溴水退色,也不能使酸性KMnO4溶液退色。 11.(2017·海口高一检测)下列关于乙烯和苯的叙述中,错误的是( ) A.乙烯能使溴的四氯化碳溶液退色 B.乙烯可以燃烧 C.苯能使酸性高锰酸钾溶液退色 D.苯可以燃烧 答案 C 解析 乙烯含有碳碳双键,能使溴的四氯化碳溶液退色,A项正确;乙烯可以燃烧生成二氧化碳和水,B项正确;苯不能使酸性高锰酸钾溶液退色,C项错误;苯可以燃烧生成二氧化碳和水,D项正确。 12.(2017·广西钦州钦南区期末)对于苯乙烯()有下列叙述:①能使酸性KMnO4溶液退色;②能使溴的四氯化碳溶液退色;③可溶于水;④可溶于苯;⑤能与浓硝酸发生取代反应;⑥所有的原子可能共平面。其中正确的是( ) A.①②④⑤⑥ B.①②③④⑤ C.①②⑤⑥ D.全部正确 答案 A 解析 ①苯乙烯中含有苯环和碳碳双键,故应具有苯和乙烯的性质,碳碳双键可使酸性KMnO4溶液退色,故正确;②苯乙烯同样可使溴的四氯化碳溶液退色,故正确;③苯乙烯属于烃类,而烃大都难溶于水,故错误;④烃易溶于有机溶剂(如苯、CCl4)中,故正确;⑤苯能与硝酸发生硝化反应(取代反应),故正确;⑥从分子结构上看,苯乙烯是苯和乙烯两个平面结构的组合,因此这两个平面有可能重合,故正确。综上分析,A项正确。 [综合强化] 13.(2017·杭州高一检测)从石油和煤中提炼出化工原料A和B,A是一种果实催熟剂,它的产量用来衡量一个国家的石油化工发展水平。B是一种比水轻的油状液体,B仅由碳、氢两种元素组成,碳元素与氢元素的质量比为12∶1,B的相对分子质量为78。回答下列问题: (1)A的电子式为____________________,B的结构简式为____________________。 (2)在碘水中加入B,振荡、静置后的现象为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 14 (3)等质量的A、B完全燃烧时消耗O2的物质的量________(填“A>B”“A<B”或“A=B”)。 答案 (1) (2)溶液分层,下层无色,上层紫红色 (3)A>B 解析 A是一种果实催熟剂,它的产量用来衡量一个国家的石油化工发展水平,则A为CH2===CH2,B是一种比水轻的油状液体,仅由碳、氢两种元素组成,碳元素与氢元素的质量比为12∶1,则碳、氢原子个数之比为1∶1,B的相对分子质量为78,则12n+n=78,解得n=6,所以B为苯。 14.(2017·惠州期末)已知:①R—NO2R—NH2;②苯环上原有的取代基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。以下是用苯做原料制备一系列化合物的转化关系图: (1)A转化为B的化学方程式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图中“苯→①→②”省略了反应条件,请写出①、②物质的结构简式:①____________________,②____________________。 (3)苯的二氯代物有________种同分异构体。 (4)有机物CH3NO2的所有原子________(填“是”或“不是”)在同一平面上。 答案 (1) +CH3Cl+HCl (2) (或) (或) (3)3 (4)不是 14 解析 (1)A为硝基苯,根据信息①可知B为,根据A、B的结构可知,甲基取代硝基苯苯环上硝基间位的H原子生成B,化学方程式为+CH3Cl+HCl。(2)②与水反应生成,根据信息可知 ②为或。由转化关系图可知硝基苯发生间位取代,卤苯发生对位取代,所以①为卤苯或。(3)苯的二氯代物有邻位、间位和对位3种。(4) 中甲基为四面体结构,所以所有原子不是在同一平面上。 15.苯和溴反应制取溴苯的实验装置如图所示,其中A为由具支试管改制成的反应容器,在其下端开了一小孔,塞好石棉绒,再加入少量铁屑粉。填写下列空白: (1)向反应容器A中逐滴加入溴和苯的混合液,几秒内就发生反应。写出A中所发生反应的化学方程式(有机物写结构简式):_________________________________________________。 (2)B中NaOH溶液的作用是______________________________________________________。 (3)试管C中苯的作用是_________________________________________________________。 反应开始后,观察D和E两试管,看到的现象为______________________________________, 此现象可以验证苯和液溴的反应为________________(填反应类型)。 答案 (1)+Br2+HBr 14 (2)除去溶于溴苯中的溴 (3)除去HBr气体中混有的溴蒸气 D试管中紫色石蕊溶液慢慢变红,并在导管口有白雾产生,然后E试管中出现浅黄色沉淀 取代反应 解析 苯与液溴反应剧烈,生成和HBr气体,从导管出来的气体中会混有一定量的溴蒸气,混合气体进入C可将气体中的溴蒸气除去(利用相似相溶原理)。B中NaOH溶液的作用是除去溶于溴苯中的溴,气体在经D、E两装置时,分别可以观察到紫色石蕊溶液变红,AgNO3溶液中有浅黄色沉淀生成,可证明此反应为取代反应。装置F是尾气吸收装置,以防污染环境。 14查看更多