2018届一轮复习人教版煤、石油和芳香烃学案

2018届一轮复习人教版煤、石油和芳香烃学案

课题 煤、石油和芳香烃 教学目的 ‎1．掌握苯的结构和化学性质；‎ ‎2．理解苯同系物与苯的区别；‎ ‎3．了解煤和石油的主要成分及其应用。‎ 教学内容 一、课前回顾 ‎1．苯的性质有哪些？‎ ‎2．煤、石油的主要成分是什么？‎ 二、课前诊断 ‎1．下列叙述正确的是（ ） ‎ A．苯的分子是环状结构，其性质跟环烷烃相似 ‎ B．表示苯分子的结构，其中含有碳碳双键，因此苯的性质跟烯烃相同 ‎ C．苯的分子式为C6H6，分子中的碳原子远远没有饱和，因此能和溴水反应 ‎ D．苯不能使酸性KMnO4溶液退色，而苯的同系物却可以使酸性KMnO4溶液退色 ‎ ‎2．下列产品在石油加工和煤的干馏产品中都能得到的是（ ）‎ A．甲烷　　 B．丁二烯　 C．沥青　　 D．焦炭 ‎3．石油分馏是石油炼制的重要手段之一，下列关于石油分馏的目的说法正确的是（ ）‎ A．除去石油中的水分 B．除去石油中的盐分 C．获得不同沸点的烃类产物 D．获得烃类纯净物 ‎4．某同学根据苯和四氯化碳互溶，苯的密度比水小，四氯化碳的密度比水大的性质制作了如图所示的“液体积木”。在试管中注入CCl4，再加少量水，然后再小心加入少量苯，溶液可出现分三层的现象，再用漏斗向水层中加入少量胆矾溶液及少量碘水，下列说法正确的是（ ）‎ A．上中下三层的颜色分别为无色、蓝色、紫色 ‎ B．上中下三层的颜色分别为紫色、蓝色、紫色 C．振荡再静置后溶液分为两层，水在下层 ‎ D．振荡再静置后溶液仍分为三层 课前回顾参考答案 ‎1．取代反应，包括有溴代和硝化等；还有加成反应等。‎ ‎2．煤的主要成分是碳；石油的主要成分是烷烃、环烷、芳香烃等；‎ 课前诊断参考答案 ‎1．D 2．AC 3．C 4．B 三、知识点讲解 ‎（一）苯的结构与性质 ‎1．苯的结构 ‎（1）苯的结构 为平面正六边形结构；其中碳碳键是介于单键与双键间一种特殊键；六个碳原子等效，六个氢原子等效。‎ ‎（2）苯的同系物 是含有一个苯环和烷烃基（最多6个）所形成的的化合物 ‎（3）芳香烃和芳香族 芳香烃是分子中含有一个或多个苯环的烃。而芳香族是分子中含有含有一个或多个苯环的化合物，芳香烃属于芳香族 。‎ ‎2．苯的化学性质：易取代 难加成 可燃烧 ‎（1）氧化反应：燃烧火焰明亮并伴有浓烟(和乙炔相似)，但苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ‎（2）苯的取代反应（卤代、硝化等）‎ ‎① 卤代 ‎ ‎② 硝化 ‎ ‎（2）苯的加成反应（H2也属还原反应） ‎ ‎ （催化剂中真正催化作用的是Fe3+） ‎ ‎（二）苯的性质实验 ‎1．苯的溴代 ‎（1）反应 ‎ ‎（2）装置 如右图所示 ‎（3）注意点： ① 长导管作用：导气、冷凝、回流 ‎② 吸收HBr的导管不能伸入水中，防止倒吸 ‎③ 溴苯提纯：粗溴中含杂质需要提纯。‎ ‎2．苯的硝化 ‎（1）反应 ‎ ‎（2）装置 如右图所示 ‎ ‎（3）注意点： ① 加药顺序：浓HNO3←滴浓H2SO4←滴苯 ‎② 水浴加热（低于‎100℃‎的加热，且用温度计于水中控温度50‎-60℃‎，沸水浴例外）‎ ‎（三）苯的同系物的性质 苯环上的氢原子被烷基取代的产物。由于苯基和烷基的相互影响，使苯的同系物比苯的性质更活泼。‎ ‎1．氧化反应 苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但苯的同系物可使酸性高锰酸钾溶液褪色；‎ 酸性KMnO4 ‎ R ‎ COOH ‎ ‎2．甲苯性质（易取代、难加成）‎ 光照 ‎ ‎+ HBr ‎ CH3 ‎ ‎① + Br2 (液溴) ‎ CH2Br ‎ ‎ ‎ Fe ‎ ‎+ HBr ‎ CH3 ‎ ‎② + Br2 (液溴) ‎ Br ‎ CH3 ‎ Br ‎ CH3 ‎ 或 ‎ ‎③ ‎ ‎—NO2 ‎ ‎+ 3H2O ‎ CH3 ‎ 浓硫酸 ‎ ‎+3HO-NO2（浓） ‎ CH3 ‎ O2N— ‎ NO2‎ ‎ ‎ ‎ ‎催 ‎ CH3 ‎ ‎④ + 3H2 ‎ CH3 ‎ ‎（四） 烃的来源及其应用 ‎1．链烃来源——石油、天然气（裂化得汽油、裂解得三烯）‎ ‎（1）烷烃来源 石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成，石油的主要元素是碳和氢。石油的制炼方法有分馏和裂化、裂解。前者是物理变化后两者是化学变化。裂解得三烯（乙烯、丙烯、丁二烯），裂化为汽油（含烯烃轻质油、不可用于萃取溴和碘的溶剂）石油分馏依次得：石油气（又称液化石油气，主要含丙烷和丁烷，溶解了少量甲烷和乙烷）、汽油（C5～C11的液态烷烃）、煤油、柴油、重油、润滑油、沥青。‎ ‎（2）烯主要来源于石油气裂解，工业乙炔主要来源于2CH4C2H2+3H2‎ ‎ ‎ 裂化 裂解 相同点 在催化剂高温下分解烷烃，产物烯和烷的混合物 不同点 ‎ 原料 ‎ 分馏的石油气 分馏的重油 温度 ‎ ‎700‎‎-800℃‎ ‎800‎‎-1000℃‎ 目的 ‎ 燃料汽油 原料“三烯”‎ ‎2．芳烃来源：煤的干馏和石油的催化重整 煤干馏得三苯——煤主要是由复杂有机物和无机物组成的混合物，主要含碳元素。‎ 煤的加工方法有干馏、气化、液化（都是化学变化）。‎ 煤干馏（又称炼焦）的主要产品是焦炭、煤焦油（苯、甲苯、二甲苯、酚类）、焦炉气（H2 、CH4 、C2H4、CO）。‎ ‎（五）有机物的燃烧规律 ‎1．燃烧（完全燃烧、彻底氧化、氧气过量）‎ 烃： 烃的衍生物 ：‎ ‎2．规律 ‎（1）CXHY在高于‎100℃‎完全燃烧后气的体积（或物质的量）当Y＞4（变大）Y＝4（不变）Y＜4（变小）。‎ ‎（2）最简式（各元素的质量分数）相同的有机物，只要质量一定，不论以任何比例混和，燃烧生成的水和CO2的质量相同。‎ ‎（3）烃部（分子中含碳氢原子数）相同的有机物，只要体积（或物质的量）一定，不论以任何比例混和，生成的水和CO2的质量相同。‎ ‎【典例1】在沥青中含稠环芳香烃，其中偶数个苯环的可视为同系物。如：‎ 此顺推还有D、E、F……等，在该系列化合物中含碳的最大质量分数是（ ）‎ A．100% B．93.75% C．56% D．97. 3%‎ 答案 D 解析 根据题意，应先找出这一类化合物的规律，A的分子式为C10H8，B为C16H10，C为C22H12。故这一类化合物的通式为C6n+4H2n+6，从通式可知n值越大，含碳量越高，故最大含碳量＝(72n+16´4)/( 72n+2n+6)；当n→∞时最大含碳量＝(72n+64/n)/(74+6/n)=(72/74)×100%＝97.3%。‎ ‎【典例2】C8H18经多步裂化，最后完全转化为C4H8、C3H6、C2H4、C2H6、CH4五种气体的混合物。该混合物的平均相对分子质量可能是（ ）‎ A．28 B．‎30 C．38 D．40‎ 答案 BC 解析 采用极值法求出平均相对分子质量。‎ ‎【典例3】我国药物学家从中药麻黄中提取了具有平喘作用麻黄素。将10.0 g麻黄素完全燃烧可得26.67 g CO2和8.18gH2O。测得麻黄素中含氮8.48%，它的实验式为CxHyN2Ow。已知其实验式即为分子式，则麻黄素的分子式为 。‎ 答案 C20H30N2O2‎ 解析 根据实验式和氮元素的质量分数求出相对分子量；再根据燃烧‎10.0g麻黄素完全燃烧可得26.67gCO2和8.18gH2O求出碳和氢元素的质量分数；最后求得C、H、N、O原子的物质的量。‎ Mr = 28 ÷ 8.48% = 330 x = n(C) = 330 × 26.67 ÷ 44 ÷ 10 = 20‎ y = n(H) = 330 × 8.18 ÷ 18 ÷ 10 = 30 w = n(O) =（330－12×20－1×30－2×14）÷ 16 = 2‎ 所以麻黄素的分子式为C20H30N2O2。‎ 四、课堂练习 ‎1．能用高锰酸钾酸性溶液鉴别而不能用溴水鉴别的是（ ）‎ A．甲烷和乙烯 B．乙烯和乙炔 C．苯和邻二甲苯 D．浓盐酸和浓硝酸 ‎2．下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是（ ）‎ A．C2H2 B．CS2 C．NH3 D．C6H6‎ ‎3．侧链上含3个碳原子的甲苯的同系物共有（ ）‎ A．1种 B．3种 C．6种 D．8种 ‎4．城市中许多家庭使用的罐装“煤气”，实际上是液化石油气，以下有关液化石油气的叙述不正确的是（ ）‎ A．液化气是一种混合物，其主要成分是丙烷、丁烷、丁烯 B．液化气用完后，瓶内往往会残留一些液体，其成分是水 C．液化气可用作燃料 D．液化气是石油化工生产过程中的一种副产品 ‎5．某人坐在空调车内跟在一辆卡车后面，观察到这辆卡车在起动、刹车时排出黑烟。由此可推断这辆卡车所用的燃料是（ ）‎ A．酒精 B．汽油 C．柴油 D．液化石油气 ‎6．最近我国将新疆的天然气引至上海，对于改善上海能源状况有着极重要的意义。关于天然气的下列叙述不正确的是（ ）‎ A．天然气和沼气的主要成分都是甲烷 B．改液化石油气为天然气作燃料，燃烧时应减小进空气量或增大进天然气量 C．天然气燃烧的废气中，SO2等污染物的含量少 D．天然气与空气混合点燃，不会发生爆炸 ‎7．苏丹红是很多国家禁止用于食品生产的合成色素，结构简式如下图。关于苏丹红说法 错误的是（ ）‎ A．分子中含一个苯环和一个萘环 B．属于芳香烃 C．能被高锰酸钾酸性溶液氧化 D．能溶于苯 ‎8．某苯的同系物的分子式为C11H16，经测定数据表明，分子中除苯环外不再含其他环状结构，分子中还含有两个—CH3，两个—CH2—和一个，则该分子由碳键异构所形成的同分异构体有_____________种，其结构简式为_____________。‎ ‎9．（1）今有A、B、C 3种二甲苯，将它们分别进行一硝化反应，得到的产物分子式都是C8H9ＮO2，但A得到两种产物，B得到三种产物，C只得到一种产物。写出A、B、C的结构简式。‎ ‎（2）请写出一个化合物的结构式。它的分子式也是C8H9ＮO2，分子中有苯环，苯环上有三个取代基，其中之一为羧基，但并非上述二甲苯的硝化产物。请任写一个。‎ ‎10．实验室用如下图所示装置进行苯与溴反应的实验。‎ ‎（1）由分液漏斗往烧瓶中滴加苯与溴的混合液时，反应很剧烈，可明显观察到烧瓶中充满了__________色气体。‎ ‎（2）若装置中缺洗气瓶，则烧杯中产生的现象无法说明苯与溴的反应是取代反应，其理由是________________‎ ‎__________________________________________________________________________________________。‎ ‎（3）实验完毕，关闭K，由分液漏斗往烧瓶中加NaOH溶液，加NaOH溶液的目的是：‎ ‎① _______________________________________； ② __________________________________________。‎ 五、课堂小结 ‎1．苯的结构与性质：（1）苯的结构 ；（2）苯的化学性质 ‎2．苯的性质实验：（1）苯的溴代；（2）苯的硝化 ‎3．苯的同系物的性质：（1）氧化反应；（2）甲苯性质 ‎4．烃的来源及其应用：（1）链烃来源；（2）芳烃来源 ‎5．有机物的燃烧规律 六、课后作业 ‎1．苯环结构中，不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，可以作为证据的事实是（ ）‎ ‎① 苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；　 ② 苯中碳碳键的键长均相等；　‎ ‎③ 苯能在加热和催化剂存在的条件下氢化生成环己烷；　 ④ 经实验测得邻二甲苯仅有一种结构；　‎ ‎⑤ 苯在FeBr3存在的条件下同液溴可发生取代反应，但不能与溴水发生加成反应；‎ A．②③④⑤　　　　　　　B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③④‎ ‎2．在实验室中，下列除杂的方法正确的是（ ）‎ A．溴苯中混有溴，加入KI溶液，振荡，用汽油萃取出溴 B．乙烷中混有乙烯，通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，将其通过盛有NaHCO3溶液的洗气瓶 ‎3．某烃的分子式为C10H14，它不能与溴水反应，但可使酸性KMnO4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 ‎4．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．⑦ C．④⑤⑥⑦ D．全部 ‎5．下列物质属于芳香烃，但不是苯的同系物的是（ ）‎ A．③④ B．②⑤ C．①②⑤⑥ D．②③④⑤⑥‎ ‎6．有机物中碳原子和氢原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液褪色．其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍．在铁存在时与溴反应，能生成两种一溴代物．该有机物可能是（ ）‎ ‎7．下列实验操作或实验事故处理正确的是（ ）‎ A．实验室制溴苯时，将苯与液溴混合后加到有铁丝的反应容器中 B．实验室制硝基苯时，将硝酸与苯混合后再滴加浓硫酸 C．实验时手指不小心沾上苯酚，立即用70℃以上的热水清洗 D．实验室制乙酸丁酯时，用水浴加热 ‎8．对三联苯是一种有机合成的中间体。工业上合成对三联苯的化学方程式为 ‎3 ＋2H2↑。下列说法中不正确的是（ ）‎ A．上述反应属于取代反应 B．对三联苯分子中至少有16个原子共平面 C．对三联苯的一氯取代物有4种 D．0.2 mol对三联苯在足量的氧气中完全燃烧消耗5.1 mol O2‎ ‎9．在苯和它的衍生物中，由于侧链与苯环间的相互影响，从而使它们在性质上都发生了一些变化．但下列反应中不能够说明这一现象的是（ ）‎ ‎10．二甲苯的苯环上有一个氢原子被溴取代后的一溴代物有六种异构体，它们的熔点分别如下表所示．下列叙述正确的是（ ）‎ 二甲苯一溴代物的熔点(℃)‎ ‎234‎ ‎206‎ ‎214‎ ‎204‎ ‎212‎ ‎205‎ 对应的二甲苯的熔点(℃)‎ ‎13‎ ‎－48‎ ‎－25‎ ‎－48‎ ‎－25‎ ‎－48‎ A．熔点为234℃的是一溴代间二甲苯 B．熔点为234℃的是一溴代邻二甲苯 C．熔点为－48℃的是间二甲苯 D．熔点为－25℃的是对二甲苯 ‎11．下表是有机物A、B的有关信息。‎ A B ‎①能使溴的四氯化碳溶液褪色；‎ ‎②比例模型为：‎ ‎③能与水在一定条件下反应生成醇 ‎①由C、H两种元素组成；‎ ‎②球棍模型为： ‎ 根据表中信息回答下列问题：‎ ‎（1）写出在一定条件下，A生成高分子化合物的化学反应方程式_________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________．‎ ‎（2）A与氢气发生加成反应后生成分子C，C在分子组成和结构上相似的有机物有一大类（俗称“同系物”），它们均符合通式CnH2n＋2．当n＝________时，这类有机物开始出现同分异构体。‎ ‎（3）B具有的性质是________（填序号）‎ ‎① 无色无味液体 ② 有毒 ③ 不溶于水 ④ 密度比水大 ‎⑤ 与酸性KMnO4溶液和溴水反应使之褪色、⑥任何条件下不与氢气反应 写出在浓硫酸作用下，B与浓硝酸反应的化学方程式：____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎12．下面是含有苯环的一系列化合物：‎ ‎ ‎ ‎（1）B的化学名称为________，D的分子式为________，上述一系列化合物的分子通式为________。‎ ‎（2）C的一氯取代物有________种。‎ ‎（3）上述物质中的某一种可用于制取TNT，该反应的化学方程式为______________________________________。‎ ‎（4）B是制备高分子化合物P的中间产物，下列为工业上制取P的简单流程：‎ ‎① 已知X蒸气的密度是相同条件下甲烷密度的6.5倍，则X的分子式为_________________。‎ ‎② 上述流程中反应a、b、c的反应类型分别为___________、___________、___________。‎ ‎③ 转化X→P的化学方程式为______________________________________________。‎ ‎13．有机化学反应因反应条件不同，可生成不同的有机产品．例如：‎ I． ‎ II．苯的同系物与卤素单质混合，若在光照条件下，侧链上的氢原子被卤素原子取代；若在催化剂作用下，苯环上的氢原子被卤素原子取代。‎ 工业上利用上述信息，按如图所示路线合成结构简式为的物质，该物质是一种香料．‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）A的结构简式可能为________。‎ ‎（2）反应①、②、③的反应类型分别为________、________、________。‎ ‎（3）反应④的化学方程式为（有机物写结构简式，并注明反应条件）___________________________________。‎ ‎（4）这种香料具有多种同分异构体，其中某些同分异构体有下列特征：‎ ‎① 其水溶液遇FeCl3溶液呈紫色； ② 分子中有苯环，且苯环上的一溴代物有两种。‎ 请写出符合上述条件的同分异构体可能的结构简式（只写两种）‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎14．对硝基甲苯是医药、染料等工业的一种重要有机中间体，它常以浓硝酸为硝化剂，浓硫酸为催化剂，通过甲苯的硝化反应制备。‎ ‎ ‎ 一种新的制备对硝基甲苯的实验方法是：以发烟硝酸为硝化剂，固体NaHSO4为催化剂（可循环使用），在CCl4溶剂中，加入乙酸酐（有脱水作用），45℃反应1h；反应结束后，过滤，滤液分别用5% NaHCO3溶液、水洗至中性，再经分离提纯得到对硝基甲苯。‎ ‎（1）上述实验中过滤的目的是______________________________________________。‎ ‎（2）滤液在分液漏斗中洗涤静置后，有机层处于________层（填“上”或“下”）；放液时，若发现液体流不下来，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，还有_______________________。‎ ‎（3）下表给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。‎ 催化剂 硝化产物中各种异构体质量分数(%)‎ 总产率(%)‎ 对硝基甲苯 邻硝基甲苯 间硝基甲苯 浓H2SO4‎ ‎1. 0‎ ‎35. 6‎ ‎60. 2‎ ‎4. 2‎ ‎98. 0‎ ‎1. 2‎ ‎36. 5‎ ‎59. 5‎ ‎4. 0‎ ‎99. 8‎ NaHSO4‎ ‎0. 15‎ ‎44. 6‎ ‎55. 1‎ ‎0. 3‎ ‎98. 9‎ ‎0. 25‎ ‎46. 3‎ ‎52. 8‎ ‎0. 9‎ ‎99. 9‎ ‎0. 32‎ ‎47. 9‎ ‎51. 8‎ ‎0. 3‎ ‎99. 9‎ ‎0. 36‎ ‎45. 2‎ ‎54. 2‎ ‎0. 6‎ ‎99. 9‎ ‎① NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为________。‎ ‎② 由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知，甲苯硝化反应的特点是__________________________________。‎ ‎③ 与浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化的优点有_________________、_________________。‎ ‎ ‎ 课堂练习答案：‎ ‎1．C 2．C 3．D 4．B 5．C 6．D 7．B ‎8．4‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎9．（1）A：、 B：、 C：。‎ ‎（2） 或 其位置异构体。‎ ‎10．（1）红棕 （2）溴易挥发 （3）① 使液体分层 ② 除去未反应的溴 课后作业参考答案 ‎1．C 2．C 3．B 4．C 5．B 6．B 7．A 8．D 9．D 10．C ‎11．（1）nCH2=CH2 （2）4　‎ ‎（3）②③ ‎ 解析 A是CH2=CH2， B是 ‎ ‎12．（1）乙苯　C12H18　CnH2n－6 （2）4‎ ‎（3）‎ ‎ （4） ① C8H8‎ ‎② 加成反应　消去反应　加聚反应 ‎13． ‎ ‎（2）加成　取代　消去 ‎ ‎ ‎14．（1）回收NaHSO4‎ ‎（2）下　分液漏斗上口塞子未打开 ‎（3） ① 0.32　‎ ‎② 甲苯硝化主要得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯　‎ ‎③ 在硝化产物中对硝基甲苯比例提高　 催化剂用量少且能循环使用