芳香烃学案.doc

苯和苯的同系物
1、有机化合物分为链状化合物和环状化合物；环状化合物又分为脂环化合物和芳香化合物。
2、芳香族化合物——分子结构中含有苯环的有机物（最初发现的这类物质绝大部分都是具有香味的，它们是从各种天然的香树脂、香精油中提取出来的。目前，已知的很多芳香族化合物其实并不具有芳香气味，所以，“芳香族化合物”这一名称已经失去了原先的意义，只是一直沿用至今）
芳香烃——芳香族碳氢化合物，简称芳香烃或芳烃。
苯
苯是一种没有颜色，有特殊气味的液体，有毒。密度比水小，与水不互溶。
要点1：苯的结构
苯的分子式为C6H6，德国化学家凯库勒于1866年提出了苯的分子结构模型，并用下图表示苯的分子结构：
苯的这一结构式被称为凯库勒式。
苯不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色，（遇到溴水萃取）；苯分子里不存在一般的碳碳双键，其中的六个碳原子之间的键完全相同，键长都是一样长的（1.4×10-10m），是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键；苯分子里的六个碳原子和六个氢原子都在同一个平面上。是一个平面正六边形，只是现在仍习惯使用凯库勒式。，所以苯的结构可以表示为： 或

【典例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
要点2：苯的化学性质
苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，一般情况下也不能与溴水发生加成反应，说明苯的化学性质比烯烃稳定。但苯的化学稳定性是相对的，在一定条件下，苯也能发生某些化学反应。
（1）在空气中燃烧：像大多数有机化合物一样，苯能在空气中燃烧，完全燃烧时生成CO2和H2O，发出明亮的带有浓烟的火焰。
2C6H6 + 15O2 12CO2 + 6H2O
苯易燃烧，在苯的生产、贮存、运输和使用的过程中要注意防火。
（2）苯的取代反应
①苯与溴的反应：在有催化剂FeBr3存在时，苯与溴发生取代反应，生成溴苯：
+ Br2 —Br + HBr

该反应中溴为液态溴，溴水不与苯反应；在催化剂溴化铁的存在下，苯与液溴常温下就能剧烈反应；反应中只有一个氢原子被取代；生成的溴苯是不溶于水、密度比水大的无色油状液体，反应中因溶解了溴而显红褐色，提纯溴苯可以用NaOH溶液；在催化剂的作用下，苯也可以与其他卤素单质发生取代反应。
现象：1 向三颈烧瓶中加入苯和液溴后，反应迅速进行，溶液几乎“沸腾”，一段时间后反应停止
2 反应结束后，三颈烧瓶底部出现红褐色油状液体（溴苯）
3 锥形瓶内有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀
4 向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，产生红褐色沉淀（Fe(OH)3）
注意：
1 直型冷凝管的作用——使苯和溴苯冷凝回流，导气（HBr和少量溴蒸气能通过）。
2 锥形瓶的作用——吸收HBr，所以加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀（AgBr）
3 锥形瓶内导管为什么不伸入水面以下——防止倒吸
4 碱石灰的作用——吸收HBr、溴蒸气、水蒸汽。
5 纯净的溴苯应为无色，为什么反应制得的溴苯为褐色——溴苯中溶解的溴单质
6 NaOH溶液的作用——除去溴苯中的溴，然后过滤、再用分液漏斗分离，可制得较为纯净的溴苯
7 最后产生的红褐色沉淀Fe(OH)3沉淀，反应中真正起催化作用的是FeBr3
问1：如何得到纯净的溴苯？

问2：如何证明这是一个取代而不是加成反应？

②苯的硝化反应：苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物加热至50℃～60℃时，发生取代反应，苯环上的一个氢原子被硝基（—NO2）取代生成硝基苯：
+ HO—NO2 —NO2 + H2O

苯分子里的氢原子被硝基所取代的反应叫硝化反应。
硝基苯是一种无色的、带有苦杏仁味的油状液体，不溶于水、密度比水大。硝基苯有毒。
现象：加热一段时间后，反应完毕，将混合物倒入盛有水的烧杯中，在烧杯底部出现淡黄色油状液体（硝基苯）
注意：1 硝基苯难溶于水，密度比水大，有苦杏仁味
2 长导管的作用——冷凝回流
3 为什么要水浴加热——（1）让反应体系受热均匀；
（2）便于控制温度，防止生成副产物（因为加热到100～110℃时就会有间二硝基苯生成；
4 温度计如何放置——温度计水银球应伸入水浴中，以测定水浴的温度。

问：有温度计的反应有哪些？及其温度计水银球的位置分别是什么？

（3）苯的加成反应
虽然苯不具有典型的碳碳双键所应有的加成反应的性质，但在一定的条件下，苯也能发生加成反应。如：在镍做催化剂并加热到180℃～250℃时，苯可以与氢气发生加成反应生成环己烷（C6H12）；苯与氯气在适当的条件下，也可以发生加成反应生成六氯环己烷（C6H6Cl6），就是被淘汰的农药六六六。
总的来说化学性质比较稳定、是易取代、难加成。

分馏

干馏

二 芳香烃的来源与应用
1 来源：（1）煤 煤焦油 芳香烃
（2）石油化工 催化重整、裂化
在芳香烃中，作为基本有机原料应用的最多的是苯、乙苯和对二甲苯
2 苯的同系物
（1）概念：苯的同系物只有一个苯环，它们可以看成是由苯环上的H被烷烃基代替而得到的。通式为：CnH2n-6
CH3
CH3
CH2CH3
CH3
例如：
甲苯 乙苯 对二甲苯

（2）同分异构体：C8H10:

C9H12:

C10H14只有一个支链的：

（2）性质
A 氧化反应
实验：甲苯中加入酸性KMnO4溶液→KMnO4溶液腿色
乙苯中加入酸性KMnO4溶液→KMnO4溶液腿色
结论：苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化
解释：苯的同系物中，如果与苯环直接连接的碳原子上连有H原子，该苯的同系物就能使酸性KMnO4溶液腿色，与苯环相连的烷烃基通常回被氧化为羧基

C－OH
O
C－H

氧化

B 取代反应
NO2
CH3
NO2
O2N
CH3

浓H2SO4
100℃

＋ 3HNO3 ＋ 3H2O

TNT（三硝基甲苯）
TNT是一种不溶于水的淡黄色针状晶体，烈性炸药。
（3）乙苯的制备
CH2CH3
催化剂
△

＋ CH2＝CH2

以前采用无水AlCl3＋浓盐酸做催化剂，污染较大而且成本较高。现在采用分子筛固体酸作催化剂，这种催化剂无毒无腐蚀且可完全再生。
联苯
CH2
3 多环芳烃
联苯
萘
蒽

各类烃与溴及高锰酸钾的反应

液溴
溴水
溴的四氯化碳溶液
酸性高锰酸钾溶液
烷烃
溴蒸汽光照下取代
不反应，但液态烷烃可以萃取
不反应，互溶不退色
不反应
烯烃
常温加成褪色
常温加成褪色
常温加成褪色
氧化褪色
炔烃
常温加成褪色
常温加成褪色
常温加成褪色
氧化褪色
苯
一般不反应，催化条件可取代
不反应，发生萃取而使溴水褪色
不反应，互溶不退色
不反应
苯的同系物
一般不反应，光照发生侧链上的取代，催化发生苯环上的取代
不反应，发生萃取而使溴水层褪色
不反应，互溶不退色
氧化褪色
考点5：根据相对分子质量推算烃的分子式 各类烃的通式
名称
烷烃
烯烃（或环烷烃）
炔烃（或二烯烃）
苯及苯的同系物
通式
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2
CnH2n-6
n值
n≥1
n≥2（或n≥3）
n≥2（或n≥4）
n≥6
摩尔质量
14n+2
14n
14n-2
14n-6
1. 商值通式法判断烃的分子式：假设某烃的相对分子质量为M，则
（1） M/14能整除，可推知为烯烃或环烷烃，商为碳原子数
（2） M/14，余2能除尽，可推知为烷烃，商为碳原子数
（3） M/14，差2能除尽，可推知为炔烃或二烯烃，商为碳原子数
M/14，差6能除尽，推知为苯或苯的同系物，商为碳原子数。

石油 煤
一 石油的成分：
1、石油组成：碳、氢、硫、氧、氮等。
2、石油成分：各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混和物，一般石油不含烯烃。
二 石油的炼制：
开采出来的石油叫做原油。要经过一系列的加工处理后才能得到适合不同需要的各种成品，如汽油、柴油等。
原油含水盐类、含水多，在炼制时要浪费燃料，含水量盐多会腐蚀设备。所以，原油必须先经脱水、脱盐等处理过程才能进行炼制。
石油的炼制分为：石油的分馏、裂化、裂解三种方法。
石油的分馏与石油的蒸馏原理相同，实验5－23中：
①蒸馏烧瓶、冷凝管
②温度计水银球的位置：蒸馏烧瓶支管口齐平
③冷凝管的进、出口方向能否倒置？
1、石油的分馏
先复习随着烃分子里碳原子数增加，烃的沸点也相应升高的知识，然后启发学生如何能把石油组成里的低沸点烃和高沸点烃分离开。（答：给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷却先分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。）
向学生说明原油开始沸腾后温度仍逐渐升高。同时问学生为什么？这说明原油是混合物。
工业上如何实现分馏过程呢？主要设备是加热炉和分馏塔。
按P137图5-24前半部分介绍，要突出介绍分馏塔的作用。最后总结石油常压分馏产物：液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油。
接着，提出重油所含的成分如何分离？升温？在高温下，高沸点的烃受热会分解，更严重的是还会出现炭化结焦、损坏设备，从而引出减压分馏的方法。
按课本P137图5-24的后半部分介绍减压分馏过程和产物：重柴油、润滑油、凡士林、石蜡、沥青。
2、石油的裂化：
（1）提出石油分馏只能得到25%左右的汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，产量不高。如何提高轻质燃料的产量，特别是提高汽油的产量？引出石油的裂化。什么叫裂化？
裂化——就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。
裂化过程举例：

3、石油的裂解
裂解是深度裂化，裂解的目的是产乙烯。
三：煤的综合利用：
1、煤的分类和组成
煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源。分类：
煤
另外，煤中含少量的硫、磷、氢、氧、氮等元素以及无机矿物质（主要含Si、Al、Ca、Fe）。因此，煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混和物。（煤不是炭）
2、煤的干馏
定义：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏。（与石油的分馏比较）
煤高温干馏后的产物：

3.煤的气化和液化
（1）煤的气化
煤的气化原理是什么？其主要反应是什么？
［答］煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
煤气化的主要反应是碳和水蒸气的反应：C(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)
3．例题精讲
【例1】丁烷裂解时可有两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃。如果丁烷裂解率为90%，又知裂解生成的两种烯烃的质量相等，那么裂解后所得到的混合气体中，分子量最小的气体占有的体积为分数为（ ）
A、19%　　　　 B、25%　　　　 C、36%　　　　　 D、40%