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第05讲 芳香烃

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知识预习

一、芳香烃、芳香族化合物、苯的同系物
1．芳香烃：分子中含有苯环的烃。苯是最简单的芳香烃。
2．芳香族化合物：分子中含有苯环的有机物。
3. 苯的同系物
苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物，其分子中___________苯环，通式为CnH2n-6（n≥6），侧链都是烷基。
【答案】只有一个

二、苯的物理性质与结构特点
1．苯的物理性质
颜色
气味
状态
密度
溶解性
熔、沸点
______
______气味
______
比水______
______
较低（熔点为5.5℃，
沸点为80.1℃）
【答案】无色 特殊 液体 小 不溶于水

实验探究
实验操作
向两支各盛有2 mL苯的试管中分别加入酸性高锰酸钾溶液和溴水，用力振荡。
实验现象
加入酸性高锰酸钾，液体分层，下层液体为紫红色。
加入溴水，液体分层，上层为橙红色。

2．苯的结构
分子式
结构式
结构简式
球棍模型
空间充填模型
C6H6

或

苯分子为平面正六边形结构，其中的6个碳原子均采取_____杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以_____键结合，键间夹角均为_____，连接成六元环。每个碳碳键的键长_____，都是139 pm，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。
【答案】sp2 σ 120° 相等

三、苯的化学性质
1．可燃性
苯可以在空气中燃烧，燃烧时火焰明亮，产生___________。
化学方程式：_______________________________________。
【答案】浓重的黑烟 2C6H6 + 15O2 12CO2 + 6H2O

2．取代反应
（1）溴化反应
苯与溴在FeBr3催化下可以发生反应，苯环上的氢原子可被溴原子所取代，生成溴苯。（纯净的溴苯为无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水大）
化学方程式：_____________________________________________________________。
【答案】 + Br2 + HBr
（2）硝化反应
在浓硫酸作用下，苯在50~60℃还能与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。（纯净的硝基苯为无色液体，有苦杏仁气味，不溶于水，密度比水的大）
化学方程式：____________________________________________________。
【答案】 + HO－NO2 浓硫酸
△
+ H2O

（3）磺化反应
a. 苯与浓硫酸在70-80℃可以发生磺化反应，生成苯磺酸。（苯磺酸易溶于水，是一种强酸，可以看作是硫酸分子里的一个羟基被苯环取代的产物。）
化学方程式：____________________________________________________。
【答案】

3．加成反应
在以Pt、Ni等为催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷。
化学方程式：______________________________________________
【答案】 + 3H2

对点训练

题型一：苯的结构
【例1】苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的交替结构，下列可以证明该结论的事实是
①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色
②苯分子中碳碳键的键长完全相等
③苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生反应生成环己烷
④经实验测得对二甲苯只有一种结构
⑤苯在溴化铁作催化剂条件下与液溴可发生取代反应，但不能因发生化学反应而使溴水褪色
A．②③④ B．②④ C．①②⑤ D．①③⑤
【答案】C
【详解】
①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，可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，故正确；②苯环上碳碳键的键长完全相等，说明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，故正确；③苯能在一定条件下与加成生成环己烷，假如苯分子中是碳碳单键与碳碳双键的交替结构，也能发生加成反应，故错误；④对二甲苯只有一种结构，无法判断苯分子中是否存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，故错误；⑤苯在存在下与液溴可发生取代反应，生成溴苯，苯不能因发生化学反应而使溴水褪色，说明苯分子中不含碳碳双键，可以证明苯分子中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，故正确。
本题选C。

题型二：苯的同系物
【变2】下列苯的同系物的名称不正确的是
A． 对二甲苯 B． 乙苯
C． 1，2，3-三甲苯 D．1，3，4-三甲苯
【答案】D
【详解】
A． 的甲基在苯环的对位，可命名为对二甲苯，故A正确；
B．的乙基连在苯环上，命名为乙苯，故B正确；
C．的甲基再1，2，3号碳原子上，命名为1，2，3-三甲苯，故C正确；
D．的甲基再1，2，4号碳原子上，命名为1，2，4-三甲苯，故D错误；
故选D。
【例3】芳香烃C8H10有四种结构，其中一种结构的苯环上的一氯代物只有一种，则这种结构是
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】
A．对二甲苯苯环上只有一种氢，苯环上的一氯代物只有一种，故A选；
B．苯环上的一氯代物有2种，故B不选；
C．苯环上的一氯代物有3种，故C不选；
D．苯环上的一氯代物有3种，故D不选；
故选A。

题型三：苯的性质
【变5】下列实验操作正确的是
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．实验室制取乙炔时，可以用启普发生器
D．实验室制乙酸丁酯时，用水浴加热
【答案】A
【详解】
A．苯与液溴在催化剂作用下发生取代反应生成溴苯，则制溴苯时，将苯与液溴混合后加到有铁丝的反应容器中可到时实验目的，故选A；
B．为防止苯挥发，所以应先加硝酸，然后加浓硫酸，最后在加苯，故B错；
C．氢氧化钙为微溶物，易堵塞启普发生器的瓶颈处，所以不能用启普发生器，故C错；
D．实验室制乙酸丁酯时直接用酒精灯加热，水浴加热温度达不到，故D错；
答案选A

题型四：苯的相关实验
【变6】实验室用苯和浓硝酸、浓硫酸发生反应制取硝基苯的装置如图所示。回答下列问题：

(1)反应需在50~60℃下进行，图中给反应物加热的方法是_________，优点是_________和_________。
(2)在配制浓硫酸和浓硝酸的混合液时应将_________加入_________中。
(3)该反应的化学方程式是__________________。
(4)由于装置的缺陷，该实验可能会导致的不良后果是_____________。
(5)反应完毕后，除去硝酸和硫酸，所得粗产品用如下操作精制：
①蒸馏 ②水洗 ③用干燥剂干燥 ④10%溶液洗
正确的操作顺序是_________(填标号)。
A．①② B．②④②③① C．④②③①② D．②④①②③
【答案】水浴加热 便于控制温度 受热均匀 浓硫酸 浓硝酸 苯、硝酸等挥发到空气中，造成污染 B
【详解】
(1)苯与浓硝酸在浓硫酸做催化剂条件下反应，需要控制温度在50~60℃下进行，应采用水浴加热的方式，采用水浴加热便于控制温度范围，同时可以使受热均匀，故答案为：水浴加热；便于控制温度；受热均匀；
(2)配制浓硫酸和浓硝酸的混合液时应将密度大的浓硫酸加入密度小的浓硝酸中，故答案为：浓硫酸；浓硝酸；
(3)苯和浓硝酸发生取代反应产生硝基苯和水，该反应的化学方程式是，故答案为：；
(4)由于苯和浓硝酸都是易挥发且有毒的物质，设计实验装置时应该考虑它们可能产生的污染和由挥发导致的利用率降低；故答案为：苯、硝酸等挥发到空气中，造成污染；
(5)产生的粗产品中可能还混有少量酸，若直接用溶液洗则太浪费，因此应在用溶液洗之前先用水洗，碱洗后进行干燥除水，最后分馏得到产品，正确的操作顺序为：②④②③①，故答案为：B；
【变7】某化学课外小组用图装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再将混合液慢慢滴入反应器A(A下端活塞关闭)中。

(1)写出A中反应的化学方程式_______________。
(2)观察到A中的现象是_____________________。
(3)实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是________，写出有关的化学方程式______________________________。
(4)C中盛放CCl4的作用是________________。
(5)能证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明。另一种验证的方法是向试管D中加入_______，现象是________。
【答案】C6H6＋Br2C6H5Br＋HBr 反应液微沸，有红棕色气体充满A容器 除去溶于溴苯中的溴 Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O或3Br2＋6NaOH=5NaBr＋NaBrO3＋3H2O 除去溴化氢气体中的溴蒸气 紫色石蕊试液 溶液变红色
【分析】
该实验是实验室用苯和液溴制取溴苯。该反应的原理是：＋Br2＋HBr。在实验过程中，为了证明该反应为取代反应，则需证明取代产物溴化氢的存在。因此，需在C中加入CCl4，以除去溴化氢气体中的溴蒸气。方便对溴化氢的检验。由于在反应的过程中产物溴苯与反应物混溶在一起，因此需要利用氢氧化钠除去溴苯中的溴，再通过蒸馏的方式提纯溴苯即可。
【详解】
(1) A中涉及两个反应，分别为：2Fe＋3Br2=2FeBr3，＋Br2＋HBr；
(2)在反应中，可观察到A中的现象是反应液微沸，且有红棕色气体Br2充满整个容器；
(3)实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡。目的是利用氢氧化钠除去溶于溴苯中的溴，该反应有关的化学方程式Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O(或3Br2＋6NaOH=5NaBr＋NaBrO3＋3H2O)；
(4)在实验中，C中盛放CCl4的作用是除去溴化氢气体中的溴蒸气。为了证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明有溴化氢存在，即发生了取代反应。另一种验证的方法是向试管D中加入石蕊试液，若溶液变红色，则证明溴化氢存在，即发生了取代反应。
【点睛】
本题主要考查的是实验室制溴苯的实验，在本实验中虽加入的是铁，但对反应起催化作用的是溴化铁。为了证明该反应为取代反应，则需检验取代产物溴化氢的存在。检验溴化氢时可利用AgNO3溶液检验溴离子或通过检验D中吸收液的酸碱性来证明氢离子的存在。

提分作业

【练1】下列事实中能充分说明苯分子的平面正六边形结构中，不含有一般的碳碳双键和碳碳单键的是（ ）
A．苯的一元取代物只有一种结构
B．苯的邻位二元取代物只有一种结构
C．苯的间位二元取代物无同分异构体
D．苯的对位二元取代物无同分异构体
【答案】B
【分析】
若苯的结构中存在单、双键交替结构，苯的邻位二元取代物有两种，碳碳键都完全相同时，邻二甲苯只有一种，据此答题。
【详解】
A.无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的一元取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单双键交替结构，故A错误；
B.若苯的结构中存在单双键交替结构，苯的邻位二元取代物有两种（即取代在碳碳双键两端的碳原子上和取代在碳碳单键两端的碳原子上，两种情况存在），但实际上无同分异构体，所以能说明苯不是单双键交替结构，故B正确；
C.无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的间位二元取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单双键交替结构，故C错误；
D.无论苯的结构中是否有碳碳双键和碳碳单键，苯的对位二元取代物都无同分异构体，所以不能说明苯不是单双键交替结构，故D错误；
故选B。
【练2】下列关于苯的叙述正确的是

A．反应①为取代反应，有机产物的密度比水小
B．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟
C．反应③为取代反应，有机产物是一种烃
D．反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应，因为苯分子中含有三个碳碳双键
【答案】B
【详解】
A．反应①苯与发生取代反应生成溴苯，溴苯的密度大于水，A错误；
B．燃烧是氧化反应，所以反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟，B正确；
C．反应③为苯的硝化反应，属于取代反应，有机产物硝基苯，除了含有碳氢两种元素以外还含有氮元素和氧元素，是烃的衍生物，C错误；
D．苯分子中不含碳碳双键和碳碳单键，所含碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键，D错误；
故选B。
【练3】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
【答案】B
【分析】
同系物指结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，具有如下特征：结构相似、化学性质相似、分子式通式相同，分子式不同、物理性质不同，研究范围为有机物。芳香烃通常指分子中含有苯环结构的碳氢化合物；苯的同系物含有1个苯环，侧链为烷基，组成通式为CnH2n-6。
【详解】
苯的同系物分子里含有一个苯环，苯环的侧链一定是烷烃基；芳香烃是含有苯环的烃(只含有碳和氢元素)。①②⑤⑥是芳香烃，其中①⑥是苯的同系物，②⑤不是苯的同系物，B项正确。
答案选B。
【点睛】
本题以有机物的结构为载体考查芳香烃、苯的同系物，注意有机化学“五同”理解辨析与芳香烃概念、苯的同系物结构特点。
【练4】实验室制取硝基苯的反应装置如图所示，关于实验操作或叙述错误的是

A．试剂加入顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，最后加入苯
B．实验时，水浴温度需控制在50~60℃
C．长玻璃导管兼起冷凝回流苯和硝酸的作用，以提高反应物转化率
D．反应后的混合液经水洗、碱溶液洗涤、结晶，得到硝基苯
【答案】D
【详解】
A. 试剂加入顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，最后加入苯，正确；
B. 实验时，水浴温度需控制在50~60℃，正确；
C. 长玻璃导管兼起冷凝回流苯和硝酸的作用，以提高反应物转化率，正确；
D. 反应后的混合液经水洗、碱溶液洗涤、分液(不是结晶)，得到硝基苯，错误。
故答案为D。
【练5】分子式为C9H12的芳香烃，其可能的结构有（ ）
A．5种 B．6种 C．7种 D．8种
【答案】D
【详解】
分子式为C9H12的芳香烃，当只有一个支链时，该支链为丙基，有两种结构，正丙苯和异丙苯；当有两个支链时，一个甲基一个乙基，有邻间对三种结构；当有三个支链时，且三个支链均为甲基，有三种结构，连三甲苯、偏三甲苯和均三甲苯，共有8种结构。
答案选D。
【练6】苯是重要的有机化工原料。下列关于苯的说法正确的是
A．常温下为气体，易溶于水
B．能在空气中燃烧，燃烧时冒浓烟
C．能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D．苯分子里含有的官能团是碳碳双键
【答案】B
【详解】
A．苯通常下为液体，不溶于水，密度比水小，故A错误；
B．由于苯含碳量较高，则在空气中燃烧，燃烧时冒浓烟，故B正确；
C．苯性质稳定，不能被酸性高锰酸钾氧化，故C错误；
D．苯分子中的碳碳键为一种介于单键和双键之间的独特键，不含有碳碳双键，故D错误；
故选：B。
【练8】溴苯是一种用来合成医药、农药的重要原料。某化学课外活动小组用如图装置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，在A下端活塞关闭的前提下，再将混合液慢慢滴入其中。

（1）写出A中反应的化学方程式：___________。
（2）实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是___________。将B中液体分液后得到的粗溴苯中还含有的主要杂质是___________，要进一步提纯，需采用___________操作。C中盛放CCl4的作用是 ___________。
（3）证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中加入___________溶液，现象是___________，则能证明；或者向试管D中加入___________试液，现象是___________。
（4）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；④10%NaOH溶液洗。正确的操作顺序是(操作可重复)
A．①②③④② B．④②③①②
C．②④①②③ D．②④②③①
【答案】
（1）+Br2 +HBr
（2） 除去溶于溴苯中的溴 苯 蒸馏 除去溴化氢气体中的溴蒸气和苯
（3） AgNO3 产生淡黄色沉淀 紫色石蕊 溶液变为红色
（4）D
【分析】
由实验装置图可知，装置A中苯和液溴在铁丝做催化剂作用下发生取代反应制备溴苯；装置B中盛有的氢氧化钠溶液用于除去溴苯中的溴；装置C中盛有的四氯化碳用于除去溴化氢气体中的溴蒸气和苯，防止溴蒸气干扰对溴化氢气体的检验；装置D中盛有的水用于吸收溴化氢气体。
（1）
装置A中发生的反应为苯和液溴在铁丝做催化剂作用下发生取代反应生成溴苯和溴化氢，反应的化学方程式为+Br2 +HBr，故答案为：+Br2 +HBr；
（2）
实验结束时，打开装置A下端的活塞，让反应液流入装置B中，充分振荡，用氢氧化钠溶液除去溴苯中的溴，将B中液体分液后得到的粗溴苯中还含有苯，可利用溴苯与苯的沸点不同，用蒸馏的方法除去粗溴苯中的苯；苯与液溴的取代反应是放热反应，反应放出的热量使易挥发的苯和液溴挥发，所以溴化氢气体中混有溴蒸气和苯，则装置C中盛有的四氯化碳用于除去溴化氢气体中的溴蒸气和苯，防止溴蒸气干扰对溴化氢气体的检验，故答案为：除去溶于溴苯中的溴；苯；蒸馏；除去溴化氢气体中的溴蒸气和苯；
（3）
若要证明苯与液溴的反应为取代反应，而不是加成反应，应证明该反应有溴化氢生成，检验溴化氢的操作为向试管D中加入硝酸银溶液，若溶液中有浅黄色沉淀生成，证明有溴化氢生成，或向溶液中紫色石蕊试液，若溶液变为红色，证明有溴化氢生成，故答案为：AgNO3；产生淡黄色沉淀；紫色石蕊；溶液变为红色；
（4）
粗溴苯里含有溴化铁、苯和溴，要得到纯净的溴苯，先要用大量水洗去溶于水的溴化铁和微溶于水的溴，再用氢氧化钠溶液除去粗溴苯中的溴，然后用水除去残留的氢氧化钠，并用干燥剂除去粗溴苯中的水，最后用蒸馏的方法分离苯和溴苯，则正确的操作顺序为②④②③①，故选D。