第三節(jié)芳香烴[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.從化學鍵的特殊性了解苯的結構特點，進而理解苯性質的特殊性。2.根據平面正六邊形模型，能判斷含苯環(huán)有機物分子中原子之間的空間位置關系。3.掌握苯的同系物的性質，了解有機反應類型與分子結構特點的關系。一、苯分子里含有一個或多個苯環(huán)的烴類化合物屬于芳香烴，苯是最簡單的芳香烴。1．苯的物理性質顏色狀態(tài)密度、溶解性毒性熔、沸點揮發(fā)性無色液體不溶于水且密度比水小有毒較低易揮發(fā)2.苯的分子結構(1)實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象液體分層，上層無色，下層紫紅色液體分層，上層橙紅色，下層無色實驗結論①苯不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，也不與溴水反應。注意：溴在苯中的溶解度比在水中的大，因此苯能將溴從水中萃取出來②苯分子具有不同于烯烴和炔烴的特殊結構(2)苯的分子結構3．苯的化學性質(1)氧化反應——可燃性化學方程式：2＋15O2eq\o(→,\s\up7(點燃))12CO2＋6H2O(火焰明亮，產生濃重的黑煙)。(2)取代反應①苯與液溴：＋Br2eq\o(→,\s\up7(FeBr3))＋HBr↑；溴苯純凈的溴苯是一種無色液體，有特殊的氣味，不溶于水，密度比水的大。②苯的硝化反應：＋HO—NO2eq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))＋H2O；硝基苯純凈的硝基苯是一種無色液體，有苦杏仁氣味，不溶于水，密度比水的大。③苯的磺化反應：＋HO—SO3Heq\o(,\s\up7(△))＋H2O；苯磺酸苯磺酸易溶于水，是一種強酸，可以看作硫酸分子里的一個羥基被苯環(huán)取代的產物。(3)加成反應苯的大π鍵比較穩(wěn)定，通常狀態(tài)下不易發(fā)生加成反應，在以Pt、Ni等為催化劑并加熱的條件下，苯能與氫氣發(fā)生加成反應：＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))。環(huán)己烷(1)1mol苯可以與3molH2發(fā)生加成反應，說明苯分子中含有3個碳碳雙鍵()(2)乙烯、乙炔和苯都屬于不飽和烴，所以它們都能使酸性高錳酸鉀溶液褪色()(3)苯與溴水在FeBr3作催化劑時可發(fā)生取代反應()(4)除去溴苯中的溴可采用加入氫氧化鈉溶液分液的方法()答案(1)×(2)×(3)×(4)√1．苯環(huán)實際上不具有碳碳單鍵和碳碳雙鍵的簡單交替結構，可以作為證據的事實有()①苯的間位二取代物只有一種②苯的鄰位二取代物只有一種③苯分子中碳碳鍵的鍵長均相等④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色⑤苯在加熱和催化劑存在條件下，與氫氣發(fā)生加成反應⑥苯在FeBr3存在的條件下，與液溴發(fā)生取代反應，但不能因化學變化而使溴水褪色A．①②③④ B．②③④⑥C．③④⑤⑥ D．全部答案B解析苯不能因化學變化使溴水褪色，不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，都說明苯分子中沒有碳碳雙鍵；若苯環(huán)上具有碳碳單鍵和碳碳雙鍵交替的結構，碳碳鍵的鍵長應該不等(雙鍵鍵長比單鍵鍵長短)，其鄰位二氯取代物應該有和兩種。2.實驗室制取硝基苯的反應裝置如圖所示，下列關于實驗操作的敘述錯誤的是()A．試劑加入順序：先加濃硝酸，再加濃硫酸，最后加入苯B．實驗時，水浴溫度需控制在50～60℃C．長玻璃導管兼起冷凝回流苯和硝酸的作用，以提高反應物的轉化率D．反應后的混合液經水洗、堿溶液洗滌、結晶，得到硝基苯答案D解析通過蒸餾的方法得到硝基苯。3．溴苯是不溶于水的液體，常溫下不與酸、堿反應，可用如圖裝置制取(該反應放出熱量)。制取時觀察到燒瓶中有大量紅棕色蒸氣，錐形瓶中導管口有白霧出現(xiàn)等現(xiàn)象。下列說法正確的是()A．向反應后的錐形瓶中的“蒸餾水”加入AgNO3溶液，若出現(xiàn)淺黃色沉淀，即可證明苯與溴一定發(fā)生了取代反應B．白霧出現(xiàn)是因為HBr易揮發(fā)且極易溶于水C．裝置圖中長直玻璃導管的作用只是導氣D．溴苯中溶有少量的溴，可用CCl4萃取后分液除去答案B解析因制取時觀察到燒瓶中有大量紅棕色蒸氣，說明溴易揮發(fā)，則蒸餾水中含有揮發(fā)出的溴，加入AgNO3溶液，也會出現(xiàn)淺黃色沉淀，則不能證明苯與溴一定發(fā)生了取代反應，故A錯誤；HBr易揮發(fā)且溶于水易形成白霧，故B正確；苯和溴在催化劑的作用下反應劇烈，可以達到沸騰，使苯和溴成為蒸氣，在經過長導管時，可以將之冷凝并回流下來，則長導管的作用是導氣和冷凝回流，故C錯誤；溴苯和溴都易溶于CCl4，不能用CCl4萃取分離溴苯和溴，故D錯誤。二、苯的同系物苯環(huán)上的氫原子被烷基取代所得到的一系列產物稱為苯的同系物，通式為CnH2n－6(n≥7)。1．常見的苯的同系物甲苯：乙苯：鄰二甲苯：間二甲苯：對二甲苯：若將苯環(huán)上的6個碳原子編號，某甲基所連碳原子為1號，選取最小位次號給另一碳原子編號，則二甲苯的三種同分異構體命名為鄰二甲苯：1,2-二甲苯，間二甲苯：1,3-二甲苯，對二甲苯：1,4-二甲苯。2．苯的同系物的物理性質一般具有類似苯的氣味，無色液體，不溶于水，易溶于有機溶劑，密度比水的小。3．苯的同系物的化學性質(以甲苯為例)(1)實驗探究①現(xiàn)象解釋振蕩前溴水在下層溴水的密度大于苯和甲苯振蕩后液體分層，上層均為橙紅色，下層幾乎無色苯、甲苯與溴水均不反應，但能萃取溴②現(xiàn)象解釋振蕩前酸性KMnO4溶液在下層酸性KMnO4溶液的密度大于苯和甲苯振蕩后苯無明顯現(xiàn)象，甲苯中紫紅色褪去苯不與酸性KMnO4溶液反應，甲苯與酸性KMnO4溶液反應(2)化學性質苯的同系物都含有苯環(huán)和烷基，其化學性質與苯和烷烴類似，由于苯環(huán)與烷基之間存在相互作用，所以化學性質又有差異，如甲苯中甲基使苯環(huán)上與甲基處于鄰、對位的氫原子活化而易被取代，而苯環(huán)也使甲基活化，易被氧化。①氧化反應a．苯的同系物大多數能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色。eq\o(→,\s\up7(酸性高錳),\s\do5(酸鉀溶液))苯的同系物側鏈的烷基中，直接與苯環(huán)連接的碳原子上沒有氫原子時，該物質一般不能被KMnO4(H＋)氧化為苯甲酸。b．燃燒的通式：CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(點燃))nCO2＋(n－3)H2O。②取代反應甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合物在加熱條件下可以發(fā)生取代反應，硝基取代的位置以甲基的鄰、對位為主。其中生成三硝基取代物的化學方程式為＋3HO—NO2eq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))＋3H2O。2，4，6-三硝基甲苯TNT③加成反應在Pt作催化劑和加熱的條件下，甲苯與氫氣能發(fā)生類似苯與氫氣的加成反應?；瘜W方程式：＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))。(1)苯的同系物、芳香烴、芳香族化合物中都含有苯環(huán)，所以是官能團()(2)、都是苯的同系物()(3)苯的同系物都能使酸性高錳酸鉀溶液褪色()(4)甲苯在一定條件下與硝酸反應生成2,4,6-三硝基甲苯，說明苯環(huán)對甲基產生了影響()答案(1)×(2)×(3)×(4)×1．在光照條件下，甲苯與氯氣能發(fā)生類似甲烷與氯氣的取代反應，請寫出可能的有機產物的結構簡式。分離提純這些有機化合物的方法是什么？提示、、。這些有機化合物可用蒸餾法分離。2．在FeBr3催化下，甲苯與溴發(fā)生取代反應可以生成一溴代甲苯，請寫出該反應的主要有機產物的結構簡式，并從化學鍵和官能團的角度分析反應中有機化合物的變化。提示、。由于甲基使苯環(huán)上與甲基處于鄰、對位的氫原子活化，導致鄰、對位上的C—H更易斷裂，從而更容易發(fā)生溴代反應。3．對比苯與甲苯的結構，以及二者發(fā)生硝化反應的產物，你能得出什么結論？提示甲苯比苯更容易發(fā)生取代反應，且能生成鄰、對位三取代產物。1．下列有關甲苯的實驗事實中，能說明甲基對苯環(huán)有影響或苯環(huán)對甲基有影響的是()①甲苯與濃硫酸和濃硝酸的混合物反應生成鄰硝基甲苯和對硝基甲苯②甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色而苯不能③甲苯燃燒產生帶濃煙的火焰④1mol甲苯與3molH2發(fā)生加成反應A．①③B．②④C．①②D．③④答案C解析由于甲基對苯環(huán)的影響，使苯環(huán)上與甲基相連的碳原子的鄰、對位碳原子上的氫原子變得活潑，更容易被取代，①正確；由于苯環(huán)對甲基的影響，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正確。2．(2023·上海閔行高二期末)甲苯的轉化關系如圖所示(部分產物未標出)。下列說法正確的是()A．反應①的主要產物是B．反應②說明甲基使苯環(huán)上的氫原子易被取代C．反應③的兩種物質剛混合時分層，上層呈紫紅色D．反應④的產物的一氯取代物有4種(不考慮立體異構)答案B解析由圖可知，反應①為光照下進行取代，氯原子取代甲基上的氫原子，A錯誤；甲苯的密度小于高錳酸鉀溶液，剛混合時分層，下層呈紫紅色，C錯誤；由圖可知，反應④的產物為甲基環(huán)己烷，含有5種等效氫，即一氯取代物有5種，D錯誤。(1)芳香族化合物、芳香烴、苯的同系物的關系(2)稠環(huán)芳香烴由兩個或兩個以上的苯環(huán)共用相鄰的兩個碳原子的芳香烴，如、。萘C10H8蒽C14H10題組一苯的結構和性質1．下列有關苯分子的說法不正確的是()A．苯分子中C原子以sp3雜化方式成鍵，鍵間夾角為120°，故為平面正六邊形結構B．每個碳原子還有一個未參與雜化的2p軌道，垂直于碳環(huán)所在平面，相互平行重疊形成大π鍵C．大π鍵中6個電子被6個C原子共用，故稱為6中心6電子大π鍵D．苯分子中12個原子共面，六個碳碳鍵完全相同答案A解析苯分子中C原子均采取sp2雜化，A錯誤。2．下列區(qū)分苯和己烯的實驗方法正確的是()A．分別點燃，無黑煙生成的是苯B．分別加入溴水，振蕩，靜置后分層，下層橙紅色消失的是己烯C．分別加入溴水，振蕩，靜置后分層，上層橙紅色消失的是苯D．分別加入酸性KMnO4溶液、振蕩，紫色消失的是己烯答案D解析苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水因發(fā)生化學反應而褪色，但己烯可以；苯中加入溴水，會將溴從溴水中萃取出來，使水層(下層)褪色，而苯層(上層)則呈橙紅色；苯與己烯在燃燒時都會產生黑煙。3．苯可發(fā)生如圖所示反應，下列敘述錯誤的是()A．反應①為取代反應，所得有機產物密度比水小B．反應②為氧化反應，反應現(xiàn)象是火焰明亮并伴有濃煙C．反應③為取代反應，有機產物是一種芳香族化合物D．反應④中1mol苯最多與3molH2在加熱、催化劑作用下發(fā)生加成反應答案A解析苯與液溴在FeBr3作用下發(fā)生取代反應生成溴苯和HBr，溴苯的密度大于水，A錯誤；苯的含碳量高，燃燒時發(fā)出明亮火焰并伴有濃重的黑煙，B正確；反應③為取代反應，苯與濃硝酸在50～60℃、濃硫酸作催化劑的條件下反應生成硝基苯和水，硝基苯屬于芳香族化合物，C正確。題組二與苯有關的化學實驗4．實驗室制備硝基苯的反應裝置如圖所示(在50～60℃下發(fā)生反應，加熱、控溫裝置已略去)。下列有關說法錯誤的是()A．球形冷凝管的作用是冷凝回流反應物B．配制混合酸時，應將濃硫酸沿器壁慢慢倒入濃硝酸中，并不斷攪拌C．反應結束后，液體分層，下層為淡黃色油狀液體D．提純硝基苯的操作依次為洗滌、過濾、干燥、蒸餾答案D解析A項，由于有機物易揮發(fā)，所以球形冷凝管的作用是冷凝回流反應物，提高原料利用率，正確；B項，濃硫酸溶于水時放出大量的熱，且濃硫酸的密度大于濃硝酸的密度，因此配制混合酸時，應將濃硫酸沿器壁慢慢倒入濃硝酸中，并不斷攪拌，正確；C項，硝基苯的密度大于水，且二者不互溶，故反應結束后，液體分層，下層為淡黃色油狀液體，正確；D項，硝基苯不溶于水，提純硝基苯的操作依次為洗滌、分液、干燥、蒸餾，錯誤。5．(2023·鄭州高二統(tǒng)考)溴苯是一種化工原料，實驗室合成溴苯的裝置示意圖及有關數據如下：苯溴溴苯密度/(g·cm－3)0.883.101.50沸點/℃8059156水中溶解度微溶微溶微溶下列有關溴苯制備的說法正確的是()A．圖中儀器a是玻璃棒B．反應過程中三頸燒瓶內有白霧，是生成的HBr氣體形成的酸霧C．燒杯中NaOH溶液的作用是吸收生成的溴苯，同時除去HBr氣體D．分離操作后得到的粗溴苯，要進一步提純，必須進行過濾操作答案B解析圖中儀器a是溫度計，故A錯誤；苯與溴反應生成HBr氣體，HBr氣體極易溶于水，在空氣中與水蒸氣結合形成小液滴，產生白霧，故B正確；生成的溴苯中溶有少量溴和HBr，用NaOH溶液除去溴和HBr，故C錯誤；未反應的苯溶于溴苯，若要除去苯，需用蒸餾的方式，故D錯誤。6．(2022·湖南衡陽八中高二月考)下列試劑可將甲苯、溴苯、水和NaOH溶液區(qū)分開的是()A．鹽酸 B．溴的四氯化碳溶液C．溴水 D．硝酸鈉溶液答案C解析甲苯能萃取溴水中的溴單質，溶液分層，上層為橙紅色、下層為無色；溴苯能萃取溴水中的溴單質，溶液分層，下層為橙紅色，上層為無色；溴水與水混合無明顯現(xiàn)象；溴水與NaOH溶液反應生成無色物質，溴水褪色。題組三苯的同系物及芳香烴的結構與性質7．下列說法正確的是()A．、、都是苯的同系物B．苯和甲苯都能發(fā)生取代反應C．的一氯代物有8種D．甲苯和苯乙烯都能使溴水褪色，兩者褪色原理相同答案B解析苯的同系物指的是僅含一個苯環(huán)且苯環(huán)上的側鏈均為烷基的芳香烴，故、都不是苯的同系物，A項錯誤；該物質是具有對稱結構的芳香烴，故其一氯代物只有4種()，C項錯誤；甲苯使溴水褪色是由于甲苯將溴從溴水中萃取出來，發(fā)生的是物理變化，苯乙烯使溴水褪色是由于苯乙烯與溴發(fā)生了加成反應，發(fā)生的是化學變化，兩者褪色原理不同，D項錯誤。8．(2023·蘇州高二檢測)下列苯的同系物的名稱不正確的是()A．對二甲苯B．乙苯C．1,2,3-三甲苯D．1,3,4-三甲苯答案D解析的甲基在1,2,4號碳原子上，命名為1,2,4-三甲苯，故D錯誤。9．某有機物的結構簡式如圖，則下列說法正確的是()A．該物質為苯的同系物B．該物質的一氯代物有4種C．該物質的分子式為C12H11D．在FeBr3作催化劑時，該物質可以和溴水發(fā)生取代反應答案B解析A項，該物質中含有兩個苯環(huán)，不屬于苯的同系物，錯誤；B項，該物質分子結構對稱，故該物質的一氯代物有4種()，正確；C項，由該物質的分子結構可知，其分子式為C12H12，錯誤；D項，在FeBr3作催化劑時，該物質可以和液溴發(fā)生取代反應，而不是溴水，錯誤。10．美國馬丁·卡普拉斯等三位科學家因在開發(fā)多尺度復雜化學系統(tǒng)模型方面所做的貢獻，獲得了諾貝爾化學獎。他們模擬出了1,6-二苯基-1,3,5-己三烯的分子模型，其結構簡式如圖所示。下列說法正確的是()A．該有機物屬于芳香烴，與苯互為同系物B．該有機物的分子式為C18H18C．該有機物的分子中所有原子不可能在同一個平面內D．該有機物可以發(fā)生氧化反應、取代反應、加成反應答案D解析苯的同系物分子中只有1個苯環(huán)，而該物質分子中含有2個苯環(huán)，且含碳碳雙鍵，不是苯的同系物，但只含C、H元素，屬于芳香烴，故A錯誤；由結構簡式可知，該有機物的分子式為C18H16，故B錯誤；該有機物中所有原子可能在同一平面內，故C錯誤；苯環(huán)上的H原子可發(fā)生取代反應，碳碳雙鍵可發(fā)生氧化、加成反應，故D正確。11．實驗室制備溴苯的實驗裝置及步驟如下：步驟1：在a中加入15mL苯和少量鐵屑，再將b中4mL液溴慢慢滴入a中，充分反應。步驟2：向a中加入10mL水，然后過濾。步驟3：將濾液依次用10mL水、8mL10%的稀NaOH溶液、10mL水洗滌。步驟4：向粗溴苯中加入少量的無水氯化鈣，靜置、過濾，得到粗產品，然后蒸餾得到溴苯。下列說法錯誤的是()A．步驟1中液溴慢慢滴入是為了防止反應劇烈放出大量的熱而使反應物揮發(fā)，從而導致產率降低B．步驟2的目的是除去未反應的鐵屑C．步驟3中用10%的稀NaOH溶液洗滌，除去的雜質只有HBrD．步驟4中加入少量無水氯化鈣是為了除水，蒸餾是為了除苯答案C解析A項，由于苯與液溴的反應為放熱反應，且苯和溴的沸點較低，故步驟1中液溴慢慢滴入是為了防止反應劇烈放出大量的熱而使反應物揮發(fā)，從而導致產率降低，正確；B項，步驟2中過濾操作的目的是除去未反應的鐵屑，正確；C項，步驟3中用10%的稀NaOH溶液洗滌主要是為了除去溴化氫和未反應完的溴單質，錯誤；D項，無水氯化鈣吸收水且不與其他物質反應，故步驟4中加入少量無水氯化鈣的目的是除水，蒸餾的目的是除苯，從而得到純凈的溴苯，正確。12．在探索苯分子結構的過程中，人們寫出了符合分子式“C6H6”的多種可能結構(如圖所示)，下列說法正確的是()A．五種物質均能與氫氣發(fā)生加成反應B．b、c、e的一氯代物均有三種(不考慮立體異構)C．五種物質中，只有a分子的所有原子處于同一平面D．a、b、c、e能使溴的四氯化碳溶液褪色答案C解析A項，d不能發(fā)生加成反應；B項，c、e只有2種一氯代物；D項，a不能使溴的四氯化碳溶液褪色。13．已知：①R—NO2eq\o(→,\s\up7(Fe),\s\do5(HCl))R—NH2；②＋HO—SO3Heq\o(,\s\up7(70～80℃))＋H2O；③苯環(huán)上原有的取代基對新導入的取代基進入苯環(huán)的位置有顯著影響。以下是用苯做原料制備某些化合物的轉化關系圖：(1)A是一種密度比水________(填“小”或“大”)的無色液體；A轉化為B的化學方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)在“eq\o(→,\s\up7(a))Ceq\o(→,\s\up7(b))Deq\o(→,\s\up7(c))”的所有反應中屬于取代反應的是________(填字母，下同)，屬于加成反應的是________；用核磁共振氫譜可以證明化合物D中有________種處于不同化學環(huán)境的氫原子。(3)B的苯環(huán)上的二氯代物有________種；CH3NH2的所有原子________(填“可能”或“不可能”)在同一平面上。答案(1)大＋CH3Cleq\o(→,\s\up7(催化劑))＋HCl(2)abc3(3)6不可能解析(1)結合框圖中苯轉化為A的條件可知，A為硝基苯。運用逆推法可確定B中苯環(huán)上甲基的位置，得出B的結構簡式為。(2)由苯到的各個轉化條件可知C為，D為，從而可推知各個反應的反應類型。(3)CH3NH2可看成CH4中的一個氫原子被—NH2取代，CH4的空間結構為正四面體形，因此CH3NH2的所有原子不可能在同一平面上。14．(2023·河南信陽高二期末)硝基苯可用于生產染料、香料、炸藥等。實驗室可用濃硫酸、濃硝酸、苯為原料制備一定量的硝基苯(硝基苯的密度為1.2g·cm－3，沸點為210℃；苯的密度為0.88g·cm－3，沸點為80.1℃)。Ⅰ.粗硝基苯的制備，制備裝置如圖1所示(夾持及加熱裝置省略)：實驗操作：將50mL濃硫酸緩慢加入35mL濃硝酸(約含0.5molHNO3)中，然后向混合酸中加入39mL苯于容器a中，然后水浴55～60℃加熱約15min，使其充分反應。(1)方框甲中的儀器是______________形冷凝管，儀器a的容積以________(填字母)mL為宜。A．150B．200C．500D．1000(2)水浴加熱時，除需要水浴鍋、熱源外，還必須使用的一種玻璃