廣東省深圳市2017-2018學(xué)年高二化學(xué)選修五第二章2.2芳香烴筆記/知識點、芳香烴許多人還沉浸在喬遷之喜時，便莫名其妙患上疾病，據(jù)報道，北京兒童醫(yī)院血液科醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，患白血病的90%的兒童，其家庭在半年內(nèi)進(jìn)行了裝修，油漆中的芳香烴是引起兒童患白血病的重要原因！1、芳香烴（1）芳香烴：分子中含有一個或多個苯環(huán)的一類烴屬于芳香烴。如：苯、萘、蒽等（2）稠環(huán)芳香烴：由兩個或兩個以上苯環(huán)共用相鄰的2個碳原子的一類芳香烴稱為稠環(huán)芳香烴。2、苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（苯是最簡單的芳香烴）A．組成和結(jié)構(gòu)分子式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)簡式球棍模型比例模型空間結(jié)構(gòu)C6H6苯分子中6個碳原子和6個氫原子共平面，形成平面正六邊形，鍵角為120°，碳碳鍵長完全相等，是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的一種特殊的鍵，與碳碳單鍵、碳碳雙鍵均不同。B．物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度毒性溶解性熔沸點無色液態(tài)特殊氣味ρC6H6<ρH2O有毒不溶于水，易溶于有機溶劑苯的沸點是80℃，熔點是5.5℃，若用冰冷卻，苯可以凝結(jié)成無色晶體。注：①苯常用作有機溶劑。②苯的熔沸點低，易揮發(fā)，因此要密封保存。（苯蒸氣有毒）C．化學(xué)性質(zhì)苯的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，苯的化學(xué)性質(zhì)是易取代、難加成、難氧化。（1）氧化反應(yīng)①在空氣中燃燒：火焰明亮，伴有濃煙2C6H6+15O212CO2+6H2O②苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，也不能使溴水褪色，但苯能將溴從溴水中萃取出來。注：苯不能被酸性高錳酸鉀氧化，也不能使溴水褪色，說明苯環(huán)中不存在單雙鍵交替結(jié)構(gòu)。（2）取代反應(yīng)（溴代、硝化、磺化）①鹵代反應(yīng)+Br2+HBr溴苯是無色油狀液體，不溶于水，密度比水的大。②硝化反應(yīng)+HO—NO2+H2O硝基苯是有苦杏仁味的無色油狀液體，密度比水的大，不溶于水，有毒。（3）加成反應(yīng)①與H2加成+3H2(環(huán)己烷)②與Cl2加成+3Cl2六氯環(huán)己烷的分子式為C6H6Cl6，俗稱六六六。3、實驗室制取溴苯和硝基苯A．實驗室制溴苯（1）實驗原理：①2Fe+3Br2=2FeBr3②+Br2+HBr↑副反應(yīng)：（主要是鄰對位取代反應(yīng)）（2）實驗試劑：苯、液溴（不能用濃溴水）、鐵屑（3）實驗裝置：（苯與液溴反應(yīng)緩慢，需加入催化劑；此外該反應(yīng)放熱，不需要加熱）（4）實驗步驟：①檢查裝置氣密性；②將一定量的苯和少量液溴加入燒瓶中，加入少量鐵屑，劇烈反應(yīng)；③反應(yīng)完畢后，將燒瓶中的液體倒入盛有冷水的燒杯中；（5）實驗現(xiàn)象：①將鐵屑加入燒瓶后，液體輕微翻騰，劇烈反應(yīng)，燒瓶內(nèi)充滿紅棕色蒸氣，有氣體逸出，導(dǎo)管口有白霧（溴化氫遇水蒸氣形成）。②把燒瓶中的液體倒入盛有冷水的燒杯中，燒杯底部有褐色不溶于水的液體出現(xiàn)。下層的褐色油狀液體為粗溴苯（因混有少量的溴而呈褐色）。要得到無色的純溴苯，可用NaOH溶液清洗，再進(jìn)行分液，即可得純溴苯。（6）實驗說明：①試劑加入的順序：苯→液溴→鐵屑。液溴的密度比苯的大，先加苯再加液溴是為了使苯與液溴混合均勻，待加入鐵屑后，立即發(fā)生劇烈反應(yīng)，因此，試劑加入的順序不能顛倒；②鐵屑作催化劑，但真正起催化作用的是FeBr3，故也可加入FeBr3；③錐形瓶中的導(dǎo)管不能伸入水中，因為產(chǎn)物HBr極易溶于水，容易發(fā)生倒吸；④用NaOH溶液清洗粗溴苯的目的是除去溴苯中混有的少量溴，發(fā)生的反應(yīng)為：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O⑤與燒瓶連接的導(dǎo)管有導(dǎo)氣和冷凝回流的作用。因為苯與溴的反應(yīng)放熱，放出的熱使一部分苯和溴變成蒸氣，這些蒸氣經(jīng)垂直部分的導(dǎo)管冷凝又回流到燒瓶中，既減少了反應(yīng)物的損失，又可避免生成物中混有過多的雜質(zhì)。⑥溴和苯均具有強揮發(fā)性，溴苯的沸點較高。（沸點：溴58OC、苯80OC、溴苯156OC）⑦如何證明苯與液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)，而不是加成反應(yīng)？（改進(jìn)裝置）錐形瓶內(nèi)有淡黃色沉淀（溴化銀）生成，說明苯與溴取代時產(chǎn)生溴化氫，而加成反應(yīng)不會產(chǎn)生HBr。注：烷烴和苯均能與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)，它們的反應(yīng)條件的異同：相同點：都與純鹵素單質(zhì)反應(yīng)，不與鹵素單質(zhì)水溶液反應(yīng)。不同點：烷烴與鹵素單質(zhì)在光照條件下取代，苯需要鹵化鐵作催化劑。例1.已知溴苯的沸點為156℃，苯的沸點為80℃，液溴的沸點為58.8℃。實驗室用苯和液溴制取溴苯的裝置如圖：按以下要求回答問題：（1）冷凝管中A（填“A”或“B”）通過橡皮管與自來水龍頭連接；冷凝管的作用：導(dǎo)氣、冷凝回流。（2）d中盛放CCl4的作用是吸收HBr氣體中混有的溴蒸氣；裝置g的作用是吸收尾氣并防倒吸。（3）有同學(xué)認(rèn)為苯與溴的反應(yīng)為加成反應(yīng)而不是取代反應(yīng)，請根據(jù)該實驗裝置特點和實驗現(xiàn)象判斷反應(yīng)的類型。①反應(yīng)類型：取代反應(yīng)（填“加成反應(yīng)”或“取代反應(yīng)”）；②敘述反應(yīng)現(xiàn)象和理由：CCl4能吸收溴蒸氣，d中有機物呈橙色，e中石蕊溶液變紅以及f中硝酸銀溶液中產(chǎn)生淺黃色沉淀，說明有HBr生成，則苯與溴的反應(yīng)為取代反應(yīng)。（4）反應(yīng)后a瓶中的溴苯中溶有溴而顯褐色，除去溴苯中的溴可加入NaOH溶液，振蕩，再通過分液（填分離方法，下同）分離提純；苯與溴還可能發(fā)生副反應(yīng)生成對二溴苯（沸點220℃）和鄰二溴苯（沸點224℃），因此，最后再經(jīng)蒸餾即可得到較純凈的溴苯，該過程中為了受熱均勻和易于控制溫度，可采用油?。ㄌ睢八　被颉坝驮　保┘訜帷．實驗室制硝基苯（1）實驗原理：（2）實驗試劑：苯、濃硝酸、濃硫酸（3）實驗裝置：（硝化反應(yīng)溫度50~60OC）（4）實驗步驟：①配制混合酸：先將1.5mL濃硝酸注入燒瓶中，再慢慢注入2mL濃硫酸，并及時搖勻并冷卻至50OC~60OC以下；②向冷卻后的混合酸中逐滴加入1mL苯，充分振蕩使混合均勻；③將燒瓶放在50~60℃的水浴中加熱10分鐘，將反應(yīng)后的液體倒入另一個盛有水的試管中。（5）實驗現(xiàn)象：觀察到試管底部有黃色油狀物質(zhì)生成（溶解了NO2呈黃色）（6）實驗說明：①試劑加入的順序：濃硝酸→濃硫酸→苯。將濃硫酸沿器壁慢慢注入濃硝酸，并用玻璃棒不斷攪拌，待冷卻后再加入苯。因為濃硫酸溶于濃硝酸時放熱，溫度過高會造成苯的揮發(fā)，且硝酸也會分解（4HNO3=4NO2↑+O2↑+2H2O），同時，苯和濃硫酸在70~80OC時，會反生磺化反應(yīng)，生成副產(chǎn)物苯磺酸。當(dāng)溫度升高至100~110OC時，還會產(chǎn)生副產(chǎn)物間二硝基苯。②濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。③采用水浴加熱的優(yōu)點是反應(yīng)物受熱均勻，溫度易于控制；加熱溫度在100OC以下時，均可以采用水浴加熱，若超過100OC時，可以采用油浴（100~300OC），加熱溫度更高時，采用沙浴。④燒瓶導(dǎo)管起導(dǎo)氣和冷凝回流的作用，防止苯揮發(fā)到大氣中造成污染；⑤溫度計的位置必須懸掛在水浴中。⑥制得的硝基苯通常顯黃色，因為溶有NO2，而純凈的硝基苯通常是無色，有苦杏仁味，比水重的油狀液體。為了提純硝基苯，先用NaOH溶液洗滌，再用蒸餾水洗滌，最后將用無水CaCl2干燥后的粗硝基苯進(jìn)行蒸餾，得到純硝基苯。（沸點：苯80OC、硝基苯210OC、CaCl22000OC）4、苯的同系物A．苯的同系物（1）苯的同系物：苯環(huán)上的H原子被烷基取代的產(chǎn)物。（2）結(jié)構(gòu)特點：只含有一個苯環(huán)，苯環(huán)上連著烷基（碳碳化學(xué)鍵全部是單鍵）。（3）通式：CnH2n-6（n≥7）（4）常見的苯的同系物：甲苯鄰二甲苯間二甲苯乙苯異丙苯1-甲基-3-乙基苯B．苯的同系物的物理性質(zhì)（與苯類似）通常狀況下都是無色液體，隨著分子中碳原子數(shù)的增加，熔、沸點逐漸升高，有特殊的氣味，密度比水小，不溶于水，但都易溶于有機溶劑，同時它們本身也是常用的有機溶劑。注：苯的同系物中含兩個側(cè)鏈時，沸點按鄰、間、對順序降低。名稱鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯結(jié)構(gòu)簡式沸點/OC144139138C．苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)苯與其同系物的化學(xué)性質(zhì)有相似之處，但由于苯環(huán)與側(cè)鏈的相互影響，二者的化學(xué)性質(zhì)也表現(xiàn)出許多不同之處。苯的同系物化學(xué)性質(zhì)是易氧化、易取代、難加成。（1）氧化反應(yīng)①燃燒氧化（現(xiàn)象：火焰明亮并伴有濃煙）②被酸性高錳酸鉀氧化（可用來鑒別苯與苯的同系物）注：在苯的同系物中，如果側(cè)鏈烷基與苯環(huán)直接相連的碳上有氫原子，它就能被KMnO4酸性溶液氧化，側(cè)鏈烴基通常被氧化為羧基（—COOH）。如下所示：注：無論R—的碳鏈有多長，都被氧化為一個—COOH（2）取代反應(yīng)（鹵代、硝化、磺化）①鹵代（苯的同系物與鹵素發(fā)生取代反應(yīng)時，其取代的位置與反應(yīng)條件有關(guān)。）a.光照條件下，發(fā)生側(cè)鏈烴基的取代b.鹵化鐵催化的條件下，發(fā)生苯環(huán)上的取代（產(chǎn)物以鄰、對位取代為主）②硝化（甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合物在100OC下發(fā)生反應(yīng)生成2,4,6-三硝基甲苯）注：①甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合液在30OC時發(fā)生取代反應(yīng)生成一硝基取代物，主要為鄰硝基甲苯和對硝基甲苯。②2,4,6-三硝基甲苯簡稱三硝基甲苯，又稱TNT，是一種淡黃色針狀晶體，不溶于水，不穩(wěn)定易爆炸，是一種烈性炸藥，廣泛用于國防、開礦、修路等。（3）加成反應(yīng)注：苯及苯的同系物的加成比烯烴、炔烴都難，不能與溴水加成，因此不能用溴水鑒別苯與苯的同系物。D．苯的同系物中苯環(huán)和側(cè)鏈的相互影響（1）由于側(cè)鏈對苯環(huán)的影響，使苯的同系物的苯環(huán)上鄰對位氫原子的活性增強，發(fā)生的取代反應(yīng)有所不同。如甲苯發(fā)生硝化反應(yīng)生成三硝基甲苯，而苯生成一硝基苯。（2）由于苯環(huán)對側(cè)鏈的影響，使苯的同系物的側(cè)鏈易被氧化。（如苯環(huán)的存在對連在苯環(huán)上的烷基產(chǎn)生了影響，使酸性高錳酸鉀溶液褪色。）該性質(zhì)可用于鑒別苯和苯的同系物。5、芳香烴的來源及應(yīng)用（1）芳香烴的主要來源：石油的催化重整和煤的干餾。（2）芳香族化合物的分類（芳香族化合物是指含有苯環(huán)的化合物）（3）芳香烴的應(yīng)用苯、甲苯、二甲苯和乙苯等簡單的芳香烴是基本的有機化工原料，可用于合成炸藥、染料、藥品、農(nóng)藥、合成材料等。6、有機物分子空間構(gòu)型的判斷（1）基本模型①甲烷分子的正四面體結(jié)構(gòu)，與中心碳原子相連的4個氫原子中，只能有2個氫原子與碳原子共面。②乙烯（CH2CH2）分子的6個原子共面結(jié)構(gòu)。③乙炔（CH≡CH）分子的直線形結(jié)構(gòu)，4個原子在一條直線上。④苯（C6H6）分子的12個原子共面結(jié)構(gòu)。（2）基本方法①有機物分子中的單鍵，包括碳碳單鍵、碳?xì)鋯捂I、碳氯單鍵等可以轉(zhuǎn)動，如分子中的是共平面。把甲基看作一個可任意旋轉(zhuǎn)的方向盤，連接苯環(huán)和甲基的單鍵看作該方向盤的軸，通過旋轉(zhuǎn)能使一個H原子轉(zhuǎn)到苯分子平面上。②苯分子中苯環(huán)可以繞任一碳?xì)滏I為軸旋轉(zhuǎn)，每個苯分子有三個旋轉(zhuǎn)軸，軸上有四個原子共直線。（3）解題策略烴分子的空間結(jié)構(gòu)盡管復(fù)雜多樣，但歸結(jié)為基本模型的組合，就可以化繁為簡，把抽象問題具體化，所以一定深刻理解這四種基本模型的結(jié)構(gòu)特點，并能進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕M合和空間想象，同時要注意碳碳雙鍵和苯環(huán)結(jié)構(gòu)中的120°鍵角，克服書寫形式帶來的干擾，另外在審題時，還應(yīng)特別注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等關(guān)鍵詞和限制條件。如(CH3)2C=C(CH3)C(CH3)=C(CH3)2，其結(jié)構(gòu)簡式可寫成：因雙鍵與雙鍵之間的碳碳單鍵可以轉(zhuǎn)動，該分子中至少6個碳原子，最多10個碳原子共面?？偨Y(jié)1．各類烴與液溴、溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)的比較液溴溴水溴的四氯化碳溶液高錳酸鉀酸性溶液烷烴與溴蒸氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)不反應(yīng)，液態(tài)烷烴與溴水可以發(fā)生萃取從而使溴水褪色不反應(yīng)，互溶不褪色不反應(yīng)烯烴常溫加成褪色常溫加成褪色常溫加成褪色氧化褪色炔烴常溫加成褪色常溫加成褪色常溫加成褪色氧化褪色苯一般不反應(yīng)，催化條件下可取代不反應(yīng)，發(fā)生萃取而使溴水褪色不反應(yīng)，互溶不褪色不反應(yīng)苯的同系物一般不反應(yīng)，光照條件下發(fā)生側(cè)鏈上的取代，催化條件下發(fā)生苯環(huán)上的取代不反應(yīng)，發(fā)生萃取而使溴水褪色不反應(yīng)，互溶不褪色氧化褪色注：①常見的烴中，能與溴水發(fā)生反應(yīng)而使溴水褪色的有：烯烴、炔烴。②常見的烴中，能使酸性KMnO4溶液褪色的有：烯烴、炔烴、苯的同系物。③己烯和苯都能使溴水褪色，二者褪色原理不同。