魯教版高中化學選修五導學案烴第4課時word版含答案2

10/1111/11/第4課時苯及其同系物的化學性質[目標定位]1.熟知苯及其同系物與X2、濃H2SO4、濃HNO3、酸性KMnO4溶液的反應。2.認識苯及其同系物之間性質的差異及原因。一苯及其同系物的取代反應1．溴苯的實驗室制取(1)實驗裝置如上圖所示。裝置中的導管的作用是導氣、冷凝回流。(2)將苯和少量液溴放入燒瓶中，同時加入少量鐵屑做催化劑，用帶導管的塞子塞緊。觀察實驗現(xiàn)象：①常溫下，整個燒瓶內充滿紅棕色氣體，在導管口有白霧(HBr遇水蒸氣形成)。②反應完畢后，向錐形瓶中滴加AgNO3溶液，有淡黃色的AgBr沉淀生成。③把燒瓶里的液體倒入盛有冷水的燒杯里，燒杯底部有褐色不溶于水的液體生成。(3)反應的化學方程式為＋Br2eq\o(→,\s\up7(Fe))＋HBr。2.苯與濃硝酸的反應：實驗室制備硝基苯的實驗裝置如右圖所示，主要步驟如下：①配制一定比例濃硫酸與濃硝酸形成的混合酸，加入反應器中。②向室溫下的混合酸中逐滴加入一定質量的苯，充分振蕩，混合均勻。③在55～60℃下發(fā)生反應，直至反應結束。④除去混合酸后，粗產品依次用蒸餾水和5%NaOH溶液洗滌，最后再用蒸餾水洗滌。⑤將用無水CaCl2干燥后的粗硝基苯進行蒸餾，得到純硝基苯。填寫下列空白：(1)配制一定比例濃硫酸與濃硝酸形成的混合酸時，操作注意事項是。(2)步驟③中，為了使反應在55～60℃下進行，常用的方法是 。(3)步驟④中洗滌和分離粗硝基苯應使用的儀器是。(4)步驟④中粗產品用5%NaOH溶液洗滌的目的是。(5)純硝基苯是無色、密度比水(填“小”或“大”)的油狀液體。(6)苯與濃硝酸反應的化學方程式為。答案(1)先將濃硝酸注入容器中，再慢慢注入濃硫酸，并及時攪拌和冷卻(2)將反應器放在55～60℃的水浴中加熱(3)分液漏斗(4)除去粗產品中殘留的酸(5)大(6)解析濃硫酸與濃硝酸混合時，應先將濃硝酸注入容器中，再慢慢注入濃硫酸，并及時攪拌和冷卻。如果先注入濃硫酸，再注入濃硝酸，會造成濃硝酸受熱迸濺、揮發(fā)。反應溫度是55～60℃，為方便控制，所以用水浴加熱。3．苯與濃硫酸的反應：苯與濃硫酸常溫下很難發(fā)生反應，加熱時苯環(huán)上的氫原子可被磺酸基(—SO3H)取代，化學方程式為。4．已知，當苯環(huán)上有烴基支鏈時，由于受支鏈影響，苯環(huán)上與支鏈相鄰的氫及與支鏈相對的氫都變得更為活潑，試寫出：(1)甲苯與液溴在一定條件下的反應的化學方程式：。(2)當苯環(huán)上連有—NO2或—SO3H時可以使苯環(huán)上其間位氫原子變得較為活潑，試寫出硝基苯與液溴在一定條件下反應的化學方程式：＋2Br2→＋2HBr。苯及其同系物的反應1．實驗室用溴和苯反應制取溴苯，得到粗溴苯后，要用如下操作精制：①蒸餾②水洗③用干燥劑干燥④10%NaOH溶液洗⑤水洗，正確的操作順序為()A．①②③④⑤ B．②④⑤③①C．④②③①⑤ D．②④①⑤③答案B解析本題的關鍵是弄清精制溴苯的最后兩步，用水洗，則需干燥劑干燥，分離出干燥劑則只能用蒸餾的方法，所以最后兩步應為③①。2．某化學課外小組用下圖裝置制取溴苯。先向分液漏斗中加入苯和液溴，再將混合液慢慢滴入反應器A(A下端活塞關閉)中。(1)寫出A中反應的化學方程式：。(2)觀察到A中的現(xiàn)象是。(3)實驗結束時，打開A下端的活塞，讓反應液流入B中，充分振蕩，目的是，寫出有關的化學方程式：。(4)C中盛放CCl4的作用是。(5)能證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應，而不是加成反應，可向試管D中加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若產生淡黃色沉淀，則能證明。另一種驗證的方法是向試管D中加入，現(xiàn)象是。答案(1)(2)反應液微沸，有紅棕色氣體充滿A容器(3)除去溶于溴苯中的溴Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O(或3Br2＋6NaOH=5NaBr＋NaBrO3＋3H2O)(4)除去溴化氫氣體中的溴蒸氣(5)石蕊溶液溶液變紅色(其他合理答案也可)解析由于苯、液溴的沸點較低，且反應＋Br2eq\o(→,\s\up7(Fe))＋HBr為放熱反應，故A中觀察到的現(xiàn)象：反應液微沸，有紅棕色氣體充滿A容器。HBr中混有的Br2在經過CCl4時被吸收；在制備的溴苯中常混有Br2，一般加入NaOH溶液中，因發(fā)生反應Br2＋2NaOH=NaBr＋NaBrO＋H2O而除去。若該反應為取代反應則必有HBr生成，若為加成反應則沒有HBr生成，故只需檢驗D中是否含有大量H＋或Br－即可。二苯及其同系物的加成反應1．苯環(huán)上碳原子之間形成的是一種介于單雙鍵之間特殊的化學鍵，一般情況下較為穩(wěn)定，所以苯及其同系物不易發(fā)生加成反應，而易發(fā)生取代反應。但是從組成上看苯環(huán)是不飽和的結構，所以在合適的催化劑和一定條件下可以與某些物質發(fā)生加成反應。2．試寫出在催化劑、加熱、加壓條件下苯、甲苯分別與H2發(fā)生加成反應的化學方程式：；。苯及其同系物的加成反應(1)苯及其同系物較難發(fā)生加成反應進一步說明苯環(huán)上并不含與烯烴中相同的碳碳雙鍵。(2)苯及其同系物均不能使溴的四氯化碳溶液退色。但因為發(fā)生萃取作用可以使溴水退色，并不是因發(fā)生加成反應而退色。3．下列關于苯的說法中，正確的是()A．苯的分子式為C6H6，它不能使KMnO4酸性溶液退色，屬于飽和烴B．從苯的凱庫勒式()看，苯分子中含有碳碳雙鍵，應屬于烯烴C．在催化劑作用下，苯與液溴反應生成溴苯，發(fā)生了加成反應D．苯分子為平面正六邊形結構，6個碳原子之間的鍵完全相同答案D解析從苯的分子式C6H6看，其氫原子數(shù)遠未達到飽和，應屬不飽和烴，而苯不能使KMnO4酸性溶液退色，是由于苯分子中的碳碳鍵是介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間的獨特的鍵所致；苯的凱庫勒式()并未反映出苯的真實結構，只是由于習慣而沿用，不能由其來認定苯分子中含有雙鍵，因而苯也不屬于烯烴；在催化劑的作用下，苯與液溴反應生成了溴苯，發(fā)生的是取代反應而不是加成反應；苯分子為平面正六邊形結構，其分子中6個碳原子之間的價鍵完全相同。三苯及其同系物的氧化反應1．苯不能使溴的四氯化碳溶液退色，也不能使酸性KMnO4溶液退色。但是苯的某些同系物可以使酸性KMnO4溶液退色，如甲苯由于可以與酸性KMnO4溶液反應生成苯甲酸從而使酸性KMnO4溶液退色，反應式為。2．分子式為C10H14的苯的同系物，苯環(huán)上只有一個支鏈的同分異構體有四種，請在表中空格內寫出第四種同分異構體的結構簡式：①②③④(1)上述四種物質中分別加入酸性KMnO4溶液，可觀察到的現(xiàn)象是①②③中酸性KMnO4溶液退色，④中不退色。(2)通過上述實驗得出的結論是與苯環(huán)直接相連的碳原子上如果沒有氫原子，則不能使酸性KMnO4溶液退色。苯及其同系物的氧化反應苯苯的同系物燃燒現(xiàn)象火焰明亮，有濃煙燃燒通式CnH2n－6＋eq\f(3n－3,2)O2eq\o(→,\s\up7(點燃))nCO2＋(n－3)H2O酸性高錳酸鉀溶液不反應，溶液顏色不變有α-H的能使酸性高錳酸鉀溶液退色：無α-H的不能使酸性高錳酸鉀溶液退色4．下列有關甲苯的實驗事實中，能說明側鏈對苯環(huán)性質有影響的是()A．甲苯通過硝化反應生成三硝基甲苯B．甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液退色C．甲苯燃燒時產生很濃的黑煙D．1mol甲苯與3mol氫氣發(fā)生加成反應答案A解析側鏈對苯環(huán)的影響，應是原來無側鏈時沒有的性質，現(xiàn)在因為有側鏈而有了相應的性質。A選項中甲苯硝化反應生成三硝基甲苯，和沒有支鏈時苯的硝化反應不一樣，所以A正確；B選項中是苯環(huán)對甲基的影響，造成甲基被氧化；C選項中產生黑煙是苯中碳的含量高造成的；D選項中無論是苯還是苯的同系物均能與H2發(fā)生加成反應并且比例為1∶3。1．下列物質中屬于苯的同系物的是()A． B．C. D．答案D解析同系物概念：結構相似，分子組成相差1個或若干個CH2原子團，只有D符合。2．下列分子中所有碳原子不在同一平面上的是()A．2-丁烯 B．甲苯C．1-丁烯 D．答案C3．與鏈烴相比，苯的化學性質的主要特征是()A．難氧化、難取代、難加成B．易氧化、易取代、易加成C．難氧化、易取代、能加成D．易氧化、易取代、難加成答案C解析苯中的碳碳鍵比較特殊，是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的一種特殊的化學鍵，難氧化、能加成，但是在一定條件下易發(fā)生取代反應。4．下列說法不正確的是()A．在有機物中碳原子與其他原子最多形成4個共價鍵B．用溴水既可以鑒別甲烷和乙烯，也可以除去甲烷中的乙烯C．煤中含有大量的苯、甲苯、二甲苯等有機物，可以通過干餾的方法將其提純出來D．用酸性高錳酸鉀溶液可以鑒別己烷和甲苯答案C解析碳原子最外層有4個電子，最多與其他原子形成4個共價鍵；乙烯可以使溴水退色并被溴水吸收，而甲烷不能使溴水退色也不能被溴水吸收；甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液退色，而己烷不能使酸性高錳酸鉀溶液退色。5．目前，化學家們已合成了一系列有機物： 聯(lián)苯 聯(lián)三苯聯(lián)四苯聯(lián)m苯(1)寫出聯(lián)m苯的化學式(用m表示)。(2)該系列有機物中，其中含碳量最高的化合物碳含量百分率約為(保留三位有效數(shù)字)。(3)若聯(lián)苯中C—C能自由旋轉，那么聯(lián)苯的二氯取代物有種。答案(1)C6mH4m＋2(m≥2)(2)94.7%(3)12[基礎過關]題組1苯分子的結構與性質1．苯環(huán)實際上不具有碳碳單鍵和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溶液退色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退色A．①②③④ B．②③④⑥C．③④⑤⑥ D．全部答案B解析苯不能因化學變化使溴水退色、不能使酸性高錳酸鉀溶液退色，都說明苯分子中沒有典型的碳碳雙鍵。若苯環(huán)上具有單鍵和雙鍵交替的結構，碳碳鍵的鍵長應該不等(雙鍵鍵長比單鍵鍵長短)，其鄰位二氯代物應該有和兩種，而間位二氯代物只有一種。2．下列有關苯的敘述中錯誤的是()A．苯在催化劑作用下能與液溴發(fā)生取代反應B．在一定條件下苯能與氯氣發(fā)生加成反應C．在苯中加入酸性高錳酸鉀溶液，振蕩并靜置后下層液體為紫紅色D．在苯中加入溴水，振蕩并靜置后下層液體為橙色答案D解析苯能萃取溴水中的溴，由于苯的密度比水小，所以振蕩并靜置后上層液體為橙紅色。3．下列關于苯的性質的敘述中，不正確的是()A．苯是無色帶有特殊氣味的液體B．常溫下苯是一種不溶于水且密度小于水的液體C．苯在一定條件下能與溴發(fā)生取代反應D．苯不含真正的雙鍵，故不可能發(fā)生加成反應答案D解析苯是沒有顏色，帶有特殊氣味的液體，苯有毒，不溶于水，密度比水小，熔點為5.5℃，沸點為80.1℃。苯在鐵粉做催化劑的條件下和液溴發(fā)生取代反應；在一定條件下，苯還可以和氫氣發(fā)生加成反應生成環(huán)己烷。4．除去溴苯中少量溴的方法是()A．加入苯使之反應B．加入KIC．加NaOH溶液后靜置分液D．加CCl4萃取后靜置分液答案C題組2苯的同系物的性質5．下列各組物質用酸性高錳酸鉀溶液和溴水都能區(qū)別的是()A．苯和甲苯 B．1-己烯和二甲苯C．苯和1-己烯 D．己烷和苯答案C解析若區(qū)別兩種物質，它們與酸性KMnO4溶液或溴水混合后現(xiàn)象應各不相同。A、D項中它們與溴水混合后現(xiàn)象相同；B項中物質與酸性KMnO4溶液混合后現(xiàn)象相同。6．甲苯是由苯環(huán)和甲基結合而成的，甲苯能夠使酸性KMnO4溶液退色是因為()A．烷烴能使酸性KMnO4溶液退色B．苯環(huán)能使酸性KMnO4溶液退色C．苯環(huán)使甲基的活性增強而導致的D．甲基使苯環(huán)的活性增強而導致的答案C解析苯的同系物中苯環(huán)和側鏈之間可以相互影響。苯環(huán)使側鏈更活潑，而側鏈則使苯環(huán)上的側鏈鄰、對位的氫原子更活潑，更易取代，甲苯使酸性KMnO4溶液退色是苯環(huán)對側鏈影響的結果。7．下列變化屬于取代反應的是()A．苯與溴水混合，水層退色B．乙烯使溴的四氯化碳溶液退色C．甲苯制三硝基甲苯D．苯和氯氣在一定條件下生成六氯環(huán)己烷答案C題組3苯的同系物的同分異構體8．間二甲苯苯環(huán)上的一個氫原子被—NO2取代后其一元取代產物的同分異構體有()A．1種 B．2種C．3種 D．4種答案C解析判斷因取代基位置不同而形成的同分異構體時，通常采用“對稱軸”法。即在被取代的主體結構中，找出對稱軸，取代基只能在對稱軸的一側，或是在對稱軸上而不能越過對稱軸(針對一元取代物而言)。如二甲苯的對稱軸如下(虛線表示)：鄰二甲苯(小圓圈表示能被取代的位置)，間二甲苯，對二甲苯。因此，鄰、間、對二甲苯苯環(huán)上的一元取代物分別有2、3、1種。9．已知甲苯的一氯代物有4種同分異構體，將甲苯完全氫化后，再發(fā)生氯代反應，其一氯代物的同分異構體數(shù)目有()A．4種 B．5種C．6種 D．7種答案B解析將甲苯完全氫化得到甲基環(huán)己烷：，在—CH3上、—CH3鄰、間、對位及與—CH3相連的碳原子上的氫原子可以被氯原子取代而得到5種一氯代物，圖示為。10．下列烴中苯環(huán)上的一氯代物的同分異構體數(shù)目最少的是()A．鄰二甲苯 B．間二甲苯C．對二甲苯 D．乙苯答案C解析四種物質苯環(huán)上的一氯代物的同分異構體數(shù)目分別為2、3、1、3。分子的對稱性越強，其一氯代物的同分異構體數(shù)目越少。[能力提升]11．苯的同系物中，有的側鏈能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，生成芳香酸，反應如下：(R，R′表示烷基或氫原子)(1)現(xiàn)有苯的同系物甲、乙，分子式都是C10H14。甲不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化為芳香酸，它的結構簡式是；乙能被酸性高錳酸鉀溶液氧化為分子式為C8H6O4的芳香酸，則乙可能的結構有種。(2)有機物丙也是苯的同系物，分子式也是C10H14，它的苯環(huán)上的一溴代物只有一種，試寫出丙所有可能的結構簡式。答案(1)9(2)、、、解析(1)本題以分子式為C10H14的苯的同系物可能具有的結構展開討論。題中信息沒有說明什么樣的結構不能被酸性KMnO4溶液氧化為芳香酸，但仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，能被氧化為芳香酸的苯的同系物都有一個共同點——側鏈與苯環(huán)直接相連的碳原子上都有氫原子，產物中羧基數(shù)目等于苯的同系物分子中能被氧化的側鏈數(shù)目；若苯的同系物能被氧化為分子式為C8H6O4的芳香酸(二元酸)，說明苯環(huán)上有兩個側鏈，可能是兩個乙基，也可能是一個甲基和一個丙基，而丙基又有兩種結構(—CH2CH2CH3和)，兩個側鏈在苯環(huán)上的位置又有鄰位、間位和對位3種可能，故分子式為C10H14、有兩個側鏈的苯的同系物有3×3＝9種可能的結構。(2)分子式為C10H14的苯的同系物苯環(huán)上的一溴代物只有一種，其苯環(huán)上可能只有2個相同的側鏈且位于對位，或4個相同的側鏈，且兩兩處于對稱位置。12．某液態(tài)烴的分子式為C8H10，實驗證明它能使酸性高錳酸鉀溶液退色，但不能使溴水退色。(1)試判斷該有機物屬于哪類烴，并寫出其可能的同分異構體的結構簡式。(2)若苯環(huán)上的氫原子被溴原子取代，所得一溴代物有