高中化学人教版 (新课标)必修2第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料优秀练习

第2课时　苯

目标导航]　1.了解苯的物理性质及重要用途。2.掌握苯分子的结构特点。3.掌握苯的化学性质。

一、苯的分子结构

1．组成与结构

2.结构特点

(1)苯分子为平面正六边形结构。

(2)分子中6个碳原子和6个氢原子共平面。

(3)6个碳碳键完全相同，是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的化学键。

议一议

如何证明苯的分子结构中碳碳键不是单双键交替？

答案　苯不能使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色，苯的邻位二取代物只有一种，这些都说明苯的分子中碳碳键不是单双键交替的结构。

二、苯的性质

1．物理性质

颜色：无色；气味：有特殊气味；状态：液体；毒性：有毒；在水中的溶解性：不溶于水；密度：(与水相比)比水小。是一种重要的有机溶剂。

2．化学性质

由于苯分子中，碳原子间是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的独特的键，因而苯兼有烷烃和烯烃的性质。

(1)氧化反应

苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但能够燃烧，燃烧时发生明亮并带有浓烟的火焰。燃烧的化学方程式为2C6H6＋15O212CO2＋6H2O。

(2)取代反应

①与溴的反应

反应的化学方程式为

。

②硝化反应

反应的化学方程式为

。

(3)加成反应

在一定条件下，苯可以和H2发生加成反应，反应的化学方程式为。

提醒　制取溴苯时应用液溴而不是溴水。

3．苯的同系物

甲苯的分子式C7H8，结构简式，二甲苯的分子式C8H10，二甲苯有三种同分异构体，分别为邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯。甲苯和二甲苯都可发生上述类似的取代反应和加成反应。

议一议

(1)如何证明苯与溴单质发生的是取代反应，而不是加成反应？

(2)苯与溴的取代产物溴苯为无色、不溶于水且比水重的油状液体，而实际实验中得到的溴苯因溶有溴而呈黄褐色，如何提纯得到无色的溴苯？

答案　(1)苯与溴单质发生取代反应时生成HBr，若发生加成反应则无HBr生成。将反应产生的气体先通过四氯化碳(除去溴蒸气，防止其与水反应生成HBr)，再通入硝酸银溶液，若产生淡黄色沉淀，说明发生的是取代反应。

(2)将呈黄褐色的溴苯与NaOH溶液混合，充分振荡后静置，使液体分层，然后分液。

一、苯及其他烃的共面问题

例1　下列有机分子中，所有的原子不可能在同一个平面上的是(　　)

A．CH2===CHCl   B．

C． D．

解析　判断有机物分子中原子共面问题，必须熟悉三种代表物的空间结构。即：CH4，正四面体，最多三个原子共面；CH2===CH2，平面结构；，平面结构。A、C中把氯原子看作氢原子，所以全部共面；B中苯环平面和乙烯基平面可以共面，D中含有甲基(—CH3)，所以不可能所有的原子共面。

答案　D

归纳总结

1．典型空间结构

(1)甲烷型：正四面体→凡是碳原子与4个原子形成4个共价键时，其空间结构都是四面体，5个原子中最多有3个原子共平面。

(2)乙烯型：平面结构→与碳碳双键直接相连的4个原子与2个碳原子共平面。

(3)苯型：平面结构→位于苯环上的12个原子共平面，位于对角线位置上的4个原子共直线。

2．单键可以旋转，双键不能旋转

对于一些复杂的有机物分子结构，要解剖成若干个基本单元，由整体到局部，然后再回到整体。每一个基本单元的空间构型都要搞清楚，有时凭借局部即可判断整体。在拼接或组合时要注意是否可以发生键的旋转。

变式训练1　下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是(　　)

A．甲苯()

B．硝基苯()

C．2­甲基丙烯()

D．2­甲基丙烷()

答案　D

解析　苯与乙烯都是平面结构，因此A、B、C三项的碳原子都可能共平面；2­甲基丙烷是以甲烷为基础的结构，而甲烷为正四面体结构，因此，所有的碳原子不可能完全共平面。

二、苯的重要性质

例2　下列关于苯的说法中正确的是(　　)

A．苯与H2在一定条件下的加成产物环己烷()中，所有碳原子在同一平面上

B．表示苯的分子结构，其中含有碳碳双键，因此苯的性质跟烯烃相同

C．苯的分子式是C6H6，苯分子中的碳原子远没有饱和，因此能与溴水发生加成反应而使之褪色

D．苯环上的碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键，因此苯可以发生取代反应和加成反应

解析　环己烷中碳原子的成键情况类似于烷烃中碳原子的成键情况，故环己烷中所有碳原子不在同一个平面上；凯库勒式()不能真正代表苯分子的结构，苯分子中并不存在单双键交替的情况，因此不能与溴水发生加成反应而使之褪色。

答案　D

归纳总结　苯、甲烷与乙烯的结构和典型性质的比较

变式训练2　苯与乙烯相比较，下列叙述正确的是(　　)

A．都可以与溴发生取代反应

B．都容易发生加成反应

C．乙烯易发生加成反应，苯不能发生加成反应

D．乙烯易被酸性KMnO4氧化，而苯不能

答案　D

解析　苯与液溴发生取代反应，乙烯与Br2发生加成反应，A错误；乙烯易发生加成反应，而苯只有在特殊条件下才能发生加成反应，B、C错误；乙烯易被酸性KMnO4氧化而苯不能，D正确。

1．在下列有机物中，能跟溴水发生加成反应，又能被酸性高锰酸钾溶液氧化的是(　　)

A．乙烯  B．苯  C．甲烷  D．乙烷

答案　A

2．下列属于取代反应的是(　　)

A．甲烷燃烧

B．在镍做催化剂的条件下，苯与氢气反应

C．苯的硝化反应

D．乙烯通入酸性KMnO4溶液中

答案　C

解析　甲烷燃烧属于氧化反应，A错误；在镍作催化剂的条件下苯与氢气反应属于加成反应，B错误；苯的硝化反应属于取代反应，C正确；乙烯通入酸性KMnO4溶液中发生氧化反应，D错误。

3．下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是(　　)

A．苯是无色、带有特殊气味的液体

B．常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体

C．苯在一定条件下能与硝酸发生取代反应

D．苯不具有典型的双键，故不可能发生加成反应

答案　D

4．苯环结构中，不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，可以作为证据的事实是(　　)

①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色

②苯分子中碳碳键的长度完全相等

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同液溴可发生取代反应，但不能因化学反应而使溴水褪色

A．②③④  B．②④⑤  C．①③⑤  D．①②⑤

答案　D

解析　如果苯环为单双键交替结构，则其中的双键可被酸性KMnO4溶液氧化，可与Br2发生加成反应，分子中碳碳单键和碳碳双键长度不同，因此①②⑤可证明苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构。如果苯环是单双键交替结构，则苯环中含有三个双键，同样1 mol 苯可与3 mol H2加成生成环己烷，因此③错误。如果苯环是单双键交替结构，对二甲苯可写成和两种形式，若把第一种形式进行上下翻转，即可得到第二种形式，即这两种形式为同一种结构，因此不能通过对二甲苯只有一种结构证明苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键的简单交替结构，④错误。

点拨　苯分子里不存在碳碳双键，其中6个碳原子之间的键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的共价键；苯分子里的6个碳原子和6个氢原子都在同一平面上。苯分子不能与溴水发生加成反应，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，可证明苯分子中不含有碳碳双键；苯分子中的碳碳键长度相等、邻二取代产物不存在同分异构体，都可说明苯不存在单双键交替结构。

5．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 ℃的温度下进行，图中给反应物加热的方法是水浴加热，其优点是______________________________和________________________。

(2)在配制混合酸时应将____________加入到____________中去。

(3)该反应的化学方程式是____________________________________________

________________________________________________________________________；

反应类型：________________。

(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，除去混合酸，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　④用10%NaOH溶液洗　⑤水洗

正确的操作顺序是______________。

A．①②③④⑤   B．②④⑤③①

C．④②③①⑤   D．②④①⑤③

答案　(1)便于控制温度　受热均匀

(2)浓硫酸　浓硝酸

(3) 　取代反应

(4)苯、浓硝酸挥发到空气中，造成污染

(5)B

解析　(1)水浴加热的优点是受热均匀、便于控制温度。(2)浓硝酸的密度小于浓硫酸的密度，因此两种酸混合时，把浓硫酸慢慢加入到浓硝酸中，边加边搅拌。(3)苯和浓硝酸发生硝化反应，硝基取代苯环上的一个氢原子，其化学方程式：

。(4)苯、浓硫酸是易挥发性液体，根据装置图的特点，会造成苯、浓硝酸的挥发，污染空气。(5)硝基苯中混有混合酸，先用水洗，除去大部分混合酸，然后用10% NaOH溶液洗涤，除去剩下的酸，再用水洗，除去碱，接着用干燥剂除去水，最后蒸馏得到溴苯，B正确。

 基础过关]

题组1　苯的结构与性质

1．下列关于苯的叙述中正确的是(　　)

A．苯主要是从石油分馏中获得的一种重要化工原料

B．苯中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃

C．苯分子中六个碳碳化学键完全相同

D．苯可以与溴水、高锰酸钾溶液反应而使它们褪色

答案　C

2．苯的泄漏会造成严重的危险，以下说法有科学性错误的是(　　)

A．由于大量苯溶入水中，渗入土壤，会对周边农田、水源造成严重的污染

B．由于苯是一种易挥发、易燃的物质，周围地区如果有火星就可能引起爆炸

C．可以采取抽吸水渠中上层液体的办法，达到部分清除泄漏物的目的

D．由于苯有毒，所有工作人员在处理事故时，都要做相关防护措施

答案　A

解析　苯难溶于水，密度比水小，易挥发，易燃，有毒。

3．下列实验中，不能获得成功的是(　　)

A．用水检验苯和溴苯

B．苯、浓硫酸、浓硝酸共热制硝基苯

C．用溴水除去混在苯中的己烯

D．苯、液溴、溴化铁混合制溴苯

答案　C

解析　苯和溴苯均不溶于水，苯的密度比水小在上层，溴苯的密度比水大在下层，可以检验；在浓H2SO4催化作用下，苯与浓硝酸反应生成硝基苯；溴与己烯加成后生成的产物仍能溶在苯中，不能用溴水除去苯中的己烯；苯和液溴在溴化铁催化下能反应生成溴苯。

题组2　芳香烃及性质判断

4．下列物质是苯的同系物的是(　　)

A．

B．

C．

D．

答案　D

5．已知：CH4＋Br2CH3Br＋HBr；

将甲苯与液溴混合，加入铁粉，其反应产物可能有(　　)

①②

③　④

⑤　⑥

⑦

A．只有①②③   B．只有④⑤⑥⑦

C．只有①⑤   D．①②③④⑤⑥⑦

答案　B

解析　在铁与溴生成的FeBr3的催化作用下，甲苯与溴只能发生苯环上的取代反应。

6．对于苯乙烯()有下列叙述：①能使酸性KMnO4溶液褪色；②能使溴的四氯化碳溶液褪色；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；⑥所有的原子可能共平面。其中正确的是(　　)

A．①②③④⑤   B．①②⑤⑥

C．①②④⑤⑥   D．全部正确

答案　C

解析　苯乙烯中含有苯环和碳碳双键，故应具有苯和乙烯的性质，如碳碳双键既可使酸性KMnO4溶液褪色，又可使溴的四氯化碳溶液褪色，而苯能发生硝化反应；苯乙烯属于烃类，而烃都难溶于水但易溶于有机溶剂(如苯)中；从分子结构看，苯乙烯是苯、乙烯两个平面结构的组合，这两个平面有可能重合，C正确。

题组3　烃的性质

7．用分液漏斗可以分离的一组混合物是(　　)

A．溴和CCl4   B．苯和溴苯

C．硝基苯和水   D．汽油和苯

答案　C

解析　A、B、D的物质可以互溶，不会分层，不可用分液漏斗分离。

8．下列物质中，既能因发生化学反应使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色的是(　　)

①SO2　②CH3CH2CH===CH2　③　④CH3CH3

A．①②③④  B．③④  C．①②④  D．①②

答案　D

解析　SO2具有还原性，能被强氧化剂Br2及酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色；CH3CH2CH===CH2中有双键，遇Br2能发生加成反应，遇酸性KMnO4溶液能被氧化，从而使溴水及酸性KMnO4溶液褪色；苯结构稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，但可萃取溴水中的Br2，使溴水褪色，此过程属物理变化过程；CH3CH3既不能使溴水褪色，也不能使酸性KMnO4溶液褪色。

9．请将下列物质能够发生的反应类型填写在下表中：

①由乙烯制氯乙烷　②乙烷与氯气，光照　③乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色　④乙烯通入酸性高锰酸钾溶液　⑤由苯制取溴苯　⑥乙烷在空气中燃烧　⑦由苯制取硝基苯　⑧由苯制取环己烷

答案　②⑤⑦　①③⑧

能力提升]

10．下列叙述中错误的是(　　)

A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持50～60 ℃反应生成硝基苯

B．苯乙烯()在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷()

C．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应生成1,2­二溴乙烷

D．甲苯()与氯气在光照条件下反应主要生成2,4­二氯甲苯()

答案　D

解析　A项正确，苯与浓硝酸、浓硫酸的混合液加热时发生反应：H2O；B项正确，苯乙烯()中含有苯环和碳碳双键，二者都能与H2发生加成反应，生成；C项正确，乙烯(CH2===CH2)双键中的一个键断裂，Br2中的Br—Br键断裂，两个溴原子分别加在两个价键不饱和的碳原子上，生成1,2­二溴乙烷(Br—CH2—CH2—Br)；D项错误，光照是烷烃发生取代反应的条件，且取代的是烷烃或烷烃基中的氢原子，故甲苯()与氯气光照条件下发生取代反应时取代的是 —CH3上的氢而非苯环上的氢。

11．有4种无色液态物质：

①1­己烯CH3(CH2)3CH===CH2]、

②己烷CH3(CH2)4CH3]、

③苯()、

④甲苯()，

请回答下列问题：

(1)不能与溴水和酸性KMnO4溶液反应，但在铁屑作用下能与液溴反应的是________________(写编号)，生成的有机物是____________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

此反应属于________________反应。

(2)能与溴水和酸性KMnO4溶液反应的是________________(写编号)，与溴水反应的化学方程式是____________________，此反应属于____________反应。

(3)不能与Br2水反应但能与酸性KMnO4溶液反应的是________________(写编号)。

答案　(1)③　溴苯　HBr　取代

(2)①　CH3(CH2)3CH===CH2＋Br2―→

CH3(CH2)3 　加成

(3)④

拓展探究]

12．某化学课外小组查阅资料知：苯和液溴在有溴化铁(FeBr3)存在的条件下可发生反应生成溴苯和溴化氢，此反应为放热反应。他们设计了下图装置制取溴苯。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中。

如图是制取溴苯的装置。试回答：

(1)装置A中发生反应的化学方程式是_______________________________________

________________________________________________________________________。

(2)装置C中看到的现象是________________________________________________，

证明________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)装置B是吸收瓶，内盛CCl4液体，实验中观察到的现象是_____________________________________________，

原因是________________________________________________________________________。

如果没有B装置而将A、C直接相连，你认为是否妥当？

________(填“是”或“否”)，理由是_______________________________________。

(4)实验完毕后，将A试管中的液体倒在装有冷水的烧杯中，烧杯______________(填“上”或“下”)层为溴苯，这说明溴苯______________且______________。

答案　(1)

(2)导管口有白雾，试管内有淡黄色的沉淀生成　有HBr生成

(3)液体变橙红色　反应放热，A中溴蒸气逸出，溶于CCl4中　否　逸出的溴蒸气也能与AgNO3溶液反应

(4)下　不溶于水　密度比水大

解析　本题考查苯的溴代反应，其中A为发生装置，但由于反应放热，溴、苯以及产生的HBr均易挥发，故加B作为吸收瓶，吸收挥发出的溴和苯。HBr蒸气进入C中，证明发生了取代反应。