化学必修2第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料第2课时教案设计

这是一份化学必修2第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料第2课时教案设计，共6页。教案主要包含了苯的物理性质，苯的分子结构，苯的化学性质等内容，欢迎下载使用。

课题：第三章 第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料(2) ------苯与芳香烃
授课班级
课 时
1.5
知识、
与
技能
1、了解苯的物理性质和分子组成以及芳香烃的概念
2、掌握苯的结构式并认识苯的结构特点
3、理解共价单键的可旋转性
4、掌握苯的卤代反应、硝化反应等性质
过程
与
方法
1、通过苯的实验探究设计，提高设计实验的能力
2、通过学习，增加小组合作、交流表达及科学探究的能力
3、通过本的主要化学性质的学习，掌握研究苯环性质的方法
情感态度价值观
培养重视实验的科学态度和对科学实验的兴趣，学习科学家的优秀品质
重 点
苯的主要化学性质与结构的关系
难 点
苯的结构推导
知
识
结
构
与
板
书
设
计
第三章 第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料(2) ------苯与芳香烃
一、苯的物理性质
1、无色、有特殊气味的液体
2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂
3、熔沸点低，易挥发，用冷水冷却，苯凝结成无晶体
4、苯有毒
二、苯的分子结构
1、分子式：C6H6
2、最简式(实验式)：CH
3、结构特点：
eq \\ac(○,1)正六边形的平面结构（12个原子共面）
eq \\ac(○,2)键角是120°，六个碳碳键的键长、键能均相等
eq \\ac(○,3)键长C-C> > C=C
eq \\ac(○,4)苯分子中无一般单、双键是一种介于单键和双键之间的独特的键
4、结构式
5、结构简式（凯库勒式）或
、苯的化学性质
⑴可燃性
⑵苯的取代反应
Br
FeBr2
溴苯
①苯与液溴的反应
反应方程式： ＋ Br2 ＋ HBr
②苯与硝酸的反应
反应方程式：
NO2
硝基苯
浓硫酸
△
＋ HNO3 ＋ H2O
（3）苯的加成反应
教学步骤、内容
【引言】前面我们学习了来自石油的重要化工材料---乙烯，今天我们来学习另一类来自煤的重要化工原料---苯，这节课我们沿着科学家的足迹去探索苯的奥秘吧。
【板书】第三章 第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料 -----苯
【讲解】19世纪初期，欧洲等许多国家都已普遍使用了煤气照明，它带动了煤炭工业的迅速发展。而从生产煤气的原料中制备出煤气之后，剩下一种油状液体却长期无人问津。油状物的大量废弃，造成了严重的环境污染。英国科学家法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家，他想，要将它们变废为宝，就必须对油状物进行分离提纯。煤焦油焦臭黑粘，化学家忍受着烧烤熏蒸，在炉前塔旁辛勤工作。法拉第花了整整五年的时间，终于利用蒸馏的方法将油状液体成功分离，于1825年6月16日，向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物，当时，法拉第在描述这种无色的液体称之为“氢的重碳化合物”：略有香味，在一般条件下，它是一种无色的透明液体。当把这种液体放到冰水中冷却到零度时，它就会结晶成固体，在玻璃容器的器壁上长出树枝状的结晶。如果从冰水中取出，让温度慢慢上升，这种固体在5.5℃融化。如果把融化的液体暴露在空气中，最后它会完全挥发。当时法拉第称这种液体称之为“氢的重碳化合物”
【媒体展示】：
1、加入有同学加入的水与和苯的体积相近，如何用最简单的实验证明上层液体是水还是苯
2.从法拉第的实验中，你能得出苯的熔沸点大约是多少吗？
1ml苯在标准状况下的体积是否约为22.4L
【板书】一、苯的物理性质
1、无色、有特殊气味的液体
2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂
3、熔沸点低，易挥发，用冷水冷却，苯凝结成无晶体
4、苯有毒
【媒体展示】1834年，德国化学家米希尔里希通过蒸馏苯甲酸和碱石灰的混合物，得到了与法拉第所制液体相同的一种液体，并命名为苯。
【过渡】法拉第发现苯以后，许多科学家立即对苯的组成进行测定
【讲解】法国化学家日拉尔立即对苯的组成进行测定，他发现苯仅有碳、氢两种元素组成，其中碳元素的质量分数为92.3%，你能确定苯的分子式吗？
【交流讨论】苯燃烧有浓烟，说明苯分子中碳元素的含量很高，根据日拉尔的测定苯的分子式为C6H6
【板书】二、苯的分子结构
1、分子式：C6H6
2、最简式(实验式)：CH
【提问】根据苯的分子式，你能写出其结构式吗？
【讲解】19世纪的科学家进行了研究，当时的有机化学刚发展起来，比较成熟的理论只有“碳四价学说”和“碳链学说”。按照我们学的烷烃、烯烃等不饱和烃的经验，C6H6比饱和的烷烃少了8个H原子，分子中可能有四个双键。或两个双键，一个叁键，或两个叁键等。请根据这两种学说写出C6H6可能的链状结构简式
【投影】学生练习中可能出现的情况
(1)CH C—CH2—CH2—C CH
(2)CH3—C C—C C—CH3
(3)CH2 CH—CH2—CH2—C CH2
(4)CH2 C CH—CH C CH2
(5)CH C—CH2—C CH
【提问】写的结构都符合C6H6 ，那这些结构是否正确，该如何验证，我们知道，物质的结构决定性质，性质又反映结构。若苯分子为上述结构之一，则其应该具有什么重要化学性质？可设计怎样的实验来证明？
【投影实验】
1.能否使溴水褪色(发生加成反应)?
2.能否使高锰酸钾酸性溶液褪色(发生氧化反应）？
【讲解】苯不能使酸性的KMnO4溶液褪色，说明苯分子中不含普通的C==C等不饱和键，所有符合C6H6链状结构的因此上述结构不合理。
【讲解】通过上面实验我们否定了苯的链状结构。苯分子的结构究竟如何，这在十九世纪是个很大的化学之谜，试画出可能的结构。
【投影】
【讲解】但实验证明，苯能与氢气发生加成反应，三棱柱烷又一次被推翻。
【讲解】苯分子到底是什么样的结构呢？这在十九世纪是一个很大的化学之谜。19世纪的许多科学家做了许多关于苯的性质实验，力图从性质出发推导出苯的结构，其中有这样两个实验引起了科学的注意：一是苯与液溴在铁粉做催化剂的条件下发生了取代反应，这说明苯能发生取代反应，且它的一溴代物只有一种；二是苯在特殊条件下可与氢气发生加成反应
【过渡】苯不能使酸性KMnO4溶液氧化，一般情况下也不能与溴发生加成反应，而是发生取代反应，说明苯具有饱和烃的性质，不含有C==C；而能与氢气加成说明苯具有不饱和烃的性质，应含 有C==C，这种相互矛盾的结论使19世纪的科学衫陷入了困境。
【讲解】由苯的一溴代物只有一种，说明苯分子的六个氢原子应该是等效的，想到苯可能是一种环状结构是不难的，而且由苯与氢气的加成产物C6H12，想到苯分子中只能有一个碳环。但当时要超越碳链学说而想到环状结构却是非常不容易的。
【视频】苯的结构背景：苯分子结构的确定曾经是困扰19世纪化学家的一大难题
1825年，英国科学家法拉第首先发现了苯。1834年，德国科学家米希尔里希为苯进行了命名。其后，法国化学家日拉尔等人确定苯的相对分子质量和分子式。
苯分子中碳含量之高，令科学家们为之惊讶，从此他们踏上了探究苯结构的漫漫征途。斗转星移，整整近四十个春秋，让我们豁然开朗，为之振奋的时刻出现了。他就是极富想象力的德国化学家凯库勒，曾提出了碳四价学说和碳原子间可以连接成链这一重要学说。但就是这样一位想象力丰富的学者也被曾经定势思维所束缚，曾长期认为苯分子结构是链状，因而苦思冥想，不得其解。
1864年冬天，凯库勒为探索苯分子的结构殚精竭虑，日则忘食。一夜于梦中，突见一蛇，盘盘焉自食其尾。凯氏于梦中突获灵感，跃身而起，将梦魂中蛇自咬尾巴形象画出。其时，凯氏脑海轰然，陀然作声。六碳原子首尾相连之形得以，然后凯氏再予每个碳原子连接一个氢原子，于是，苯环结构豁然而成焉。
【讲解】 德国化学家凯库勒由于揭开这个谜而名垂青史。凯库勒早年曾是建筑系的学生，有着丰富的想象力。一个个碳原子、氢原子如同建筑中的砖头，在他的头脑中构筑成了一个一个奇妙的分子结构图景。然而，苯的6个碳和6个氢和它独特的性质，却使他彻夜难眠，难道自己的想象力枯竭了吗？虽然他已在草纸上写下了几十个苯的结构，但没有一个令人满意，它将所有的稿纸扔进了壁炉，然后就在温暖的壁炉前睡着了。
然而，苯的6个碳原子的链象蛇一样盘绕卷曲，侵袭着他的梦。忽见一条蛇咬住了自己的尾巴，并旋转不停。他象触电般的猛醒起来，意识到这就是苯的结构，于是，他在1866年提出了两个假设。
【投影】凯库勒假说
1、苯的六个碳原子形成环状闭合的平面正六边形
2、每个碳原子均连接一个氢原子。
3、环内碳碳单双键交替。
【投影】凯库勒式
【提问】这一结构式符合“碳四价”学说，凯库勒式是否正确，一些科学家进行思辨的同时，也有一些科学家进行了实证研究，试图有苯的性质反映出苯的结构
实验事实一、1ml苯在一定条件下最多可以与3ml氢气发生加成反应生成环己烷
实验事实二、苯与液溴在铁粉的存在下发生取代反应，并且生成的一溴取代物只有一种结构
【讲解】首先实验事实一给凯库勒的合理性提供了极大的支持，由于加成的最终产物为C6H12,，说明苯分子有且会有一个环，且有不饱和键的存在，其次凯库勒式也能解释苯与液溴在铁粉的存在下发生取代反应，且苯的一溴取代物只有一种结构。
【讲解】虽然这一理论较好的解释了苯分子的一溴代物只有一种，且能与氢气加成等等化学性质，但根据这一结构，我们应该推测出苯的应该不同和含有不饱和键，能使溴水褪色的性质，且二溴取代物应该有两种，但是这与实验事实相矛盾。为了解释这一结构与实验事实的矛盾，凯库勒又提出了补充假说：苯分子中碳碳双键与碳碳单键不是固定的，而是以一定的频率快速交替出现的。
【讲解】现代科学对苯分子的结构进行了精准的研究，提出了苯的结构特点
【板书】3、结构特点：
（1）正六边形的平面结构（12个原子共面）
（2）键角是120°，六个碳碳键的键长、键能均相等
（3）键长C-C> > C=C
（4）苯分子中无一般单、双键是一种介于单键和双键之间的独特的键
【小结】苯环上不是由碳碳单键和碳碳双键交替的，凯库勒的猜想具有一定的局限性。事实上苯环上的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊的化学键，为了表示苯分子这一结构特点，我们可以用如下表示：
【板书】4、结构式
5、结构简式（凯库勒式）
或
【讲解】凯库勒发现苯分子是环状结构的过程，富有传奇色彩。凯库勒能够从梦中得到启发，成功地提出结构学说，并不是偶然的，这与他本人具有广博而精深的化学知识、勤奋钻研的品质和执着追求的科学态度是分不开的。
正如他说的：“到达知识高峰的人，往往是以渴求知识为动力，用毕生精力进行探索的人，而不是那些以谋取私利为目的的人。”为了纪念凯库勒对苯分子结构的巨大贡献,现在仍然沿用凯库勒结构式表示.
【板书】三、苯的化学性质
【讲解】苯较稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，能燃烧，但由于其含碳量过高，而出现明显的黑烟。
【板书】1、氧化反应：不能使酸性KMnO4溶液褪色
【讲解】以前学习的饱和烷烃可以发生取代反应，苯分子的环状结构使得苯环上的氢原子会不会具有和烷烃类似的性质？若能取代，条件又是怎样呢？
【实验视频】苯的溴代
【板书】2、取代反应
【板书】（1）苯与液溴的反应
Br
FeBr3
溴苯
反应方程式： ＋ Br2 ＋ HBr
【教师】溴苯是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水。
【板书】（2）苯与硝酸的反应
【教师】苯在50℃～60℃时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应。
反应方程式：
NO2
硝基苯
浓硫酸
△
＋ HNO3 ＋ H2O
【讲解】苯分子中的氢原子被硝基取代，所以称为硝化反应
【讲解】硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，密度>水，难溶于水，易溶于有机溶剂
【思考与交流】
【提问】药品添加顺序？
【回答】先浓硝酸，再浓硫酸冷却到50℃以下，加苯
【提问】怎样控制反应温度在60℃左右?
【回答】用水浴加热，水中插温度计
【提问】试管上方长导管的作用?
【回答】冷凝回流
【提问】浓硫酸的作用？
【回答】催化剂
【提问】硝基苯不纯显黄色（溶有NO2)如何除杂？
【回答】硝基苯不纯显黄色（溶有NO2)用NaOH溶液洗，分液
【过渡】我们从苯分子的结构可以知道苯环上的碳原子之间的化学键是一种介于C－C单键和C＝C双键之间的特殊的键。既然它能像烷烃那样发生取代反应，那么它也应该能像烯烃那样发生加成反应。前边已经证实其不能使溴水褪色，即一般不易加成，但在特殊的条件下，苯仍能发生加成反应。
【板书】（3）苯的加成反应
【教师】苯在特定条件下，也可以发生加成反应。比如在镍催化下，可以与氢气加成。
【讲解】苯跟氢气在镍存在的条件下加热可生成环已烷，像烷烃一样饱和，故其化学性质与烷烃相似
【知识拓展】苯与氯气发生加成制得农药六六六
【小结】总之，苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质，而且它进行取代反应比饱和烃要容易，进行加成反应比不饱和烃要困难，苯的这种特殊性质常称为苯的芳香性。
【板书】易取代、难加成、难氧化
【自我评价】
1、下列哪些不能说明苯环不是单、双键交替的结构（ ）
A．苯的一溴代物无同分异构体。
B．苯的邻二溴代物无同分异构体。
C．苯不能使Br2水或KMnO4褪色。
D．苯环上的碳碳键均相等
2、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溴发生取代反应
D、苯不具有典型的双键所应具有的加成反应，故不可能发生加成反应
3、下列关于苯分子结构的说法中，错误的是（ ）
A、各原子均位于同一平面上，6个碳原子彼此连接成为一个平面正六边形的结构。
B、苯环中含有3个C-C单键，3个C=C双键
C、苯环中碳碳键是一种介于单键和双键之间的独特的键。
D、苯分子中各个键角都为120
教学回顾：
苯的结构是一难点，苯中的碳碳键不是双键也不是单键，而是一种特殊的键，所以苯比烷烃易于取代，比烯烃难于加成，不能被高锰酸钾氧化。苯的硝化反应试验是一个重要试验，混酸的配制，操作条件，产品的性质及分离。都需要学生掌握。