高二化学选修5学案：知识导学 第1章第3节烃第3课时 苯及其同系物的化学性质 含解析 精品

第3课时苯及其同系物的化学性质
案例探究
1852年，英国化学家法拉第首先从煤焦油里提取出了苯。

不久，苯的分子组成也被确定为C6Ｈ6。

可是，根据当时的“有机物分子呈链状排列”的有机结构理论，却怎么也写不出符合苯的实际化学性质（既有饱和烃的性质，又有不饱和烃的性质）的链状结构式。

一时，苯的结构问题成了令科学家们一筹莫展的难题，也逼迫链状结构理论的提出者——德国年轻化学家凯库勒不得不对自己的工作进行反思。

1865年的一个冬夜里，凯库勒坐在桌边一面编写教材，一面想着怎样在教材中写苯的结构，然而这一难题令他百思不得其解，只好停笔，偎炉休息。

他面对炉中飘忽不定的火苗陷入了沉思，不知不觉进入了梦乡。

朦胧之中，凯库勒仿佛觉得有一些碳原子在自己的面前跳起舞来，它们排成蛇的形状，一会儿在火焰中翻滚，一会儿蜷曲起来，突然，原子“蛇”的头咬住了自己的尾巴，形成一个环状，不停地旋转起来。

凯库勒猛然惊醒，根据梦中受到的启示，他迅速画出苯的封闭式结构式来。

经过若干次的修正，最后他决定用六角环状结构
来描述苯的分子结构，即。

思考: 1. 苯的凯库勒式能解释碳的价键结构吗？
2. 苯分子中是否存在单双键交替结构？
3. 苯的化学性质如何？
自学导引
一、苯的结构和性质
1. 分子结构
苯的分子式为________ ，结构简式为________ ；苯分子中6个碳原子是共________的，6个碳构成________ 结构。

2. 物理性质
苯是无色，具有特殊气味的液体，密度比水小，不溶于水，沸点80.1 ℃，熔点5.5 ℃，是一种重要的有机溶剂。

3. 化学性质
（1 ）取代反应
①卤代反应: 苯与液溴（不是溴水）在Fe的催化作用下（实际为FeBr3）发生溴代反应，化学方程式为________________ 。

②磺化反应: 苯与浓H2SO4在常温下很难反应，但加热时苯环上的氢原子可被磺酸基（—SO3H ）取代，生成苯磺酸，化学方程式为________________ 。

③硝化反应: 苯与混合酸（浓HNO3、浓H2SO4）在60 ℃时发生硝化反应，生成硝基苯，化学方程式为________________ 。

（2 ）加成反应
苯不具有典型的双键所具有的加成反应的性质，与烯烃相比，苯不易发生加成反应，但在特殊条件（催化剂、一定温度）下，仍能发生加成反应。

苯与H2加成的反应方程式为________________________ 。

（3 ）氧化反应
苯不能被KMnO4酸性溶液所氧化，即不能使KMnO4酸性溶液褪色。

苯的氧化反应是指苯的燃烧。

苯燃烧的化学方程式为________________ 。

答案
二、苯的同系物
1. 概念
_________________________________________________________________________ 。

2. 苯的同系物与苯在结构上和性质上的异同
（1 ）相同点
①分子里都有一个苯环；②都能发生取代反应。

（2 ）不同点
①苯的同系物中，由于侧链对苯环的影响，使苯环活化，与HNO3反应时，能发生邻、对位取代，而苯主要发生一元取代，如TNT的制备方程式为________________________ 。

②苯的同系物中，由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物能被高锰酸钾酸性溶液氧化，从而使高锰酸钾溶液褪色，而苯不能被高锰酸钾酸性溶液氧化。

用此法可鉴别苯和苯的同系物。

甲苯被KMnO4酸性溶液氧化的化学方程式为______________________ 。

注: 苯环侧链上的烷基不论长短，被氧化后都生成羧基（—COOH ），两个侧链被氧化后生成两个羧基，从这里可以看出苯环的稳定性。

答案
1. 分子中仅含一个苯环，且苯环侧链为烷烃基的烃是苯的同系物
疑难剖析
一、苯及其同系物的化学性质
1. 氧化反应
苯不能被KMnO4酸性溶液氧化，甲苯、二甲苯等苯的同系物能被KMnO4酸性溶液氧化。

说明:（1 ）甲苯、二甲苯被KMnO4酸性溶液氧化，被氧化的是侧链，即甲基被氧
化，该反应可简单表示为:
这样的氧化反应，都是苯环上的烷烃基被氧化，说明了苯环上的烷烃基比烷烃性质活泼，是苯环对烷烃基影响的结果。

（2 ）可用KMnO4酸性溶液作试剂鉴别苯的同系物和苯、苯的同系物和烷烃。

（3 ）苯的同系物易燃烧，燃烧现象与苯燃烧的现象相似，甲苯完全燃烧的化学方程式为:
2. 硝化反应
甲苯跟硝酸和浓硫酸的混合酸可以发生反应，苯环上的氢原子被硝基（—NO2）取
代，生成三硝基甲苯:
说明:（ 1 ） 2，4，6三硝基甲苯简称三硝基甲苯，又叫TNT ，是一种淡黄色的晶体，不溶于水。

它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路、兴修水利等。

（ 2 ） 要记清三硝基甲苯分子中三个硝基在苯环上与甲基的位置关系，其可简记为“两邻一对”。

（ 3 ） 甲苯比苯更易发生硝化反应，这说明受烷烃基的影响，苯的同系物分子里的苯环比苯分子化学性质更活泼，并且是苯环上烷烃基的邻、对位氢原子更活泼。

3. 加成反应
苯的同系物分子还能在苯环上发生加成反应。

如:
说明:（ 1 ） 苯的同系物能将溴水中的溴萃取，但不能发生化学反应，萃取了溴的苯的同系物在上层，呈橙色，水在下层。

（ 2 ） 发生加成反应，苯、苯的同系物比烯烃、炔烃困难。

【例1】 下列物质中由于发生化学反应而能使溴水褪色，又能使KMnO 4酸性溶液褪色的是（ ） A. SO 2 B. C 2H 5CH═CH 2
C. D. —CH 2CH 3
思路分析: SO 2+Br 2+2H 2O═H 2SO 4+2HBr ，而使溴水褪色；SO 2又有还原性，可使KMnO 4酸性溶液褪色；C 2H 5CH═CH 2其中含碳碳双键，可使溴水褪色，也能使KMnO 4溶液褪色；C 既不能使溴水褪色又不能使KMnO 4（H +） 溶液褪色；D 只能使KMnO 4酸性溶液褪色。

答案: AB
思维启示: 使溴水褪色的物质有: 烯、炔烃、还原性物质等；使KMnO 4（ H + ） 溶液褪色的有: 含不饱和键的物质，苯的同系物，还原性物质。

【例2】 已知: ①R —Br
−−−→水解 R —OH （ R 表示烃基 ） ；②苯环上原有取代
基对新导入的取代基进入苯环的位置有显著影响。

如下所示是用苯作原料制备一系列化合物
的转化关系:
（1 ）写出A转化为B的化学方程式: ______________________________ 。

（ 2 ）图中→①→②省略了反应条件，请在①②上方的方框里填写对应物质的结构简式。

先引入—NO2，再引入—Br，则—Br进入—NO2的间位；若先引入—Br，再引入—NO2，则—NO2进入—Br的邻位和对位，依此类推。

拓展迁移
拓展点1: 苯及苯的同系物与芳香烃比较
苯的同系物都是芳香烃，但是芳香烃不一定是苯的同系物。

分子里有且只有一个苯环，苯环上的侧链全为烷烃基的芳香烃才是苯的同系物。

如
、、等芳香烃都是
苯的同系物，而等芳香烃不是苯的同系物。

拓展点2: 苯的同系物的同分异构现象
书写苯的同系物的同分异构体时，苯环不变，变取代基的位置，变取代基碳链的长短。

如C9H12对应的苯的同系物有以下八种同分异构体。