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苯 一、苯的物理性质 无色液体,有特殊气味; 苯是一种 什么样的 物质呢? 不溶于水; 比水轻,密度为0.88g/ml。 熔点为5.5℃,沸点为80℃, 如果用冰冷却,苯凝结成无色晶体,放 入沸水中,将沸腾挥发; (苯有毒!!是常用的有机溶剂。) 问题:苯分子具有怎样的分子组 成呢? • 实验:将少量的苯加入到蒸发皿中点燃, 观察发生的现象;可得出结论。 法拉第发现苯以后,对苯的组成进行测定,发现 苯仅由碳、氢两种元素组成,其中碳的质量分数为 92.3%,苯蒸气密度为同温、同压下乙炔气体密度的 3倍。苯的分子式 C6H6 。 结构? (1) CH2=C=CH-HC=C=CH2 (2) CH≡C-CH2-CH2-C≡CH (3) CH≡C-C≡C- CH2- CH3 (4) CH3- C ≡ C - C ≡ C- CH3 (5) CH2= CH-CH= CH-C≡CH 苯环结构的有关观点: (1) 6个碳原子构成平面六边形环; (2) 每个碳原子均连接一个氢原子; (3) 环内碳碳单双键交替。 科学家提出的苯分子结构模型 H H C H C C C C H C H H 凯库勒式 问题:这些结构是否合理?如何用实验证实? • 从苯的分子式看,它是远未达饱和的烃, 那么它的性质是否和不饱和烃相似? • 【探索】在分别盛有溴水和酸性高锰酸钾 溶液的试管中各加入少量苯,用力振荡, 静置,观察现象。 2ml苯 2ml苯 1mlKMnO4(H+)溶液 振荡 实 验 ( 紫红色不褪色) 与 结 论 ( 上层橙黄色 ) 水层颜色为 何变浅? 1ml溴水 振荡 ( 下层几乎无色 ) 结论:苯与酸性高锰酸钾、溴水都不反应, 由此说明苯中不存在与乙烯、乙炔相同的双 键和叁键,苯与不饱和烃有很大区别。 苯是饱和烃吗?你可以找 出实验佐证吗? 苯与液溴的反应 但是! 一定条件下,苯可以和氢 气发生加成反应; 凯库勒苯环结构的的缺陷 凯库勒式 缺陷1:不能解释苯为何不起类似烯烃的加成反应 缺陷2:苯的一氯代物只有一种;苯的邻二氯代物 也只有一种; 到底是饱和烃还是不饱和烃 呢?科学家为此费尽了周折。 凯库勒的振荡假说: 现代技术对苯分子结构的进一步研究表明: 苯分子是平面正六边形的结构,苯分子里的6 个碳原子和6个氢原子都在同一平面上。 键参数的比较 键角 键 能 (KJ/mol) 键 长 (10-10 m) C—C 109o28’ 348 1.54 C==C 120o 615 1.33 苯中碳碳键 120o 约494 1.40 苯分子里不存在一般的碳碳双键,分子里的6 个碳原子之间的键完全相同,是一种介于单键和双 键之间的特殊(独特)的键。大π键! 二、苯的分子结构 最简式:CH 分子式:C6H6 结构式 H H C H C C C C H C H H 结构 简式 由于大π键的形成,使得苯分子中6个碳原子 之间的电子云密度很大,因而它们之间结合的更牢 固了,使C与C间的化学键较难被破坏。故,通常状 况下,它不与高锰酸钾、溴水等反应,比较稳定! 正是由于大π键使苯分子中6个碳原子之间结合的更 牢固了,使与C相连的氢原子活动性增强。即在一定 条件下,苯分子中的C-H键可以断裂,H原子被其他 的原子或原子团取代!当然,能量足够、条件适宜时, 苯分子中的大π键仍然会被破坏,因而,苯也可以发 生加成反应。易取代、难加成! 苯具有怎样的化学性质呢? 苯的 特殊 结构 苯的特殊性质 饱和烃 的性质 取代反应 ? 不饱和烃 的性质 加成反应 三、苯的化学性质 1、氧化反应 2C6H6 + 15 O2 点燃 12CO2+6 H2O 现象: 明亮的火焰并伴有大量的黑烟 不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,即: 不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。 2、取代反应 注意溴苯的 物理性质 (1)苯与Br2的反应 + Br-Br 催化剂 -Br + HBr 溴苯 在催化剂的作用下,苯也可以和其 它卤素发生取代反应,称为卤代反应。 注意硝基苯 的物理性质 (2)苯与硝酸反应 H + HO-NO2 浓H2SO4 -NO2+H2O 55℃~60℃ 硝基苯 硝基:-NO2(注意与NO2- 区别) 烃分子中的氢原子被-NO2所取代 的反应叫做硝化反应 浓硫酸的作用: 吸水剂和催化剂 *(3)磺化反应 磺化反应的原理:_____________ 苯磺酸 条件______ 磺酸基与苯环的连接方式: (磺酸基:—SO3H) 磺酸基中的硫原子和苯环直接相连 浓硫酸的作用: 吸水剂和磺化剂 3、加成反应 苯在一定的条件下能进行加成反应。 跟氢气在镍的存在下加热可生成环己烷 + H2 催化剂 H2C △ H2C 催化剂 + H2 CH2 CH2 CH2 CH2 环己烷 △ 苯也能与Cl2 发生加成反应 概念介绍:芳香族化合物 芳香烃 1.芳香族化合物 在有机化合物中,含有一个或多个苯 环的化合物,属于芳香族化合物。 2.芳香烃 芳香族化合物中有一大类物质,其组 成只含有C、H两种元素,称之为芳香烃。 苯是最简单的芳香烃。 苯 的 硝 化 反 应 实 验 苯的同系物 • 一、概念: • 二、组成和结构: • 三、同分异构现象和同分异构体: • 四、性质: 一、概念: 结合同系物 的概念总结 分子中含有一个苯环,在组成上比苯多一个或 若干个CH2原子团的物质。 问题:比苯多一个“—CH2—”原子团的物质是什 么?比苯多2个“—CH2—” 原子团的物质是什么? 比苯多3个“—CH2—”原子团的物质又是什么? 二、组成: 只含有一个苯环,且侧链上的取代基是烷基时, 才属于苯的同系物。 通式:CnH2n-6(n≥6) 空间结构:以苯环为中心,至少12个原子共平 面。 应熟悉各类烃的代表物的空间结构特点,熟悉 各类综合结构中组成原子的相对位置关系;注 意:C—C是可以旋转的! • 在同一平面上的原子最多可能有多少个? • 在同一条直线上的原子最多有多少个? 三、同分异构现象和同分异构体的书写: 练习1、分子式为C8H10和分子式为C9H12的芳香族化合 物的同分异构体各有哪些? 练习2、用式量是43的烃基取代甲苯苯环上的一个氢原 子,能得到的有机物种数为( A、3种 B、4种 ) C、5种 D、6种 练习3、分子式为C8H8 和分子式为C9H10 的芳香族化合 物的结构各有哪些? 四、苯的同系物的性质(1) 物理性质:类似于苯,均为难溶于水、密 度小于水的、有特殊气味的液体(或固体) 思考:分子式为C8H10的三种芳烃同分异构体的沸点高 低情况如何呢?为什么? 邻-二甲苯 间-二甲苯 对-二甲苯 沸点:144.40C 沸点:139.10C 沸点:138.40C 四、苯的同系物的性质(2) 1、取代反应: ⑴卤代反应 CH3 + Cl2 CH3 + Cl2 Fe Fe CH3 Cl + HCl CH3 + Cl HCl 产物以邻、对 位取代为主 以下两个反应能否发生?若能发生请指出 反应的条件是什么? CH3 CH3 + Cl2 Fe Cl + HCl CH2Cl CH3 + Cl2 光 + HCl 四、苯的同系物的性质(2) 1、取代反应: ⑵ 硝化反应 浓硫酸 CH3 + 3HO---NO2 O2N NO2 CH3 NO2 + 3OH2 2,4,6-三硝基甲苯淡黄色针状晶 体,不溶于水。不稳定,易爆炸 —CH3对苯环的影响使苯环上某些部位的 活动性增强,取代反应更易进行 2、氧化反应 ⑴可燃性 ⑵可使酸性高锰酸钾褪色 CH3 COOH KMnO4溶液 H+ R COOH KMnO4溶液 H+ 请分析,下列物质被酸性高锰 酸钾氧化之后生成什么产物? CH2CH3 CH3 CH3 CH3 CHCH3 CH3 C CH3 CH3 C H KMnO4 (H+) COOH 思考:如何鉴别苯及其苯的同系物? 苯的同系物的性质: 可以使酸性高锰酸钾褪色,但不能因反 应而使溴水褪色;在苯的同系物中,由于烃 基与苯环的相互影响。使苯环上的氢原子更 易被取代,而烃基则易被氧化。 3、加成反应 CH3 CH3 催化剂 + 3H2 △ 归纳小结 饱和链烃 烷烃 链烃 (脂肪烃) 不饱和链烃 烯烃 二烯烃 炔烃 环烷烃 烃 脂环烃 环烃 环烯烃 单环芳烃:苯的同系物等; 芳香烃 稠环芳烃: 多环芳烃: