说明:凯库勒发现苯分子有环状结构的经过,带有传奇般的色彩,据凯库勒本人介绍,那是他在梦中发现的。应该指出,凯库勒能够从梦中得到启发,成功地提出重要的结构学说,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。
接下来让我们从运用假说的角度,认识凯库勒科学发现的过程。
HHHHHH后又根据“四价学说”改为:HHHHHH
并简写为作为苯的结构简式,称为凯库勒式。
为了解释这一结构与某些实验事实的矛盾,凯库勒又提出了补充假说:苯分子中碳碳单键与双键不是固定的,而是以一定的频率快速交替出现:
演示:苯分子比例模型。
讲述:苯的结构特点:苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种独特的键。
下面我们来归纳一下苯分子的结构。
板书:2.苯分子结构——平面正六边形结构(独特的键)
结构式:〖1〗C〖2〗C〖3〗C〖4〗C〖5〗C〖6〗CHHHHHH
结构简式:或
说明:苯环上碳碳间的键是介于单键和双键之间的独特的键。6个碳原子各以1个电子共同形成这种6个碳原子之间的键。为了表示苯分子这一结构特点,现代化学常用结构简式表示苯。
在有机化合物中,有很多分子里含有一个或多个苯环的碳氢化合物,这样的化合物属于芳香烃,简称芳烃。苯是最简单、最基本的芳烃。
讲述:根据结构决定性质,既然苯中的碳碳键是一种独特的键,那么它的化学性质也有其特殊性。
小结:1.苯分子的结构。
2.苯的化学性质:苯的溴代、硝化、磺化、加成反应等。
投影:随堂练习
1.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
2.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.苯环中碳碳键的键长介于C-C和C=C之间
D.苯分子中各个键角都为120°
3.能够证明苯分子中不存在碳碳单、双键交替排布的事实是()
A.苯的一溴代物没有同分异构体
B.苯的间位二溴代物只有一种
C.苯的对位二溴代物只有一种
D.苯的邻位二溴代物只有一种
板书设计
一、苯的物理性质
二、苯分子的结构
1.分子式:C6H6
2.结构式:〖1〗C〖2〗C〖3〗C〖4〗C〖5〗C〖6〗CHHHHHH
结构简式:或
3.结构特点:
(1)苯分子是平面六边形的稳定结构;
(2)苯分子中碳碳之间的键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种独特的键;
(3)苯分子中六个碳原子等效,六个氢原子等效。
【典型例题】
例1实验室用溴和苯反应制取溴苯,得到粗溴苯后,要用如下操作精制:①蒸馏;②水洗;③用干燥剂干燥;④用10%的溶液洗;⑤水洗。正确的操作顺序是()。
(A)①②③④⑤(B)②④⑤③①
(C)④②③①⑤(D)②④①⑤③
选题目的:a.复习巩固溴与苯的反应;b.考查物质的鉴别和提纯。适用于中等学生。
解析:粗溴苯中主要含有溴、苯、溴化铁等杂质,先用水洗,FeBr3溶于水而被洗去;再用NaOH溶液洗,溴与NaOH溶液反应生成易溶于水的盐(NaBr、NaBrO)会被洗去;第二次用水洗时有效地除去残存在有机物中易溶于水的杂质;干燥时少量的水被除去,最后蒸馏时将溴苯中的苯分离出去(利用两者沸点的差异)。故答案为(B)。
评注:解题的关键是:①干燥一定应在水洗之后,否则会重新带进水分。②蒸馏是分离苯和溴苯的有效方法,该步骤需在其他杂质除去之后进行,故应在操作顺序的最后。
例2下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是()。
(A)CH2—CH—CN(B)CH2—CH—CH—CH2
(C)(D)CH2CCH3CHCH2
选题目的:a.复习巩固乙烯、苯的空间结构;b.考察在课本的基础上的拓展能力。适用于中等偏上的学生。
解析:因CH2=CH2和为平面形分子,H—C≡N为直线形分子,CH4为正四面体形分子,联想这些已有知识可知,只有CH2CCH3CHCH2分子中所有的原子不可能处于同一平面。答案为(D)。
评注:本题主要考查甲烷、乙烯、苯、HCN的空间结构及单键可旋转的知识。
例3下列物质不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是()。
(A)二氧化硫(B)乙苯(C)丙烷(D)1﹣己烯
选题目的:a.考察苯的同系物、二氧化硫、烷烃、烯烃的性质。适用于中等偏下的学生。
解析:二氧化硫具有还原性,能与具有强氧化性的KMnO4+(H+)反应。苯的同系物和1﹣己烯能被酸化KMnO4溶液氧化。丙烷不与酸性KMnO4溶液作用。故应选(C)。
评注:由本题可总结如下规律:①具有还原性的物质(如SO2、Fe2+、SO2-3等)、含C=C和C≡C的有机物、苯的同系物等,都能被酸性KMnO4溶液氧化;②高价氧化性的物质(如SO2-4、Fe3+等)、饱和烃、苯等,不能被酸性KMnO4溶液氧化。
【习题精选】
一、选择题
1.下列4种烃:①乙烷,②乙烯,③乙炔,④苯中,碳原子之间键长由长到短的顺序是()
A.①>②>③>④B.②>①>③>④
C.①>④>②>③D.④>③>②>①
2.下列烃中,一氯代物的同分异构体最少的是()
A.对二甲苯B.间二甲苯
C.邻二甲苯D.乙苯
3.下列说法恰当的是()
A.乙炔和溴水中的溴发生加成反应
B.溴水和苯在铁催化下发生取代反应
C.甲烷和溴蒸气在加热条件下发生取代反应
D.甲苯和溴水发生加成反应
4.下列各物质中,最简式都相同,但既不是同系物,又不是同分异构体的是()
A.丙烯和环己烷
B.乙烯和2﹣甲基丙烯
C.乙炔和苯
D.1﹣丁炔和1﹣丁烯
5.可以用分液漏斗分离的一组是()
A.苯和溴苯
B.苯和汽油
C.硝基苯和水
D.溴和四氯化碳
6.将a g聚苯乙烯树脂溶于b L苯中,然后通入c mol乙炔气体,则所成混合物中的碳氢两元素的质量比是()
A.6∶1B.12∶1
C.8∶3 D.1∶12
7.做下列实验时,应将温度计水银球插入反应混合液中的是()
A.制蒸馏水B.制乙烯
C.制硝基苯D.制乙炔
8.已知甲苯的一氯代物有4种,则甲苯完全氢化后的环烷烃的一氯代物有()
A.3种B.4种C.5种D.6种
9.苯分子的结构中,不存在C—C键和C=C键的简单交替结构,下列事实中:①苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色;②苯分子中碳碳键的键长均相等;③苯在加热和催化剂存在条件下氢化生成环己烷;④经实验测得邻二甲苯只有一种结构;⑤苯在溴存在的条件下同液溴可发生取代反应,但不因化学变化而使溴水褪色。可以作为依据的有()
A.①②④⑤B.①②③④
C.①③④⑤D.②③④⑤
10.下列物质分子中,各原子不处于同一平面的是()
①甲苯,②乙炔,③乙烯,④乙烷,⑤甲烷,⑥苯,⑦丙烯。
A.②③⑦B.①④⑥C.②③⑥D.①④⑤⑦
11.下列各组物质中,可以用分液漏斗分离的是()
A.酒精和碘B.溴和水
C.硝基苯和水D.苯和硝基苯
答案:1.C 2.A 3.A、C 4.A、C 5.C 6.B 7.B 8.C 9.A 10.D 11.C
二、填空题
1.选择适当的试剂和方法除去下列物质中的少量杂质(括号内为杂质)。
(1)苯(甲苯)。试剂,方法。
(2)硝基苯(苯)。试剂,方法。
(3)溴苯(溴)。试剂,方法。
(4)苯(苯磺酸)。试剂,方法。
2.含碳的质量分数为92.3%的烃,最简式为,写出3种具有该最简式的烃的结构简式,,。
答案:
1.(1)酸性高锰酸钾溶液,碳酸钠溶液;分液
(2)水;分液
(3)氢氧化钠溶液;分液
(4)水;分液
2.CH;CH≡CH;;CH—CH2
三、计算题
合成相对分子质量在2000~50000范围内具有确定结构的有机化合物是一个新的研究领域。1993年报道合成了两种烃A和B,其分子式分别为C1134H1146和C1398H1278。B的结构跟A相似,但分子中多了一些结构为C≡C—的结构单元。B分子比A分子多了个这样的结构单元(填写数字)。(全国高考题)
解析:分析苯乙炔基的结构单元,可知苯乙炔基的组成为C8H4。从C8H4的碳或氢原子数出发,很容易得出B分子比A分子多了1398-11348=33或1278-11464=33个结构单元。
评注:密切联系最新科研成果是信息给予题的重要特点之一,目的在于考查学生运用已掌握的知识处理新信息的能力。从本题的难易程度看,应是较容易的试题。只要扎实地打好基础,认真地读题、审题,正确、熟练地进行知识迁移,信息给予题是不难解答的。
四、推断题
请认真阅读下列三个反应:
①H2SO4 SO3(发烟硫酸)△SO3H
②NO2Fe2HCl,H2ONH2
③CH3NaClO—CH—CH—
利用这些反应,按以下步骤可用某烃A合成一种染料中间体DSD酸。
A=HNO3H2SO4 BH2SO4?SO3C—D—H2N试剂条件已略去—SO3H—CH—CH—HO3SNH2
请写出A、B、C、D的结构简式。(全国高考题)。
[解析]由题意可知A→B为硝化,B→C为磺化,这样得到含1个苯环的化合物。由信息③可知,由C→D或最后一步是由③反应实现的,但如是最后一步,则强氧化剂NaClO必将氧化苯胺(由信息②苯胺的性质)。所以确定C→D发生了③的反应,而最后一步发生的是②的反应。
解:CH3;
CH3NO2
CH3NO2SO3M;
O2NSO3HCH—CHHO3SNO2
评注:有机信息迁移题,要求学生通过所给信息,灵活运用所学知识解决实际问题。