高二化学一种特殊的碳氢化合物-苯

一种特殊的碳氢化合物—苯

一、苯分子的组成和结构

分子式：C6H6

结构式（凯库勒式）：

结构简式：或、

苯分子的比例模型:

1.根据结构简式可知，苯的邻位二取代物应当有两种异构体，而实际上只有一种；

2.根据结构简式可知，苯是含有三个双键的烯烃。一般的烯烃容易发生氧化和加成反应，而在同样的实验条件下，苯却不起反应。反之，苯却容易发生烷烃所特有的取代反应；

3.根据结构简式可知，苯分子中有三个C-C单键和三个C=C双键。但现代测试技术表明，苯分子中所有碳碳键的长度都相同（1.40×10-10m）,且都比C-C单键短（1.54×10-10m），比C=C 双键长（1.33×10-10m）。因此，苯分子中的碳碳键既不是正常的单键，也不是正常的双键。苯的结构使苯的性质比烯烃要稳定，比烷烃活泼。

注意：苯分子中的6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面的正六边形上，键角1200。苯环上的碳碳键是介于单键和双键之间的独特的键，苯的结构简式只是为了方便书写和部分概念的适用，绝对不能认为苯是单双键交替组成的环状结构。

例1.苯环结构中不存在C—C与C=C的交替结构，可以作为证据的事实是（ d ）

①苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；②苯不能使溴水因化学反应而褪色；③经实验测定只有一种结构的邻二甲苯；④苯能在加热和催化剂条件下氢化成环己烷；⑤苯中相邻碳原子间的距离都相等；

A、只有①②

B、只有④⑤

C、只有①②⑤

D、只有①②③⑤

例2.下列关于的说法，正确的是 ( d )

A．所有原子有可能都在同一平面上 B．最多可能有10个碳原子在同一平面上

C．8个碳原子可能都在同一直线上D．最多只可能有6个碳原子在同一直线上

试题分析：饱和碳原子的基本构型都是四面体，碳碳双键是平面型结构，苯分子也是平面型结构，有平面型结构的分子在中学主要有乙烯、苯等，其中乙烯平面有6个原子共平面，苯

平面有12个原子共平面。这些分子结构中的氢原子位置即使被其他原子替代，替代的原子

A 错误；碳碳单键能够旋转，最多可能有12个碳原子在同一平面上，

B 错误；最多只可能有6个碳原子在同一直线上，

C 错误，

D 正确。

例3.已知化合物C 6H 6（苯）与B 3N 3H 6（硼氮苯）的分子结构相似，如下图，则硼氮苯的二氯取代物B 3N 3H 4Cl 2的同分异构体的数目为（

b ）

A. 6

B. 4

C. 3

D. 2

试题解析：苯的二氯取代物有邻、间、对三种同分异构体，硼氮苯也应该有这三种同分异构体，但考虑苯环上的六个碳原子是完全相同的，而硼氮苯中，B 、N 是两种不同的原子，所以间位上应有两种不同的排列，所以一共有四种同分异构体．

二、苯的性质

英国科学家法拉第是第一个研究苯的科学家，德国化学家凯库勒确定了苯环的结构。

1.物理性质：无色、有特殊气味的液体，比水轻（密度为0.879g/cm 3），难溶于水，熔沸点

低（沸点80.1℃,熔点5.5℃）。苯易挥发，是一种有毒物质，也是一种常用的有机溶剂。

2.化学性质：

（1）氧化反应：

燃烧反应：

2C 6H 6+15O 2??→?点燃12CO 2+6H 2O ，火焰明亮，放出黑烟，与乙炔燃烧现象相同。常用的氧化剂如酸性KMnO 4、稀硝酸等都不能使苯氧化，这也证明了苯的结构不是单双键交替组成的。

（2）取代反应：

a.苯与卤素的取代反应（卤代反应）：

溴苯：无色油状液体，具有苯的气味。密度比水大，不溶于水，溶于甲醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂。化工上主要用于溶剂、分析试剂等有机试剂的合成等。

实验现象：反应液微沸,有红棕色蒸气产生；生成的油状液体呈红褐色（这是因为溴苯中溶有溴），用NaOH 溶液洗涤后呈无色，并沉在底部。 ①苯只能与液溴发生取代，不能与溴水发生取代（与甲烷的光照取代反应要求类似）。 注意：苯仍然可以使溴水褪色，苯和溴水混合后会分层，上层溶液为橙红色（溴溶解在苯里了），下层为无色溶液，这是苯的萃取作用导致的，是物理变化，不是发生了加成反应。 ②此取代反应需要使用Fe 或FeBr 3作催化剂，真正起催化作用的是FeBr 3。 ③生成的溴苯为无色液体，但实验中由于溴苯中混有溴而带有颜色（注：溴苯和溴互溶）。 ④提纯溴苯的方法：向反应混合物中加入NaOH 溶液，充分振荡静置后分液，取下层溶液。 ⑤苯的溴代反应装置中长导管的作用：导气和冷凝回流，使蒸发的苯与溴冷凝回流到容器中。 ⑥产物检验 ：用CCl 4吸收溴蒸气，用AgNO 3溶液检验生成淡黄色沉淀，由此证明苯与液溴 发生了取代反应。

b.苯的硝化反应：

有机物分子中的H 原子被-NO 2（硝基）取代的反应，叫硝化反应，它属于取代反应。

+HNO 3℃浓硫酸60-55??→?

该硝化反应中浓硫酸的作用是催化剂和干燥剂，反应温度为55—60℃。

硝基苯：无色、有苦杏仁味的油状液体，不溶于水，密度比水大，易溶于酒精和乙醚，有毒，是制造染料的重要原料。

注意：“—NO 2”表示硝基，是一种中性基团，不能单独稳定存在，短线“—”与氮原子相连，

也可写成“O 2N —”。不存在“NO 2-”这样的基团，所以不能将“—NO 2”写成“NO 2-”；“NO 2-”

表示亚硝酸根离子，是带一个单位负电荷的阴离子，也不能单独稳定存在，短线“—”只能写在“NO 2”的右上角。

关于苯的硝化反应的几点说明：

①苯的硝化反应温度为55—60℃，反应温度不宜过高，因为苯易挥发，硝酸易分解；且苯和硫酸在70—80℃会发生如下的磺化反应：

另外，苯和硝酸在100-110℃时，则生成间二硝基苯：

②试剂加入顺序是：先硝酸，再硫酸，冷却后再滴苯。反应中的用的HNO 3、H 2SO 4都是浓溶液，不用稀溶液。

③要用水浴加热，温度计放在水中控制水温。

④配制混酸时，要将浓硫酸逐滴加入到浓硝酸中去，且边加边搅拌；向冷却后的混酸中滴加苯，且边加边振荡，以防产生大量的热，造成苯的蒸发而损失。

⑤实验制得的硝基苯有一定黄色，是浓硝酸分解生成的NO2溶于其中所致，可用碱洗除去。

c.苯的磺化反应:

-SO3H叫磺酸基，苯分子里的氢原子被硫酸分子里的磺酸基所取代的反应叫磺化反应。

苯磺酸是不挥发的无色晶体，吸水性很强，易溶于水而不溶于有机溶剂。

注意：“—SO3H”表示磺酸基，是一种中性基团，不能单独稳定存在，短线“—”只能

与硫原子连，也可写成“HO3S—”，不存在“HSO3—”这样的基团，所以不能将“HO3S—”写成“HSO3—”；而“HSO3-”表示亚硫酸根离子，是带一个单的负电荷的阴离子，也不能单独稳定存在，短线“—”只能写在“HSO3”的右上角。

（3）加成反应：

总结：苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质。苯环结构比较稳定，易发生取代反应，而发生加成反应和氧化反应比较困难。能燃烧、易取代、难加成。

（4）苯的用途：苯是一种很重要的有机化工原料，它广泛用来生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、染料、香料等。苯也常用作有机溶剂。

例5.苯与甲苯相比较，下列叙述中正确的是( ac )

A．都能在空气中燃烧产生浓烟B．都能使酸性KMnO4溶液褪色

C．都不能因反应而使溴水褪色D．苯比甲苯更容易与硝酸发生取代反应

试题分析：苯不能使酸性KMnO4溶液褪色而甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色；甲苯中的苯环受到甲基的影响，使苯环上的氢原子的活泼性增强，更容易被取代。

例6.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%NaOH溶液洗；⑤水洗。正确的操作顺序是( b )

A．①②③④⑤ B．②④⑤③① C．④②③①⑤ D．②④①⑤③

试题分析：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)而被洗去；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)。