第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料（2）

2015-10-19 15:35:40   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第二节  来自石油和煤的两种基本化工原料（2）

三维目标：
	①了解苯的组成和结构特征，理解苯环的结构特征。
知识与技能：	②掌握苯的卤代反应、硝化反应、磺化反应等性质。
	③通过苯的化学性质的学习，掌握研究苯环性质的方法。
过程与方法：	①通过解析推测苯的结构，提高根据有机物性质推测结构的能力。
	②通过苯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	通过发现苯环结构的介绍，体验科学家艰苦探究、获得成功的过程，培养用科学观点看待事物的观点。对学生进行“事物是相互影响、相互联系的”辩证唯物主义教育。
与价值观
教学重点：	苯的主要化学性质
教学难点：	苯分子结构的理解
教学方法：	分析比较法
教学准备：	多媒体课件、实验用品
教学过程：	第二课时

【引言】苯是一种重要的化工原料，也是重要的有机物，所以我们本节来学习。

二、苯

苯的发现：1825年英国科学家法拉第首先发现苯。

1、苯的物理性质

    【学生活动】①展示苯的实物，让学生直接观察苯的颜色和状态。②阅读课本69页有关内容。

    【实验1】：将装有苯的试管放入到冰水混合物中，观察试管中的变化。

【实验2】：将苯与水混合于试管，振荡、静置后观察现象，认识苯的溶解性。

【归纳总结】苯是一种无色、有特殊气味的有毒液体，不溶于水且比水轻、熔沸点低。

2、苯的分子结构

（1）分子式C₆H₆

（2）结构式：

  或

凯库勒式

特别说明：苯环上的12个原子全部位于同一平面上，为一平面型分子。分子中不存在凯库勒式所反映的单双键交替结构，苯环上的键为介于C—C和C=C之间的一种特殊的键。

※【科学视野】苯的分子结构的推测过程：

让学生书写符合C₆H₆的可能链烃结构简式，  根据学生书写的结构简式作出判断：

    假设：此物质具有双键或三键.因此，它具有双键或三键的特性。

    实验：通过实验证明苯没有双键或三键。

    分析：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迷。德国化学家凯库勒由于揭开这个迷而名垂青史。凯库勒1866年提出两个假说： 苯的六个碳原子形成环状闭链，即平面六边形。 各碳原子之间存在单双键交替形式。

从苯的分子式，凯库勒结构式和结构简式预测苯可能具有的化学性质。（从凯式来看，苯应是不饱和的烃，可能使酸性KMnO₄溶液和溴水褪色。）；将苯加入到酸性KMnO₄溶液和溴水中，检验上述推论。（均不褪色，但苯加到溴水中后发生分层，溴水褪色，原因发生了萃取）。推论与实验结果不符，对苯分子结构的凯式理论的准确性提出质疑。

   解释：①苯不与酸性KMnO₄和溴反应，说明苯环结构稳定。分子中不存在凯库勒式所反映的单双键交替结构。②苯在一定条件下既可发生取代反应又可与H₂发生加成反应，说明苯既表现出C=C的性质也表现出C—C的性质，事实上苯环上的键为介于C—C和C=C之间的一种特殊的键。因此苯的结构简式写为更为科学。③苯环上的12个原子全部位于同一平面上，为一平面型分子。

科学研究的方法：提出假设→实验验证→总结分析→得出结论

【科学史话】课本71页科学史话详细介绍了苯的发现和苯分子结构的确定过程，请同学们课后自己阅读。

【阅读材料】凯库勒是德国化学家。19世纪中期，随着石油、炼焦工业的迅速发展，有一种叫做“苯”的有机物的结构成了许多化学家面临的一个新的难题，凯库勒就是其中的化学家之一。为了探求谜底，他每天只睡三四个小时，工作起来就忘记了休息，黑板、地板、笔记本，甚至是墙壁上，到处都是他写下的化学结构式，但一直没有什么结果。一天，困顿至极的凯库勒，恍惚见到一条首尾相衔的蛇在眼前飞舞，心神领会中一下悟到了苯的结构式。他事后叙述了这段梦境：“事情进行得不顺利，我的心想着别的事了。我把坐椅转向炉边，进入半睡眠状态。原子在我眼前飞动：长长的队伍，变化多姿，靠近了，连接起来了，一个个扭动着回转着，像蛇一样。看，那是什么？一条蛇咬住了自己的尾巴，在我眼前旋转。我如从电掣中惊醒。那晚我为这个假说的结果工作了一整夜。”在德国化学会成立25周年庆祝大会上，凯库勒报告了自己发现的经过，开玩笑地对人们说：“先生们，让我们学会做梦吧！”

课堂练习：能说明苯分子苯环的平面正六边形结构中, 碳碳链不是单双键交替排布的事实是

(A)苯的一元取代物没有同分异构体     (B)苯的间位二元取代物只有一种

(C)苯的邻位二元取代物只有一种       (D)苯的对位二元取代物只有一种

【过渡】在学习了苯的结构之后我们来学习苯的化学性质和用途。

     3、苯的化学性质

【学与问】请同学们阅读69页，解决学与问中的问题。

【演示实验】实验3-1，观察苯分别与溴水和酸性高锰酸钾的反应。

【实验现象】苯不能使溴水褪色，但可以分层；苯不能被酸性高锰酸钾氧化。

【实验结论】苯既不属于烷烃，也不属于烯烃。

（1）苯的氧化反应

①苯的燃烧：

       2C₆H₆ + 15O₂  12CO₂ + 6H₂O 

   【现象】火焰明亮，放出黑烟，与乙炔燃烧现象相同。

【思考题】苯燃烧的现象是火焰明亮，放出黑烟，你能解释原因吗？

②苯不能使被酸性高锰酸钾氧化，而发生褪色现象。

【结论】苯不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水发生反应，进一步证实了苯分子中没有双键，它的性质不同于烷烃和烯烃。

（2）苯的取代反应

在一定条件下，苯易与液溴、硝酸和硫酸发生取代反应，部分具备饱和烃的性质。

①苯与溴的取代反应  

      说明：①苯环具有饱和链烃的性质，反应了苯的独特结构（碳碳键的特性）。

②苯只能与液溴发生取代，不能与溴水发生取代。此取代反应需要使用铁粉或溴化铁作催化剂。

③生成的溴苯为无色不溶于水的液体，比水重。但实验中由于溴苯中混有溴而带有颜色。

④分离提纯溴苯的方法：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解释苯溴代反应装置中长导管的作用：冷凝回流。使蒸发的苯与溴冷凝回流到容器中。

②苯的硝化反应

+  HO-NO₂      -NO₂  + H₂O

                          硝基苯（无色）

硝化反应：苯环上的氢原子被硝基（-NO₂）取代的反应，叫做硝化反应。

    注：①此反应中反应物是苯和浓硝酸，反应条件是：浓硫酸作催化剂，温度55—60℃。

②试剂加入顺序是：先硝酸，再硫酸，冷却后再滴苯。

③要用水浴加热，使水控制温度，温度计放在水中；

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。

（3）苯的加成反应

苯部分表现出碳碳双键的性质，在特定条件下仍能发生加成反应，如与氢气的加成。

反应条件：镍作催化剂，温度180－250℃之间。

4、苯的同系物

（1）苯的同系物概念：分子中有苯环，且侧链上只连接饱和烃基的烃。

    芳香烃概念：凡分子中含有苯环的烃。

     关系：苯的同系物属于芳香烃。

（2）苯的同系物的通式：CnH₂n-₆

（3）常见苯的同系物

甲苯、二甲苯（对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯）、乙苯

（4）苯的同系物的化学性质

①苯的同系物的氧化反应：

燃烧氧化时，现象同苯的燃烧，火焰明亮，放出浓烟。

苯的同系物可被氧化剂如KMnO₄(H+)所氧化，不论侧链多长，均被氧化为苯甲酸。但苯不能被氧化。

②苯的同系物与苯一样可发生取代反应，如卤代、硝化等。

③加成反应：苯的同系物与苯一样可发生加成反应，生成饱和物质。

〖板书设计〗二、苯

 1、苯的物理性质    2、苯的分子结构 

3、苯的化学性质    4、苯的同系物

〖教后记〗 

 

 

 

 

 

 

 

【知识拓展】

1、有机物分子式的确定

①实验式法：

由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。分子式＝(最简式)n

②原子个数法：若已知有机物的相对分子质量和各元素的质量分数，可以直接计算出各原子的数目，从而写出分子式。

 

 

例题：  某烃的含氧衍生物可以作无铅汽油的抗爆震剂，它的分子量为88.0，含C的质量分数为68.2%，含H的质量分数为13.6%，请写出其分子式：                  。

 

 

 

 

 

 

 

【科学视野】人造血液

苯是一种无色具有特殊芳香气味的液体，沸点为80.1℃，甲苯、二甲苯属于苯的同系物，都是煤焦油分馏或石油的裂解产物。目前室内装饰中多用甲苯、二甲苯代替纯苯作各种胶.油漆.涂料和防水材料的溶剂或稀释剂。因为苯具有易挥发、易燃、蒸气有爆炸性的特点。人在短时间内吸入高浓度的甲苯、二甲苯时，可出现中枢神经系统麻醉作用，轻者有头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊，严重者可致昏迷以致呼吸、循环衰竭而死亡。如果长期接触一定浓度的甲苯、二甲苯会引起慢性中毒，可出现头痛、失眠、精神萎靡、记忆力减退等神经衰弱样症候群。苯化合物已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质。

 

【随堂练习】

1．在烃分子中去掉2个氢原子形成一个C=C键是吸热反应，大约需117~125kJ·mol^-1的热量，但1,3-环己二烯失去2个氢原子变成苯是放热反应，反应热为23.4 kJ·mol^-1。以上事实表明（    ）

A.  1,3-环己二烯加氢是吸热反应            B  .1,3-环己二烯比苯稳定

C.  苯加氢生成环己烷是吸热反应           D.  苯比1,3-环己二烯稳定

2．能说明苯分子苯环的平面正六边形结构中, 碳碳链不是单双键交替排布的事实是

A.苯的一元取代物没有同分异构体     B.苯的间位二元取代物只有一种

C.苯的邻位二元取代物只有一种       D.苯的对位二元取代物只有一种

3．(2000天津、江西)  分子中所有原子不可能共平面的是  （    ）

A．甲烷          B．乙烯             C．乙炔            D．苯

4.可用分液漏斗分离的一组混合物是

A.硝基苯和酒精       B.溴苯和溴        C.苯和水           D.硝基苯和水

5．等质量的下列烃，分别完全燃烧时，消耗O₂最少的是  （    ）

A．苯    B．甲烷   C．乙烯            D．甲苯

6．通常情况下，苯的化学性质较稳定，这是由于 （    ）

A．苯不能使酸性KMnO₄溶液褪色    B．苯不与溴水发生加成反应

C．苯的分子结构所决定的       D．苯是芳香烃

7．将苯分子中的一个碳原子换成一个氮原子，得到一个类似苯环结构的稳定有机物，此有机物的相对分子质量为（    ）

A．78          B．79               C．80               D．81

8．实验室制取硝基苯的主要步骤如下：

①配制一定比例的浓硫酸和浓硝酸的混合液，加入反应器。

②向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯，充分振荡，混合均匀。

③在50～60℃下发生反应，直到反应结束。

④除去混合酸后，粗产品依次用蒸馏水和5％NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。

⑤将用无水CaCl₂干燥后的粗硝基苯进行蒸馏得到纯硝基苯。

填写下列空白：

（1）配制一定比例的浓硫酸和浓硝酸的混合酸时，操作注意事项是­­­­­­­    

                                  。

（2）步骤③中，为了使反应在50～60℃下进行，常用的方法是           。

（3）步骤④中洗涤、分离粗硝基苯使用的仪器是                     。

（4）步骤④中粗产品用5％NaOH溶液洗涤的目的是                 。

（5）纯硝基苯是无色、密度比水      （填“大”或“小”），具有          气味的油状液体。

【参考答案】1.D   2.C     3.A     4.CD    5.A     6.C     7.B

8．（1）先将浓硝酸注入容器，再缓缓注入浓硫酸，并及时搅拌和冷却。

（2）将反应器放在50～60℃的水浴中加热。（3）分液漏斗。（4）除去粗产品中残留的硝酸和硫酸。（5）大    苦杏仁。