第3讲 芳香烃 煤、石油、天然气的综合利用[考纲要求] 1.以苯为例，了解芳香烃的基本结构、组成、性质。2.了解煤、天然气、石油液化气和汽油的主要成分及其应用。考点一 苯的结构和性质1．苯的结构和芳香烃苯的分子式为C6H6，结构简式为________或________________________________________________________________________，苯分子具有____________________结构，键与键的夹角为________；苯分子中不存在一般的碳碳双键，6个碳原子之间的键长、键能相等，是一种介于单键和双键之间的独特的键；分子里含有一个或多个苯环的碳氢化合物，属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。2．苯的性质(1)物理性质苯为无色、有____________的液体，有毒，____溶于水，密度比水____，熔点仅为5.5℃。(2)苯分子的特殊结构决定了苯兼有烷烃和烯烃的化学性质，即易取代，能加成，难氧化。①取代反应卤代反应：________________________________________________________________________；硝化反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；磺化反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②加成反应：________________________________________________________________________。③氧化反应：C6H6＋O26CO2＋3H2O，苯不能使酸性KMnO4溶液褪色。1．能证明苯分子中不存在单、双键交替结构的事实是________________________________________________________________________。2．苯与溴反应时，采用的是纯溴还是溴水？3．人们对苯的认识有一个不断深化的过程。(1)由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出C6H615\n的一种含叁键且无支链链烃的结构简式：________________________，苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，任写一个苯发生取代反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)烷烃中脱去2mol氢原子形成1mol双键要吸热。但1,3环己二烯()脱去2mol氢原子变成苯却放热，可推断苯比1,3环己二烯________(填“稳定”或“不稳定”)。(3)1866年凯库勒(右图)提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列 事实(填入编号)。a．苯不能使溴水褪色b．苯能与H2发生加成反应c．溴苯没有同分异构体d．邻二溴苯只有一种(4)现代化学认为苯分子中碳碳之间的键是________________________________________________________________________。考点二 苯的同系物与苯在结构和性质上的异同1．相同点(1)分子里都含有一个苯环；(2)都符合通式CnH2n－6(n≥6)；(3)燃烧时都能产生带浓烟的火焰，苯和苯的同系物燃烧反应的通式为CnH2n－6＋O2nCO2＋(n－3)H2O；(4)都能发生取代反应；(5)均能发生加成反应，且1mol苯或苯的同系物均能与3molH2加成。2．不同点(1)甲基对苯环的影响①苯的同系物比苯更容易发生苯环上的取代反应，苯主要发生一元取代，而苯的同系物能发生邻、对位取代，如苯与浓H2SO4、浓HNO3混合加热主要生成NO2，甲苯与浓HNO3、浓H2SO4混合加热在30℃时主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯两种一元取代产物；在一定条件下易生成2,4,6－三硝基甲苯(TNT)。②苯的同系物发生卤代反应时，在光照和催化剂条件下，卤素原子取代氢的位置不同，如CH3＋Cl2CH2Cl＋HCl；CH3＋Cl2CH3Cl＋HCl。(2)苯环对甲基的影响烷烃不易被氧化，但苯环上的烷基易被氧化。苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，用此法可鉴别苯和苯的同系物。15\n特别提醒 苯的化学性质可概括为“易取代、难氧化、能加成”，苯的同系物的化学性质可概括为“易取代、易氧化、能加成”。苯的同系物比苯更容易发生反应，是苯的同系物分子中苯环与侧链相互影响的结果。4．己烯中混有少量甲苯，如何检验？ 5．有下列物质：①甲烷 ②苯 ③环己烷 ④丙炔 ⑤聚苯乙烯 ⑥环己烯 ⑦邻二甲苯(1)既能使酸性高锰酸钾溶液褪色，又能使溴水因反应而褪色的是________；(2)写出邻二甲苯与足量的氢气发生反应的化学方程式：______________。6．用一种试剂可将三种无色液体：四氯化碳、苯、甲苯鉴别出来，这种试剂是( )A．硫酸B．水C．溴水D．酸性KMnO4溶液考点三 煤、石油、天然气的综合利用1．煤的综合利用煤是由________和少量______组成的__________，主要含有____元素，还含有少量____、____、____、____等元素。(1)煤的干馏①原理：把煤____________使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的____________变化过程。②煤的干馏产物a．__________，b.__________，c.________，d.__________。(2)煤的气化将煤中的________转化为________的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)煤的液化①________液化煤＋氢气液体燃料②________液化煤＋水水煤气甲醇等2．天然气的综合利用(1)天然气的主要成分是________，它是一种________的化石燃料，更是一种重要的化工原料。15\n(2)天然气与水蒸气反应制取H2原理：________________________________________________________________________。3．石油的综合利用(1)石油的成分石油主要是由多种____________组成的混合物。所含元素以____、____为主，还有少量N、S、P、O等。(2)石油的分馏、裂化、裂解的比较石油炼制分馏催化裂化裂解常压减压原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃主要原料原油重油重油含直链烷烃的石油分馏产品(含石油气)主要产品溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油润滑油、凡士林、石蜡、沥青、煤焦油抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、1,3丁二烯等(3)直馏汽油和裂化汽油的区别获得方法主要化学成分鉴别方法直馏汽油原油直接分馏，物理变化一般是C5～C11的烷烃及少量的芳香烃等，性质稳定能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化，化学变化含有C5～C11的烷烃和烯烃，性质活泼4.各种工业制气的主要成分名称来源主要成分用途高炉煤气炼铁高炉CO2、CO等燃料水煤气水煤气炉CO、H2等燃料、化工原料炼厂气石油炼制厂低级烷烃燃料、化工原料裂解气裂解炉“三烯二烷”石油化工原料焦炉气炼焦炉H2、CH4、C2H4等燃料、化工原料天然气天然气田、油田甲烷燃料、化工原料5.三大合成材料15\n(1)三大合成材料是指________________________________________________________________________。(2)聚合反应合成聚乙烯的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，单体为______________，链节为________________，聚合度为________。7．下列说法中，错误的是( )A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油B．含C18以上的重油经催化裂化可以得到汽油C．天然气的主要成分是甲烷，开采天然气应做到安全规范的操作D．煤中含有苯和甲苯，可用分馏的方法把它们分离出来8．将下图所列仪器组装成一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏得到汽油和煤油。(1)上图中A、B、C三种仪器的名称分别是____________。(2)将以上仪器(一)→(六)，按连接顺序表示(用字母a，b，c……表示)：e接i；______接______；k接l；______接______；________接______。(3)A仪器中，c口是__________，d口是__________。(4)蒸馏时，温度计水银球应在______________位置。(5)在B中注入原油后，再加几片碎瓷片的目的是____________。(6)给B加热，收集到沸点在60～150℃之间的馏分是________，收集到150～300℃之间的馏分是________。9．如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。资料一：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如下图：实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。15\n(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为____________________；为保证实验成功，实验前必须进行的操作是____________________，装置中较长导管的作用是________________________________________________________________________。(2)试管Ⅱ中有少量液体凝结说明了________________________________________________________________________。(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了________________________________________________________________________。(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴________(填“能”或“不能”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)石油裂化的重要意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。含苯环的化合物的同分异构体的书写1．写出苯的一氯代物、二氯代物的结构简式。2．分子式为C8H10的芳香烃的同分异构体有几种？试写出其结构简式。3．乙苯的一氯代物有几种？试写出其结构简式。 15\n【例1】 已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为CH3CH3，A苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的同分异构体的数目有( )A．9种B．10种C．11种D．12种【例2】 某芳香烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色，碳、氢原子个数比为3∶4,0.1mol该烃完全燃烧后，产物通入浓H2SO4中增重10.8g，已知该烃中只有一个支链，且侧链上的一溴代物有两种。(1)试计算推出该烃的结构简式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)写出该烃侧链上一溴代物的结构简式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【例3】 二甲苯苯环上的一溴代物共有6种，可用还原的方法制得3种二甲苯，它们的熔点分别列于下表：6种一溴二甲苯的熔点243℃206℃213.8℃204℃214.5℃205℃对应还原的二甲苯的熔点13℃－54℃－27℃－54℃－27℃－54℃由此推断熔点为243℃的分子的结构简式为______________________________，熔点为－54℃的分子的结构简式为____________________________。烃分子的原子共线、共面问题1．几种最简单有机物的空间构型(1)甲烷分子(CH4)为正四面体结构，最多有3个原子共平面；(2)乙烯分子(H2C===CH2)是平面形结构，所有原子共平面；(3)乙炔分子(H—C≡C—H)是直线形结构，所有原子在同一直线上；(4)苯分子(C6H6)是平面正六边形结构，所有原子共平面；(5)甲醛分子(HCHO)是平面形结构，所有原子共平面。2．单键的旋转思想有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等都可旋转。3．规律共线分析：(1)任何两个直接相连的原子在同一直线上。(2)任何满足炔烃结构的分子，其所有原子均在同一直线上。共面分析：在中学所学的有机物中，所有的原子能够共平面的有：CH2===CH2、CH≡CH、C6H6、CHCH2、15\nCH2===CH—CH===CH2、CCH。【例4】 已知链烃基中碳碳单键可以旋转，则分子中处于同一平面上的碳原子最多有____个，最少有____个。【例5】 下列关于CHCCHCHCH3的说法正确的是( )A．所有的碳原子都可能在同一平面内B．最多只可能有10个碳原子在同一平面内C．有7个碳原子可能在同一条直线上D．只可能有6个碳原子在同一条直线上【例6】 关于结构简式为CH3CH3的烃的下列说法正确的是( )A．分子中至少有6个碳原子共平面B．分子中至少有8个碳原子共平面C．分子中至少有9个碳原子共平面D．分子中至少有14个碳原子共平面【例7】 已知CO结构中，各原子与化学键共平面，—C≡C—结构中，各原子与化学键处于同一直线上，试分析COCCCH3分子结构中：(1)在同一条直线上最多有________个原子；(2)能肯定在同一平面内且原子数最多的有________个原子；(3)可能在同一平面内且原子数最多的有________个原子。苯与溴的反应【例8】 [实验目的] 认识苯与溴的反应[反应原理] ＋Br2Br＋HBr[实验试剂] 苯、液溴、铁粉、蒸馏水、AgNO3溶液、CCl4[实验设计] 图(a)是某教师完成苯与液溴反应的演示实验。(1)苯与液溴反应属于________反应(填反应类型)；图(a)装置中缺少什么仪器(如果不缺不必作答)____________________________________________________________________；(2)某研究性学习小组对它进行改进，改进后的装置如图(b)所示，请分析其优点。①________________________________________________________________________②________________________________________________________________________③________________________________________________________________________15\n④________________________________________________________________________【例9】 用A、B、C三种装置都可制取溴苯，请仔细分析三套装置，并完成下列问题：(1)写出三个装置中都发生的两个反应的化学方程式：________________________________________________________________________，________________________________________________________________________。写出B的试管中还发生的反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)装置A、C中长导管的作用是________________________________________________________________________。(3)B、C装置已连接好，并进行了气密性检验，也装入了合适的药品，接下来要使反应开始，对B应进行的操作是________________________________________________________________________________________________________________________________________________，对C应进行的操作是________________________________________________________________________。(4)A中存在加装药品和及时密封的矛盾，因而在实验中易造成的不良后果是________________________________________________________________________。(5)B中采用了双球吸收管，其作用是________________________________________________________________________；反应后双球管中可能出现的现象是________________________________________________________________________；双球管内液体不能太多，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)B装置也存在两个明显的缺点，使实验的效果不好或不能正常进行，这两个缺点是________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。高考题组一 烃的组成、结构与性质1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)甲烷和氯气反应生成一氯甲烷，与苯和硝酸反应生成硝基苯的反应类型相同15\n( )(2022·山东理综，11C)(2)乙烷分子中所有原子都处于同一平面内( )(2022·海南，7A)(3)乙烯和乙烷都能发生加聚反应( )(2022·广东理综，11A)(4)乙烯和苯都能与溴水反应( )(2022·福建理综，9A)(5)乙烯和甲烷可用酸性KMnO4溶液鉴别( )(2022·福建理综，9D)(6)苯和乙烯都可使溴的四氯化碳溶液褪色( )(2022·广东理基，28C)(7)苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，因此苯不能发生氧化反应( )(2022·山东理综，12D)(8)苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键( )(2022·山东理综，11D)2．(2022·海南，8)下列化合物中既易发生取代反应，也可发生加成反应，还能使酸性KMnO4溶液褪色的是( )A．乙烷B．乙醇C．丙烯D．苯3．(2022·宁夏理综，9)下列化合物中既能使溴的四氯化碳溶液褪色，又能在光照下与溴发生取代反应的是( )A．甲苯B．乙醇C．丙烯D．乙烯4．(2022·上海，10)下列各组有机物只用一种试剂无法鉴别的是( )A．乙醇、甲苯、硝基苯B．苯、苯酚、己烯C．苯、甲苯、环己烷D．甲酸、乙醛、乙酸高考题组二 常见烃等有机物的空间结构5．下列有关化学用语能确定为丙烯的是( )A.B．C3H6C.D．CH2===CHCH36．(2022·海南，5)下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是( )15\nA．甲苯B．硝基苯C．2甲基丙烯D．2甲基丙烷高考题组三 烃的综合应用(一)脂肪烃的综合应用7．(2022·上海，28)丁基橡胶可用于制造汽车内胎，合成丁基橡胶的一种单体A的分子式为C4H8，A氢化后得到2甲基丙烷。完成下列填空：(1)A可以聚合，写出A的两种聚合方式(以反应方程式表示)________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)A与某烷发生烷基化反应生成分子式为C8H18的物质B，B的一卤代物只有4种，且碳链不对称。写出B的结构简式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)写出将A通入下列两种溶液后出现的现象：A通入溴水：________________________________________________________________________；A通入溴的四氯化碳溶液：________________________________________________________________________。(4)烯烃和NBS作用，烯烃中与双键碳相邻碳原子上的一个氢原子被溴原子取代。分子式为C4H8的烯烃和NBS作用，得到的一溴代烯烃有________种。8．(2022·大纲全国卷，30)金刚烷是一种重要的化工原料，工业上可通过下列途径制备：请回答下列问题：(1)环戊二烯分子中最多有________个原子共平面；(2)金刚烷的分子式为__________，其分子中的CH2基团有________个；(3)下面是以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线：其中，反应①的产物名称是__________，反应②的反应试剂和反应条件是____________，反应③的反应类型是____________；(4)已知烯烃能发生如下反应：CRHCR′HRCHO＋R′CHO请写出下列反应产物的结构简式：________________________________________________________________________；15\n(5)A是二聚环戊二烯的同分异构体，能使溴的四氯化碳溶液褪色，A经酸性高锰酸钾溶液加热氧化可以得到对苯二甲酸[提示：苯环上的烷基(—CH3，—CH2R，—CHR2)或烯基侧链经酸性高锰酸钾溶液氧化得羧基]，写出A所有可能的结构简式(不考虑立体异构)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(二)芳香烃的综合应用9．(2022·上海，28)异丙苯[CH(CH3)2]是一种重要的有机化工原料。根据题意完成下列填空：(1)由苯与2丙醇反应制备异丙苯属于__________反应；由异丙苯制备对溴异丙苯的反应试剂和反应条件为______________。(2)异丙苯有多种同分异构体，其中一溴代物最少的芳香烃的名称是__________。(3)α甲基苯乙烯(CCH3CH2)是生产耐热型ABS树脂的一种单体，工业上由异丙苯催化脱氢得到。写出由异丙苯制取该单体的另一种方法(用化学反应方程式表示)。(4)耐热型ABS树脂由丙烯腈(CH2===CHCN)、1,3丁二烯和α甲基苯乙烯共聚生成，写出该树脂的结构简式(不考虑单体比例)。15\n答案基础再现·深度思考考点一1．简单、易得 特定结构和功能考点二1．相对分子质量2．(1)蛋白质 多糖 天然橡胶 (2)塑料3．(1)①简单 结构单元 ②不定4．(1)相对分子质量小 高分子化合物CH2===CH2 —CH2—CH2— 5．(1)②b.nCH2===CHClCH2CHCl ③a.白色污染(3)③CH2CHCN深度思考1.①CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH②2CH2===CH2＋O22CH3CHO③CH2===CH2＋O2CH3COOH④2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O⑤2CH3CHO＋O22CH3COOH⑥CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOC2H5＋H2O2．合成路线为3．15\n4．5．(1)G：CH2===CHCOOCH3H：CH3CH2COOCH3I：(2)CO＋2H2CH3OHCH2===CHCOOCH3＋H2CH3CH2COOCH3或CH3CH2COOH＋CH3OHCH3CH2COOCH3＋H2O规律方法·解题指导【例1】 (1)(2)能溶解 热塑性(3) 加聚反应【例2】 C 【例3】 A对点训练·规范答题1．B 2.C 3.C 4.C 5.C 6.C 7.D8．15\n9．(1)AD(2)(3)15
