第二节第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料来自石油和煤的两种基本化工原料科学史话科学史话苯的发现苯的发现 阅读课本阅读课本P P6363 十九世纪初，欧洲经历空前的技术革命，已经十九世纪初，欧洲经历空前的技术革命，已经陆续用煤气照明，煤炭工业蒸蒸日上。焦臭黑粘陆续用煤气照明，煤炭工业蒸蒸日上。焦臭黑粘的煤焦油造成严重污染，英国科学家法拉第是第的煤焦油造成严重污染，英国科学家法拉第是第一位对煤焦油感兴趣的科学家一位对煤焦油感兴趣的科学家, ,他忍受烧烤熏蒸他忍受烧烤熏蒸, ,用蒸馏的方法对其进行分离提纯。用蒸馏的方法对其进行分离提纯。18251825年年6 6月月1616日，法拉第向伦敦皇家学会报告日，法拉第向伦敦皇家学会报告-提炼出一种提炼出一种新的物质新的物质, ,该物质这是一种无色油状液体、有特该物质这是一种无色油状液体、有特殊的芳香气味，不溶于水、密度比水小；易在空殊的芳香气味，不溶于水、密度比水小；易在空气中点燃、气中点燃、 火焰明亮、同时产生浓烟火焰明亮、同时产生浓烟, ,他将这种他将这种物质命名为物质命名为“氢的重碳化合物氢的重碳化合物” 。随后法国化。随后法国化学家热拉尔等人测定该烃分子式是学家热拉尔等人测定该烃分子式是C C6 6H H6 6, ,分子量为分子量为78,78,这种烃就是苯这种烃就是苯( (有好闻气味之意有好闻气味之意) )。第第 二二 节节 来自石油和煤的两种基本化工原料来自石油和煤的两种基本化工原料-苯苯苯苯洗涤剂洗涤剂塑料塑料溶剂溶剂增塑剂增塑剂锦纶，纺织材料锦纶，纺织材料消毒剂消毒剂合成洗涤剂合成洗涤剂染料染料一、苯的用途一、苯的用途基础有机化工原料：基础有机化工原料：合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料、合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料、香料等。苯也常用于有机溶剂香料等。苯也常用于有机溶剂科学史话科学史话苯的结构苯的结构? 阅读课本阅读课本P P6363 分子式为分子式为C C6 6H H6 6-苯分子的碳的含量如此之高苯分子的碳的含量如此之高, ,究究竟具有什么结构呢竟具有什么结构呢? ?讨论：讨论：1 1、从苯的元素组成看，苯属于哪类有机物、从苯的元素组成看，苯属于哪类有机物？2 2、据分子式，推出苯所代表的一类物质的、据分子式，推出苯所代表的一类物质的通式。通式。3 3、按常理苯应为饱和烃还是不饱和烃？、按常理苯应为饱和烃还是不饱和烃？苯的结构探究：苯的结构探究：4 4、可能的结构推测、可能的结构推测: :1 1）如果苯为链状烯烃结构，应该有几个）如果苯为链状烯烃结构，应该有几个C=CC=C？2 2）如果为链状含）如果为链状含C CC C的结构，应该有几个的结构，应该有几个C CC C ？3 3）如果为带一个环和）如果为带一个环和C=CC=C的结构，应该有几个的结构，应该有几个C=CC=C？1 1）4 4个个C=CC=C；2 2）2 2个个C CC C3 3）一个环和）一个环和3 3个个C=CC=C。5 5、若是以上结构，苯能否使溴水和高锰酸钾溶液、若是以上结构，苯能否使溴水和高锰酸钾溶液褪色？褪色？苯的结构探究：苯的结构探究：实验实验1 1：在溴的四氯化碳溶液中加入苯：在溴的四氯化碳溶液中加入苯实验实验2 2：在酸性：在酸性KMnOKMnO4 4溶液中加入苯溶液中加入苯现象：溴的四氯化碳溶液不褪色现象：溴的四氯化碳溶液不褪色结论：苯不能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应结论：苯不能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应说明：不饱和程度很高的苯难被氧化、难于加成，说明：不饱和程度很高的苯难被氧化、难于加成，苯中无一般不饱和烃所具有的苯中无一般不饱和烃所具有的C=CC=C和和C CC C，而是，而是另有其独特的结构！另有其独特的结构！现象：苯不使酸性高锰酸钾溶液褪色现象：苯不使酸性高锰酸钾溶液褪色结论：（结论：（1 1）苯的密度比水小）苯的密度比水小 （2 2）苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化）苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化德国化学家德国化学家Friedrich August Friedrich August KekuleKekule决心决心解开这个难解之谜解开这个难解之谜（经典有机化学结构理论的奠基的人之一（经典有机化学结构理论的奠基的人之一18471847年考入吉森大学建筑系，形象思维发年考入吉森大学建筑系，形象思维发达，善于捕捉直观形象达，善于捕捉直观形象, ,他擅长从建筑学他擅长从建筑学的观点研究化学问题，被人称为的观点研究化学问题，被人称为“化学建化学建筑师筑师” ）. .18651865年的一天晚上，任教于比利时根特年的一天晚上，任教于比利时根特大学的大学的 KekuleKekule坐在家中编写坐在家中编写化学教化学教程程，写到苯分子的结构这一部分时，写到苯分子的结构这一部分时- -做了一个梦做了一个梦日有所思、夜有所梦日有所思、夜有所梦KekuleKekule确立苯的环式结构的传奇确立苯的环式结构的传奇“化学建筑师化学建筑师”凯库勒的主要贡献：凯库勒的主要贡献：1.1.用现代语言把有机化学定义为研究碳化合物的化学。用现代语言把有机化学定义为研究碳化合物的化学。2.2.提出有机化合物中碳的四价理论。提出有机化合物中碳的四价理论。3.3.提出有机物的碳链学说。提出有机物的碳链学说。4.4.提出苯分子环状结构理论。提出苯分子环状结构理论。 凯库勒的发现与他本人具备以下素质有关：凯库勒的发现与他本人具备以下素质有关：1.1.广博而精深的化学知识。广博而精深的化学知识。2.2.建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力。建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力。3.3.很强的审美能力和丰富的审美经验。很强的审美能力和丰富的审美经验。4.4.勤奋钻研的品质和执著追求的科学态度。勤奋钻研的品质和执著追求的科学态度。凯库勒在凯库勒在18661866年发表的年发表的“关于芳香族化合物的研究关于芳香族化合物的研究”一文中，提出一文中，提出两个假说：两个假说：1.1.苯的苯的6 6个碳原子形成环状闭链，即平面六角闭链。个碳原子形成环状闭链，即平面六角闭链。2.2.各碳原子之间存在单双键交替形式各碳原子之间存在单双键交替形式, ,不断地进行着以下不断地进行着以下两种结构的交替运动。两种结构的交替运动。缺陷缺陷1 1：不能解释苯为何不起类似烯烃的加成反应：不能解释苯为何不起类似烯烃的加成反应凯库勒式凯库勒式缺陷缺陷2 2： 与与 性质完全相同，是同种物质性质完全相同，是同种物质 CH3 CH3CH3 CH3 凯库勒苯环结构的的缺陷凯库勒苯环结构的的缺陷 19311931年，现代化学理论修正了凯库勒的假说年，现代化学理论修正了凯库勒的假说: :C-C 1.5410-10mC=C 1.3310-10m 尽管苯分子中并没有交替存尽管苯分子中并没有交替存在的单、双键结构，但在的单、双键结构，但为了纪念为了纪念凯库勒，他所提出的苯的结构式凯库勒，他所提出的苯的结构式被命名为凯库勒结构式，现仍被被命名为凯库勒结构式，现仍被使用。使用。3 3、特点、特点 1 1）平面正六边形结构。）平面正六边形结构。 （6 6个碳原子、个碳原子、6 6个氢原子均在同一平面上）个氢原子均在同一平面上）2 2）键角都是）键角都是120120 。3 3）平均化的碳碳键：键能）平均化的碳碳键：键能:C-C:C-C苯中碳碳键苯中碳碳键 C=CC=C1 1、 分子式分子式 C C6 6H H6 6 最简式最简式 C HC H二、苯的结构二、苯的结构(独特的大独特的大键键)2 2、 结构式结构式 结构简式结构简式 ( (凯库勒式凯库勒式) )练习：练习：1 1、 和和 是否为同一物质？是否为同一物质？X XX XX XX X2 2、 和和 是否是同一物质？是否是同一物质？结论：苯的邻二取代物无同分异构体。结论：苯的邻二取代物无同分异构体。这也是说明苯环的平面正六边形结构这也是说明苯环的平面正六边形结构,而而不是单双键交替排列的事实不是单双键交替排列的事实练习：练习：X XX X1 1、 中所有原子是否在同一平面上？中所有原子是否在同一平面上？2 2、下列物质的分子中最多有几个原子在同、下列物质的分子中最多有几个原子在同一平面上？一平面上？4.4.几个概念：几个概念：芳香族化合物：芳香族化合物：分子里含有分子里含有一个或多个一个或多个苯苯环的化合物环的化合物芳香烃：芳香烃：分子里含有苯环的烃分子里含有苯环的烃苯的同系物：苯的同系物：分子里只含有一个苯环，且分子里只含有一个苯环，且侧链为烷烃基的芳香烃。侧链为烷烃基的芳香烃。 苯的同系物通式：苯的同系物通式：CnH2n-6（n6）三、苯的性质三、苯的性质1 1、乙烯的物理性质、乙烯的物理性质（色、态、味、密度、熔点、沸点、溶解性、毒性）（色、态、味、密度、熔点、沸点、溶解性、毒性）1)1)无色，有特殊芳香气味的液体无色，有特殊芳香气味的液体2)2)密度小于水，不溶于水，易溶有机溶剂密度小于水，不溶于水，易溶有机溶剂3)3)熔点熔点5.5, 5.5, 沸点沸点80.180.1，易挥发（密封，易挥发（密封保存）保存）4)4)苯蒸气有毒苯蒸气有毒 在装修中使用的胶、漆、涂料和建筑材料在装修中使用的胶、漆、涂料和建筑材料的有机溶剂很多都是用苯。的有机溶剂很多都是用苯。 在通风不良的环境中，短时间吸入高浓度在通风不良的环境中，短时间吸入高浓度苯蒸气可引起以中枢神经系统抑制作用为主苯蒸气可引起以中枢神经系统抑制作用为主的急性苯中毒。轻度中毒会造成嗜睡、头痛、的急性苯中毒。轻度中毒会造成嗜睡、头痛、头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感等，并可有头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感等，并可有轻度粘膜刺激症状。重度中毒可出现视物模轻度粘膜刺激症状。重度中毒可出现视物模糊、震颤、呼吸浅而快、心律不齐、抽搐和糊、震颤、呼吸浅而快、心律不齐、抽搐和昏迷。严重者可出现呼吸和循环衰竭，心室昏迷。严重者可出现呼吸和循环衰竭，心室颤动。长期生活在超标的有苯环境中易致癌，颤动。长期生活在超标的有苯环境中易致癌，很多很多致癌致癌物都含有苯环。物都含有苯环。 2、苯的化学性质、苯的化学性质1.1.可能发生取代反应可能发生取代反应; ;2.2.可能发生加成反应可能发生加成反应; ;试根据苯的结构推测其可能有的化学性质。试根据苯的结构推测其可能有的化学性质。3.3.能发生氧化能发生氧化( (燃烧燃烧) )反应反应; ;苯中的大苯中的大键键的为介于单双键之间的一种独的为介于单双键之间的一种独特的化学键，所以苯应该兼有饱和烃和不饱特的化学键，所以苯应该兼有饱和烃和不饱和烃的性质。和烃的性质。现象：现象： 明亮的火焰并伴有大量的黑烟明亮的火焰并伴有大量的黑烟2C6H6 + 15 O2 12CO2+6 H2O点燃点燃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色不能使酸性高锰酸钾溶液褪色( (不能被酸性高锰酸钾溶液氧化不能被酸性高锰酸钾溶液氧化) )。2、苯的化学性质、苯的化学性质1)氧化反应氧化反应2、苯的化学性质、苯的化学性质2).2).苯的取代反应：苯的取代反应：(1)(1)跟卤素的取代反应：跟卤素的取代反应：苯与液溴在铁粉苯与液溴在铁粉(实为实为FeBr3)催化条件下的反应催化条件下的反应反应结束后倒入装有水的大烧杯中反应结束后倒入装有水的大烧杯中:现象现象:有褐色油状物在水的下层有褐色油状物在水的下层反应原理反应原理:实验思维拓展：实验思维拓展：1.1.苯、溴、苯、溴、FeFe屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的？屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的？2.Fe2.Fe屑的作用是什么？屑的作用是什么？3.3.长导管的作用是长导管的作用是什么？什么？4.4.为什么导管末端不插入液面下？为什么导管末端不插入液面下？5.5.哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？6.6.纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使之恢复本来的面目？使之恢复本来的面目？苯苯 液溴液溴 FeFe屑屑用作催化剂用作催化剂用于导气和冷凝回流（或冷凝器）用于导气和冷凝回流（或冷凝器）溴化氢易溶于水，防止倒吸。溴化氢易溶于水，防止倒吸。苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。因为未发生反应的溴和反应中的催化剂因为未发生反应的溴和反应中的催化剂FeBrFeBr3 3溶解在生成的溴苯中。用水和碱溶解在生成的溴苯中。用水和碱溶液反复洗涤可以使褐色褪去，还溴苯以本来的面目。溶液反复洗涤可以使褐色褪去，还溴苯以本来的面目。 溴苯实验课后延伸题：溴苯实验课后延伸题：1.1.烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴水代烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴水代替液溴吗？为什么？替液溴吗？为什么？2.2.该反应的催化剂是该反应的催化剂是FeBrFeBr3 3, ,而反应时加的是而反应时加的是FeFe屑，屑， FeFe屑屑是是怎样转化为怎样转化为FeBrFeBr3 3的？的？反应的速度为什么一开始较缓慢，一反应的速度为什么一开始较缓慢，一段时间后明显加快？段时间后明显加快？3.3.该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减少放该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减少放热对苯及液溴挥发的影响，装置上有哪些独特的设计和考虑？热对苯及液溴挥发的影响，装置上有哪些独特的设计和考虑？4.4.生成的生成的HBrHBr中常混有溴蒸气，此时用中常混有溴蒸气，此时用AgNOAgNO3 3溶液对溶液对HBrHBr的的检检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在验结果是否可靠？为什么？如何除去混在HBrHBr中中的溴蒸气？的溴蒸气？5.5.如何分离出烧瓶中反应生成的溴苯？如何分离出烧瓶中反应生成的溴苯？(2)(2)与硫酸的取代反应与硫酸的取代反应: :苯苯+浓硫酸在加热的条件下反应后互溶浓硫酸在加热的条件下反应后互溶H+ HOSO3H+ HOHSO3H加热加热(3)与硝酸的取代反应与硝酸的取代反应:苯苯+浓硝酸浓硝酸+浓硫酸在加热条件下的反应浓硫酸在加热条件下的反应H+ HONO2+ HOHNO2浓硫酸浓硫酸加热加热硝基硝基: :NO2(注意与注意与NONO2 2、NONO2 2 区别区别）环己烷环己烷3)3)苯的加成反应苯的加成反应 + H2催化剂催化剂 催化剂催化剂 + H2苯在一定的条件下能进行加成反应。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跟氢气在镍的存在下加热可生成环己烷苯苯+Cl2在紫外光条件下的反应在紫外光条件下的反应+ 3Cl2紫外光紫外光ClClClClClCl苯的化学性质苯的化学性质: :易取代、难加成、难氧化易取代、难加成、难氧化小小 结结一一.3.9g.3.9g的某烃完全燃烧后生成物通入石灰水，完全反应的某烃完全燃烧后生成物通入石灰水，完全反应后有后有3030g g沉淀生成，又知该烃的蒸气对空气的相对密度沉淀生成，又知该烃的蒸气对空气的相对密度为为2 2.69,.69,求求该烃的分子量和分子式，并写出它的结构简该烃的分子量和分子式，并写出它的结构简式。式。二二. .下列各组中互为同分异构体的是（下列各组中互为同分异构体的是（ ）A.A.B.B.C.C.D.D.