例4　 實(shí)驗(yàn)室用如圖所示裝置進(jìn)行苯與溴反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，請回答下列問題。

(1)若裝置中缺洗氣瓶，則燒杯中產(chǎn)生的現(xiàn)象無法說明苯與溴的反應(yīng)是取代反應(yīng)，理由是：

(2)反應(yīng)后得到的粗溴苯中溶有少量的苯、溴、三溴苯、溴化鐵和溴化氫。可通過以下操作除去：①水洗；②堿洗；③水洗；④干燥；⑤……。其中，操作②堿洗的目的是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　

完成操作④干燥后，接下來的操作⑤是　　　　　　　　　 (填操作名稱)

(3)如果省略(2)中的操作①，一開始就進(jìn)行堿洗，會對后面的操作造成什么影響？(簡要說明理由)

解析：若裝置中缺洗氣瓶，則溴蒸氣進(jìn)入AgNO₃溶液中生成AgBr沉淀，無法確定溴與苯反應(yīng)有HBr生成。粗溴苯中含溴、FeBr₃、HBr，苯等雜質(zhì),所以水洗目的是除去FeBr₃HBr用堿洗的目的是除去溴及未除凈的HBr，再水洗的目的是除去生成的NaBr、NaBrO，接下來干燥是除去其中的水分，再接下來是除去苯，所需操作為蒸餾。很顯然，一開始用堿洗的后果會生成Fe(OH)₃沉淀，而使分離較難。

答案：(1)溴與AgNO₃溶液反應(yīng)生成AgBr沉淀，無法確定溴與苯反應(yīng)有HBr生成

(2)除去粗溴苯中的溴和溴化氫；蒸餾(或分餾)

(3)先用堿洗，溴化鐵與堿反應(yīng)生成Fe(OH)₃沉淀，很難分離。

夯實(shí)雙基

1、下列有機(jī)物中，屬于苯的同系物的是(　)

A、

B、

C、

D、　　　　　　

例3　 二甲苯苯環(huán)上的一溴代物有六種同分異構(gòu)體，可以用還原法制得三種二甲苯，它們的熔點(diǎn)分別如下：

由此可推斷熔點(diǎn)為234℃的分子的結(jié)構(gòu)簡式為　　　　　　　　　　 ，熔點(diǎn)為-54℃的分子的結(jié)構(gòu)簡式為　　　　　　　　　 　　　　。

解析：對于數(shù)據(jù)題首先應(yīng)該分析數(shù)據(jù)，找出規(guī)律。本題中第一行給出六種物質(zhì)的熔點(diǎn)，而還原后只有3個熔點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中熔點(diǎn)為206℃、204℃、205℃的三種溴二甲苯還原后得到同一種二甲苯，其熔點(diǎn)為-54℃；熔點(diǎn)為213℃和214℃的兩種二甲苯還原后也得到同一種熔點(diǎn)為-27℃的二甲苯，由此說明，有一種二甲苯的苯環(huán)上的一溴代物有三種，有一種二甲苯的一溴代物有兩種，當(dāng)然剩下的一種二甲苯的一溴代物只有一種。這樣就把問題轉(zhuǎn)化成了判斷二甲苯的一溴化物的同分異構(gòu)體數(shù)目。二甲苯有三種：鄰二甲苯，間二甲苯，對二甲苯，它們對應(yīng)的一溴二甲苯的結(jié)構(gòu)簡式如下：

所以，有三種一溴二甲苯的是間二甲苯，只有一種一溴二甲苯的是對二甲苯。

答案：　　　　　　　　

例1　 能說明苯分子平面正六邊形結(jié)構(gòu)中碳碳鍵不是單雙鍵相間交替的事實(shí)是(　)

A、苯的一元取代物沒有同分異構(gòu)體

B、苯的間位二元取代物只有一種

C、苯的鄰位二元取代物只有一種

D、苯的對位二元取代物只有一種

解析：如果苯分子是單、雙鍵交替組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，則苯分子的結(jié)構(gòu)應(yīng)為?，那么苯的鄰

位二元取代物存在兩種結(jié)構(gòu)，即　　　　 和　　　　 。但是實(shí)際上苯的鄰位二元取代物不存在同分異構(gòu)體，說明苯分子中的碳碳鍵都是完全等同的。

答案：C

變形題

苯環(huán)結(jié)構(gòu)中，不存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的交替結(jié)構(gòu)，可以作為證據(jù)的事實(shí)是：①苯不能使酸性KMnO₄溶液褪色；②苯中碳碳鍵的鍵長均相等；③苯能在加熱和催化劑存在的條件下跟H₂加成生成環(huán)已烷；④經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得鄰二甲苯僅有一種結(jié)構(gòu)；⑤苯在FeBr₃存在的條件下同液溴可發(fā)生取代反應(yīng)，但不因化學(xué)變化而使溴水褪色(　)

A、②③④⑤　　　　 B、①③④⑤　　　　 C、①②④⑤　　 D、①②③④

解析：如果苯分子中存在碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，則苯就會使酸性KMnO₄溶液褪色，使溴水因加成反應(yīng)而褪色。同時苯的鄰二甲基有可能分布在單鍵碳上，也可能分布在雙鍵碳上，則結(jié)構(gòu)就不是一種。故①②④⑤可以作為證據(jù)。

答案：C

例2　 在瀝青蒸汽里含有多種稠環(huán)芳香烴，其中一些可視為同系物，如A，B，C……所示。它們都含有偶數(shù)個苯環(huán)結(jié)構(gòu)。

(1)該系列化合物中，相鄰兩化合物間遞增的值中的　 n和m　　 的數(shù)值分別是n=　

　　　　　　　　　　　 ，m=　　　　　 　　　　　　，其等差數(shù)列的公差為　　　　　　　 。

(2)該系列化合物的通式為　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

(3)該系列化合物中第25個分子式是　　　　　　　　　　　　　　　 　。

(4)該系列化合物分子中所含C、H原子數(shù)的最大比值最接近于　　　　　　　　　　　　　　　

(5)該系列化合物中所含碳元素的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)是　　　　　　　　　　　 　　　。

解析：(1)根據(jù)上述三種化合物的結(jié)構(gòu)簡式，可知其分子式分別為C₁₀H₈、C₁₆H₁₀、C₂₂H₁₂，從而可知這個等差數(shù)列的公差為C₆H₂，其中n=6，m=2。

(2)求通式要在分析前后兩個分子式之差的基礎(chǔ)上進(jìn)行，令n=1時分子式為C₁₀H₈，因等差數(shù)列的公差為C₆H₂，則通式為C_6n+4H_2n+6(n=1，2，3……)

或者根據(jù)其分子式分別為C₁₀H₈、C₁₀₊₆H₈₊₂、C₁₀₊₆₊₆H₈₊₂₊₂可知，每增加兩個苯環(huán)，分子中就增加6個碳原子(故碳原子是6n倍增加)，增加2個氫原子(故氫原子是2n倍增加)，則通式為C_6n+4H_2n+6。

(3)當(dāng)n=25時，則分子式為。

(4)該系列化合物分子中所含C、H原子數(shù)的最大比值可通過該化合物的通式求極限求得：

(5)該系列化合物中碳的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

當(dāng)時，的極大值為

2、苯的硝化反應(yīng)

說明：①試劑加入順序是先加濃HNO₃再中濃H₂SO₄，冷卻后再加入苯，因?yàn)槿粝劝褲釮NO₃加到濃H₂SO₄中易發(fā)生液體飛濺；兩種酸混合時放出大量的熱，易使HNO₃分解，使苯揮發(fā)并會出現(xiàn)其他副反應(yīng)。

②用水浴加熱，溫度計(jì)水銀球應(yīng)插入水浴中。水浴加熱的好處：a受熱均勻，b溫度易控制。因測水浴溫度，應(yīng)把水銀球放入水浴中。要與實(shí)驗(yàn)室制乙烯時溫度計(jì)的位置區(qū)別開來；

③　　　　　 無色有毒有苦杏仁味的油狀液體，密度比水大。生成的　　　 　　有黃色，原因是溶解了NO₂。除去方法；加NaOH后分液。

典例解悟

1、苯和溴 的取代反應(yīng)(　)

說明：①試劑加入順序：先加苯，再加溴，最后加鐵粉。

②長導(dǎo)管b段的作用：導(dǎo)氣和冷凝。

③導(dǎo)氣管c段出口不插入液面下的原因是：防止溶液倒吸，因HBr極易深于水。

④現(xiàn)象：導(dǎo)管出口有白霧(HBr遇水形成)；錐形瓶(d)中加AgNO₃溶液有淺黃色沉淀生成。⑤燒瓶的橡膠塞用錫箔包住 ：原因防溴蒸氣腐蝕膠塞。

⑥把反應(yīng)后圓底燒瓶中混合液分離開的方法：把混合液倒入盛水的燒懷，底部有褐色不溶于水的液體(這是溶有溴單質(zhì)的溴苯)，再向其中加入NaOH溶液洗滌(除Br₂)后用分液漏斗分液即可，純凈的溴苯是無色不溶于水的液體。

⑦苯的用量不可太多，因苯、溴苯、溴相互溶解，當(dāng)反應(yīng)混合物倒入水中時不會在燒懷底部看到褐色液體。

書寫苯的同系物的同分異構(gòu)體時，苯環(huán)不變，變?nèi)〈�基的位置，變�(nèi)〈�基碳鏈的長短。

如C₉H₁₂對應(yīng)的苯的同系物有以下八種同分異構(gòu)體。

(　　　　　　 　) (　　　　 　)　　　 (　　　　　 　)(　　　　　 　)

思考：寫出分子式：C₈H₁₀的苯的同系物的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式　　　　　　　　　

3、苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)

苯的同系物中含苯環(huán)和烷基，二者共同影響，使苯的同系物的性質(zhì)不是苯和烷烴的性質(zhì)的簡單相加。苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)與苯相似。

①取代(比苯更容易側(cè)鏈對　　　 　　的影響)

說明：a在-CH₃作用下，苯環(huán)活潑性(　)可被-NO₂取代3個位置上的氫(兩鄰一對)

b產(chǎn)物叫三硝基甲基，又叫TNT，黃色炸藥

c濃H₂SO₄　 作用：催化劑，脫水劑

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (苯環(huán)上的H被取代)

說明：產(chǎn)物除　　　　　　　 外,還有　　　　　　　　　　　　　　　 兩種,可見苯環(huán)受

甲基的影響,不同位置的碳原子上氫的(　)不同.

　　　　　　　　　　　　　　　　　 (烴基上的氫被取代)

②氧化反應(yīng)

燃燒：

被 　　　　　　色

(苯環(huán)對　　　　　　　 的影響)

說明：a烷烴不被KMnO₄(H⁺)氧化，但苯的同系物中，由于苯環(huán)的影響使烷基活潑性(　)被KMnO₄(H⁺)氧化為(　)基(-COOH)

b若烷基不是一個碳時，氧化時也只氧化靠近苯環(huán)的碳原子

若靠近苯環(huán)上的碳原子無氫原子，則(　)被KMnO₄(H⁺)氧化

c、若苯環(huán)上有n個烴基，則氧化后得到n元酸。

如：　　　　　　　　　　 　

思考：鑒別苯與甲苯的方法？

③加成反應(yīng)

說明：①苯及其同系物能將溴水中的溴萃取，但不能發(fā)生加成反應(yīng)，萃取了溴的苯或苯的同系物在上層，呈橙色，水在下層。

②發(fā)生加成反應(yīng)，苯及其同系物比烯烴、炔烴困難。

2、苯的同系物的物理性質(zhì)

苯的同系物一般為無色液體，具有特殊氣味，有毒，(　)于水，密度比相對分子質(zhì)量相近的烷烴及烯烴的(　)，但小于1，其中甲苯、二甲苯常用作有機(jī)溶劑.

1、①芳香烴：環(huán)烴中分子中有(　)的稱為芳香烴

②苯的同系物：苯分子中的一個或幾個氫原子被(　)取代的產(chǎn)物

通式

③芳香族化合物：分子里含有一個或多個苯環(huán)的化合物

如：　　　　　　　　　　　　　　 等

④芳香族化合物、芳香烴、苯的同系物的關(guān)系

2、苯的化學(xué)性質(zhì)

苯分子的特殊結(jié)構(gòu)決定了苯分子穩(wěn)定性，常溫下苯(　)與溴水發(fā)生加成反應(yīng)，也(　)與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)，在一定條件下，苯能與Cl₂溴單質(zhì)濃度硫酸，硝酸等發(fā)生反應(yīng)。

①易(　)

②難(　)

③難氧化：不能被酸性KMnO4溶液氯化

燃燒產(chǎn)生大量的濃煙(　　　　　　　 )(寫方程式)

思考：通過怎樣的實(shí)驗(yàn)證明苯分子中不存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵交替的結(jié)構(gòu)？