第二节来自石油的煤的两种基本化工原料.ppt

现在学习的是第1页，共25页学习目标：学习目标：1 1、了解苯的物理性质和分子组成以及芳香烃的概念；、了解苯的物理性质和分子组成以及芳香烃的概念；2 2、掌握苯的结构式并认识苯的结构特点；、掌握苯的结构式并认识苯的结构特点；3 3、理解共价单键的可旋转性；、理解共价单键的可旋转性；4 4、掌握苯的、掌握苯的取代反应取代反应（卤代反应、硝化反应）（卤代反应、硝化反应）加成加成反应反应等性质等性质 。现在学习的是第2页，共25页 19世纪初期，欧洲等许多国家都已普遍使用了煤气照明，它带动了煤炭工业的迅速发展。而从生产煤气的原料中制备出煤气之后，剩下一种油状液体却长期无人问津。油状物的大量废弃，造成了严重的环境污染。英国科学家法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家，他想，要将它们变废为宝，就必须对油状物进行分离提纯。煤焦油焦臭黑粘，化学家忍受着烧烤熏蒸，在炉前塔旁辛勤工作。现在学习的是第3页，共25页法拉第花了整整五年的时间，终于利用蒸馏的方法将油状液体成功分离，于1825年6月16日，向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物，当时，法拉第在描述这种无色的液体称之为“氢的重碳化合物”：略有香味，在一般条件下，它是一种无色的透明液体。当把这种液体放到冰水中冷却到零度时，它就会结晶成固体，在玻璃容器的器壁上长出树枝状的结晶。如果从冰水中取出，让温度慢慢上升，这种固体在5.5融化。如果把融化的液体暴露在空气中，最后它会完全挥发。当时法拉第称这种液体称之为“氢的重碳化合物”。现在学习的是第4页，共25页问题思考问题思考：1、有同学向试管中加入的等体积的水、有同学向试管中加入的等体积的水与和苯，如何用最简单的实验证明上层液与和苯，如何用最简单的实验证明上层液体是水还是苯？体是水还是苯？2、从法拉第的实验中，你能得出苯的熔沸、从法拉第的实验中，你能得出苯的熔沸点大约是多少吗？（与水比较）点大约是多少吗？（与水比较）3、1mol苯在标准状况下的体积是否约为苯在标准状况下的体积是否约为22.4L？现在学习的是第5页，共25页一、苯的物理性质一、苯的物理性质 1 1、无色、有特殊气味的液体；、无色、有特殊气味的液体；2 2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；3 3、熔沸点低（熔点、熔沸点低（熔点5.55.5），易挥发（沸点），易挥发（沸点80.1 80.1 ），），用冷水冷却，苯凝结成无色晶体；用冷水冷却，苯凝结成无色晶体；4 4、苯有毒。、苯有毒。二、苯的分子组成、结构二、苯的分子组成、结构1 1、分子式：、分子式：C C6 6H H6 6 （含碳量为含碳量为92.392.3）2 2、最简式、最简式(实验式实验式)：CHCH3 3、结构特点：、结构特点：现在学习的是第6页，共25页根据苯的分子式，你能写出其结构式吗？根据苯的分子式，你能写出其结构式吗？1919世纪的科学家进行了研究，当时的有机化学刚发展起世纪的科学家进行了研究，当时的有机化学刚发展起来，比较成熟的理论只有来，比较成熟的理论只有“碳四价学说碳四价学说”和和“碳链学说碳链学说”。按照我们学的烷烃、烯烃等不饱和烃的经验，按照我们学的烷烃、烯烃等不饱和烃的经验，C C6 6H H6 6比比饱和的烷烃饱和的烷烃少了少了8 8个个H H原子，分子中可能有原子，分子中可能有四个双键四个双键。或。或两个双键，一个叁键两个双键，一个叁键，或两个叁键等。请根据这两种，或两个叁键等。请根据这两种学说写出学说写出C C6 6H H6 6可能的链状结构简式：可能的链状结构简式：现在学习的是第7页，共25页(1)CH CCH2CH2C CH(2)CH3C CC CCH3(3)CH2 CHCH CHC CH(4)CH2 C CHCH C CH2(5)CH CC CCH2CH3【问题问题】写的结构都符合写的结构都符合C C6 6H H6 6 ，那这些结构是否正确，该那这些结构是否正确，该如何验证，我们知道，物质的结构决定性质，性质又反映结构。如何验证，我们知道，物质的结构决定性质，性质又反映结构。若苯分子为上述结构之一，则其应该具有什么重要化学性质？若苯分子为上述结构之一，则其应该具有什么重要化学性质？可设计怎样的实验来证明？可设计怎样的实验来证明？现在学习的是第8页，共25页 1 1、苯能否使高锰酸钾酸性溶液褪色苯能否使高锰酸钾酸性溶液褪色(发生氧化反应发生氧化反应）？）？2 2、苯能否使溴水褪色苯能否使溴水褪色(发生加成反应发生加成反应)？（现象现象）苯苯不能使不能使酸性酸性KMnO4KMnO4溶液褪色，溶液褪色，也不能使也不能使溴水溴水褪色。褪色。现在学习的是第9页，共25页【结论结论】苯不能使酸性的苯不能使酸性的KMnOKMnO4 4溶液褪色也不能使溴水溶液褪色也不能使溴水褪色，这与烷烃的性质相似，也说明苯分子中不含普通褪色，这与烷烃的性质相似，也说明苯分子中不含普通的的C=CC=C等不饱和键等不饱和键，因此，所有符合，因此，所有符合C C6 6H H6 6链状结构的链状结构的上述结构不合理上述结构不合理。【讲解讲解】通过上面实验我们否定了苯的链状结构。苯分子】通过上面实验我们否定了苯的链状结构。苯分子的结构究竟如何，这在十九世纪是个很大的化学之谜，的结构究竟如何，这在十九世纪是个很大的化学之谜，试画出可能的结构。试画出可能的结构。【投影投影】现在学习的是第10页，共25页【讲解讲解】但实验证明，苯能与氢气发生加成反应，】但实验证明，苯能与氢气发生加成反应，三棱柱烷又一次被推翻。三棱柱烷又一次被推翻。【讲解讲解】苯分子到底是什么样的结构呢？这在十九世纪】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谜。是一个很大的化学之谜。1919世纪的许多科学家做了许多世纪的许多科学家做了许多关于苯的性质实验，力图从性质出发推导出苯的结构，其关于苯的性质实验，力图从性质出发推导出苯的结构，其中有这样两个实验引起了科学的注意：中有这样两个实验引起了科学的注意：一是一是苯与液溴在苯与液溴在铁粉做催化剂的条件下发生了取代反应，这说明苯铁粉做催化剂的条件下发生了取代反应，这说明苯能发生取代反应，且它的一溴代物只有一种；能发生取代反应，且它的一溴代物只有一种；二是二是苯在特殊条件下可与氢气发生加成反应。苯在特殊条件下可与氢气发生加成反应。现在学习的是第11页，共25页【过渡过渡】苯不能使酸性】苯不能使酸性KMnOKMnO4 4溶液氧化，一般情况下也不能与溶液氧化，一般情况下也不能与溴发生加成反应，而是发生取代反应，说明苯具有饱和烃的溴发生加成反应，而是发生取代反应，说明苯具有饱和烃的性质，不含有性质，不含有C=CC=C；而能与氢气加成说明苯具有不饱和烃的；而能与氢气加成说明苯具有不饱和烃的性质，应含性质，应含 有有C=CC=C，这种相互矛盾的结论使这种相互矛盾的结论使1919世纪的科学衫陷世纪的科学衫陷入了困境。入了困境。【讲解讲解】由苯的一溴代物只有一种，说明苯分子的六个氢原子应该是】由苯的一溴代物只有一种，说明苯分子的六个氢原子应该是等效的，想到苯可能是一种环状结构是不难的，而且由苯与氢气的加等效的，想到苯可能是一种环状结构是不难的，而且由苯与氢气的加成产物成产物C C6 6H H1212，想到苯分子中只能有一个碳环。，想到苯分子中只能有一个碳环。但当时要超越碳链但当时要超越碳链学说而想到学说而想到环状结构环状结构却是非常不容易的。却是非常不容易的。【视频视频】苯的结构背景：苯分子结构的确定曾经是困扰】苯的结构背景：苯分子结构的确定曾经是困扰1919世纪化学家的一大难题世纪化学家的一大难题.18251825年，英国科学家年，英国科学家法拉第法拉第首先发现了苯。首先发现了苯。18341834年，年，德国科学家德国科学家米希尔里希米希尔里希为苯进行了命名为苯进行了命名现在学习的是第12页，共25页其后，法国化学家其后，法国化学家日拉尔日拉尔等人确定苯的相对分子质量和等人确定苯的相对分子质量和分子式。分子式。苯分子中碳含量之高，令科学家们为之惊讶，从苯分子中碳含量之高，令科学家们为之惊讶，从此他们踏上了探究苯结构的漫漫征途。斗转星移，此他们踏上了探究苯结构的漫漫征途。斗转星移，整整近四十个春秋，让我们豁然开朗，为之振奋的整整近四十个春秋，让我们豁然开朗，为之振奋的时刻出现了。他就是极富想象力的德国化学家时刻出现了。他就是极富想象力的德国化学家凯库凯库勒勒，曾提出了，曾提出了碳四价学说碳四价学说和和碳原子间可以连接成链碳原子间可以连接成链这一重要学说。但就是这样一位想象力丰富的学者也被这一重要学说。但就是这样一位想象力丰富的学者也被曾经定势思维所束缚，曾长期认为苯分子结构是链状，曾经定势思维所束缚，曾长期认为苯分子结构是链状，因而苦思冥想，不得其解。因而苦思冥想，不得其解。现在学习的是第13页，共25页 德国化学家德国化学家凯库勒凯库勒由于揭开这个谜而名垂青史。凯库勒早年曾是由于揭开这个谜而名垂青史。凯库勒早年曾是建筑系的学生，有着丰富的想象力。建筑系的学生，有着丰富的想象力。18641864年冬天，凯库勒为探索年冬天，凯库勒为探索苯分子的结构苯分子的结构殚精竭虑，日则忘食殚精竭虑，日则忘食。一个个碳原子、氢原子。一个个碳原子、氢原子如同建筑中的砖头，在他的头脑中构筑成了一个一个奇妙的如同建筑中的砖头，在他的头脑中构筑成了一个一个奇妙的分子结构图景。然而，苯的分子结构图景。然而，苯的6 6个碳和个碳和6 6个氢和它独特的性质，却个氢和它独特的性质，却使他彻夜难眠，难道自己的想象力枯竭了吗？虽然他已在草纸上使他彻夜难眠，难道自己的想象力枯竭了吗？虽然他已在草纸上写下了几十个苯的结构，但没有一个令人满意，它将所有的稿纸写下了几十个苯的结构，但没有一个令人满意，它将所有的稿纸扔进了壁炉，然后就在温暖的壁炉前睡着了。在梦中，突见一蛇，扔进了壁炉，然后就在温暖的壁炉前睡着了。在梦中，突见一蛇，盘盘焉自食其尾。他象触电般的猛醒起来，意识到这就是苯的结盘盘焉自食其尾。他象触电般的猛醒起来，意识到这就是苯的结构，于是，构，于是，他在他在18661866年提出了以下假设：年提出了以下假设：【投影【投影】凯库勒假说：凯库勒假说：1 1、苯的六个碳原子形成环状闭合的平面正六边形；、苯的六个碳原子形成环状闭合的平面正六边形；2 2、每个碳原子均连接一个氢原子；、每个碳原子均连接一个氢原子；3 3、环内碳碳单双键交替。、环内碳碳单双键交替。现在学习的是第14页，共25页【提问提问】这一结构式符合】这一结构式符合“碳四价碳四价”学说，凯库勒式是学说，凯库勒式是否正确，一些科学家进行思辨的同时，也有一些科学否正确，一些科学家进行思辨的同时，也有一些科学家进行了实证研究，试图有苯的性质反映出苯的结构。家进行了实证研究，试图有苯的性质反映出苯的结构。实验事实一实验事实一、1mol1mol苯在一定条件下最多可以与苯在一定条件下最多可以与3mol3mol氢氢气发生加成反应生成环己烷；气发生加成反应生成环己烷；实验事实二实验事实二、苯与液溴在铁粉的存在下发生取代反应，、苯与液溴在铁粉的存在下发生取代反应，并且生成的一溴取代物只有一种结构。并且生成的一溴取代物只有一种结构。【讲解】首先实验事实一给凯库勒的合理性提供了【讲解】首先实验事实一给凯库勒的合理性提供了极大的支持，由于加成的最终产物为极大的支持，由于加成的最终产物为C C6 6H H12,12,，说明苯，说明苯分子有且会有一个环，且有不饱和键的存在，其次凯库勒分子有且会有一个环，且有不饱和键的存在，其次凯库勒式也能解释苯与液溴在铁粉的存式也能解释苯与液溴在铁粉的存现在学习的是第15页，共25页在下发生取代反应，且苯的一溴取代物只有一种结构。在下发生取代反应，且苯的一溴取代物只有一种结构。【讲解讲解】虽然这一理论较好的解释了苯分子的一溴代物只虽然这一理论较好的解释了苯分子的一溴代物只有一种，且能与氢气加成等等化学性质，我们应该推测出有一种，且能与氢气加成等等化学性质，我们应该推测出苯的应该含有苯的应该含有不饱和键不饱和键，能使溴水褪色的性质，且二，能使溴水褪色的性质，且二溴取代物应该有两种，但是这与实验事实相矛盾溴取代物应该有两种，但是这与实验事实相矛盾。为了解释这一结构与实验事实的矛盾，凯库勒又提出了补为了解释这一结构与实验事实的矛盾，凯库勒又提出了补充假说：苯分子中碳碳双键与碳碳单键不是固定的，而是充假说：苯分子中碳碳双键与碳碳单键不是固定的，而是以一定的频率快速交替出现的。以一定的频率快速交替出现的。【讲解讲解】现代科学对苯分子的结构进行了精准的研究，】现代科学对苯分子的结构进行了精准的研究，提出了苯的结构特点：提出了苯的结构特点：现在学习的是第16页，共25页（1 1）苯分子的结构式）苯分子的结构式：（2 2）苯分子的结构简式）苯分子的结构简式：凯库勒式凯库勒式 苯分子的结构特点：苯分子的结构特点：或或正六边形的平面结构（正六边形的平面结构（12个原子共面）；个原子共面）；键角是键角是120，六个碳碳键的键长、键能均相等；，六个碳碳键的键长、键能均相等；苯分子中苯分子中无一般单、双键是无一般单、双键是一种介于单键和双键之间的独特一种介于单键和双键之间的独特的键的键。【小结小结】苯环上并不是由碳碳单键和碳碳双键交替的，凯库勒】苯环上并不是由碳碳单键和碳碳双键交替的，凯库勒的猜想具有一定的局限性。事实上的猜想具有一定的局限性。事实上苯环上的碳碳键是苯环上的碳碳键是介于介于单键单键和双键之间的和双键之间的一种特殊的化学键一种特殊的化学键。现在学习的是第17页，共25页 1 1、定义定义：分子中含有一个或多个：分子中含有一个或多个苯环苯环的一类碳氢化的一类碳氢化合物，属于芳香烃。合物，属于芳香烃。2 2、苯苯 最简单的最简单的芳香烃芳香烃。（分子通式分子通式C Cn nH H2n-62n-6）四、苯的化学性质四、苯的化学性质 苯较稳定，不能使酸性苯较稳定，不能使酸性KMnOKMnO4 4溶液褪色，能燃烧，但由于其含碳溶液褪色，能燃烧，但由于其含碳量过高，而出现明显的黑烟。量过高，而出现明显的黑烟。1 1、氧化反应、氧化反应：现在学习的是第18页，共25页BrFeBr3溴苯溴苯Br2 HBr2、取代反应、取代反应（1）苯与液溴的反应）苯与液溴的反应溴苯是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水溴苯是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水。（2）苯与硝酸的反应）苯与硝酸的反应 苯在苯在5060时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应NO2硝基苯硝基苯浓硫酸浓硫酸 HNO3H2O硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，密度密度水，难溶于水，易溶于有机溶剂。水，难溶于水，易溶于有机溶剂。现在学习的是第19页，共25页3 3、苯的加成反应、苯的加成反应 苯在苯在特定条件下特定条件下，也可以发生加成反应。比如在，也可以发生加成反应。比如在镍镍催化下，催化下，可以与氢气加成。可以与氢气加成。环已烷环已烷 苯跟氢气在镍存在的条件下加热可生成苯跟氢气在镍存在的条件下加热可生成环已烷环已烷，像烷烃一样饱，像烷烃一样饱和，故其和，故其化学性质与烯烃相似。化学性质与烯烃相似。现在学习的是第20页，共25页【知识拓展知识拓展】苯与氯气发生加成制得农药六六六【小结小结】总之，】总之，苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质，苯既具有饱和烃的性质，又具有不饱和烃的性质，而且它进行取代反应比饱和烃要容易，进行加成反应比不饱和烃而且它进行取代反应比饱和烃要容易，进行加成反应比不饱和烃要困难要困难，苯的这种特殊性质常称为苯的这种特殊性质常称为苯苯的的芳香性。芳香性。【化学性质小结化学性质小结】易易取代、取代、难难加成、加成、难难氧化氧化现在学习的是第21页，共25页一、苯的物理性质一、苯的物理性质 1 1、无色、有特殊气味的液体；、无色、有特殊气味的液体；2 2、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；、密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂；3 3、熔沸点低，易挥发。（熔点、熔沸点低，易挥发。（熔点5.55.5，沸点，沸点80.1 80.1 ），），用冷水冷却，苯凝结成无晶体；用冷水冷却，苯凝结成无晶体；4 4、苯有毒。、苯有毒。二、苯的分子结构二、苯的分子结构1 1、分子式：、分子式：C C6 6H H6 6 （相对分子质量为（相对分子质量为7878，含碳量约含碳量约为为92.3 92.3 ）2 2、最简式、最简式(实验式实验式)：CHCH3 3、结构特点：、结构特点：现在学习的是第22页，共25页或或 仅用短线的形式表示仅用短线的形式表示有机物分子中的碳碳键有机物分子中的碳碳键的结构简式的结构简式键线式。键线式。每一个每一个拐点拐点（或（或端点端点）表示表示1个个碳原子。碳原子。“CH”不能写出。不能写出。现在学习的是第23页，共25页1 1、氧化反应、氧化反应：不能使酸性：不能使酸性KMnOKMnO4 4溶液褪色溶液褪色现在学习的是第24页，共25页BrFeBr3溴苯溴苯Br2 HBr2、取代反应、取代反应（1）苯与液溴的反应）苯与液溴的反应溴苯，溴苯，是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水是一种无色油状液体，密度比水大，不溶于水。（2）苯与硝酸的反应）苯与硝酸的反应 苯在苯在5060时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应时，在浓硫酸作用下，可以与浓硝酸发生取代反应NO2硝基苯硝基苯浓硫酸浓硫酸 HNO3H2O硝基苯，硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，密度密度水，难溶于水，易溶于有机溶剂水，难溶于水，易溶于有机溶剂。现在学习的是第25页，共25页