ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 10 класс · § 20
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 20. Химические свойства, получение и применение бензола

Как сохранить или разрушить ароматическую систему в реакции?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как сохранить или разрушить ароматическую систему в реакции?

Исследуем вместе

Кольцо при замещении и присоединении

Переключай состояния и сравнивай схему с объяснением. Модель показывает, что меняется и почему.

Учебная модель: размеры, цвета и проекции условны. Линии обозначают связи, а подписи CH₃ и CH₂ — группы атомов. Реакционные схемы показывают итог превращения, а не траектории отдельных атомов.

01

Замещение галогеном

В присутствии FeBr₃ бензол реагирует с Br₂ с образованием бромбензола и HBr. Заменяется один атом H, число атомов C в кольце сохраняется.

Катализатор делает возможным нужный путь реакции. Формулу продукта нельзя записывать как продукт обычного присоединения к одной из нарисованных двойных связей.

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr

FeBr₃

C₆H₅Br

Бромбензол

Бромирование бензола в присутствии катализатора — замещение. Продукт сохраняет ароматическое кольцо.

02

Нитрование

При действии нитрующей системы бензол может превратиться в нитробензол: C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O. Серная кислота участвует в создании активного нитрующего реагента.

В кольце H заменяется группой NO₂, поэтому это также реакция замещения. Здесь приведена схема превращения и роль реагентов, без практической методики работы с концентрированными кислотами.

Признак / примерОбъяснение
РеагентАзотная кислота
СредаСерная кислота в нитрующей системе
ПродуктНитробензол

Нитрование вводит группу NO₂ вместо H. Углеродный скелет бензола сохраняется.

Молекула бензола C₆H₆

Шесть атомов C образуют плоское кольцо; все C—C равноценны благодаря общей π-системе.

Benjah-bmm27 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Модель молекулы водорода H₂

Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.

Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Гидрирование и горение

При повышенных температуре и давлении на катализаторе бензол присоединяет три молекулы H₂ и образует циклогексан C₆H₁₂. Ароматическая система при этом исчезает, но кольцо из шести C остаётся.

Полное сгорание записывают 2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O. При недостатке кислорода возможна сажа; коптящее пламя не является безопасным или универсальным способом распознавания вещества.

C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂

Ni или Pt, нагревание и давление

2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

Полное горение

Гидрирование бензола требует специальных условий. Оно превращает ароматическое кольцо в насыщенный цикл.

04

Получение и применение

Бензол получают при переработке углеводородного сырья, в том числе в процессах ароматизации. Суммарная схема из гексана: C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂ при подходящих условиях и катализаторе.

Тримеризация ацетилена описывается 3C₂H₂ → C₆H₆. Бензол служит химическим сырьём для получения полимеров и других веществ; токсичность ограничивает его использование как обычного растворителя. Для 7,8 г бензола количество составляет 7,8/78 = 0,10 моль. Полное гидрирование требует 0,30 моль H₂, или 6,72 л при школьных н. у. Коэффициент 3 учитывает полное насыщение кольца до C₆H₁₂.

Гексан

Циклизация и дегидрирование

Ацетилен

Объединение трёх молекул

Бензол

Сырьё для органического синтеза

Получение бензола требует образования кольца и общей π-системы. Промышленное применение связано прежде всего с дальнейшим синтезом.

Соберём главное

Шесть выводов

01Бромирование бензола в присутствии катализатора — замещение. Продукт сохраняет ароматическое кольцо.
02Нитрование вводит группу NO₂ вместо H. Углеродный скелет бензола сохраняется.
03Гидрирование бензола требует специальных условий. Оно превращает ароматическое кольцо в насыщенный цикл.
04Получение бензола требует образования кольца и общей π-системы. Промышленное применение связано прежде всего с дальнейшим синтезом.
05В замещении и присоединении изменяется разное число связей кольца. Тип реакции удобно проверять по составу и строению продукта.
06Число молей H₂ при гидрировании определяется конечным продуктом. Для перехода C₆H₆ в C₆H₁₂ требуется три моля H₂ на моль бензола.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Бензол с Br₂ и FeBr₃ даёт…
2. Нитрование вводит группу…
3. Полное гидрирование 1 моль бензола требует…
4. Продукт гидрирования бензола…
5. В схеме 3C₂H₂ → C₆H₆ происходит…
6. При превращении C₆H₁₄ в C₆H₆ отщепляется…
7. При нитровании бензола побочный малый продукт…
8. В замещении бензола обычно сохраняется…
9. Циклогексан в реальности…
10. Полное горение 2 моль бензола требует O₂…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 10 класс», § 20. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 10 класс. Химия — § 20. Химические свойства.pdf. Учтены границы структурных моделей, влияние среды реакции и различия между составом и строением.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Organic Chemistry · OpenStax: реакции моносахаридов
↑

Загрузка прогресса…