基礎課時9苯的同系物

學習目標1.認識苯的同系物的組成和結構特點，了解常見苯的同系物的物理性質。2.能基于化學鍵的特點與反

應規律分析和推斷苯的同系物的化學性質，能通過對比、類比等方法，舉例說明有機化合物中官能團之間的相互影

響。3.結合生產、生活實際了解芳香煌對環境和健康可能產生的影響，關注有機化合物的安全使用。

一、苯的同系物

(一)知識梳理

1.結構特點

苯的同系物是苯環上的氫原子被烷基取代得到的一系列的產物。其通式為C?H2n.6(n>7)o

2.物理性質

具有類似苯的氣味的無色液體，不溶于水，易溶于有機溶劑,密度比水小。

3.常見的苯的同系物

名稱結構簡式

甲苯—

J-CHzCH：,

乙苯C

鄰二甲苯丁CH,

CH3

甲間二甲苯

苯

對二甲苯CH3-^^^CH3

4.化學性質

苯的同系物大多數能被酸性KMnO4溶液氧化而使

氧化

其褪色。均能燃燒，燃燒的化學方程式通式

反應3n-3點燃

?CnH_2n-6+?。2/7CO2+(a-3)H2O

甲苯與濃硝酸和濃硫酸的混合物在加熱條件下可

以發生取代反應,生成一硝基取代物、二硝基取代

物和三硝基取代物，硝基取代的位置以甲基的鄰一

對位為主。其中生成三硝基甲苯的化學方程式為

取代CH3

CHON-^jpN(),

反應32

濃硫酸,

kJ+3H0—N02NO?

+3H20O產物2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是一種談黃色

晶體，丕溶于水，是一種烈性炸藥

在催化劑和加熱的條件下，甲苯與氫氣能發生類似

加成

苯的加成反應，其反應方程式為+3出

反應催化劑

(-)問題探究

問題i苯、甲苯和乙苯屬于苯的同系物。蔡((人J)、苯乙烯(u一)屬于同系物嗎?

提示蔡中含有兩個苯環，苯乙烯中含有碳碳雙鍵，結構不相似，所以二者不屬于同系物。苯的同系物只含有

一個苯環，支鏈必須是烷基。

問題2結合苯及其同系物的性質，根據實驗內容,填寫下列實驗現象。

實驗內容實驗現象

⑴向兩支分別盛有2mL苯和甲苯

的試管中各加入幾滴漠水，靜置

⑵將上述試管用力振蕩，靜置

⑶向兩支分別盛有2mL苯和甲苯

的試管中各加入幾滴酸性高鎰酸

鉀溶液，靜置

⑷將上述試管用力振蕩，靜置

提示⑴溪水沉到試管底部;⑵均分層，上層為橙紅色,下層為無色;⑶酸性KMnO4溶液沉到試管底部;⑷苯

未使酸性KMno,溶液褪色,甲苯能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色。

問題3比較下列兩個反應，結合反應的條件，總結取代反應的規律。

CH.Br

提示⑴光照條件下，苯的同系物取代反應發生在烷基側鏈上;⑵在鹵化鐵做催化作用下，苯的同系物取代反

應發生在苯環上的鄰位、對位上。

問題4在FeBr3催化下，甲苯與澳發生取代反應可以生成一澳代甲苯，請寫出該反應的主要有機產物的

結構簡式，并從化學鍵和官能團的角度分析反應中有機化合物的變化。

CH3

CH,

Br

提示Br0由于甲基使苯環上與甲基處于鄰、對位的氫原子活化，導致鄰、對位上的C-

H更易斷裂,從而更容易發生溪代反應。

【探究歸納】

1.苯及其同系物的比較

苯苯的同系物

①分子中都含有一個苯環

結構②都符合分子通式CnH_(n>6)

相2n6

同

點①燃燒時現象相同，火焰明亮，伴有濃煙

化學

②都易發生苯環上的取代反應

性質

③都能發生加成反應，都比較困難

取代易發生取代反應，主要更容易發生取代反應，常

反應得到一元取代產物得到多元取代產物

不

同

點

氧化難被氧化，不能使酸性易被氧化劑氧化,能使酸

反應KMnCk溶液褪色性KMnO4溶液褪色

2.苯的同系物中苯環與側鏈的相互影響

⑴苯環影響側鏈,使側鏈烷基性質活潑而易被氧化。苯的同系物被氧化時，不論它的側鏈長短如何，如果

側鏈烷基中與苯環直接相連的碳原子上有氫原子，則該側鏈烷基通常被氧化劑(如酸性KMnO4溶液)氧化

為竣基。

⑵側鏈對苯環的影響，使苯環上側鏈鄰、對位上的H原子變得活潑。如甲苯與硝酸反應時，生成一硝基

甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯,以鄰、對位居多，而苯與硝酸反應只生成硝基苯。

■對點訓練

1.工業上可由乙苯生產苯乙烯:

CH2cH3

Fe,O3

△

下列說法正確的是)

A.該反應的類型為加成反應

B.苯乙烯和乙苯互為同系物

C.乙苯分子內所有原子可能在同一平面內

D.可用Br2的CCI4溶液鑒別乙苯和苯乙烯

答案D

解析該反應屬于消去反應，不屬于加成反應,A錯誤;苯乙烯和乙苯官能團不同，結構不相似，且沒有相差若干

個CH2,不屬于同系物,B錯誤;乙苯分子內含有甲基，不可能所有原子共面,C錯誤;乙苯不與Bq的CCI4溶液反

應而苯乙烯可以與BQ發生加成反應從而使其褪色,D正確。

2.（2024?遼寧丹東鳳城市第一中學高二月考）下列實驗事實中,能說明苯環上的取代基對苯環的性質造成

影響的是（）

A.甲苯使酸性高鎰酸鉀溶液褪色

B.甲苯和濃硝酸反應生成2,4,6-三硝基甲苯

C1

C.甲苯與氯氣在光照條件下生成

D.甲苯和氫氣加成生成甲基環己烷

答案B

解析烷煌不能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色，而甲苯被高鎰酸鉀溶液氧化時，氧化的位置是甲基，故體現出苯環

使甲基活化,A錯誤;甲苯和濃硝酸、濃硫酸發生取代反應，側鏈對苯環有影響，使得苯環變得活躍，甲苯硝化生

成2,4,6-三硝基甲苯，能說明苯環上的取代基對苯環的性質造成影響,B正確;甲苯與氯氣在光照條件下發生取

代反應，取代在甲基上，故不能說明苯環上的取代基對苯環的性質造成影響,C錯誤;甲苯中苯環含有不飽和鍵，

能與氫氣發生加成反應，故不能說明苯環上的取代基對苯環的性質造成影響,D錯誤。

3.甲苯的轉化關系如圖所示（部分產物未標出）。下列說法正確的是（）

①光照

A.反應①的主要產物是

B.反應②說明甲基使苯環上的氫原子易被取代

C.反應③的兩種物質剛混合時分層,上層呈紫紅色

D.反應④的產物的一氯取代物有4種（不考慮立體異構）

答案B

解析由圖可知，反應①為光照下進行取代，氯原子取代甲基上的氫原子,A錯誤;甲苯的密度小于高鎰酸鉀溶

液,剛混合時分層，下層呈紫紅色,C錯誤;由圖可知,反應④的產物為甲基環己烷，含有5種等效氫，即一氯取代

物有5種,D錯誤。

二、苯的同系物同分異構體的書寫及數目判斷

（―）知識梳理

苯的同信物的一元取代物同分異構體數目的判斷可利用等效氫法。

分子中完全對稱的氫原子稱為“等效氫”原子，判斷一元取代物同分異構體的數目關鍵是要找出“等效氫”

原子的數目，如CgHio屬于苯的同系物的一澳代物種數的判斷。

結構烷基上一苯環上的T臭

簡式漠代物一溪代物代物

2cH

乙苯235

鄰二

nrCHs123

甲苯

CH

間二3

134

甲苯

-CH,

cCH,

對二

112

甲苯

CH3

（二）問題探究

問題1二甲苯的一澳代物有幾種?

提示鄰二甲苯的一溪代物有3種（苯環上2種,烷基上1種）;間二甲苯的一溪代物有4種（苯環上3種，烷基

上1種）;對二甲苯的一溪代物有2種（苯環上1種,烷基上1種）;因此二甲苯的一溪代物有9種。

問題2分子式為C9H12的苯的同系物，苯環上有兩個側鏈，苯環上的一氯代物共有幾種？

CH2cH3

ArCH3

提示10種。分子式為c9H12的苯的同系物苯環上有兩個側鏈的同分異構體有3種：9、

CH2CH3

CHCHA

A23I

、CH,，這3種同分異構體苯環上的一氯代物分別有4、4、2種，共有10種。

【探究歸納】

“定一（或二）移一”法確定苯的同系物同分異構體的種數

⑴苯環上連有兩個取代基時，可固定一個，移動另一個，從而得出鄰、間、對三種同分異構體。

⑵苯環上連有三個取代基時，可先固定兩個取代基，得到幾種結構，再逐一插入第三個取代基，從而確定同

①

分異構體的種數。如二甲苯苯環上的一氯代物種數共6種,分別為（2種）、

CH3

Y

—cH3

②（3種）、CH（1種）（①、②、③表示氯原子的位置）。

若在苯環上接1個一X、1個一Y、1個一Z,共有10種：

X

1

21

32

以上1、2、3、4均代表一Z。

”對點訓練

O^CH2cH2cH3

4.有機物含有三個側鏈的可能的結構種數有(不考慮立體異構))

A.1種B.2種

C.3種D.4種

答案C

解析有機物O^CH2cH含有三個側鏈的可能的結構有

CH3

CH，共三種結構。

5.苯及苯的同系物如甲苯、二甲苯等都是重要化工原料，若與苯環相連的碳原子上連有氫原子，側鏈可以

KMnO,

R(Q^COOH

被酸性高鎰酸鉀氧化成芳香酸。例如:PX”即對二甲苯

(\=/),下列關于“PX”的敘述不正確的是)

A.PX的化學式為CgHio,其一氯代物有2種

B.PX能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色，是苯的同系物

C.PX的二澳代物有3種同分異構體

D.PX不溶于水，密度比水小

答案C

解析,「一分子式為C8Hl0,分子中含有2種環境的H原子,其一氯代物有2種,A正確;對二甲苯的結

構與苯相似，分子組成上相差2個CH2,屬于苯的同系物，中，苯環相連的碳原子上連有氫原子，則

能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色,B正確;根據“定一移一”方法可判斷，二溪代物有7種同

分異構體,C錯誤;苯的同系物與苯的性質相似，苯不溶于水，密度比水小，所以PX不溶于水,密度比水小,D正確。

6.下列關于芳香煌的同分異構體的說法正確的是()

A.立方烷(◎)存在與苯互為同系物的同分異構體

廣廠BrBr_

B.苯的二澳代物中，L^Br與Br互為同分異構體

CH

C.已知CH3的苯環上的二澳代物有9種，則苯環上的四澳代物也有9種

D.分子式為C9H￡的芳香煌共有2種

答案C

解析結構相似、通式相同,分子組成相差1個或幾個Cd原子團的化合物互為同系物，立方烷的分子式為

PrBrHrBr

C8H&不符合苯的同系物的通式CnH2n.6/A錯誤;苯環中不存在碳碳雙鍵，與是同一物質一

一鄰二溪苯,B錯誤；CH,的苯環上的氫原子數一共是6個,所以苯環上的二溪代物與四溪代物的種數

相同,C正確;分子式為C9H12的芳香炫既可能含1個側鏈（側鏈為一C3H力可以是正丙基或異丙基,此時有2種

結構），也可能含2個側鏈（1個甲基和1個乙基，此時有鄰、間、對位3種結構），還可以含3個側鏈（3個甲基,

此時有3種結構）,D錯誤。

課后鞏固訓練

A級合格過關練

選擇題只有1個選項符合題意

（一）苯的同系物的判斷

1.下列物質屬于苯的同系物的是（）

答案A

解析結構相似、分子組成上相差一個或若干個C%原子團的化合物間互為同系物，苯的同系物必須符合如

下結構特點：1.結構中只有一個苯環2側鏈為烷煌基。A項，苯的同系物為含有1個苯環而且側鏈為飽和煌基

的芳香焙側鏈為甲基，為飽和煌基，屬于苯的同系物,A正確;B項該有機物含六個苯環，結構不相似，故不是苯

的同系物,B錯誤;C項,該有機物含有2個苯環，與苯結構不相似,不屬于苯的同系物,C錯誤;D項,該有機物不含

苯環,也不是苯的同系物,D錯誤。

2.下列關于苯的同系物的命名說法中錯誤的是（）

A.苯的同系物命名時必須以苯作為母體，其他的基團作為取代基

B.二甲苯可以以鄰、間、對這種習慣命名法進行命名

C.二甲苯也可以用系統命名法進行命名

D.分子式是C8H10的苯的同系物有4種同分異構體

答案A

解析苯的同系物的命名中，一般以苯為母體，但是當取代基比較復雜時，有時也將苯作為取代基進行命名,A

符合題意;二甲苯按照習慣命名法命名為鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯,B不符合題意;二甲苯也可以用系

統方法進行命名，如鄰二甲苯系統命名法為1,2-二甲基苯,C不符合題意;分子式為C8%。的芳香煌，同分異構體

有乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯四種,D不符合題意。

3.下列有機物中屬于苯的同系物的是（填序號，下同）,能使酸性高鎰酸鉀褪色的燒

C

——

c

I

C

解析⑤的側鏈是烷基,只有一個苯環，符合通式C"H2>6（色6）,屬于苯的同系物;②④屬于煌，且含有碳碳雙鍵，

可以被酸性高鎰酸鉀氧化，使其褪色。

（二）苯的同系物的性質

4.鑒別苯和苯的同系物的試劑或方法是（）

A.液澳和鐵粉B.濃澳水

C.酸性高鎰酸鉀溶液D.在空氣中點燃

答案C

解析苯和苯的同系物的共同性質:①與液溪或硝酸在催化劑作用下發生取代反應;②在空氣中燃燒且現象

相似;③與力能發生加成反應。不同點:苯的同系物能被酸性KMnO4溶液氧化，而苯不能。

5.下列有關甲苯的實驗事實中，與苯環上的甲基有關的是（）

①甲苯與濃硫酸和濃硝酸的混合物反應生成鄰硝基甲苯和對硝基甲苯

②甲苯能使酸性高錦酸鉀溶液褪色，而苯不能

③甲苯燃燒產生帶濃煙的火焰

@1mol甲苯與3mol也發生加成反應

A.①③B.②④

C.①②D.③④

答案C

解析由于甲基對苯環的影響，使苯環上與甲基相連的碳原子的鄰、對位碳原子上的氫變得活潑，更容易被

取代，①正確;由于苯環對甲基的影響，使甲基易被酸性KMnO4溶液氧化，②正確。

6.有機化合物分子中的鄰近基團間往往會有一定的相互影響，這種影響會使有機化合物表現出一些特性。下

列事實不能證明這一說法的是（）

A.甲苯能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色，而乙烷不能使酸性高錦酸鉀溶液褪色

B.乙酸能與NaOH溶液反應,而乙醇不能與NaOH溶液反應

C.苯與硝酸反應生成一硝基苯，而甲苯與硝酸反應生成三硝基甲苯

D,苯乙烯能與澳水反應，而苯不能與澳水反應

答案D

解析苯環影響甲基，乙烷也有甲基，甲苯易被高鎰酸鉀氧化，但乙烷不反應,A正確;乙酸含有竣基，乙醇含有羥

基，乙酸中的版基影響一0H,電離顯酸性,B正確;甲基影響苯環，使苯環上的氫原子活潑，易發生三取代,C正確;

苯乙烯含有碳碳雙鍵，與官能團性質有關，不能說明基團的相互影響,D錯誤。

OCHLCH-O^CH2cH。_

7.（2024?云南昆明北清實驗學校高二月考）已知：M反應①"N反應②,

2cH

P

下列說法不正確的是（）

A.N分子中最多共面的原子數為15

B.在光照條件下不能發生反應②

C.反應①中乙烯僅無鍵發生斷裂

D.N是苯的同系物

答案A

解析N分子中苯環為平面結構，與苯環相連的碳原子為飽和碳原子,單鍵可以旋轉，兩個碳原子可能與苯環

共面,甲基上最多有1個氫原子落在該平面上，所以最多共面的原子數為14,A錯誤;苯環側鏈烷煌基上的氫原

子被氯原子取代的條件是光照，苯環上的氫原子被氯原子取代的條件是氯氣、FeCI3作催化劑,所以在光照條

件下不能發生反應②,B正確;乙烯的碳碳雙鍵中有一個◎鍵和一個兀鍵，發生加成反應時僅斷裂兀鍵,所以反

應①中乙烯僅兀鍵發生斷裂,C正確;N分子中苯環的側鏈為烷煌基，所以N是苯的同系物,D正確。

8.某有機物的結構簡式如下圖所示：

CH3

⑴該物質的分子式是，該物質中的官能團名稱為。

⑵該物質苯環上的一氯代物有種。

（3）1mol該物質與濱水混合，最多消耗Br2的物質的量為mol。濱水少量時，寫出所有可能得到的產

物結構簡式。

（4）1mol該物質和出加成最多需H2mol；電足量時，寫出加成產物的結構簡式。

⑸下列關于該物質的說法正確的是（填序號）。

①可發生加成、取代、氧化等反應

②難溶于水

③能使濱水褪色

④能使酸性KMnO4溶液褪色,且發生的是加成反應

答案⑴JH18碳碳雙鍵

⑵4

?CH2—CH2

（4）5

⑸①②③

解析⑴從該有機物的結構簡式可知，其分子式為Cl5H18該物質中的官能團為碳碳雙鍵。⑵該物質苯環上

的四個氫原子處于不同的化學環境，其一氯代物有4種。⑶該物質碳碳雙鍵可與溪水發生加成反應,1mol該

物質與浸水混合，最多消耗Br2的物質的量為2mol；浸水少量時，可能發生多種加成方式，得到的產物結構簡式:

苯環均能與比發生加成,1mol該物質和電加成最多需H25mol；出足量時，不飽和碳均轉變為飽和碳，加成產

CH3

P^CH2-CH2nA

物的結構簡式：。⑸①該物質含有碳碳雙鍵，是煌類,可發生加成、取代、氧化等

反應,正確;②該物質沒有親水基團,含有憎水基團，難溶于水,正確;③該物質含有碳碳雙鍵，能與浸水發生加成

反應而使溪水褪色,正確;④碳碳雙鍵和苯環側鏈均能使酸性KMnO4溶液褪色，發生的是氧化反應，不是加成反

應,錯誤。

（三）苯的同系物的同分異構體的書寫及判斷

9.下列苯的同系物化學式都是C8H助其中苯環取代一澳代物同分異構體只有一種的是)

C2H5CH3

A.

D.

C2H-,

解析苯環上Br可取代的位置如圖：，苯環取代一溪代物同分異構體有3種,A不符合題意;

CH,

MVCH3

苯環上Br可取代的位置如圖：②NJ，苯環取代一溪代物同分異構體有2種,B不符合題

CH3

意;苯環上Br可取代的位置如圖：CH,,苯環取代一溪代物同分異構體有3種,c不符

CH,

黨①

合題意；CH苯環上Br可取代的位置如圖：CH：，，苯環取代一溪代物同分異構體有1種,D符合題意。

10.分子式滿足C10H14的苯的同系物中，含有兩個側鏈的同分異構體有（）

A.6種B.7種

C.8種D.9種

答案D

解析分子式滿足C10H14的苯的同系物，含有兩個側鏈，可以是一個甲基、一個正丙基,也可以是一個甲基、

一個異丙基,還可以是兩個乙基。每種情況下的兩個取代基在苯環上的相對位置都可以是鄰位、間位和對位

三種,故共有9種同分異構體，故選D。

B級素養培優練

選擇題有1個或2個選項符合題意

|^>pCH（CH3）2

11.（2024?河北邯鄲高二十校聯考）異丙苯［M］是一種重要的化工原料。下列關于異丙苯的說

法錯誤的是（）

A.異丙苯是苯的同系物

B.可用酸性高鎰酸鉀溶液區別苯與異丙苯

C.在光照的條件下，異丙苯與CI2發生取代反應生成的一氯代物有三種

D.1,2,3-三甲苯是異丙苯同分異構體中一澳代物最少的芳香煌

答案CD

解析苯的同系物是指含有一個苯環，且側鏈均為烷煌基的煌類，故異丙苯是苯的同系物,A正確;苯不能使酸

性高鎰酸鉀溶液褪色，而異丙苯能使酸性高鎰酸鉀溶液褪色，故可用酸性高鎰酸鉀溶液區別苯與異丙苯,B正

確;異丙基含有2種等效氫，在光照的條件下取代側鏈上的H,則異丙苯與CI發生取代反應生成的一氯代物有

2種,C錯誤;1,3,5-三甲苯是異丙苯同分異構體中一浸代物最少的芳香煌,D錯誤。

12.某煌的分子式為Ci°Hi4,它不能因化學反應而使濱水褪色，可使酸性KMnCU溶液褪色,符合上述條件的煌有

（不考慮立體異構）（）

A.19種B.20種

C.21種D.22種

答案C

解析該煌不能使溪水褪色，可使酸性KMnO4溶液褪色,可判斷該燒為苯的同系物:如果苯環上是1個取代基,

則為丁基,一CH?—CH?—CHz—CH3或一CH（CH3）—CHz—CH3或一CH?—CH（CH3）2或一C（CH3）3,能使酸性局鎰酸

鉀溶液褪色的苯的同系物是與苯環直接相連的碳原子上有氫原子，故一C（CH3）3不符合，共3種;若苯環上是2

—CH—CH3

I

個取代基，可能一個是甲基，另一個為正丙基（一CH2—CH2—CH3）或異丙基（CH；）,而兩個烷基在苯環

上有鄰、間、對三種位置，共6種;若苯環上是2個取代基,兩個都是乙基，兩個取代基的關系是鄰、間、對三

種位置，共3種;若苯環上是3個取代基,則兩個是甲基，一個是乙基，共有6種;若苯環上是4個取代基，則是4

個甲基，共有3種，故總共是3+6+3+6+3=21種，選Co

13.興趣小組設計以下實驗，探究MnOx氧化甲苯蒸氣（還原產物為MnO）生成無污染氣體的效果。

下列說法錯誤的是（）

A.氣體X可以是氮氣

B.通過III、IV中現象可判斷甲苯是否被MnO,完全氧化

C若n（甲苯）:n（MnOx）=l：36發生反應，則x-1.5

D.裝置III、IV互換順序仍可判斷甲苯是否被完全氧化

答案D

解析實驗中用氣體X將甲苯蒸氣帶入II中,II中MnOx氧化甲苯蒸氣，產物經過后續裝置進行檢驗和處理。

氣體X是為了除去裝置內的空氣,可以用N2,A正確;若甲苯沒有被完全氧化，則III中KMnO,溶液紫色褪去,W

石灰水繼續渾濁,B正確;甲苯C7H8中的C平均為-粉被MnOx氧化為CO/Ch中的C為+4價，若"（C7H8）=1

mol,則轉移電子36x（2x-2）=36mol,x=1.5,C正確;甲苯是氣體，密度比水小，會浮在石灰水表面，互換順序后無法

判斷甲苯是否被完全氧化,D錯誤。

14.有機物A常用作聚合物單體及用于制造涂料，在一定條件下可發生如下反應，請回答下列問題：

C

|催