3.4.1羧酸 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

第三章 烃的衍生物 第四节 羧酸 羧酸衍生物 第一课时 羧酸 学习目标 1、认识羧酸的官能团与组成，能对简单羧酸进行分类。能依据羧酸的结构特点预测羧酸的物理性质和化学性质。 2、通过探究羧酸的酸性，熟悉控制变量法的应用，体验科学探究的一般过程。 3、能结合生产、生活实际了解羧酸对环境和健康可能产生的影响，关注羧酸的安全使用。 甲酸(蚁酸)HCOOH 草酸（乙二酸） COOH COOH 身边的化学——自然界和日常生活中的有机羧酸 被蚂蚁咬后会出现红肿，蚂蚁分泌一种称为“蚁酸”的物质，会残留在伤口中。需用肥皂水或苏打水清洗，可以缓解疼痛。 菠菜中含有草酸，不仅使菠菜带有一股涩味，还能与食物中的钙相结合，影响人体对钙质的吸收，草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。 CH3-CH-COOH OH 乳酸 柠檬酸 苹果酸 这些分子中既含有羧基也含有羟基，又叫羟基酸，它们既具有羟基的性质也具有羧基的性质 (3)分子通式： 1．羧酸的结构及分类 (1)羧酸的概念：羧酸是由烃基(或氢原子)与羧基( )相连而构成的有机化合物。 (2)官能团：羧基 或—COOH —C—OH O ‖ 一元羧酸可写为R−COOH 饱和一元脂肪酸的分子通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n＋1COOH(n≥0) 一、羧酸： 根据羧基数目 根据烃基 CH3COOH CH2＝CHCOOH 硬脂酸 软脂酸 油酸 脂肪酸 芳香酸 一元羧酸 二元羧酸 多元羧酸 HOOC－COOH(乙二酸) 低级脂肪酸： 高级脂肪酸 C>10 C17H35COOH C17H33COOH C15H31COOH 根据烃基是否饱和 饱和羧酸 不饱和羧酸 CH3COOH 甲酸、乙酸 (苯甲酸) (丙烯酸) 柠檬酸(羟基酸) 脂环酸 COOH 2.羧酸的分类 (1)选主链：选择含有羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称为某酸。 (2)编号位：在选取的主链中，从羧基碳原子开始给主链上的碳原子编号。 (3)定名称：在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。 例如： 3.羧酸的系统命名法 CH3-CH-CH2-COOH CH3 CH3-CH2-CH-CH-COOH C2H5 CH3 3-甲基丁酸 3-甲基-2-乙基戊酸 课堂练习1：写出戊酸属于羧酸类的同分异构体的结构简式，并命名。 甲酸 乙酸 苯甲酸 乙二酸 俗称 结构简式 物理性质 特性 蚁酸 醋酸 安息香酸 草酸 HCOOH CH3COOH 无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，与水混溶，也能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，有毒性。 无色、有刺激性气味液体，易挥发，能与水、乙醇等互溶 无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇 无色透明晶体，可溶于水和乙醇 酸性、酯化反应 化学分析中常用的还原剂，能使KMnO4(H+)褪色 酸性、酯化反应 ①羧酸的性质：弱酸性和酯化反应。 ②醛的性质：如银镜反应、与新制Cu(OH)2反应。 4.常见羧酸的性质 表3-4 几种羧酸的熔点和沸点 名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃ 甲酸 HCOOH 8 101 乙酸 CH3COOH 17 118 丙酸 CH3CH2COOH －21 141 正丁酸 CH3CH2CH2COOH －5 166 十八酸（硬脂酸） CH3(CH2)16COOH 70 383 苯甲酸 122 249 —COOH 【思考】分析表格中的数据，你能得出什么结论？为什么？ 5.羧酸的物理性质 (1)溶解性 甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶，随着分子中碳原子数的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速减小，甚至不溶于水。高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 (2)熔、沸点 羧酸的熔、沸点随碳原子数的增多而升高，且与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。 ①乙酸属于一元弱酸，具有酸的通性，酸性比碳酸强。 与Na： 与NaOH： 与Na2CO3： 与NaHCO3： ②酯化反应： CH3COOH＋HOC2H5 CH3COOC2H5＋H2O 知识回顾：你知道乙酸有哪些化学性质？写出化学方程式。 δ- δ+ ① ② 电离出H+，表现酸性 乙酸的化学性质主要取决于官能团羧基： 羟基被取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物 CH3COOH + NaHCO3→ CH3COONa +H2O+CO2↑ 2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑ CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O 羧基是由羰基和羟基相连构成的，基团间的相互影响使得羧酸的化学性质发生了变化，并不是羟基和羰基具有的化学性质的简单加和。 R H O C O 使氧氢键的极性增强，更易断裂，电离出H+，表现酸性。 碳氧单键易断裂发生取代反应，—OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。 R H O C O 使羰基较难发生加成反应， 通过催化加氢的方法很难被还原。 羰基对羟基的影响： 羟基羰对基的影响： 羧酸的酸性 【问题】羧酸的化学性质与乙酸的相似，如何通过实验证明其他羧酸也具有酸性？如何通过比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱？ 证明羧酸的酸性： ①与指示剂作用或使用pH传感器测定溶液的pH; ②与活泼金属反应产生H2 ③与碱、碱性氧化物发生反应 ④与碳酸盐或酸式碳酸盐 反应产生CO2 ⑤强碱盐水溶液显碱性等。 … … 证明羧酸的弱酸性： ①同浓度：测pH、与活泼金属、碳酸钠等反应比较速率快慢 ②利用强酸制弱酸原理 ③同浓度强碱盐水溶液显碱性相对强弱 … … 6.羧酸的化学性质 【设计与实验】（1）设计实验证明羧酸具有酸性(提供的羧酸有甲酸、苯甲酸和乙二酸)。 实验内容 实验现象 结论 ①分别取少量甲酸、苯甲酸、乙二酸于试管中，加水溶解，再分别滴入几滴石蕊溶液、 溶液变红色 甲酸、苯甲酸、乙二酸显酸性 ②分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH pH大于7 ③分别取0.01 mol·L-1三种酸的钠盐溶液，测pH pH大于2 甲酸、苯甲酸、乙二酸都显弱酸性 【讨论】： (1)甲酸除了具有酸性，还可能有哪些化学性质？ 请从分子结构的角度进行分析。 C O OH H 图3-20 甲酸分子的结构 羧酸的性质——酸的通性，酯化反应 醛的性质——银镜反应，与新制Cu(OH)2反应 【应用】：甲酸和乙酸的鉴别方法 利用银氨溶液或新制的氢氧化铜 Na2CO3+Cu2O +4H2O HCOOH+2Cu(OH)2+2NaOH ∆ (NH4 )2CO3+2Ag +2NH3 +H2O HCOOH+2Ag(NH3)2OH ∆ (2)利用上图所示仪器和药品，设计一个简单的一次性完成的实验装置，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱。 注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔 实验装置   实验现象 实验结论 B中有气泡产生，C中溶液变浑浊 酸性:乙酸>碳酸>苯酚 除去CO2中的乙酸蒸气，防止对碳酸酸性大于苯酚的检验产生干扰 【讨论】(2)以上比较乙酸、碳酸和苯酚酸性强弱的装置中，饱和NaHCO3 溶液的作用是什么？请写出各装置中发生反应的化学方程式。 A中化学方程式： 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑ B中化学方程式： CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑ C中化学方程式： CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3 (1)酸性：羧酸是一类弱酸，具有酸类的共同性质。 如与指示剂、H元素前的金属、碱、碱性氧化物、盐等反应。 6.羧酸的化学性质 课堂练习2：书写下列化学方程式： ①HCOOH与NaHCO3反应： ②苯甲酸与NaOH反应： ③乙二酸与NaOH反应： HCOOH＋NaHCO3=HCOONa＋CO2↑＋H2O 代表物 结构简式 羟基氢的活泼性 酸性 Na NaOH Na2CO3 NaHCO3 乙醇 CH3CH2OH 苯酚 C6H5OH 乙酸 CH3COOH 增强 中性 比碳酸弱 比碳酸强 能 能 能 能 能 不能 不能 能，不产 生CO2 醇、酚、羧酸中羟基的比较 乙酸＞碳酸＞苯酚＞水＞乙醇 能，且产 生CO2 能 不能 不能 常见羧酸酸性强弱顺序： ＞HCOOH＞ ＞CH3COOH 能与NaHCO3反应生成气体是－COOH的检验方法。 小结 COOH COOH 加物顺序：乙醇→浓硫酸→乙酸 浓硫酸作用催化剂、吸水剂 碎瓷片作用防暴沸 长导管作用冷凝回流 导管末端在饱和Na2CO3溶液上方防倒吸 ①溶解乙醇 ②中和乙酸 ③降低乙酸乙酯的溶解度；利于酯的分层 沸点 乙酸乙酯(77.1) 乙醇(78.3 ℃) 乙酸(118℃) （2）羧酸的酯化反应： 乙酸乙酯的制备及注意事项 现象：①饱和Na2CO3溶液的液面上有透明的油状液体生成 ②能闻到香味 【思考与讨论】乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上掉进 羧基与羟基之间脱去一个水分子。脱水时有以下两种可能的方式，你能设计一个实验方案来证明是哪一种吗？ O ＝ CH3—C —O — H + H—O—C2H5 浓硫酸 Δ O ＝ CH3—C —O — C2H5 ＋H2O O ＝ CH3—C —O — H + H—O—C2H5 浓硫酸 Δ O ＝ CH3—C —O — C2H5 ＋H2O 放射性同位素示踪法： O ＝ CH3—C —O — H + H—18O—C2H5 浓硫酸 Δ O ＝ CH3—C —18O — C2H5 ＋H2O 经示踪法证明，酯化反应时，酸脱羟基醇脱氢。 【思考与讨论】 在制取乙酸乙酯的实验中，如果要提高乙酸乙酯的产率，你认为应当采取哪些措施？请结合化学反应原理的有关知识进行说明。 (1)乙酸乙酯的沸点比乙酸和乙醇的低，加热从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，降低生成物浓度，平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 (2)用浓硫酸将生成的水及时吸走，促使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 (3)使用过量的乙醇，也可以使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 课堂练习3：书写下列化学方程式： ①HCOOH与乙醇反应： O ＝ H—C—OH + H—O—C2H5 浓硫酸 Δ O ＝ H—C—O— C2H5 ＋H2O ②苯甲酸与甲醇反应： COOH + HOCH3 浓硫酸 Δ ＋H2O COOCH3 2.一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇生成链状酯: 浓硫酸 二乙酸乙二酯 1.一元羧酸与一元醇(酚)生成链状酯: 乙二酸二乙酯 CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O 浓硫酸 酯化反应的类型: 拓展延伸 2CH3COOH + + 2H2O CH2OOCCH3 CH2OOCCH3 CH2OH CH2OH 浓硫酸 △ + 2H2O COOCH2CH3 COOCH2CH3 2CH3CH2OH + COOH COOH 浓硫酸 △ (2)分子间形成环状酯: (3)分子间形成聚酯(高分子): 3.二元羧酸与二元醇 (1)分子间形成链状酯: 环乙二酸乙二酯 六元环 4.羟基酸的酯化: （1）分子间形成链状酯 （3）分子间形成环状酯 （4）分子间形成聚酯 （2）分子内形成环状酯 CH2CH2 CH2COOH OH O = O + H2O 浓H2SO4 CH2 - OH CH2 - OH CH - OH + 3HO-NO2 浓硫酸 CH2 - ONO2 CH2 - ONO2 CH - ONO2 + 3H2O C2H5OH + HO-NO2 浓H2SO4 C2H5O-NO2 + H2O 硝酸乙酯 5.无机含氧酸与醇的酯化反应（如 H2SO4、HNO3、H3PO4等） 注意：并不是酸和醇的反应均为酯化反应，如乙醇和氢卤酸反应。 浓H2SO４ △ 浓H2SO４ △ 课堂练习4：写出下列酯化反应的方程式 （4）氨代反应：与NH3反应(加热条件下生成酰胺，羟基被—NH2取代)： RCOOH＋NH3 RCONH2＋H2O。 △ （3）α­H的取代反应 RCH2COOH＋Cl2 RCHCOOH＋HCl △ 催化剂 Cl | 酰胺 控制反应中卤素的用量，可分别得到一元或多元卤代羧酸，用卤代羧酸可以制氨基酸、羟基酸等。 （5）还原反应： RCOOH RCH2OH LiAlH4 注意：羧酸不能通过催化加氢的方法被还原，用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)能将羧酸还原为醇。 应用：在有机合成中可以用该类反应使羧酸转变为醇。 6.羧酸的化学性质 课堂练习5：下列有关常见羧酸的说法正确的是（ ） A.甲酸是一种无色有刺激性气味的气体，易溶于水 B.乙酸的沸点低于丙醇，高于乙醇 C.苯甲酸的酸性比碳酸强，可以和碳酸氢钠反应制取CO2 D.乙二酸具有酸性，因此可以使酸性KMnO4溶液褪色 C 课堂练习7：下列说法正确的是( ) A．乙醇和乙酸均含有－OH基团，所以两者溶于水后溶液显酸性 B．乙醇中羟基的氢原子比水中的氢原子活泼 C．30g乙酸与46g乙醇在一定条件下发生酯化反应，一定能生成44g乙酸乙酯 D．在实验室制备乙酸乙酯时，加入浓硫酸既可以加快反应速率又可以使平衡右移 课堂练习6：有机物CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)COOH的名称是(　　) A．2-甲基-3-乙基丁酸 B．2,3-二甲基戊酸 C．3,4-二甲基戊酸 D．3,4-二甲基丁酸 B D 课堂练习8：苹果酸是一种常见的有机酸,其结构简式为 (1)苹果酸分子中所含官能团的名称是　　　　　　、　　　　　　。  (2)苹果酸不可能发生的反应有　　　　(填序号)。  ①加成反应　②酯化反应　③加聚反应　④氧化反应　⑤消去反应　⑥取代反应 (3)1 mol苹果酸与足量金属钠反应,可产生　　　　 mol H2。  (4)1 mol苹果酸与足量NaHCO3溶液反应,可产生　　　　 mol CO2。  (5)一定条件下,2 mol苹果酸发生反应,生成1 mol含有八元环的化合物和2 mol H2O,写出反应的化学方程式：  羟基　 羧基 ①③ 1.5 2 $$