18 专题4 第二单元 第2课时 羧酸的性质及应用-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（苏教版2019）

第2课时　羧酸的性质及应用 [素养发展目标]　1．认识羧酸、酯的组成和结构特点、性质、转化关系。2．能够列举羧酸、酯的典型代表物的主要物理性质及其在生产、生活中的重要应用。3．结合乙酸乙酯水解反应的原理，能推理出羧酸酯化反应、酯类物质水解反应后的产物。 一、羧酸的结构与分类 1．羧酸的组成与结构 (1)概念：由烃基(或氢原子)和羧基相连的化合物。 (2)一元羧酸的通式：R—COOH，官能团—COOH。 (3)表示方法(以乙酸为例) 分子式为C2H4O2，结构式为，结构简式为CH3COOH。 2．羧酸的分类 (1)按与羧基连接的烃基的结构分类 (2)按分子中羧基的数目分类 【即学即练】 1．下列物质中，属于饱和一元脂肪酸的是(　　) A．乙二酸　　　　　 B．苯甲酸 C．硬脂酸 D．石炭酸 C　[乙二酸为二元脂肪酸，分子中含有两个羧基；苯甲酸中含苯环，不属于饱和一元脂肪酸；硬脂酸(C17H35COOH)分子中含有烷基和一个羧基，属于饱和一元脂肪酸；石炭酸为苯酚，属于酚类，不属于羧酸。] 二、羧酸的化学性质 1．羧酸的通性 羧酸的化学性质与乙酸相似，主要取决于官能团羧基。 (1)由于—COOH能电离出H＋，使羧酸具有弱酸性。羧酸具有酸的通性。 RCOOHRCOO－＋H＋。 羧酸可与氢氧化物作用，生成羧酸盐。 RCOOH＋NaOH―→RCOONa＋H2O。 羧酸的酸性比碳酸强，可与碳酸钠或碳酸氢钠作用生成羧酸钠。 2RCOOH＋Na2CO3―→2RCOONa＋CO2↑＋H2O。 RCOOH＋NaHCO3―→RCOONa＋CO2↑＋H2O。 酚不溶于碳酸氢钠溶液，可以利用上述反应区分羧酸和酚。羧酸的酸性一般比无机酸弱，当向羧酸盐中加入无机酸后，羧酸又可游离出来。 (2)羧酸与醇发生酯化反应时，一般情况下，羧酸脱去羟基，醇脱去氢。 如：RCOOH＋R′—OHRCOOR′＋H2O。 2．乙酸的酯化反应 (1)制备实验 实验操作 实验现象 饱和碳酸钠溶液的液面上有无色透明的不溶于水的油状液体产生，可闻到香味 学生用书第78页 (2)机理分析 若用18O标记乙醇，反应方程式为 。 3．缩聚反应 (1)二元羧酸与二元醇的缩聚反应 (2n－1)H2O。 (2)羟基酸的自身缩聚反应： 。 【即学即练】 2．分别与 CH3CH2OH反应，生成酯的相对分子质量大小关系是(　　) A．前者大于后者　　　 B．前者小于后者 C．前者等于后者 D．无法确定 C　[酯化反应原理，有机酸脱羟基，醇脱羟基氢，所以两者反应的化学方程式为： 三、常见的羧酸 1．几种常见羧酸比较 甲酸 苯甲酸 乙二酸 俗名 蚁酸 安息香酸 草酸 结构简式 HCOOH 色、态、味 无色液体、刺激性气味 白色针状晶体、易升华 无色透明晶体 溶解性 易溶于水、乙醇 微溶于水、易溶于有机溶剂 能溶于水、乙醇 2．甲酸的结构特点与化学性质 (1)羧基的性质 试剂 化学方程式 NaOH 与NaOH反应生成HCOONa，化学方程式为HCOOH＋NaOH―→HCOONa＋H2O 乙醇 与乙醇发生酯化反应，化学方程式为HCOOH＋CH3CH2OH HCOOC2H5＋H2O (2)醛基的性质 甲酸能发生银镜反应，也能与新制的Cu(OH)2反应： HCOOH＋2Ag(NH3)2OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHCu2O↓＋4H2O＋Na2CO3 注意：甲酸与新制的Cu(OH)2混合，若加热二者发生氧化反应，若不加热二者发生酸碱中和。 【即学即练】 3．乙二酸又称草酸，通常在空气中易被氧化而变质，但H2C2O4·2H2O能在空气中稳定存在。在分析化学中常用H2C2O4·2H2O作还原剂定量测定KMnO4的含量。下列关于H2C2O4的说法正确的是(　　) A．草酸是二元弱酸，其电离方程式为H2C2O42H＋＋C2O B．草酸溶液滴定KMnO4属于中和滴定，可用石蕊作指示剂 C．乙二酸可由乙烯经加成反应、水解反应、氧化反应制得 D．乙二酸既不溶于水也不溶于乙醇 C　[A．多元弱酸的电离是分步进行的，草酸的电离方程式为H2C2O4H＋＋HC2O、HC2OH＋＋C2O，A错误；草酸溶液滴定KMnO4属于氧化还原滴定，且不需要指示剂，B错误；乙烯和氯气加成生成1，2－二氯乙烷，1，2－二氯乙烷水解生成乙二醇，乙二醇催化氧化为乙二醛，乙二醛发生氧化反应生成乙二酸，C正确；乙二酸可溶于水和乙醇，D错误。故选C。] 学生用书第79页 四、酯的结构与性质 1．组成与结构 2．酯的物理性质 (1)气味、状态：低级酯是具有芳香气味的液体。 (2)密度：比水小。 (3)溶解性：难溶于水，易溶于有机溶剂。 3．化学性质——水解反应(以乙酸乙酯为例) (1)性质实验 实验操作 续表 实验现象 A试管较长时间内酯层厚度基本不变，乙酸乙酯气味很浓；B试管酯层厚度减小，略有乙酸乙酯的气味；C试管酯层基本消失，无乙酸乙酯的气味 实验结论 乙酸乙酯在中性条件下基本不水解；酸性条件下大部分水解；碱性条件下全部水解 (2)酯水解反应的方程式 ①酸性条件下水解 RCOOR′＋H2ORCOOH＋R′OH。 ②碱性条件下水解 RCOOR′＋NaOHRCOONa＋R′OH。 【即学即练】 4．下列有关酯的说法错误的是(　　) A．密度一般比水小 B．官能团是酯基且分子中只有一个酯基 C．低级酯多有香味 D．难溶于水 答案：　B 一、羧酸的结构与性质 分别取下列一定量(1 mol)的有机物和足量Na、NaOH、NaHCO3反应。 1．消耗Na的物质的量分别是多少？ 提示：2 mol、2 mol、1 mol、3 mol、 2 mol、3 mol。 2．消耗NaOH的物质的量分别是多少？ 提示：1 mol、2 mol、1 mol、2 mol、0 mol、2 mol。 3．消耗NaHCO3的物质的量分别是多少？ 提示：1 mol、2 mol、1 mol、2 mol、0 mol、1 mol。 学生用书第80页 醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较 名称 乙醇 苯酚 乙酸 结构简式 CH3CH2OH CH3COOH 羟基氢原子的活泼性 不能电离 能电离 能电离 酸碱性 中性 极弱酸性 弱酸性 与Na反应 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 与Na2CO3反应 不反应 反应 反应 与NaHCO3反应 不反应 不反应 反应 由上表可知，常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOH>H2CO3> >HCO>ROH。运用上述实验现象的不同，可判断有机物分子结构中含有的羟基类型。 1．乙酸、水和乙醇的分子结构如下所示，三者结构中的相同点是都含有羟基，下列说法错误的是(　　) 乙醇：CH3—CH2—OH A．羟基的极性：乙酸>水>乙醇 B．与金属钠反应的强烈程度：水>乙醇 C．羟基连接不同的基团可影响羟基的活性 D．羟基极性不同的原因是羟基中的共价键类型不同 D　[电离出氢离子的能力：乙酸＞水＞乙醇，则羟基的极性：乙酸＞水＞乙醇，故A正确；钠与水反应比与乙醇反应剧烈，则与金属钠反应的强烈程度：水＞乙醇，故B正确；基团之间相互影响，则羟基连接不同的基团可影响羟基的活性，故C正确；羟基中共价键相同，羟基极性不同的原因是羟基连接的基团不同，故D错误；故选D。] 2．(2022·佳木斯一中下学期第二次月考)中草药陈皮 中含有具有抗菌作用的分子，1 mol该物质与浓溴水作用和与足量的NaOH溶液反应，分别消耗的物质的量为(　　) A．2 mol，2 mol　　　　 B．3 mol，4 mol C．3 mol，3 mol D．2 mol，4 mol B　[该有机物中含有酚羟基，邻位的2个H原子可发生取代反应，含有C===C，可与溴发生加成反应，则1 mol陈皮跟浓溴水反应消耗3 mol溴；酚羟基具有酸性，可与NaOH反应，酯基水解生成酚羟基和羧基，则与NaOH反应，酚羟基具有酸性，可与NaOH反应，则1 mol陈皮消耗4 mol NaOH，故选B。] 3．某有机物的结构是，关于它的性质的描述正确的是(　　) ①能发生加成反应　②能溶解于NaOH溶液中　③能水解生成两种酸　④不能使溴的四氯化碳溶液褪色　⑤能发生酯化反应　⑥有酸性 A．①②③ B．②③⑤ C．仅⑥ D．全部正确 D　[题给有机物含有①酯基；②苯环；③羧基。因而有酸性，能发生加成反应、中和反应、水解反应、酯化反应，但不能使溴的四氯化碳溶液褪色。] 学生用书第81页 二、酯化反应探究 某课外活动小组的同学在实验室用如下装置制取乙酸乙酯。其主要步骤如下： ①在30 mL的大试管A中按体积比2∶3∶2的比例配制浓硫酸、乙醇和乙酸的混合溶液。 ②按如图连接好装置(装置气密性良好)，用小火均匀地加热装有混合溶液的大试管5～10 min。 ③待试管B收集到一定量产物后停止加热，撤出试管B并用力振荡，然后静置待分层。 ④分离出乙酸乙酯、洗涤、干燥。 已知下列数据： 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·cm－3) 乙醇 －117．3 78．5 0．79 乙酸 16．6 117．9 1．05 续表 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·cm－3) 乙酸乙酯 －83．6 77．5 0．90 浓硫酸(98%) — 338．0 1．84 1．配制该混合溶液时，应如何加入这三种物质？该实验中，浓硫酸的作用是什么？ 提示：为防止酸液飞溅，应将密度大的液体加入密度小的液体中，乙酸易挥发，冷却后再加入乙酸，三种物质的加入顺序：乙醇、浓硫酸、乙酸。浓硫酸起到催化剂和吸水剂的作用。 2．上述实验中饱和碳酸钠溶液的作用是什么？ 提示：由于乙醇、乙酸易挥发，蒸出的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸；乙醇易溶于水，能被饱和碳酸钠溶液吸收，乙酸具有酸性，能与饱和碳酸钠溶液反应生成乙酸钠，降低乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度，有利于分层析出。 3．步骤②中需要小火均匀加热操作，说出其主要理由。 提示：反应物乙醇、乙酸的沸点较低，若用大火加热，反应物大量随产物蒸发而损失；温度过高还可能发生其他副反应。 4．能否用碱石灰做步骤④的干燥剂？ 提示：干燥乙酸乙酯不能选择碱石灰，以防止乙酸乙酯在碱性条件下水解。 酯化反应的基本类型 (1)一元醇与一元羧酸之间的酯化反应。 CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O (2)二元羧酸与一元醇之间的酯化反应。HOOC—COOH＋2C2H5OHC2H5OOC—COOC2H5＋2H2O (3)一元羧酸与二元醇之间的酯化反应。 2CH3COOH＋HOCH2CH2OHCH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O (4)二元羧酸与二元醇之间的酯化反应。 此时反应有三种情况： ①HOOC—COOH＋HOCH2—CH2OHHOOCCOOCH2CH2OH＋H2O ②＋2H2O 学生用书第82页 ③nHO—CH2—CH2—OH＋nHOOC—COOH＋ (2n－1)H2O (5)羟基酸的自身酯化反应。 此时反应有三种情况[以乳酸()为例]： 1．在乙酸乙酯、乙醇、乙酸水溶液共存的化学平衡体系中加入含重氢的水，经过足够长的时间后，可以发现，除了水外，体系中含有重氢的化合物是(　　) A．只有乙醇 B．只有乙酸 C．乙酸乙酯、乙醇、乙酸 D．只有乙醇和乙酸 D　[酯化反应的原理：酸去羟基，醇去氢；而酯化反应为可逆反应，酯化反应生成的H—OH中的羟基来自羧酸、氢原子来自醇，向体系中加入含重氢的水，经过足够长的时间后，重水中的—OD进入了羧酸，D原子进入乙醇，所以最终含有重氢的化合物是乙酸和乙醇，故选D。] 2．(2022·镇江市下学期开学考试)实验室制备乙酸乙酯，下列实验原理或装置不能达到实验目的的是(　　) A．装置甲中水浴加热可使反应物受热均匀，并减少反应物挥发 B．装置乙中使用长导管有利于生成物冷凝 C．装置丙中采用NaOH溶液除去产物中的乙酸和乙醇 D．用装置丁可分离出丙装置中的乙酸乙酯 C　[使用水浴加热可使反应物受热均匀，同时减少反应物乙酸、乙醇的挥发，A正确；导管外温度低于导管内蒸汽温度，使用长导管有利于生成物冷凝，B正确；乙酸乙酯能和NaOH溶液反应，不能用NaOH溶液除去产物中的乙酸和乙醇，C错误；乙酸乙酯难溶于水，可用分液的方法分离水层和乙酸乙酯，D正确；选C。] 1． (2023·汕头市潮阳区期末)白芷酸是一种人工合成的有机酸，其结构简式如图所示，下列有关该有机物的说法不正确的是(　　) A．分子式为C5H8O2 B．能发生酯化反应、加聚反应 C．1 mol白芷酸最多能与2 mol H2发生反应 D．能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C　[根据结构式可知分子式为C5H8O2，故A正确；含羧基，可以发生酯化反应，含有碳碳双键，可以发生加聚反应， B正确；1个白芷酸分子中含有1个碳碳双键，1 mol白芷酸最多能与1 mol H2发生加成反应，C错误；含有碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，D正确；答案选C。] 2．(2023·宁夏吴忠中学高二期末)将CH3CHO (易溶于水，沸点为20．8 ℃的易挥发性液体)和CH3COOH分离的最佳方法(　　) 学生用书第83页 A．加热蒸馏 B．加入Na2CO3后，通过萃取的方法分离 C．加入烧碱溶液之后蒸出乙醛，再加入硫酸，蒸出乙酸 D．和Na反应后进行分离 C　[乙酸易挥发，直接蒸馏得不到纯净物，A不符合题意；乙酸与碳酸钠反应后，与乙醛混溶，不能萃取分离，B不符合题意；先加入烧碱溶液，乙酸与NaOH反应生成的乙酸钠可增大与乙醛的沸点差异，蒸馏时先蒸出乙醛，再加入H2SO4，使乙酸钠与其反应再生成乙酸，然后蒸出乙酸，C符合题意；乙酸与Na反应生成乙酸钠，分离混合物应再使乙酸钠转化为乙酸，D不符合题意；综上所述答案为C。] 3．(2022·石家庄市第二中学上学期期末)阿司匹林又名乙酰水杨酸(结构如图)，下列说法错误的是(　　) A．阿司匹林分子中所有碳原子可能共平面 B．阿司匹林的一种同分异构体能以1∶2的比例与NaHCO3溶液反应 C．阿司匹林能与乙醇发生酯化反应 D．1 mol阿司匹林能与5 mol H2发生加成反应 D　[苯环，羧基，酯基各自确定一个平面，通过旋转相互连接的单键，使之在一个平面上，甲基上的碳，也可以通过旋转单键，从而所有的碳在同一个平面内，A正确；根据阿司匹林的结构简式可知其同分异构体中可以有两个羧基，则此时能以1∶2的比例与NaHCO3溶液反应，B正确；阿司匹林中含有羧基，可以和乙醇发生酯化反应，C正确；阿司匹林中含有苯环，可以和氢气加成，其中的碳氧双键不能和氢气加成，故1 mol阿司匹林能与3 mol H2发生加成反应，D错误；故选D。] 4．柠檬酸苯甲酯的结构简式如图所示。下列有关该物质的叙述正确的是(　　) A．既是柠檬酸的同系物，也是苯甲醇的同系物 B．能发生加成反应，不能发生取代反应 C．1 mol该物质与碳酸氢钠反应得44 g CO2 D．苯环上的二氯代物有6种 D　[柠檬酸不含酯基，苯甲醇也不含酯基，结构不相似，不是同系物，A错误；含有苯环，可以发生加成反应，含有酯基、羧基、羟基，可以水解、酯化，水解、酯化均属于取代反应，B错误；羧基可以和碳酸氢钠反应生成CO2，1 mol该物质含有2 mol羧基，可最多与碳酸氢钠反应生成2 mol CO2，质量为88 g，C错误；采用“定一移一”法判断，苯环上有如图(2＋4)＝6种二氯代物、(数字表示另一个氯原子可能的位置)，D正确；综上所述答案为D。] 5．化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖类代谢的中间体，可由马铃薯、玉米等发酵制得。A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的作用下发生氧化反应，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸作用下，A可发生如图所示的反应： 请回答下列问题： (1)化合物A、B、D的结构简式________________、________________、________________。 (2)写出下列化学方程式并标明反应类型： A→E____________________________________________________________________， ________________反应； A→F________________________________________________________________， ________________反应。 解析：　 E能使溴水褪色，说明其分子结构中含碳碳双键；F为六元环状化合物，结合F的分子式可知，F是由2分子乳酸发生酯化反应生成的。 答案：　(1)CH3CH(OH)COOH　CH3CH(OH)COOCH2CH3　CH3COOCH(CH3)COOH　(2)CH3CHOHCOOHCH2===CHCOOH＋H2O　消去 学科网（北京）股份有限公司 $$