第3章 第4节 第1课时 羧酸 酯-【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（人教版2019）

第四节　羧酸　羧酸衍生物 第1课时　羧酸　酯 学习目标 素养解读 1.了解羧酸的组成和结构，结合实验和乙酸，认识羧酸的性质。 2．结合相关实验，了解酯的结构及主要性质 1.能从羧基和酯基的成键方式的角度了解羧酸和酯的结构特点和分类，理解它们的化学性质及官能团与反应类型之间的关系，促进证据推理与模型认知核心素养的发展。 2．结合乙酸乙酯的水解反应，发展学生的实验创新能力和科学探究精神 任务一　羧酸 【情境诱思】 由于蚂蚁的唾液为酸性(蚁酸), 被蚂蚁咬了以后，可外涂肥皂水或碳酸氢钠溶液处理。这是什么原因呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：蚁酸具有酸性，可用肥皂或碳酸氢钠溶液中和蚁酸的酸性。 1．概念 由烃基(或氢原子)与羧基(—COOH)相连而构成的有机化合物。 2．分类 (1)根据与羧基相连的烃基的不同，可分为脂肪酸(如甲酸、乙酸)和芳香酸(如苯甲酸)等。 (2)根据羧酸分子中羧基的数目，可分为一元羧酸(如丙酸：CH3CH2COOH)、二元羧酸(如乙二酸：HOOC—COOH)和多元羧酸等。 3．常见的羧酸 项目 甲酸 苯甲酸 乙二酸 结构 简式 HCOOH HOOC—COOH 俗称 蚁酸 安息香酸 草酸 物理 性质 无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 无色晶体、易升华，微溶于水，易溶于乙醇 无色晶体，可溶于水和乙醇 化学 性质 表现羧酸和醛的性质 表现羧酸和苯环的性质 表现羧酸的性质 重要 用途 作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料 合成香料、药物等，其钠盐是常用的食品防腐剂 化学分析中常用的还原剂，重要化工原料 4.物理性质 (1)溶解性：随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，高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 (2)沸点：随分子中碳原子数的增加，一元羧酸的沸点逐渐升高，与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，羧酸沸点较高。 5．化学性质 (1)酸性 羧酸是一类弱酸，具有酸类的共同性质。写出下列化学方程式： ①HCOOH与NaHCO3反应：HCOOH＋NaHCO3===HCOONa＋CO2↑＋H2O。 ②苯甲酸与NaOH反应：＋NaOH―→＋H2O。 ③乙二酸与NaOH反应：。 (2)酯化反应 用同位素示踪法证实羧酸与醇发生酯化反应时，羧酸脱去羧基中的—OH，醇脱去羟基中的氢原子。用含有示踪原子的CH3CH218OH与CH3COOH反应，化学方程式为CH3COOH＋CH3CH218OHCH3CO18OC2H5＋H2O。 【易错辨析】 (1)羧酸都易溶于水。(×) (2)相同条件下，与金属钠反应的速率，乙醇比乙酸慢。(√) (3)用乙酸浸泡水壶中的水垢，可将其清除，则乙酸的酸性大于碳酸的酸性。(√) (4)乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应生成CO2。(√) (5)乙酸酸性较弱，不能使石蕊试液变红。(×) Ⅰ.利用如图所示仪器和药品，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。 问题1：根据实验设计的原理，写出有关反应的化学方程式。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：乙酸与Na2CO3反应，放出CO2气体，说明乙酸的酸性比碳酸强；将产生的CO2气体通入苯酚钠溶液中，生成苯酚，溶液变浑浊，说明碳酸的酸性比苯酚强。 2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O， CH3COOH＋NaHCO3―→CH3COONa＋CO2↑＋H2O， ＋NaHCO3。 问题2：上述装置的连接顺序如何(用字母表示)？饱和NaHCO3溶液的作用是什么？盛装Na2CO3固体和苯酚钠溶液的仪器中分别有什么现象？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：装置连接顺序为A→D、E→B、C→F、G→H、I→J(B、C与H、I可以颠倒，D与E、F与G也可以颠倒)。饱和NaHCO3溶液的作用是除去CO2气体中的CH3COOH蒸气。盛装Na2CO3固体的仪器中有气体生成，盛放苯酚钠溶液的仪器内的溶液变浑浊。 Ⅱ.对酯化反应的认识。 问题3：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。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：酯化反应是可逆反应，根据化学平衡移动原理，提高乙酸乙酯产率的措施有：①使用浓硫酸作吸水剂，使平衡右移；②由于乙酸乙酯的沸点比乙酸、乙醇都低，因此从体系中不断蒸出乙酸乙酯，使平衡右移；③增加乙酸或乙醇的量，使平衡右移。 【要点归纳】 1．醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较(以典型代表物为例) 项目 醇 酚 羧酸 氢原子(—OH) 的活泼性 在水溶液中的电离 极难电离 微弱电离 部分电离 酸碱性 中性 很弱的 酸性 弱酸性 与Na反应 反应放出H2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 与NaHCO3反应 不反应 不反应 反应 放出CO2 与Na2CO3反应 不反应 反应 反应 2.酯化反应的基本类型 (1)生成链状酯 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无机含氧酸与醇形成无机酸酯 (2)生成环状酯 ①二元羧酸与二元醇进行分子间脱水 ②羟基酸分子间脱水 ③羟基酸分子内脱水 【典例分析】 【典例1】 一种活性物质的结构简式为。下列有关该物质的叙述不正确的是(　　) A．该物质能与溴发生加成反应，能使溴的四氯化碳溶液褪色 B．该物质既能与乙醇也能与乙酸发生取代反应 C．1 mol该物质最多能与2 mol H2发生加成反应 D．1 mol该物质最多能与足量Na2CO3反应得22 g CO2 解析：选C。该物质分子中含有不饱和的碳碳双键，能与溴发生加成反应，因而能使溴的四氯化碳溶液褪色，A正确；该物质分子中含有羧基、醇羟基，因此在一定条件下既能与乙醇发生酯化反应，也能与乙酸发生酯化反应，酯化反应属于取代反应，B正确；该物质分子中含有一个碳碳双键和一个羧基，只有碳碳双键能够与H2发生加成反应，而羧基中的羰基具有独特的稳定性，不能与H2发生加成反应，因此1 mol该物质最多能与1 mol H2发生加成反应，C错误；只有羧基具有酸性，能够与Na2CO3发生反应，根据反应转化关系2—COOH～1CO2可知，1 mol该物质与足量Na2CO3反应最多能产生0.5 mol CO2，其质量是22 g，D正确。 【对点练】 1.巴豆酸的结构简式为CH3—CH===CH—COOH，现有①氯化氢　②溴水　③纯碱溶液　④乙醇　⑤酸性高锰酸钾溶液，根据巴豆酸的结构特点，判断在一定条件下，能与巴豆酸反应的物质是(　　) A．只有②④⑤ B．只有①③④ C．只有①②③⑤ D．①②③④⑤ 解析：选D。巴豆酸含有碳碳双键，可以与氯化氢、溴发生加成反应，可以与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，巴豆酸还含有羧基，可以与纯碱溶液发生反应，可以与乙醇发生酯化反应。巴豆酸与五种物质都发生反应。 2．苹果酸(A)是苹果醋中的主要酸性物质。已知：在下列有关苹果酸(A)的转化关系中，B能使溴的四氯化碳溶液褪色。回答下列问题： (1)苹果酸分子中所含官能团的名称是____________________________。 (2)苹果酸不能发生的反应有________(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)B的结构简式：__________________________________________________。 C的结构简式：____________________________________________________。 F的分子式：__________。 (4)写出A→D的化学方程式：________________________________________。 答案：(1)羧基、羟基　(2)①③ (3)HOOC—CH===CH—COOH C8H8O8 (4)+2H2O 任务二　酯 1．组成、结构和命名 2．低级酯的物理性质 低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，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)酸性条件下水解 CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH。 (2)碱性条件下水解 CH3COOC2H5＋NaOHCH3COONa＋C2H5OH。 【易错辨析】 (1)羧酸和酯的通式均可以用CnH2nO2表示。(×) (2)酯的官能团是酯基。(√) (3)可以用NaOH溶液来除去乙酸乙酯中的乙酸。(×) (4)在酸性条件下，CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH。(×) (5)酯化反应和酯的水解反应互为可逆反应。(×) (6)乙酸乙酯和乙酸都能发生取代反应。(√) 实验探究乙酸乙酯的水解： 实验1：酸碱性对酯水解的影响 实验2：温度对酯的水解的影响 问题1：根据实验1和2，填写对应的实验现象和实验结论。 序号 实验现象 1 a试管内酯层厚度基本不变；b试管内酯层厚度减小；c试管内酯层基本消失 2 a(填试管序号，下同)试管内酯层消失的时间比b试管的长 问题2：根据以上实验现象，你能得出什么结论？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：乙酸乙酯在酸性和碱性条件下均可发生水解，在碱性条件下水解更快、更彻底，且温度越高乙酸乙酯的水解速率越大。 问题3：酯的水解反应在稀酸催化下即可发生，说明它的逆反应即酯化反应在该条件下也能进行，而酯化反应却使用浓硫酸，其原因是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：使用浓硫酸的目的是催化的同时吸收生成的水，使平衡最大限度地向生成酯的方向移动，提高酯的产率，故酯化反应中浓硫酸为催化剂、吸水剂。 【要点归纳】 酯化反应与酯的水解反应的比较 项目 酯化反应 酯的水解反应 反应条件 浓硫酸，加热 稀硫酸或NaOH溶液，加热 反应机理 酸脱羟基醇脱氢 断裂酯基中的碳氧单键 反应类型 二者均属于取代反应，酯化反应为可逆反应。酯在酸性条件下的水解不完全，可生成醇和羧酸，为可逆反应；在碱性条件下完全水解，生成醇和羧酸盐，为不可逆反应 【典例分析】 考向1　酯的性质 【典例2】 (2024·浙江温州高二期末)阿司匹林肠溶片的有效成分为乙酰水杨酸()。为检验其官能团，某小组同学进行如下实验。下列说法不正确的是(　　) A．对比①②中实验现象说明乙酰水杨酸中含有羧基 B．对比②③中实验现象说明乙酰水杨酸中含有酯基 C．④中实验现象说明乙酰水杨酸在碱性条件下未发生水解 D．利用红外光谱也可确定乙酰水杨酸中含有羧基和酯基 解析：选C。观察乙酰水杨酸的结构可知，其在水中可能会部分水解为水杨酸和乙酸，②中的现象说明乙酰水杨酸并非遇水就水解，而是水解速率很慢，需要一定的时间，故可以排除水解产物乙酸对①中石蕊变色的影响，而酚羟基不会使石蕊变色，即①中石蕊变色只由乙酰水杨酸中的羧基引起，A正确；②③说明乙酰水杨酸在水中可以水解生成酚，且③中乙酰水杨酸水解速率加快，可以说明乙酰水杨酸中含有酯基，B正确；乙酰水杨酸在碱性溶液中水解生成和CH3COONa，结构中无酚羟基，加入FeCl3溶液不会变为紫色，所以产生红褐色沉淀并不能说明乙酰水杨酸在碱性条件下未发生水解，C错误；红外吸收光谱的特征频率可以鉴别物质中含有哪些官能团，以确定未知化合物的类别，则利用红外光谱也可确定乙酰水杨酸中含有羧基和酯基，D正确。 【对点练】 3.含有氧­18示踪原子的乙酸乙酯(CH3CO18OC2H5)在足量的NaOH溶液中进行水解反应，充分反应后，示踪原子存在于(　　) A．乙醇 B．乙酸 C．乙酸乙酯 D．以上三者都有 解析：选A。CH3CO18OC2H5＋NaOHCH3COONa＋H18OCH2CH3，所以示踪原子存在于乙醇中。 考向2　含酯基的有机物与NaOH溶液反应的分析 【典例3】 某有机物A是农药生产中的一种中间体，其结构简式如图，下列叙述不正确的是(　　) A．有机物A属于芳香族化合物 B．有机物A中含有2种含氧官能团 C．有机物A既可以发生氧化反应又可以发生还原反应 D．1 mol有机物A和足量的NaOH溶液反应，最多可以消耗2 mol NaOH 解析：选D。该化合物含有苯环，因此属于芳香族化合物，A正确；有机物A中含有的含氧官能团有酯基、羟基两种，B正确；有机物A中连有—OH的C原子上有H原子，所以可发生氧化反应，苯环可与氢气加成，即发生还原反应，C正确；在分子中含有的酯基、—Cl及水解生成的酚羟基结构都可以与碱反应，则1 mol A可以与3 mol NaOH反应，D错误。 【点拨】 酯基连在苯环上时()，反应中1 mol 酯基消耗2 mol NaOH。 【对点练】4.某小分子抗癌药物的分子结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．1 mol该有机化合物最多可以和5 mol NaOH反应 B．该有机化合物容易发生加成、取代、中和反应 C.该有机化合物遇FeCl3溶液不变色，但可使酸性KMnO4溶液褪色 D．1 mol该有机化合物与浓溴水反应，最多消耗2 mol Br2 解析：选B。羧基、酯基、酚羟基能与氢氧化钠反应，1 mol该有机化合物最多可以和4 mol NaOH反应，A错误；该有机化合物含有碳碳双键、羟基、羧基、酯基，容易发生加成、取代、中和反应，B正确；该有机化合物含有酚羟基，遇FeCl3溶液变色，C错误；酚羟基邻位、对位与溴发生取代反应，碳碳双键能与溴发生加成反应，1 mol该有机化合物与浓溴水反应，最多消耗3 mol Br2，D错误。 5．中草药秦皮中含有七叶树内酯，其结构简式为，具有抗菌作用。若1 mol七叶树内酯分别与足量浓溴水和足量NaOH溶液完全反应，则消耗Br2的物质的量为_______；消耗NaOH的物质的量为_______。 解析：七叶树内酯与足量浓溴水反应时，酚羟基碳原子邻位碳上的氢原子能被溴原子取代，碳碳双键能与Br2发生加成反应，则1 mol七叶树内酯共消耗Br2的物质的量为3 mol；七叶树内酯分子中的—OH、—COOR都能与NaOH发生反应，且酯基氧连在苯环上，则1 mol七叶树内酯共消耗NaOH的物质的量为4 mol。 答案：3 mol　4 mol 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列有关酯类的说法不正确的是(　　) A．陈年老酒中含有部分酯类 B．乙酸和甲醇发生酯化反应生成甲酸乙酯 C．酯化反应的逆反应是酯的水解反应 D．果类和花草中存在着芳香气味的低级酯 解析：选B。陈年老酒中乙醇被氧化生成乙酸，进而形成乙酸乙酯，A正确；乙酸和甲醇反应生成乙酸甲酯，B错误；酯化反应和酯的酸性水解反应互为可逆反应，C正确；果类和花草中有低级酯，具有香味，D正确。 2．分支酸是一种重要的生物化学中间体，位于不同类别有机物生物合成途径的分支点。其结构简式如图。下列关于分支酸的叙述正确的是(　　) A．分子中含有3种官能团 B．可分别与乙醇、乙酸反应，且反应类型相同 C．1 mol该物质最多与3 mol NaOH发生中和反应 D．和等物质的量的Br2发生加成反应的产物只有1种 解析：选B。分子中含—COOH、—OH、碳碳双键、醚键，共4种官能团，A错误；含—COOH，能与乙醇发生酯化反应，含—OH，能与乙酸发生酯化反应，B正确；在该结构中，只有—COOH能与NaOH反应，1 mol分支酸含2 mol—COOH，则最多可与2 mol NaOH发生中和反应，C错误；该分子中因含有碳碳双键而能与Br2发生加成反应，由于三个碳碳双键不同，等物质的量的分支酸和Br2发生加成反应的产物不只有1种，D错误。 3．正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)和乙酸在浓硫酸作用下，通过酯化反应制得乙酸正丁酯，反应温度为115～125 ℃，反应装置如图，下列对该实验的描述错误的是(　　) A．不能用水浴加热 B．长玻璃管起冷凝回流作用 C．正丁醇和乙酸至少有一种能消耗完 D．若加入过量乙酸可以提高醇的转化率 解析：选C。因为需要的反应温度为115～125 ℃，而水浴加热适合反应温度低于100 ℃的反应，A正确；有易挥发的液体反应物时，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置，使该物质通过冷凝后由气态恢复为液态，从而回流并收集，实验室可通过在发生装置中安装长玻璃管或冷凝管等实现，B正确；该反应为酯化反应，属于可逆反应，反应物不能消耗完，C错误；酯化反应为可逆反应，增加乙酸的量，可使平衡向生成酯的方向移动，从而提高醇的转化率，D正确。 4．(2024·湖北武汉高二期末)中药透骨草中含有一种抗氧化活性成分X(C19H16O6，Mr＝340)，结构如下。下列对该有机物的说法正确的是(　　) A．经质谱测定，最大质荷比为338 B．1 mol X与足量H2反应，最多可消耗10 mol H2 C．1 mol X与足量NaOH溶液反应，最多可消耗5 mol NaOH D．可以发生氧化、取代、加成和消去反应 解析：选C。最大质荷比等于相对分子质量，故最大质荷比为340，A错误；H2可以与该有机物中的苯环、碳碳双键发生加成反应，故1 mol X与足量H2反应，最多可消耗8 mol H2，B错误；1 mol该有机物有2 mol酚羟基，2 mol酯基，水解后产物又产生1 mol酚羟基，与足量NaOH溶液反应，最多可消耗5 mol NaOH，C正确；有机物含酚羟基、酯基、碳碳双键，可以发生氧化、取代、加成反应，不能发生消去反应，D错误。 5．乙酸脱水可以形成乙酸酐。早在1853年，弗雷德里克·热拉尔就用乙酸酐与水杨酸合成了乙酰水杨酸(阿司匹林)。 (1)水杨酸中的含氧官能团为________(填字母)。 A．酚羟基 B．醇羟基 C．酯基 D．羧基 (2)阿司匹林可看成酯类物质，则1 mol阿司匹林与足量NaOH溶液完全反应需要NaOH________(填字母)mol。 A．1 B．1.5 C．2 D．3 (2) 写出水杨酸与碳酸氢钠反应的化学方程式： __________________________________________________________________。 (4)阿司匹林药品需要保存在干燥处，受潮的药品易变质不宜服用，请从有机物结构的角度分析阿司匹林易变质的原因： _________________________________________________________________； 检验受潮药片是否变质的试剂是_______________。 答案：(1)AD (2)D (3)＋NaHCO3―→＋H2O＋CO2↑ (4)阿司匹林分子中含有酯基，受潮时易发生水解反应　FeCl3溶液(或溴水) 学科网（北京）股份有限公司 $$