第3章 第4节 第1课时 羧酸（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修第三册（人教版2024）

第四节　羧酸　羧酸衍生物 第1课时　羧　酸 [学习目标] 1.熟悉羧酸的定义及分类；了解常见羧酸的性质。（宏观辨识与微观探析） 2.实验探究乙酸、碳酸、苯酚的酸性强弱，了解同位素示踪法在酯化反应机理分析中的应用。（科学探究与创新意识） （见学生用书P63） 知识点1　羧酸 1.概念：由烃基（或氢原子）与①　羧基　（—COOH）相连构成的有机化合物。 2.分类 ①根据与羧基相连的烃基的不同 ②根据羧酸分子中羧基的数目 羧酸 3.常见的羧酸 甲酸 苯甲酸 乙二酸 结构简式 HOOC—COOH 俗称 ⑤　蚁酸　 安息香酸 ⑥　草酸　 物理性质 无色、有⑦　刺激性气味　的液体，有⑧　腐蚀　性，能与水、乙醇等互溶 无色晶体、易⑨　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，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 知识点2　羧酸的重要性质 1.物理性质 （1）水溶性：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⑩　减小　。 （2）沸点：随着分子中碳原子数的增加，一元羧酸沸点逐渐⑪　升高　。羧酸与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，沸点较高，这是因为羧酸分子间含有⑫　氢键　。 （3）状态：甲酸、乙酸等低级羧酸是液体，高级脂肪酸是蜡状固体。 2.化学性质 羧酸的化学性质主要取决于羧基官能团。由于受氧原子电负性较大等因素的影响，当羧酸发生化学反应时，羧基结构中下面两个部位的化学键容易断裂： （1）O—H键断裂：—COOH解离出H＋表现出酸性。如 2RCOOH＋Na2CO3⑬　2RCOONa＋CO2↑＋H2O　。 （2）C—O键断裂：—OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。 羧酸与醇在酸催化下可以发生酯化反应，如乙酸与乙醇的反应：⑭　CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O　。 利用同位素示踪法，证实乙酸与乙醇的反应原理是乙酸脱去⑮　羧基的羟基　，乙醇脱去⑯　羟基的氢原子　。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）乙酸、乙醇分子间都易形成氢键。（　√　） （2）乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应生成CO2。（　√　） （3）向苯酚和醋酸中滴加少量紫色石蕊溶液，溶液都变为红色。（　×　） （4）1 mol C2H5OH和1 mol CH3COOH在浓硫酸作用下加热可以完全反应生成1 mol CH3COOC2H5。（　×　） （5）乙酸分子中含有碳氧双键，一定条件下乙酸能与氢气发生加成反应。（　×　） （6）在乙酸和乙醇发生酯化反应的实验中，使用浓硫酸可提高乙酸乙酯的产率。（　√　） （7）在酸性条件下，CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH。（　×　） 1.羟基的活泼性：乙酸＞碳酸＞水＞乙醇。 2.乙酸和乙醇发生的酯化反应中，提高乙酸乙酯产率的措施主要有： （1）乙酸乙酯沸点比乙酸、乙醇低，通过加热不断蒸出乙酸乙酯； （2）用长导管导气，使挥发的乙醇和乙酸充分冷凝回流，提高利用率； （3）使用浓硫酸，其吸水使平衡右移，增大反应进行的程度。 （见学生用书P65） 探究点1　实验探究羧酸的酸性 （1）利用下图所示仪器和药品，你能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吗？ 注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔 （2）实验设计中饱和NaHCO3溶液的作用是什么？ （3）简述实验现象及结论。 答案　略。 1.实验证明甲酸具有酸性 实验内容 实验现象 结论 方案一：配制0.01 mol·L－1的甲酸溶液，取适量置于试管中，滴加几滴石蕊溶液 溶液变　红　色 甲酸具 有酸性 且为 弱酸 方案二：测定0.01 mol·L－1甲酸溶液的pH pH 　＞　 2 方案三：配制甲酸溶液，取适量置于试管中，加入少量锌粒 有无色气体产生，收集并检验，气体为氢气 方案四：取适量配制好的甲酸溶液，逐滴加入含有酚酞的氢氧化钠溶液中 溶液　红　色逐渐变浅至消失 方案五：取适量配制好的甲酸溶液，逐滴加入碳酸氢钠溶液中 有无色气体产生，收集并检验，气体为CO2 …… …… …… 写出方案三、四、五所发生反应的化学方程式： 　Zn＋2HCOOH（HCOO）2Zn＋H2↑　 　NaOH＋HCOOHHCOONa＋H2O　 　NaHCO3＋HCOOHH3COONa＋H2O＋　CO2↑　 2.实验探究乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱 实验装置 连接仪器：A接D 、E接B 、C接F 、G接H 、I接J，组成如下装置： 实验现象 甲中：　固体溶解，有气泡产生　；丙中：　溶液变浑浊　 化学方程式 甲中：　Na2CO3＋2CH3COOH2CH3COONa＋H2O＋CO2↑　 乙中：　NaHCO3＋CH3COOHCH3COONa＋H2O＋CO2↑　 丙中：　＋H2O＋CO2＋NaHCO3　 实验结论 根据强酸制弱酸的规律可知：乙酸＞碳酸＞苯酚 1.饱和碳酸氢钠溶液的作用：除去CO2中混有的醋酸蒸气，防止干扰碳酸与苯酚酸性的比较。 2.含羟基物质的活泼性比较 醇 酚 碳酸 羧酸 羟基氢原 子活泼性 水溶液中 电离程度 极难电离 微弱电离 部分电离 部分电离 酸碱性 中性 很弱的酸性 弱酸性 弱酸性 与Na反应 放出H2 放出H2 放出H2 放出H2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 反应 与NaHCO3反应 不反应 不反应 不反应 反应放 出CO2 【例题1】咖啡酸存在于野胡萝卜、荞麦等草药中，具有止血等作用，其结构简式如图所示。下列关于咖啡酸的说法不正确的是（　　） A.咖啡酸可以发生还原、取代、加聚等反应 B.咖啡酸与FeCl3溶液可以发生显色反应 C.1 mol咖啡酸可以与4 mol H2发生加成反应 D.1 mol咖啡酸与足量NaHCO3溶液反应，最多能消耗3 mol NaHCO3 思维导引：解答有关已知结构简式的有机物性质的思维流程如下： 答案　D 解析　咖啡酸含有碳碳双键，可发生还原、加聚反应，含有羧基和苯环，可发生取代反应；咖啡酸中含有酚羟基，可与FeCl3溶液发生显色反应；一个咖啡酸分子含1个苯环和1个碳碳双键，1 mol咖啡酸最多可与4 mol H2发生加成反应；咖啡酸的官能团中能与 NaHCO3反应的只有羧基，故 1 mol咖啡酸最多可与1 mol NaHCO3发生反应。 【变式1】苹果酸的结构简式为，下列说法正确的是（　　） A.苹果酸中能发生酯化反应的官能团有2种 B.1 mol苹果酸可与3 mol NaOH发生中和反应 C.1 mol苹果酸与足量金属Na反应生成1 mol H2 D.与苹果酸互为同分异构体 答案　A 解析　由苹果酸的结构简式可知，含有羟基和羧基两种官能团，两者都能发生酯化反应，A项正确；苹果酸中只有羧基能和NaOH反应，故1 mol苹果酸只能与2 mol NaOH发生中和反应，B项错误；羧基和羟基都能与Na反应放出H2，故1 mol苹果酸能与3 mol Na反应生成1.5 mol H2，C项错误；与题干中的结构简式表示的是同一种物质，D项错误。 探究点2　酯化反应 2.发生酯化反应时，羧酸和醇都发生了怎样的变化呢？用什么方法可以证明这个反应过程呢？ 酸脱羟基醇脱氢，用18O示踪原子法可以证明。 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＋2C2H5OH C2H5OOC—COOC2H5＋2H2O （3）一元羧酸与二元醇之间的酯化反应 2CH3COOH＋HOCH2CH2OH CH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O （4）无机含氧酸与醇形成无机酸酯 ＋3HO—NO2＋3H2O 2.生成环状酯 （1）二元羧酸与二元醇分子间脱水形成环酯 （2）羟基酸分子间脱水形成环酯 （3）羟基酸分子内脱水形成环酯 【例题2】化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如下图所示的反应： （1）写出化合物A、B、D的结构简式：　　　　　　、　　　　　　　　　、　　　　　　　　　。 （2）写出下列反应的化学方程式并指出反应类型： AE：　　　　　　　　　　　，　　　　　　　　　　　　。 AF：　　　　　　　　　　　，　　　　　　　　　　　　。 思维导引：解答本题的思维流程如下： （1）根据A的分子式及框图转化关系推知A中含羟基和羧基； （2）依据A的氧化产物不能发生银镜反应推知A中羟基不在链端； （3）按要求规范书写答案　。 解析　A在浓硫酸作用下脱水可生成不饱和的化合物E，说明A分子中含有—OH；A也能脱水形成六元环状化合物F，说明分子中还有—COOH，A的氧化产物不能发生银镜反应，说明分子中不含—CHO，其结构简式为。可推出B为，D为。 答案　（1） （2）CH3CH（OH）COOHCH2CHCOOH＋H2O 消去反应 2CH3CH（OH）COOH＋2H2O 取代反应（或酯化反应） 【变式2】分子式为C4H8O3的有机物，一定条件下具有如下性质： ①在浓硫酸存在的情况下，能分别与CH3CH2OH或CH3COOH反应 ②在浓硫酸存在的情况下，能脱水生成一种能使溴水褪色的物质，该物质只存在一种结构形式 ③在浓硫酸存在的情况下，能生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物 则C4H8O3的结构简式为（　　） A.HOCH2COOCH2CH3 B.CH3CHOHCH2COOH C.HOCH2CH2CH2COOH D.CH3CH2CH（OH）COOH 答案　C 解析　据①知，其分子结构中含有—COOH和—OH，A项不合题意；据②知，其发生消去反应的产物只有一种，而B项物质发生消去反应的产物有两种：CH2CHCH2COOH和CH3CHCHCOOH，不合题意；据③知，其生成的环状化合物为五元环状化合物，D项物质在浓硫酸存在下，发生反应生成，并非五元环，不合题意；只有C项符合各条件要求。 （见学生用书P68） 1.（羧酸）下列物质中，不属于羧酸类有机物的是（　　） A.乙二酸 B.苯甲酸 C.硬脂酸 D.石炭酸 答案　D 解析　要确定有机物是否为羧酸，关键看有机物中是否含有羧基。石炭酸即苯酚，属于酚类。 2.（羧酸的性质）中国航天员在“天宫课堂”演示了如下实验：将泡腾片（主要成分是碳酸氢钠和柠檬酸，其中柠檬酸的结构如图所示）放入水球中，得到气泡球。下列说法不正确的是（　　） 柠檬酸 A.柠檬酸分子中含有两种官能团 B.1 mol 柠檬酸能与3 mol NaOH反应 C.固体碳酸氢钠、柠檬酸放入水中会发生电离 D.得到气泡球的反应：2H＋＋CCO2↑＋H2O 答案　D 解析　柠檬酸分子中含有羧基和羟基两种官能团，A项正确；1 mol 柠檬酸分子中含有3 mol －COOH，B项正确；固体碳酸氢钠为可溶性盐、柠檬酸为弱酸，放入水中会发生电离，C项正确；柠檬酸为弱酸不能拆，不能用H＋表示，碳酸氢钠电离出的阴离子为HC，D项错误。 3.（综合应用）某同学在学习了乙酸的性质后，根据甲酸的结构简式对甲酸的化学性质进行了下列推断，其中不正确的是（　　） A.能与碳酸钠溶液反应 B.能发生银镜反应 C.不能使酸性KMnO4溶液褪色 D.能与单质镁反应 答案　C 解析　甲酸分子中含有醛基和羧基两种官能团，具有醛与羧酸的双重性质。 4.（酯化反应）使1 mol乙醇（其中的氧用18O标记）在浓硫酸存在并加热的条件下与1 mol乙酸充分反应，下列叙述不正确的是（　　） A.生成的乙酸乙酯中含有18O B.生成的水中不含18O C.生成90 g乙酸乙酯 D.不能生成90 g乙酸乙酯 答案　C 解析　酯化反应的实质是“酸脱羟基醇脱氢”，则可写出反应H2O＋，所以生成的乙酸乙酯中含有18O，水中不含18O；根据酯化反应的化学方程式可知，1 mol乙醇和1 mol乙酸反应理论上可生成1 mol乙酸乙酯，即90 g乙酸乙酯，但由于酯化反应是可逆反应，不能进行彻底，因此实际上不能得到90 g乙酸乙酯。 5.（综合应用）PMMA常被用作光盘的支持基片，PMMA的单体A（C5H8O2）不溶于水，可以发生如图所示的变化： 已知：E能发生银镜反应，F与NaHCO3溶液反应能产生气体，G的一氯取代产物H有两种不同的结构。 请完成下列问题： （1）F分子中含有的官能团的名称是　　　　　　　　。 （2）由F转化成G的反应类型属于　　　　（填序号）。 ①氧化反应　②还原反应　③加成反应 ④取代反应 （3）由B与D反应生成E的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 （4）由A发生加聚反应可得PMMA，该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　。 解析　本题是有机框图推断题，本题的突破口是A在稀硫酸作用下发生水解反应生成两种物质B、F，可知A是酯，由A的分子式（C5H8O2）可知A为一元酯；B→C→D连续两步氧化可知B是醇，D是酸，E是酯，E能发生银镜反应可知E是甲酸甲酯，B是甲醇；F的分子式为C4H6O2，是一元羧酸，F能与H2发生加成反应可知F中含一个，F与H2发生加成反应生成G，G的分子式为C4H8O2（C3H7—COOH），G的一氯取代产物H有两种不同的结构，所以C3H7—COOH的结构简式为，推出F的结构简式为，A的结构简式为。根据加聚反应的特点即可写出A发生加聚反应的化学方程式。 答案　（1）碳碳双键、羧基　（2）②③ （3）HCOOH＋CH3OHHCOOCH3＋H2O （4） 学科网（北京）股份有限公司 $$