第2章 第4节 第1课时 羧酸及其衍生物-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（鲁科版2019）

第4节　羧酸　氨基酸和蛋白质 第1课时　羧酸及其衍生物 核心素养 学业要求 宏观辨识与微观探析 能从官能团的角度分析羧酸及其衍生物的主要性质以及与用途的关系。 1.能够依据官能团结构分析与预测羧酸及其衍生物的化学性质。 2．能正确书写羧酸及其衍生物相关的化学反应方程式。 3．掌握酯的水解原理并能深入归纳与论证烃、卤代烃、醇、醛、羧酸及其衍生物的互相衍变关系。 证据推理与模型认知 1.从类别、官能团、化学键角度分析预测羧酸及其衍生物的主要性质，形成“结构决定性质”的观念。 2.借助分子模型分析有机反应特点。 变化观念与平衡思想 能从不同视角认识有机反应的多样性，认识反应条件对反应速率和平衡的影响。 科学探究与创新意识 能设计实验方案探究羧酸及其衍生物的主要性质。 羧酸 1．概念 分子由烃基(或氢原子)与羧基相连构成的有机化合物。其官能团为羧基(、—COOH)。 2．羧酸的分类 3．常见的羧酸 名称 甲酸 苯甲酸 乙二酸 结构简式 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 白色针状晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚 无色晶体，能溶于水或乙醇 化学性质 表现羧酸和醛的性质 表现羧酸和苯的性质 表现羧酸的性质 4.物理性质 (1)水溶性：分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶。随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度迅速减小，直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。 (2)沸点：比相对分子质量相近的醇的沸点高，原因是羧酸比相对分子质量相近的醇形成氢键的机会多。 5．化学性质(完成相关化学方程式，以乙酸为例) (1)酸性 ①与NaHCO3反应：CH3COOH＋NaHCO3―→CH3COONa＋H2O＋CO2↑。 ②常温下与NH3反应：CH3COOH＋NH3―→CH3COONH4。 (2)取代反应 ①与乙醇的酯化反应：CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOC2H5＋H2O。 ②与氨生成酰胺：CH3COOH＋NH3＋H2O。 ③α­H被取代的反应 CH3COOH＋Cl2＋HClCl。 (3)还原反应 CH3COOHCH3CH2OH。 羧酸衍生物 1．酯 (1)定义：酯是由酰基()和烃氧基(—OR)相连而成的一种羧酸衍生物。 (2)官能团：酯基()。 (3)命名 酯是根据水解后生成的酸和醇的名称来命名的。命名时，酸的名称写在前面，醇的名称写在后面，去掉“醇”换成“酯”，称为“某酸某酯”。 (4)物理性质 酯的密度一般比水小，难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂。低级酯有香味，易挥发。 (5)化学性质 2．油脂 (1)组成 油脂是由高级脂肪酸与甘油形成的酯，结构可表示为。 R1、R2、R3代表饱和烃基或不饱和烃基(含碳碳双键)。 (2)化学性质 ①油脂的水解 在碱性条件下水解，生成高级脂肪酸盐和甘油。 如： 。 高级脂肪酸盐可用来生产肥皂，这一反应又称为皂化反应。 ②油脂的氢化或硬化 。 由此可获得人造脂肪，又称硬化油。硬化油可用作制肥皂和人造奶油的原料。 3．酰胺 (1)定义：酰胺是分子由酰基()和氨基(—NH2)相连构成的羧酸衍生物。 (2)官能团：酰胺基()。 (3)物理性质：除甲酰胺(CHONH2)是液体外，其他酰胺多为无色晶体。低级的酰胺可溶于水，随着相对分子质量的增大，酰胺的溶解度逐渐减小。 (4)化学性质 酰胺在通常情况下较难水解，在强酸或强碱存在下长时间加热可水解成羧酸(或羧酸盐)和铵盐(或氨)。 CH3—COOH＋NH4Cl CH3—COONa＋NH3 (5)胺 氨分子中的氢原子被烃基取代后的有机化合物称为胺，一般写作R—NH2，官能团是氨基(—NH2)。 胺类具有碱性，能与盐酸、醋酸等反应生成水溶性较强的铵盐，如＋HCl―→，铵盐遇强碱重新生成胺，故此性质常用于胺的分离。 4．其他常见羧酸衍生物 (1)酰卤：分子由酰基与卤素原子(—X)相连构成的羧酸衍生物。 (2)酸酐：分子由酰基与酰氧基()相连构成的羧酸衍生物。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)乙酸分子中的羟基氢比乙醇分子中的羟基氢活泼。(　　) (2)甲酸可以与银氨溶液反应生成光亮的银镜。(　　) (3)制备乙酸乙酯的实验中加入沸石的作用是降低反应物的沸点。(　　) (4)油脂氢化产物能使酸性KMnO4溶液褪色。(　　) (5)硬脂酸甘油酯可用于制造肥皂和人造奶油。(　　) (6)酰胺均为无色晶体。(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 2．下列生活中遇到的问题，不涉及化学变化的是(　　) A．用CCl4可擦去圆珠笔油渍 B．蜂蚁蛰咬处涂抹稀氨水可减轻疼痛 C．烹鱼时加入少量食醋和黄酒来调味 D．用食醋来除水壶里的水垢 答案　A 3．某同学在学习了乙酸的性质后，根据甲酸的结构()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．不能使酸性KMnO4溶液褪色 C．能发生银镜反应 D．能与单质镁反应 答案　B 4．吗啡与海洛因都是被严格查禁的毒品，已知吗啡的分子式是C17H19NO3，海洛因是吗啡的二乙酸酯，则海洛因的分子式是(　　) A．C21H23NO3 B．C21H22NO5 C．C21H23NO5 D．C21H27NO7 答案　C 5．商店里出售的冰淇淋是硬化油，它是以多种植物油为原料来制取的，制作过程发生的反应是(　　) A．加成反应 B．取代反应 C．水解反应 D．氧化反应 答案　A 6．下列说法错误的是(　　) A．低级酰胺的溶解度随着相对分子质量的增大而减小 B．CH3COOH发生取代反应可生成CH3CONH2 C．酰胺在强酸性条件下的水解反应属于不可逆反应 D．酰胺在碱性条件下水解可生成羧酸盐 答案　C 探究一　醇、酚、羧酸中—OH氢活泼性比较 物质 官能团 氢原子活性 电离 酸碱性 与Na反应 与NaOH反应 与Na2CO3反应 与NaHCO3反应 醇 醇羟基 难 中性 放出H2 不反应 不反应 不反应 酚 酚羟基 微弱 很弱的酸性 反应 反应 不反应 羧酸 羧基 部分 弱酸性 反应 反应 反应 运用上述不同的性质，可判断分子结构中含有的羟基类型。此外要注意：水分子中也有—OH，受相连氢原子的影响，其—OH上氢原子的活泼性与其他羟基氢原子也不同，顺序如下： 羧酸羟基>酚羟基>水羟基>醇羟基。 水只与Na发生反应，而不与NaOH、Na2CO3、NaHCO3反应。 1．有机物M的结构简式是，下列有关M的性质的叙述错误的是(　　) A．M与足量金属钠完全反应时，消耗二者的物质的量之比是1∶3 B．M与足量氢氧化钠完全反应时，消耗二者的物质的量之比是1∶3 C．M能与碳酸钠溶液反应 D．M既能与羧酸反应，又能与醇反应 答案　B 解析　M中的酚羟基、羧基能与氢氧化钠反应，故1 mol M能与2 mol氢氧化钠反应，B错误。 2．在下列叙述的方法中，能将有机化合物转变为的有(　　) ①跟足量NaOH溶液共热后，通入二氧化碳直至过量　②与稀硫酸共热后，加入足量Na2CO3溶液　③与稀硫酸共热后，加入足量NaOH溶液　④与稀硫酸共热后，加入足量NaHCO3溶液　⑤与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量稀硫酸 A．①② B．②③ C．③⑤ D．①④ 答案　D 解析　 (1)羧酸、酯与醛的性质比较 三者分子结构中都有“羰基”，但是醛中的羰基与一个氢原子相连，羧酸中的羰基与一个羟基相连，酯中的羰基与烃氧基相连，性质也有较大差异：醛能被氧化剂氧化成羧酸，酯和羧酸很难被氧化；醛能与氢气加成生成醇，酯和羧酸不能与氢气加成，只有在强还原剂LiAlH4作用下才能反应生成醇。 (2)随着碳原子数目增加，饱和一元羧酸的酸性逐渐减弱。 (3)酸性：HCOOH>CH3COOH>H2CO3>>HCO。 探究二　羧酸、酯的同分异构现象与酯化反应类型 1．饱和一元羧酸与饱和一元酯的同分异构现象 碳原子数相同的饱和一元羧酸与饱和一元酯的分子通式均为CnH2nO2(n≥2)，它们互为同分异构体。 以C5H10O2为例，含有—COO—结构的同分异构体的数目判断方法如下： 通式 R1 R2 种类 物质类别 —H —C4H9(4种) 1×4＝4 酯类 —CH3 —C3H7(2种) 1×2＝2 —C2H5 —C2H5 1×1＝1 —C3H7(2种) —CH3 2×1＝2 —C4H9(4种) —H 4×1＝4 羧酸 其中R1、R2采取增碳和减碳法。 (1)含有—COO—结构的有机物共有4＋2＋1＋2＋4＝13种，其中属于酯的有9种，属于羧酸的有4种。 (2)若将属于酯的有机物在酸性条件下水解为羧酸和醇，将这些醇和羧酸重新组合可形成的酯共有(1＋1＋1＋2)×(4＋2＋1＋1)＝40种。 2．酯化反应类型 (1)生成链状酯 ①一元羧酸与一元醇的反应： CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOC2H5＋H2O。 ②一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的反应： 2CH3COOH＋＋2H2O。 ＋2CH3CH2OH＋2H2O。 ③无机含氧酸与醇形成无机酸酯： ＋3HO—NO2C＋3H2O。 ④高级脂肪酸和甘油形成油脂： 3C17H35COOH＋＋3H2O。 (2)生成环状酯 ①多元醇与多元羧酸进行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： H2O。 (3)生成聚酯 ①多元羧酸与多元醇分子间脱水形成聚酯(缩聚反应)： nHOOC—COOH＋nHOCH2CH2OH ＋(2n－1)H2O。 ②羟基酸分子间脱水形成聚酯(缩聚反应)： 3．下列有关分子式为C4H8O2的有机物的同分异构体的说法中，不正确的是(　　) A．属于酯类的有4种 B．属于羧酸类的有2种 C．既含有羟基又含有醛基的有3种 D．存在分子中含有六元环的同分异构体 答案　C 解析　C4H8O2属于酯类的同分异构体，为饱和一元酯。若为甲酸与丙醇形成的酯，甲酸只有1种结构，丙醇有2种(CH3CH2CH2OH、)，形成的酯有2种，若为乙酸与乙醇形成的酯，只有乙酸乙酯1种，若为丙酸与甲醇形成的酯，有丙酸甲酯1种，故C4H8O2属于酯类的同分异构体共有4种，故A正确；C4H8O2属于羧酸时，有丁酸、2­甲基丙酸，共2种同分异构体，故B正确；C4H8O2属于羟基醛时，有2­羟基丁醛、3­羟基丁醛、4­羟基丁醛、2­甲基­2­羟基丙醛、2­甲基­3­羟基丙醛，共5种同分异构体，故C不正确；存在分子中含有六元环的同分异构体，如，故D正确。 4．某羧酸衍生物A的分子式为C6H12O2。已知：A，又知D不与Na2CO3溶液反应，C和E都不能发生银镜反应，则A可能的结构有(　　) A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 答案　B 解析　根据A的分子式及化学性质可判断，A是酯。C是羧酸，D是醇。由于C和E都不能发生银镜反应，说明C不能是甲酸，E是酮，则D中含有3个或4个碳原子。如果C是乙酸，则D是含有4个碳原子的饱和一元醇，能发生催化氧化且生成物不能发生银镜反应的只有2­丁醇。如果C是丙酸，则D是丙醇，只有2­丙醇符合条件。所以A可能的结构有2种。 (1)肥皂的制取过程为 (2)天然油脂都是混合物，没有固定的熔沸点。 (3)酯的醇解反应为＋R″OH＋R′OH。 (4)用氢键理论解释羧酸的水溶性 羧酸与水分子之间形成氢键：羧酸中的羰基氧原子、羟基氧原子都能与水分子中的氢原子形成分子间氢键；羧酸中的羟基氢原子与水分子中的氧原子也能形成分子间氢键。碳原子数少时，羧基的质量分数大，水溶性强，随着碳原子数的增加，烃基的质量分数增大，水溶性降低。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关常见羧酸的说法中正确的是(　　) 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．乙二酸不能使酸性KMnO4溶液褪色 答案　C 解析　常温下甲酸是液体，A不正确；乙酸的沸点高于丙醇的沸点，B不正确；乙二酸具有还原性，可以使酸性KMnO4溶液褪色，D不正确。 2．对苯二甲酸()是合成涤纶的原料。下列说法错误的是(　　) A．分子中共平面的原子最多有18个 B．1 mol对苯二甲酸最多可中和80 g NaOH C．1 mol对苯二甲酸与2 mol CH3CH2OH可完全酯化 D．与氢气发生加成反应，所得产物的分子式为C8H12O4 答案　C 3．有机物A的分子式为C3H6O2，水解后得到一元酸M和一元醇N，已知M、N的相对分子质量相等，则下列叙述中正确的是(　　) A．M中没有甲基 B．M、N均不能发生银镜反应 C．M中含碳40% D．N分子中没有甲基 答案　A 解析　有机物A的分子式为C3H6O2，水解后得到一元酸M和一元醇N，已知M、N的相对分子质量相等，说明为甲酸和乙醇。甲酸的结构简式为HCOOH，没有甲基，故A正确；甲酸能发生银镜反应，故B错误；甲酸中含碳量为×100%≈26.1%，故C错误；乙醇的结构简式为CH3CH2OH，含有甲基，故D错误。 4．乙酸分子的结构式为，下列反应及断键位置正确的是(　　) a．乙酸的电离，是③键断裂 b．乙酸与乙醇发生酯化反应，是①键断裂 c．在红磷存在时，Br2与CH3COOH的反应：CH3COOH＋Br2CH2BrCOOH＋HBr，是③键断裂 d．乙酸变成乙酸酐的反应：2CH3COOH―→＋H2O，是①②键断裂 A．ab B．ac C．bc D．cd 答案　D 5．下列说法中，正确的是(　　) A．RCOOH与R′OH发生酯化反应时生成ROOCR′ B．能与NaOH溶液反应，分子式为C2H4O2的有机物一定是羧酸 C．甲酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸互为同分异构体 D．甲醛与乙酸乙酯的最简式相同 答案　C 解析　R′OH与RCOOH发生酯化反应生成RCOOR′，故A错误；分子式为C2H4O2的有机物可能为乙酸或甲酸甲酯，两者都能够与氢氧化钠溶液反应，故B错误；甲醛的最简式和分子式都是CH2O，乙酸乙酯的分子式为C4H8O2，最简式为C2H4O，所以甲醛与乙酸乙酯的最简式不同，故D错误。 6．有机物A结构简式如图，下列关于A的说法错误的是(　　) A．分子式为C16H19NO2 B．与盐酸或氢氧化钠溶液反应均可生成盐 C．分子中含有2个手性碳原子 D．1 mol A与足量H2加成，最多消耗6 mol H2 答案　D 解析　根据该有机物的结构简式，可推知其分子式为C16H19NO2，A正确；该有机物含有亚氨基，能与盐酸反应生成盐，含有酯基，能与NaOH反应生成盐，B正确；分子中含有如图所示2个手性碳原子，C正确；1 mol A含有1 mol碳碳三键、1 mol苯环，与足量H2加成，最多消耗5 mol H2，D错误。 7．某种油脂的结构简式为，下列说法不正确的是(　　) A．油脂没有固定的熔、沸点 B．该油脂在碱性条件下可发生皂化反应 C．该油脂不能使溴水褪色 D．油脂有油和脂肪之分，但都属于酯 答案　C 8．有关的说法正确的是(　　) A．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．该物质在碱性条件下加热水解有NH3生成 C．分子中含有1个手性碳原子 D．1 mol该物质与足量NaOH溶液完全反应，最多消耗2 mol NaOH 答案　B 解析　可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；该分子中不含手性碳原子，故C错误；1 mol该物质与足量NaOH溶液完全反应生成、Na2CO3和NH3，最多消耗3 mol NaOH，故D错误。 9.迷迭香酸是从蜂花属植物中提取的物质，其结构简式如图所示，则等量的迷迭香酸消耗的Br2、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为(　　) A．7∶6∶1 B．7∶6∶5 C．6∶7∶1 D．6∶7∶5 答案　A 10.1­丁醇和乙酸在浓硫酸作用下，通过酯化反应制得乙酸丁酯，反应温度为115～125 ℃，反应装置如图所示，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．提纯乙酸丁酯需要经过水、氢氧化钠溶液洗涤 D．加入过量乙酸可以提高1­丁醇的转化率 答案　C 解析　C项，提纯乙酸丁酯不能用NaOH溶液洗涤，酯在碱性条件下会发生水解反应。 11．某有机物的结构简式如图所示，则此有机物可发生的反应类型有(　　) ①取代反应　②加成反应　③消去反应　④酯化反应　⑤水解反应　⑥氧化反应　⑦中和反应 A．①②⑤⑥ B．③④⑤⑥ C．①②③④ D．全部 答案　D 12．如图所示，化合物N是治疗肺炎的常用药，可由M在一定条件下制得，以下说法正确的是(　　) A．一定条件下N可发生取代、消去、氧化反应 B．等物质的量的M、N分别与足量NaOH反应，消耗NaOH的物质的量不相等 C．1 mol N与足量Br2反应，最多消耗Br2的物质的量为4 mol D．M与足量H2反应后，产物分子中含有8个手性碳原子 答案　D 解析　N中含有(酚)羟基，可发生取代、氧化反应，但N不满足发生消去反应的条件，A错误；N中酯基与氢氧化钠反应后生成的酚羟基将继续与氢氧化钠反应，所以等物质的量的M、N分别与足量NaOH反应，消耗NaOH的物质的量相等，B错误；N中酚羟基的邻、对位氢原子均能被Br取代，双键能和Br2发生加成反应，所以1 mol N与足量Br2反应，最多消耗Br2的物质的量为5 mol，C错误；M与足量H2反应生成，其共有8个手性碳原子(*标记)，D正确。 二、非选择题 13．羰基酸是一类含有羰基的羧酸，如。下面是以为原料合成羰基酸的合成路线： 已知：R1—CHOH—R2。 (1)反应①发生的是分子内脱水反应，写出该反应的化学方程式：____________________________________。 (2)B的结构简式是__________________；反应②的反应类型属于________。 (3)C的结构简式为________________。 (4)反应④中酸化的目的是______________________________，D为目标产物，写出D的结构简式(不用键线式)：__________________。 答案　(1) (2) 　水解反应(或取代反应) (3) (4)使羰基酸盐转化为羰基酸　 解析　反应①为羟基羧酸的分子内脱水反应，即分子内的酯化反应；反应②是酯在碱性条件下的水解反应；反应③是醇羟基在碱性条件下被NaClO氧化为酮羰基的氧化反应；反应④是使羰基酸盐酸化制备羰基酸的反应。 14．油脂是重要的营养物质。某天然油脂A可发生如下反应： 已知A的分子式为C57H106O6。1 mol该天然油脂A经反应①可得到1 mol D、1 mol不饱和脂肪酸B和2 mol饱和脂肪酸C。经测定B的相对分子质量为280，C、H、O原子个数比为9∶16∶1。 (1)写出B的分子式：________。 (2)写出反应①的反应类型：________；C的名称(或俗称)是________。 (3)“氢化油危害堪比杀虫剂”的谣言曾引起人们恐慌，反应②为天然油脂的氢化过程。下列有关说法不正确的是________。 a．氢化油又称人造奶油，通常又叫硬化油 b．植物油经过氢化处理后会产生副产品反式脂肪酸甘油酯，摄入过多的氢化油，容易堵塞血管而导致心脑血管疾病 c．氢化油的制备原理是在加热植物油时，加入金属催化剂，通入氢气，使液态油脂变为半固态或固态脂肪 d．油脂的氢化与油脂的皂化都属于加成反应 (4)写出D和足量金属钠反应的化学方程式：__________________________ ____________________________________________________________________。 答案　(1)C18H32O2　(2)取代反应(或水解反应)　硬脂酸(或十八烷酸或十八酸) (3)d (4) 解析　本题的突破口是由B的相对分子质量及分子中C、H、O原子个数比求出B的分子式为C18H32O2，由题意可知D为甘油，然后根据C57H106O6＋3H2O―→＋C18H32O2＋2C可确定C的分子式为C18H36O2，即C为硬脂酸。 15．化合物M是一种新型有机酰胺，在工业生产中有重要的作用，其合成路线如下： 已知：①A是烃的含氧衍生物，相对分子质量为58，碳和氢的质量分数之和为44.8%，核磁共振氢谱显示为一组峰，可发生银镜反应，且5.8 g A完全反应生成0.4 mol银。 ②R1—CHO＋R2—CH2—CHO ③R—COOHR—COCl ④ 回答下列问题： (1)E的结构简式为____________________，G的名称为________。 (2)B中含有官能团的名称为______________________。 (3)C→D的反应类型为________。 (4)写出F＋H→M反应的化学方程式：_________________________________ ________。 答案　(1) 　硝基苯 (2)碳碳双键、醛基　 (3)加成反应(或还原反应) (4) 解析　A的相对分子质量为58，含氧的质量分数为55.2%，则含有氧原子数为≈2，核磁共振氢谱显示为一组峰，可发生银镜反应，则A为OHCCHO，与CH3CHO发生已知②的反应生成B，结合B的分子式C6H6O2，可知B的结构简式为OHCCH==CH—CH==CHCHO，B再和CH2==CH2发生已知④的反应后生成的C为，C与H2发生加成反应生成D，D再催化氧化为E的结构简式为，E与 SOCl2发生已知③的反应生成的F为；苯在浓硝酸、浓硫酸的混合液并加热的条件下发生硝化反应，生成的G为硝基苯，再发生还原反应生成的H为苯胺。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$