3.4.1羧酸 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第三章　烃的衍生物 第4节 羧酸 羧酸衍生物 课时1 羧酸 人教版选择性必修2 导： 醋，味酸、甘，性平。归胃、肝经。能消食开胃，散淤血，止血，解毒。 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至类。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。 重难点 羧酸酸性强弱的比较，酯化反应中有机化合物的断键规律 思：阅读课本P73-76，完成下列问题（预习P98） 1.羧酸的组成、结构与分类 2.羧酸的物理性质：溶解性、沸点、状态 3.思考如何比较乙酸、碳酸、苯酚酸性的强弱 4.写出乙酸与乙醇反应的方程式，并标出断键成键位置 分子中烃基(或氢原子)和羧基(—COOH)相连的有机化合物,可表示为R-COOH 一、羧酸 饱和一元羧酸的通式: CnH2n＋1COOH (n≥0) 或CnH2nO2 (n≥1) 官能团：羧基 —C—O—H O 或—COOH 1、概念： 例：甲酸(蚁酸) HCOOH 乙酸(醋酸)CH3COOH 草酸(乙二酸) 乳酸 COOH COOH CH3 ─ CH─ COOH OH 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。 从靠近羧基一端开始依次给主链碳原子编号，-COOH为第1位 在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称 ①选主链： ②编号位： ③定名称： 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 2、羧酸的系统命名法： COOH 苯甲酸 HOOC-CH═CH 3-苯基丙烯酸 CH2=CHCOOH 丙烯酸 对甲基苯甲酸 HOOC—COOH 乙二酸 2-羟基丙酸， 俗名乳酸 3、羧酸的分类： 羧 酸 烃基种类 羧基数目 碳原子数目 一元羧酸 二元羧酸 多元羧酸 CH2=CH-COOH (丙烯酸) HOOC-COOH (乙二酸，草酸) 脂肪酸（链状） 芳香酸 CH3CH2COOH (丙酸) 低级脂肪酸 高级脂肪酸 CH3COOH (乙酸. 醋酸) 硬脂酸 C17H35COOH（十八酸） 软脂酸 C15H31COOH 油酸 C17H33COOH C ≥ 10 COOH (苯甲酸/安息香酸) 柠檬酸 CH2 COOH C HO COOH CH2 COOH 名称 甲酸 苯甲酸 乙二酸 俗称 结构 简式   物理 性质 化学 性质 用途 COOH COOH 4.常见的羧酸——甲酸、苯甲酸和乙二酸等： COOH 蚁酸 HCOOH 无色、有刺激性气味的液体,能与水、乙醇等互溶 有腐蚀性,既表现羧酸的性质,又表现醛的性质（被氧化为碳酸，后分解为CO2和H2O） 工业上可用作还原剂,也是合成医药、农药和染料等的原料 安息香酸 无色晶体,易升华,微溶于水,易溶于乙醇 表现羧酸的性质 用于合成香料、药物等,它的钠盐是常用的食品防腐剂 草酸 无色晶体,通常含有两分子结晶水,可溶于水和乙醇 表现羧酸的性质 化学分析中常用的还原剂,也是重要化工原料 H C O OH 注：① 酸性：HOOC-COOH > HCOOH > C6H5COOH > CH3COOH ② 草酸具有还原性：能酸性KMnO4溶液、溴水褪色 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O 草酸不稳定性：H2C2O4 ═ H2O+CO↑+CO2↑ 练习： 1.不小心被蚂蚁叮咬，为减轻痛痒，应该如何处理？ 蚂蚁分泌出蚁酸。蚁酸就是甲酸，呈酸性，可以用肥皂水或碳酸钠溶液涂抹，中和蚁酸。 甲酸(HCOOH)，又称蚁酸 2.能用来鉴别乙醇、乙醛、甲酸、乙酸四种无色溶液的试剂是 ( ) A．FeCl3溶液 B．溴水 C．金属钠 D．新制Cu(OH)2 D 资料卡片：乳酸和柠檬酸 有些有机酸分子中既含有羟基，又含有羧基，因此叫做羟基酸。它们既具有羟基的性质，又具有羧基的性质。 乳酸(2-羟基丙酸) CH3 CH OH O C OH 柠檬酸 CH2 COOH C HO COOH CH2 COOH 苹果酸 CH CH2 O C OH O C OH HO 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 5、羧酸的物理性质： 分析表3-4，总结羧酸的物理性质及其递变规律 ①沸点：随着分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高。比相对分子质量相当的其他有机物的沸点要高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。 ②溶解度：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。 ③状态：高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 二.羧酸的代表物---乙酸 1.分子组成与结构 结构简式： 球棍模型： 空间填充模型： C2H4O2 或 CH3COOH CH3 O —C—OH 12 10 0 4 6 8 2 吸收强度 δ 乙酸的核磁共振氢谱图 分子式： 2. 物理性质 熔点 溶解性 挥发性 密度 低于熔点，乙酸凝结成类似于冰一样的晶体 颜色 状态 气味 沸点 无色 液体 有强烈刺激性气味 117.9℃ 16.6℃ 易溶于水、乙醇 易挥发 比水小 为什么纯净的乙酸又称冰醋酸呢？ 1. 乙酸属于一元弱酸，具有酸的通性，酸性比碳酸强 使酸碱指示剂变色：使石蕊变红 与活泼金属反应放出H2，如Na： 与碱反应，如与NaOH： 与碱性氧化物反应，如Na2O： 与某些盐反应（以强制弱）如Na2CO3 3.羧酸的化学性质 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 羟基被取代，生成酯 2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑ CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O 2CH3COOH+Na2O→2CH3COONa+H2O 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O。 2.酯化反应 -COOH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O-H的极性增强，更易断裂，电离出H+，表现酸性。 C-O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。 但可以用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)将羧酸还原为醇。 羰基对羟基的影响： 羟基对羰基的影响： 二. 羧酸的化学性质 羧酸的性质 知识扩展 酸酐的生成---取代反应 羧酸与脱水剂(如五氧化二磷等)共热，2个羧基脱去一分子水形成酸酐。 + H2O 受-OH的影响---碳氧双键不易断，羧基不与H2发生加成反应 注意：羧酸不能通过催化加氢的方法被还原，但可以用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)将羧酸还原为醇。 RCOOH RCH2OH LiAlH4 还原反应 .受-COOH影响---α-H活性增强，能发生α-H的取代反应： RCH2COOH ＋ Cl2 RCHCOOH ＋ HCl 催化剂 △ Cl | 1.羧酸的酸性——弱酸，具有酸的通性 探究 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(Zn Fe等)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。 … … 证明酸性强弱： 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 … … 实验内容 实验现象 结论 分别取适量配置好的甲酸、苯甲酸和乙二酸溶液于试管中，滴加几滴石蕊溶液 溶液变红色 甲酸、苯甲酸、乙二酸具有酸性 分别取适量配置好的甲酸、苯甲酸和乙二酸溶液于试管中，加入少量锌粒 有无色气体产生，收集并检验，该气体为氢气 分别取适量配置好的甲酸、苯甲酸和乙二酸溶液于试管中，逐滴加入含有酚酞的氢氧化钠溶液中 溶液红色逐渐变浅直至消失 分别取适量配置好的甲酸、苯甲酸和乙二酸溶液于试管中，逐滴加入碳酸氢钠溶液中 有无色气体产生，收集并检验，该气体为CO2 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH； 分别取0.01 mol·L-1三种酸的钠盐溶液，测pH pH大于2 pH大于7 【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)。 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 Na2CO3+Cu2O +4H2O HCOOH+2Cu(OH)2+2NaOH ∆ (NH4 )2CO3+2Ag +2NH3 +H2O HCOOH+2Ag(NH3)2OH ∆ 既有羧基的结构也有醛基的结构，因此还有醛的性质，如发生银镜反应，与新制的氢氧化铜反应等。 (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 以强制弱 A→DE(HI)→FG(HI)→J 【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。 饱和NaHCO3溶液的作用是除去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，同时生成了CO2防止CO2溶解。 Na2CO3＋2CH3COOH→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O NaHCO3＋CH3COOH=CH3COONa＋CO2↑＋H2O 小结：含羟基物质的活泼性比较 乙醇 苯酚 乙酸 【结论】 氧氢键的活泼性：羧酸＞酚＞醇。 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 饱和Na2CO3作用： 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： ①乙酸乙酯的制备： 现象： 注意事项： 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 加热的目的：加快反应速率；及时蒸出乙酸乙酯，促进乙酸乙酯的生成。加热温度不能过高。 如何分离酯与饱和碳酸钠溶液？ 饱和Na2CO3 分液 【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 —O — 18C2H5 ＋H2O ②酯化反应实质：酸脱羟基醇脱氢； 通式为： 含氧酸 【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，促使平稀右移，提高乙酸乙酯产率。 (3)使用过量的乙醇，也可以使平稀右移，提高乙酸乙酯产率。 （4）用酒精灯加热时，用小火缓慢加热，减少醇和羧酸的挥发。 （5）用长导管导气，使挥发的醇和羧酸充分冷凝回流，提高原料的利用率。 （1）写出乙酸和甲醇的酯化反应 （2）写出甲酸和乙醇的酯化反应 练习：书写下列化学方程式 （3）写出CH3CH2OH和 发生酯化反应的方程式。 COOH COOH + 2H2O COOCH2CH3 COOCH2CH3 2CH3CH2OH + COOH COOH 浓硫酸 △ （4）写出CH3COOH和 发生酯化反应的方程式。 CH2OH CH2OH 2CH3COOH + + 2H2O CH2OOCCH3 CH2OOCCH3 CH2OH CH2OH 浓硫酸 △ （5）写 和 发生酯化反应生成1分子水的方程式。 CH2OH CH2OH COOH COOH （6）写 和 发生酯化反应生成环酯的方程式。 CH2OH CH2OH COOH COOH CH2OH CH2OH + 2H2O+ 浓硫酸 △ COOH COOH HOOCCOOH HOCH2CH2OH + HOOCCOOCH2CH2OH＋H2O （7）写 和 发生酯化反应生成聚合物的方程式。 CH2OH CH2OH COOH COOH 2．根据乙酸和乙醇发生酯化反应的断键方式，推测HO—CH2—COOH自身发生酯化反应可能生成的产物有哪些。 小结 课堂小结 课堂达标 1．羧酸是一类非常重要的有机物，下列关于羧酸的说法中正确的是(　　) A．羧酸在常温常压下均为液态物质 B．羧酸的通式为CnH2n＋2O2 C．羧酸的官能团为—COOH D．只有链烃基与羧基相连的化合物才叫羧酸 C 2、某课外兴趣小组欲在实验室里制备少量乙酸乙酯，设计了如图所示装置，其中不正确的是( 　　) D A．该装置中冷凝水的流向为b进a出 B．加入过量乙醇可提高乙酸的转化率 C．该反应可能生成副产物乙醚 D．收集到的馏分需用饱和NaOH溶液分离杂质 3、分枝酸可用于生化研究,其结构简式如下图。下列关于分枝酸的叙述正确的是(　　) A.分子中含有2种官能团 B.可与乙醇、乙酸反应,且反应类型相同 C.1 mol分枝酸最多可与3 mol NaOH发生中和反应 D.可使溴的CCl4溶液、酸性KMnO4溶液褪色,且原理相同 B Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 有机物 醇 酚 碳酸 低级羧酸 羟基上的氢 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 与Na2CO3反应 不反应 反应生成 NaHCO3 反应生成 NaHCO3 反应放出CO2 提示：HOCH2COOCH2COOH、。 3．根据酯化反应的原理，乳酸可以发生聚合反应生成聚乳酸，请写出化学方程式。 2．酯化反应的常见类型 (1)一元醇与一元羧酸之间的酯化反应： R—COOH＋R′—OHR—COOR′＋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有三种情况： ①HOOC—COOH＋HOCH2—CH2OHHOOCCOOCH2CH2OH＋H2O $$