3.4 羧酸 羧酸衍生物 知识清单-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

选修三 第三章 第四节 羧酸 羧酸衍生物 知识点总结 知识点一：羧酸 1、概念 羧酸是由烃基和羧基（-COOH）相连而构成的化合物。 2、通式 O RCOOH或R-C-OH。饱和一元酸的通式为CnH2n+1COOH（或CnH2nO2），分子式相同的羧酸、酯、羟基酮互为同分异构体。 3、分类 一元羧酸：如CH3COOH 二元羧酸：如COOH ( 按羧基 的数目 ) COOH CH2-COOH 多元羧酸：如CH-COOH ( 羧酸 ) CH2-COOH ( 按按烃基是 否饱和目 )饱和羧酸：如CH3COOH、HOOC-COOH 不饱和羧酸：如CH2=CH-COOH、C6H5-COOH ( 按烃基 的不同 )脂肪酸：如CH3COOH、CH2=CH-COOH 芳香酸：如 ( 按碳原子 的数目 )低级脂肪酸：如CH3COOH、CH2=CH-COOH 高级脂肪酸：如C17H35COOH、C17H33COOH 1、 4、物理性质 （1）羧酸的沸点比相应的醇的沸点高； （2）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溶解度相近。低级脂肪酸一般能溶于水，而高级脂肪酸一般难溶于水。 5、化学性质 羧酸的化学性质主要决定于羧基。羧基由羰基和羟基组成，由于二者之间的相互影响，羧基比醇羟基上的氢原子易电离，羧酸具有酸性。与醛、酮的羰基相比，羧酸中的羰基很难通过催化加氢的方法被还原。在羧酸的结构中，两个部位的键易断裂： O R-C-O-H，以乙酸为例。 （1） 酸性 乙酸是一种弱酸，在水溶液里部分电离产生H+，具有酸的通性。CH3COOH⇌CH3COO-+H+ ①可使紫色石蕊试液变红。 ②与活泼金属反应：Mg+2CH3COOH=(CH3COO)2Mg+H2↑。 ③与Na2CO3（或NaHCO3）反应：Na2CO3+2CH3COOH=2CH3COONa+CO2↑+H2O。此反应可证明乙酸的酸性比碳酸强。 注意：苯酚、水、乙醇、碳酸和乙酸的分子组成中，均含有羟基，有相似的性质，如易溶于水，能与活泼金属反应放出氢气等。但它们的酸性强弱不同。酸性由强到弱的顺序为：乙酸>碳酸>苯酚>水>乙醇。 （2） 酯化反应 ①实质：酸脱羟基，醇脱氢。 ( O ) ( O ) CH3C-OH+H-O-C2H5CH3-C-OC2H5+H2O ②反应装置如图。 ③反应特点：可逆反应，存在化学平衡，也属于取代反应。 ④实验中的注意事项： a.试剂的加入顺序为：先加乙醇再加浓硫酸最后加冰醋酸，不能先加浓硫酸； b.浓硫酸起催化剂和吸水剂的作用； c.要用酒精灯小心加热，以防止乙酸和乙醇大量挥发，液体剧烈沸腾； d.输导乙酸乙酯蒸汽的导气管应较长，除导气外还兼冷凝作用。导气管末端不能插入饱和Na2CO3溶液中，以防止倒吸； e.用饱和Na2CO3溶液吸收乙酸乙酯的蒸汽，优点主要有：一是溶解挥发出来的乙醇；二是乙酸易与Na2CO3反应生成易溶于水的醋酸钠，便于闻乙酸乙酯的香味；三是减小乙酸乙酯在水中的溶解度，使溶液分层，便于得到酯。 6、几种常见的羧酸 （1） 甲酸 最简单的羧酸，俗称蚁酸，它是无色，有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水混溶。 甲酸具有醛基和羧基的通性，是最简单的一种有机酸，其酸性比乙酸强。 ①能发生中和反应与酯化反应： HCOOH+NaOH→HCOONa+H2O HCOOH+ROH→HCOOR+H2O ②氧化反应——可被银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液氧化，也可被酸性KMnO4等试剂氧化。 HCOOH+2Ag(NH3)2OH→(NH4)2CO3+2Ag↓+2NH3↑+2H2O HCOOH+2Cu(OH)2CO2↑+Cu2O↓+3H2O 甲酸、甲酸盐、甲酸酯中都含-CHO，因而它们都可与银氨溶液、新制Cu(OH)2等发生反应。 （2） 乙二酸（HOOC-COOH） 俗称草酸，易溶于水和乙醇，乙二酸属于中强酸。 ①乙二酸有较强的还原性，能被高锰酸钾溶液氧化。 5HOOC-COOH+2KMnO4+3H2SO⇌K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O ②乙二酸被浓硫酸脱水，生成CO2和CO。 HOOC-COOHCO2↑+CO↑+H2O （3） 苯甲酸（） 俗称安息香酸，是白色针状晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙酸、乙醚。 注意：羧酸都是弱酸，但低级羧酸都比碳酸强。几种常见羧酸的酸性强弱关系：乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>碳酸。 知识点二：羧酸衍生物 1、酯 （1）概念及通式 酯是分子中羧基的-OH被-OR，取代后的产物，可简写为RCOOR，，R和R，可以相同，也可以不同。酯的官能团是酯基（-CO-OR，）。由饱和一元酸与饱和一元醇酯化反应得到的酯，可用通式CmH2m+1COOCnH2n+1（或CnH2nO2）表示。符合CnH2nO2通式的有机物常见的为羧酸或酯（也可能为其他类的有机物）因此在写分子组成符合CnH2nO2通式的同分异构体时，常需考虑羧酸和酯两类物质。 （2）分类 根据生成酯的酸的不同，可将酯分为有机羧酸酯和无机羧酸酯，通常所说的酯是指有机羧酸酯。 （3）书写及命名——某酸某酯 酯是依据生成的羧酸和醇的名称（或水解后生成的酸和醇的名称）来命名的，如： CH2=CHCOOCH3为丙烯酸甲酯； CH3CH2ONO2为硝酸乙酯； (CH3CH2O)3P=O为磷酸乙酯。 （4）物理性质 低级酯是有芳香气味的液体，存在于各种水果和花草中。酯的密度一般小于水，并难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂。 （5）化学性质 a、水解反应：在酸和碱催化的条件下，酯可以发生水解反应生成相应的酸和醇。 RCOOR，+H2ORCOOH+R,OH RCOOR，+NaOHRCOONa+R,OH b、酯的交换反应：在酸或醇的催化作用下，一种酯与一种醇反应生成另一种酯和一种醇，这种反应称为醇解反应也称酯交换反应。 ( ⇌ H + )O O R-C-OR1+R2OH R-C-OR2+R1OH （6）用途 酯常用作有机溶剂，也可制备饮料和糖果的香料。 2、油脂 （1）油脂的含义 a、从日常生活中认识油脂 我们日常食用的猪油、羊油等动物油，还有花生油、菜籽油、豆油、棉籽油等植物油，都是油脂。 b、从物质的状态上认识油脂 在室温下，植物油脂通常呈液态，叫做油；动物油脂通常呈固态，叫做脂肪。脂肪和油统称油脂。 c、从组成上认识油脂 油脂化学组成上都是高级脂肪酸跟甘油所生成的酯，所以油脂属于酯类。 （2）油脂的组成和结构 a、油脂都是由多种高级脂肪酸（如硬脂酸、软脂酸和油酸等）和甘油所生存的甘油酯，结构式如图： 油脂结构中R1、R2、R3分别代表高级脂肪酸的烃基，它们可以相同，也可以不同。 注意：切忌只注意高级脂肪酸酯，而忽视必须是甘油酯，以及只注重甘油酯，而忽视必须是高级脂肪酸与甘油形成的酯，还有的题目中，R1、R2、R3中只有1个或2个是高级脂肪酸的烃基，也不属于油脂，即油脂必须全是高级脂肪酸与甘油形成的酯。 b、油脂的分类 ①根据结构式烃基分为简单甘油酯和混合甘油酯，若R1、R2、R3烃基相同，则为简单甘油酯；若不相同，则为混合甘油酯。天然油脂大多数是混合甘油酯。 ②根据状态分为脂肪和油。植物油为含较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯，在常温下一般呈液态，通常称为油。动物油为含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯，在常温下一般呈固态，通常称为脂肪。 c、油脂中含有的常见高级脂肪酸 饱和脂肪酸：软脂酸（十六酸，棕榈酸）C15H31COOH 硬脂酸（十八酸）C17H35COOH 不饱和脂肪酸：油酸（9-十八碳烯酸）C17H33COOH 亚油酸（9，12-十八碳二烯酸）C17H31COOH （3）油脂的用途 a、营养物质：油脂是人类的主要食物之一。 b、工业原料：制肥皂、甘油、人造奶油、脂肪酸。 总结：油脂不是高分子化合物，天然油脂大多是混合甘油酯。 （4）油脂的物理性质 密度比水小，黏度较大，触摸时有明显的油腻感；难溶于水，易容于有机溶剂。纯净的油脂无色、无臭、无味，但一般油脂因溶有维生素和色素等而又颜色和气味。 注意：天然油脂都是混合物，没有恒定的熔沸点。 （5）油脂的化学性质 油脂属于酯类，含有官能团酯基，能发生水解反应，又在烃基中高级脂肪酸可能不饱和，所以许多油脂还兼有烯烃的化学性质，能发生加成反应。 a、油脂的水解 油脂在酸、碱或酶等催化剂的作用下可发生水解。 ①在酸性或酶催化下的水解 硬脂酸甘油酯 硬脂酸 甘油 工业上制高级脂肪酸和甘油。 ②在碱性条件下的水解（又叫皂化反应） 硬脂酸甘油酯 硬脂酸钠 甘油 工业上制肥皂的主要反应，其中硬脂酸钠是肥皂的主要成分。 b、油脂的氢化（加成） 由液态的油转变为固态的脂肪过程，称为油脂氢化，也称油脂的硬化。 硬化油性质稳定，便于贮存和运输。 3、酰胺 （1）胺: a、结构：烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物，也可以看作是烃分子中的氢原子被氨基所替代得到的化合物。通式：。 b、具有碱性： c、用途：是重要的化工原料。例如，甲胺和苯胺都是合成医药、农药和染料等的重要原料。 （2）酰胺 a、结构：羧酸分子中羟基被氨基所替代得到的化合物。其结构一般表示为： b、水解反应： c、用途：常被用作溶剂和化工原料。例如， N , N ﹣二甲基甲酰胺是良好的溶剂，可以溶解很多有机化合物和无机化合物，是生产多种化学纤维的溶剂，也用于合成农药、医药等。 拓展： 请举例说明氨、胺、酰胺和铵盐这4类物质在组成、结构、性质和用途上的不同，并设计表格进行比较。 常见的羧酸衍生物还有酰卤、酸酐等。 酰卤：分子由酰基与卤素原子相连构成的羧酸衍生物。 如：乙酰氯 乙酸酐：分子由酰基与酰氧基相连构成的羧酸衍生物(可看作是两分子乙酸分子脱水生成的)。 乙酸酐是有机合成的重要原料。 拓展应用 拓展一：醇、酚、羧酸中的羟基在性质上的区别 羟基类型 比较类别 氢原子活泼性 电离程度 酸碱性 与Na反应 与NaOH反应 与NaHCO3反应 酯化反应 能否由水解生成 醇羟基 逐渐 增强 极难电离 中性 反应放出H2 无 无 反应 能 酚羟基 微弱电离 很弱的酸性 反应放出H2 反应 无 无 能 羧羟基 部分电离 弱酸性 反应放出H2 反应 反应放出CO2 反应 能 由上表可知，常见分子中羟基的活泼性顺序为RCOOH>H2CO3>>HCO3->H2O>ROH。 实验：乙酸、碳酸、苯酚溶液酸性强弱实验验证： 实验目的 验证乙酸、碳酸和苯酚溶液酸性强弱 实验原理 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O CO2+H2O+→+NaHCO3 实验装置 实验现象 锥形瓶中有气泡产生，烧杯中溶液变浑浊 实验结论 酸性：CH3COOH>H2CO3> 拓展二：油脂与酯、矿物油的比较 1、酯和油脂的比较 类别 酯 油脂 结构特点 由酸和反应生成的一类有机物 O R-C-OR, 由高级脂肪酸与甘油反应生成的酯 化学性质 能发生水解反应 能发生水解反应和氢化反应，油脂在碱性条件下的水解反应又叫皂化反应 联系 油脂是一种特殊的酯 2、油脂和矿物油的比较 物质 油脂 矿物油 油 脂肪 组成 多种高级脂肪酸的甘油酯 多种烃（石油）及其分馏产品 含不饱和烃基多 含饱和烃基多 性质 液态 固态或半固态 具有烃的性质，不能水解 具有酯的性质，能水解，并兼有烯烃的性质 鉴别 加含酚酞的NaOH溶液，加热、红色变浅 加含酚酞的NaOH溶液，加热、无变化 拓展三：油脂相关的计算 1、与油脂有关的计算主要涉及油脂的皂化反应、油脂的硬化、油脂中的不饱和键与卤素单质的加成等，首先应掌握油脂反应的特点，然后利用有关反应方程式中的计量关系进行计算。 2、与油脂有关的两个定量反应计算。 R1COOCH 皂化反应（1:3）：R2COOCH——3NaOH R3COOCH R1COOCH 氢化反应（1:x）：R2COOCH——xH2（x值随烃基R1、 R3COOCH R2、R3而变化） 拓展四：肥皂与合成洗涤剂 1、 肥皂的制取 （1） 生存流程 ( 油脂 高级脂肪酸钠、甘油、水 )上层：高级脂肪→高级脂肪酸钠（肥皂） 下层：甘油、NaCl溶液甘油 注意：工业上利用油脂在碱性条件下水解生成高级脂肪酸的钠盐（肥皂的主要成分），反应完毕后要加食盐进行盐析，因为NaCl能降低高级脂肪酸钠的溶解度，使混合液分成上下两层，上层为高级脂肪酸钠盐，下层为甘油和食盐的混合液。 2、 肥皂与合成洗涤剂的比较 物质 肥皂 合成洗涤剂 结构特征 R——COONa 憎水基 亲水基 CH3-(CH2)n- 憎水基 --SO3Na 亲水基 是否适宜在硬水中使用 不适宜，在硬水中与Ca2+、Mg2+生成沉淀，从而丧失去污能力 适宜，与Ca2+、Mg2+不生成沉淀 原料 油脂 石油 去污能力 肥皂小于合成洗涤剂 3、 肥皂和洗涤剂的去污原理 亲水基：极性的-COOH或-COO-，可以溶于水，伸在油污外。 憎水基：非极性的烃基-R，不溶于水，具有亲油性，插入油污内。 高级脂肪酸钠在水溶液中能电离出Na+和RCOO-，在RCOO-中，极性的-COO-部分易容于水，叫做亲水基，而非极性的烃基-R部分易容于油，叫做憎水基，具有亲油性。 拓展五：有机物的结构与溶解性的关系 总体来说，有机物一般不易溶于水，而易溶于有机溶剂。这是因为有机分子大都是非极性分子或弱极性分子。根据“相似相容原理”，H2O为极性分子，当某有机物分子中含有亲水基团时，该有机物就可溶于水. 亲水基：-OH、-CHO、-COOH等。 憎水基：-R、-NO2、-X等。 1、 能溶于水的有机物 （1）小分子醇：CH3OH、C2H5OH、CH2OHCH2OH、甘油。 （2）小分子醛：HCHO、CH3CHO、CH3CH2CHO等。 （3）小分子羧酸：HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH等。 （4）低聚糖：C6H12O6(葡萄糖)、C6H12O6(果糖)、C12H22O11(蔗糖)等。 （5）氨基酸：H2NCH3COOH等。 2、 不易溶于水的有机物 （1）烃类：烷、烯、炔、芳香烃均不溶于水。 （2）卤代烃：CH3Cl、CHCl3、CCl4、、CH3CH2Br。 （3）硝基化合物：，TNT等。 （4）酯：CH3COOC2H5、油脂等。 （5）醚：CH3CH2-O-CH2CH3等。 （6）大部分化合物或高分子化合物：如高级脂肪酸：C17H35COOH、C17H33COOH、C15H31COOH等；高分子化合物：塑料、橡胶、纤维等。 3、 特殊物质 苯酚（）在常温时，在水里的溶解度不大，当温度高于65℃时，能跟水以任意比混溶。 拓展六：烃的衍生物的命名 1、链状化合物的命名 选择含官能团在内的最长碳链为主链，离官能团最近的一端主链上碳原子编为“1”，注明官能团和取代基的位置，还要指出基的类别。 CH3-CH-CH-CH3 CH3-CH2-CH-CHO CH3-C-CH2-CH3 CH3 OH CH3 O 3-甲基-2-丁醇 2-甲基丁醛 2-丁酮 2、环状化合物的命名 此类命名较为复杂，只要求能命名出常见几种环状化合物、芳香烃衍生物的名称即可。如环丙烷（）、环戊烷（）、环己烷（）、溴苯（）、硝基苯（）、苯磺酸（）、苯酚（）、三硝基甲苯（以习惯命名法命名，）苯甲酸（）等。 3、酯类的命名 酯类化合物的名称是根据参加反应的羧酸和醇的名称综合命名为某酸某酯。如CH3CH2-ONO2命名为硝酸乙酯，(C17H35COO)3C3H5命名为硬脂酸甘油酯等。 2、 高分子化合物的命名 若为加聚反应生成的高聚物，单体前加“聚”字如聚丙烯等；若为缩聚反应形成的高聚物，由单体名称符合而成，如酚醛树脂等。 拓展七：酯同分异构体的书写方法 饱和一元羧酸和一元醇形成的酯与具有相同碳原子数的饱和一元羧酸互为同分异构体。 O 酯的结构为R1-C-O-R2，其中R1可以是羟基也可以是H，R2是烃基。书写酯的同分异构体时，可按序数写：R1中的碳原子数由0、1、2、3……增加，R2中的碳原子数由最大值减小至1。同时注意R1、R2中的碳链异构。 拓展八：羧酸与醇发生酯化反应的一般规律 1、 一元羧酸与一元醇之间的酯化反应 CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O 2、 一元羧酸与多元醇之间的酯化反应 ( +2H 2 O ) ( 2CH 3 COOH+ )CH2OH CH3COOCH2 CH2OH CH3COOCH2 3、 多元羧酸与一元醇之间的酯化反应 ( +2CH 3 CH 2 OH+ ) ( +2H 2 O )COOH COOC2H5 COOH COOC2H5 4、 多元羧酸与多元醇之间的酯化反应 此时反应有三种情形，可得普通酯、环酯和高聚酯。如： ( 普通酯 ) ( HOOC-COOCH 2 -CH 2 OH+H 2 O ) ( + )COOH CH2OH COOH CH2OH ( （环酯）+2H 2 O ) ( + )COOH CH2OH COOCH2 ( O O )COOH CH2OH COOCH2 nHOOC-COOH+nHOCH2CH2OHHO[C-C-OCH2CH2-O]nH（高聚酯）+(2n-1)H2O 5、 羧基自身的酯化反应 此时反应有三种情形，可得到普通酯、环酯和高聚酯如： 2CH3CHCOOH CH3-CH-COOCH-COOH+H2O OH OH CH3（普通酯） COO 2CH3CHCOOH CH3-CH CH-CH3+2H2O OH OOC （环酯） nCH3CHCOOHH[OCH-C]nOH+(n-1)H2O OH CH3 O （高聚酯） 学科网（北京）股份有限公司 $