3.4 羧酸 羧酸衍生物【基础必牢】化学人教版选择性必修3

3.4 羧酸 羧酸衍生物 一、羧酸的结构与分类 1．羧酸的组成和结构 （1）羧酸：由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物。官能团为—COOH或 （2）通式：一元羧酸的通式为R—COOH，饱和一元羧酸的通式：CnH2nO2或CnH2n＋1COOH 2．羧酸的分类 3．羧酸的命名 （1）选主链，称某酸：选择含有羧基在内的最长碳链作为主链，根据主链的碳的数目命名为“某酸” （2）编号位，定支链：主链编号时要从羧基上的碳原子开始编号 （3）标位置，写名称：取代基位次—取代基名称—某酸。名称中不必对羧基定位，因为羧基必然在其主链的边端 命名为：3—甲基丁酸 4．羧酸的物理性质 （1）溶解性：羧酸在水中的溶解性由组成羧酸的两个部分烃基(R—)和羧基(—COOH)所起的作用的相对大小决定，R—部分不溶于水，羧基部分溶于水。当羧酸碳原子数在4以下时—COOH部分的影响起主要作用，如甲酸、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，R—部分的影响起主要作用，一元羧酸在水中的溶解度迅速减小，甚至不溶于水 （2）沸点 ①随分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高 ②羧酸与相对分子质量相当的其他有机物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关 二、羧酸的化学性质 (以乙酸为例) (一)乙酸的结构、物理性质及用途 1．乙酸分子的组成与结构 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 官能团 C2H4O2 CH3COOH 羧基 (—COOH或) 2．乙酸的物理性质 乙酸俗名醋酸，是一种无色液体，具有强烈刺激性气味，易挥发，溶点16.6℃，沸点108℃，易溶于水和乙醇。当温度低于16.6时，乙酸就会凝结成像冰一样的晶体，所以无水乙酸又叫冰醋酸 (二)乙酸的化学性质 羧酸的化学性质主要取决于羧基的官能团。由于受氧原子电负性较大等因素影响，当羧酸发生化学反应时，羧基()中①②号极性键容易断裂。当O—H断裂时，会解离出H+，使羧酸表现出酸性；当C—O断裂时，—OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物 1．乙酸的酸性：乙酸是一种重要的有机酸，具有酸性，比H2CO3的酸性强，在水中可以电离出H＋，电离方程式为：CH3COOHCH3COO－＋H＋，是一元弱酸，具有酸的通性 乙酸的酸性 相关的化学方程式 （1）乙酸能使紫色石蕊溶液变红色 （2）与活泼金属(Na)反应 2Na＋2CH3COOH2CH3COONa＋H2↑ （3）与某些金属氧化物(Na2O)反应 Na2O＋2CH3COOH2CH3COONa＋H2O （4）与碱[NaOH、Cu(OH)2]发生中和反应 CH3COOH＋NaOHCH3COONa＋H2O Cu(OH)2＋2CH3COOH(CH3COO)2Cu＋2H2O （5）与某些盐(Na2CO3、NaHCO3)反应 Na2CO3＋2CH3COOH2CH3COONa＋CO2↑＋H2O CH3COOH＋NaHCO3CH3COONa＋CO2↑＋H2O （1）设计实验，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱 实验装置 B装置现象及解释 有无色气体产生，说明酸性：乙酸＞碳酸 方程式：2CH3COOH＋Na2CO32CH3COONa＋CO2↑＋H2O D装置的现象及解释 溶液变浑浊，说明酸性：碳酸＞苯酚 方程式： C装置的作用 除去B中挥发的乙酸 实验结论 酸性：乙酸＞碳酸＞苯酚 （2）醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较 含羟基的物质 比较项目 乙醇 苯酚 乙酸 结构简式 CH3CH2OH CH3COOH 羟基上氢原子活泼性 不能电离 微弱电离 部分电离 酸性 中性 极弱酸性 弱酸性 与Na反应 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 与Na2CO3反应 不反应 反应 反应 与NaHCO3反应 不反应 不反应 反应放出CO2 ①常见物质的酸性：HCl(H2SO4)＞乙二酸＞甲酸＞苯甲酸＞乙酸＞丙酸＞H2CO3＞苯酚＞HCO3－＞CH3CH2OH ②和Na2CO3反应生成气体：1 mol —COOH生成0.5 mol CO2气体 ③和NaHCO3反应生成气体：1 mol —COOH生成1 mol CO2气体 ④和Na反应生成气体：1 mol —COOH生成0.5 mol H2；1 mol —OH生成0.5 mol H2 易错提醒 2．酯化反应：羧酸和醇在酸催化下生成酯和水的反应叫酯化反应，属于取代反应 （1）实验探究 实验过程 在一支试管中加入3 mL乙醇，然后边振荡试管边慢慢加入2 mL浓硫酸和2 mL冰醋酸，再加入几片碎瓷片。连接好装置，用酒精灯小心加热，将产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上，观察现象 实验装置 实验现象 ①试管中液体分层，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 （2）反应的方程式： (可逆反应，也属于取代反应) （3）酯化反应的机理：羧酸脱羟基醇脱氢 ①试剂的加入顺序：先加入乙醇，然后沿器壁慢慢加入浓硫酸，冷却后再加入CH3COOH ②导管末端不能插入饱和Na2CO3溶液中，防止挥发出来的CH3COOH、CH3CH2OH溶于水，造成溶液倒吸 ③浓硫酸的作用 a．催化剂——加快反应速率 b．吸水剂——除去生成物中的水，使反应向生成物的方向移动，提高CH3COOH、CH3CH2OH的转化率 ④饱和Na2CO3溶液的作用 a．中和挥发出的乙酸 b．溶解挥发出的乙醇 c．降低乙酸乙酯的溶解度，便于分层，得到酯 ⑤ 不能用NaOH溶液代替饱和Na2CO3溶液：乙酸乙酯在NaOH存在下水解较彻底，几乎得不到乙酸乙酯 易错提醒 （4）酯化反应的机理探究——同位素示踪原子法 脱水方式 （1）酸脱羟基醇脱氢 （2）醇脱羟基酸脱氢 同位素示踪法 在化学上为了辨明反应历程，常用同位素示踪法。即把某些分不清的原子做上记号，类似于侦察上的跟踪追击。事实上，科学家把乙醇分子中的氧原子换成放射性同位素18O，结果检测到只有生成的乙酸乙酯中才有18O，说明脱水情况为第一种 酯化反应机理 (羧酸脱羟基醇脱氢) （5）酯化反应通式: （6）无机含氧酸与醇作用也能生成酯 ①乙醇与硝酸的酯化反应：C2H5OH＋HONO2C2H5—O—NO2(硝酸乙酯)＋H2O ②乙醇与硫酸的酯化反应：C2H5OH＋HO—SO3HC2H5—O—SO3H(硫酸氢乙酯)＋H2O 三、常见的羧酸 1．甲酸 （1）物理性质：甲酸俗称蚁酸，无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 （2）分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 CH2O2 HCOOH 醛基的性质：氧化反应(银镜反应) 羧酸的性质：酸的通性、酯化反应 （3）化学性质 ①弱酸性：甲酸的电离方程式 HCOOHH＋＋HCOO－ ②与活泼金属(Na)反应放出H2 2Na＋2HCOOH2HCOONa＋H2↑ ③与某些金属氧化物(Na2O)反应 Na2O＋2HCOOH2HCOONa＋H2O ④与碱(NaOH)中和 HCOOH＋NaOHHCOONa＋H2O ⑤与某些盐(NaHCO3)反应 HCOOH＋NaHCO3HCOONa＋CO2↑＋H2O ⑥甲酸与乙醇酯化反应 ⑦甲酸与银氨溶液的反应 HCOOH＋2Ag(NH3)2OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O ⑧甲酸与Cu(OH)2 的反应(常温) 2HCOOH＋Cu(OH)2(HCOO)2Cu＋2H2O ⑨甲酸与Cu(OH)2 的反应(加热) HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHCu2O↓＋4H2O＋Na2CO3 a．结构的特殊性决定了性质的特殊性，甲酸具有其它羧酸所没有的性质——还原性 b．能发生银镜反应的有机物除了醛类，还有甲酸、甲酸盐、甲酸某酯 2．乙二酸 （1）物理性质：俗称“草酸”，无色晶体，通常含有两分子结晶水[(COOH)2•2H2O]，加热至100℃时失水成无水草酸，可溶于水和乙醇。草酸钙难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。乙二酸是最简单的饱和二元羧酸，是二元羧酸中酸性最强的 （2）分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 H2C2O4 一个分子中含有两个羧基 （3）化学性质：乙二酸有较强的还原性，可被高锰酸钾氧化 ①弱酸性(乙二酸的电离方程式)：H2C2O4H＋＋HC2O4－；HC2O4－H＋＋2C2O42－ ②乙二酸与酸性高锰酸钾溶液的反应：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O 3．苯甲酸()：俗称安息香酸，无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇，乙醚。用于合成香料、药物等，其钠盐是常用的食品防腐剂 4．高级脂肪酸：高级脂肪酸指的是分子中含碳原子数较多的脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水，硬脂酸(C17H35COOH)、软脂酸(C15H31COOH)、油酸(C17H33COOH)、亚油酸(C17H31COOH)都是常见的高级脂肪酸 5．羟基酸：柠檬酸、苹果酸、乳酸等，分子中含有羟基和羧基，因此既有羟基的特性，又有羧基的特性 四、酯的结构和性质 1．酯的组成与结构 （1）概念：酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物，其结构可简写为，其中R和R′可以相同，也可以不同。R是烃基，也可以是H，但R′只能是烃基 （2）羧酸酯的官能团：酯基() （3）通式：饱和一元羧酸CnH2n＋1COOH与饱和一元醇CmH2m＋1OH生成酯的结构简式为CnH2n＋1COOCmH2m＋1，其组成通式为CnH2nO2(n≥2) （4）命名：根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯 如：CH3COOCH2CH3乙酸乙酯；HCOOCH2CH2CH3甲酸正丙酯，HCOOC2H5甲酸乙酯 2．酯的存在与物理性质 （1）存在：酯类广泛存在于自然界中，低级酯存在于各种水果和花草中。如：苹果里含有戊酸戊酯，菠萝里含有丁酸乙酯，香蕉里含有乙酸异戊酯等 （2）物理性质：低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，并难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂中 五、酯的化学性质 (以乙酸乙酯为例) (一)乙酸乙酯的结构、物理性质及用途 1．乙酸乙酯分子的组成与结构 分子式 结构式 结构简式 官能团 C4H8O2 CH3COOCH2CH3 酯基() 2．乙酸乙酯的物理性质：无色透明液体，有果香味，甜味，易挥发，微溶于水，易溶于氯仿、乙醇等有机溶剂 (二)乙酸乙酯的化学性质 1．水解反应的原理： （1）机理：酯化反应形成的键，即是酯水解反应断裂的键(形成的是哪个键，断开的就是哪个键) （2）酯在酸性或碱性条件下的水解反应 ①在酸性条件下，酯的水解是可逆反应 (反应条件：稀硫酸或稀酸) ②在碱性条件下，酯水解生成羧酸盐和醇，水解反应是不可逆反应 (反应条件：NaOH溶液或碱溶液) 2．氧化反应：酯类能燃烧，完全燃烧生成CO2和H2O；不能使KMnO4酸性溶液褪色 CH3COOCH2CH3＋5O24CO2＋4H2O (三)酯化反应与酯的水解反应的比较 酯化反应 酯的水解反应 反应关系 催化剂 浓硫酸 稀硫酸或NaOH溶液 催化剂的其他作用 吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的转化率 NaOH中和酯水解生成的羧酸、提高酯的水解率 加热方式 酒精灯火焰加热 热水浴加热 反应类型 酯化反应、取代反应 水解反应、取代反应 六、两种特殊的酯 1．甲酸酯的性质：以“甲酸乙酯”为例 （1）甲酸酯的分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 C3H6O2 HCOOC2H5 分子中含有一个酯基和一个醛基，所以甲酸酯除了能发生水解反应外，还可以发生醛的特征反应，如：银镜反应、与新制Cu(OH)2悬浊液反应 微点拨 能发生银镜反应及与新制Cu(OH)2悬浊液反应产生红色沉淀的有醛、甲酸、甲酸酯等含有醛基的物质 甲酸乙酯的酸性水解 甲酸乙酯的碱性水解 乙酸苯酯的酸性水解 乙酸苯酯的碱性水解 （2）甲酸乙酯的化学性质 2、某酸苯酯的性质：以“乙酸苯酯”为例 七、油脂的结构和分类 1．组成 （1）概念：油脂是一分子甘油()与三分子高级脂肪酸脱水形成的酯，称为甘油三酯，属于酯类化合物 （2）组成元素：C、H、O 2．结构 （2）官能团：酯基，有的在其烃基中可能含有碳碳不饱和键 3．分类 （1）按状态(常温下)分 ①油：常温下呈液态，含有较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯，如花生油、芝麻油、大豆油 ②脂肪：常温下呈固态，含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯，如牛油、羊油 （2）按高级脂肪酸的种类分 ①简单甘油酯：R1、R2、R3相同 ②混合甘油酯：R1、R2、R3不同 4．常见高级脂肪酸：组成油脂的高级脂肪酸种类较多，但多数是含有16～18个碳原子的直链高级脂肪酸 名称 饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸 软脂酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 结构简式 C15H31COOH C17H35COOH C17H33COOH C17H31COOH 5．油脂的存在 我们日常食用的牛油、羊油等动物脂肪，还有花生油、芝麻油、大豆油等植物油，都是油脂。油脂主要存在于动物的脂肪和某些植物的种子、果实中 ①油和脂肪统称为油脂 ②天然油脂大多数都是混合甘油酯 ③油脂的相对分子质量很大，但它不属于高分子化合物 ④油脂是甘油与高级脂肪酸形成的酯，天然油脂都是混合物，没有固定的熔沸点 ⑤萃取溴水中的溴单质不能选择油脂作萃取剂，因为它们之间能发生加成反应 易错提醒 八、油脂的性质 1．物理性质：油脂的密度比水小，难溶于水，易溶于汽油、氯仿等有机溶剂。天然油脂是混合物，没有固定熔、沸点 2．化学性质：油脂是高级脂肪酸的甘油酯，其化学性质与乙酸乙酯的相似，能够发生水解反应。而在高级脂肪酸中又有不饱和的，因此许多油脂又兼有烯烃的化学性质，可以发生加成反应 （1）水解反应:在酸、碱或酶等催化剂作用下能发生水解反应 ①酸性条件下水解 (应用：制高级脂肪酸和甘油) ②碱性条件下水解——皂化反应 (应用：制肥皂和甘油) ①油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应，工业上常用来制取肥皂，高级脂肪酸钠是肥皂的有效成分。肥皂的生产流程如下： ②盐析的作用：加入的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，下层为甘油和食盐水的混合液，经分离得到高级脂肪酸钠盐及其副产品甘油 易错提醒 （2）油脂的氢化——油脂的硬化 (反应类型：加成反应) 不饱和程度较高、熔点较低的液态油，通过催化加氢可提高饱和程度，转化为半固态脂肪，这个过程称为油脂的氢化，也称油脂的硬化。制得的油脂叫人造脂肪，通常又称为硬化油。硬化油不易被空气氧化变质，便于储存和运输，可以制造肥皂和人造奶油的原料 油酸甘油酯通过氢化反应转变为硬脂酸甘油酯的化学方程式为： ①乙酸乙酯在碱性条件下也能发生水解反应，但不是皂化反应 ②热的纯碱溶液可以提高去除油脂的效果 ③油脂的氢化属于加成反应，也属于还原反应。油脂氢化后可以防止因空气中的氧气氧化而变质 易错提醒 九、油脂与酯和矿物油的比较 1．油脂和酯的比较 物质 酯 油脂 油 脂肪 组成 含氧酸与醇反应的生成物 含较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯 含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯 状态 常温下呈液态或固态 常温下呈液态 常温下呈固态 存在 花草或动植物体内 油料作物的籽粒中 动物脂肪内 联系 油和脂肪统称为油脂，均属于酯 2．油脂和矿物油的比较 物质 油脂 矿物油 组成 多种高级脂肪酸甘油酯 多种烃(饱和烃、不饱和烃)的混合物(石油及其分馏产品) 性质 具有酯的性质，有些兼有烯烃的性质 具有烃的性质，不能水解 鉴别 加含酚酞的NaOH溶液，加热，红色变浅不再分层 加含酚酞的NaOH溶液，加热，无变化 用途 营养素可食用，化工原料如制肥皂、甘油 燃料、化工原料 十、油脂的生物的功效 1．营养素：食物中能够被人体消化吸收和利用的各种成分叫做营养素 2．人体必需的六大营养素：蛋白质、脂类、糖类、无机盐、维生素和水 3．油脂的生物效用 （1）生物体内储存能量的物质并供给能量。1克脂肪在体内分解成二氧化碳和水并产生39 kJ能量，大约是糖类和蛋白质的两倍 （2）构成一些重要生理物质，脂肪是生命的物质基础，是人体内的三大组成部分(蛋白质、脂肪、碳水化合物)之一。磷脂、糖脂和胆固醇构成细胞膜的类脂层，胆固醇又是合成胆汁酸、维生素D3和类固醇激素的原料 （3）维持体温和保护内脏、缓冲外界压力。皮下脂肪可防止体温过多向外散失，减少身体热量散失, 维持体温恒定。也可阻止外界热能传导到体内，有维持正常体温的作用。内脏器官周围的脂肪垫有缓冲外力冲击保护内脏的作用。减少内部器官之间的摩擦 （4）提供必需脂肪酸 （5）脂溶性维生素的重要来源。鱼肝油和奶油富含维生素A、D，许多植物油富含维生素E。脂肪还能促进这些脂 溶性维生素的吸收 （6）增加饱腹感。脂肪在胃肠道内停留时间长，所以有增加饱腹感的作用 十一、胺 1．胺的结构 （1）定义：烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物叫做胺，胺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 （2）通式：R—NH2，官能团的名称为氨基 如：甲胺的结构简式为CH3—NH2，苯胺的结构简式为 （3）分类：根据取代烃基数目不同，胺有三种结构通式 2．胺的物理性质 （1）状态：低级脂肪胺，如甲胺、二甲胺和三甲胺等，在常温下是气体，丙胺以上是液体，十二胺以上为固体。芳香胺是无色高沸点的液体或低熔点的固体，并有毒性 （2）溶解性：低级的伯、仲、叔胺都有较好的水溶性，随着碳原子数的增加，胺的水溶性逐渐下降 3．胺的化学性质：胺类化合物具有碱性 （1）电离方程式：RNH2＋H2ORNH＋OH－ （2）与酸反应：RNH2＋HClRNH3Cl；RNH3Cl＋NaOHRNH2＋NaCl＋H2O 4．用途：胺的用途很广，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 十二、酰胺 1．酰胺的结构 （1）定义：羧酸分子中羟基被氨基所替代得到的化合物 （2）通式：，其中叫做酰基，叫做酰胺基 2．几种常见酰胺及其名称 结构简式 名称 乙酰胺 苯甲酰胺 N，N­二甲基甲酰胺 N-甲基-N-乙基苯甲酰胺 结构简式 名称 N-甲基乙酰胺 N-甲基苯甲酰胺 N，N-二甲基乙酰胺 N，N­二甲基苯甲酰胺 3．酰胺()的化学性质——水解反应：酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应。如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨气逸出 （1）酸性(HCl溶液)：RCONH2＋H2O＋HClRCOOH＋NH4Cl （2）碱性(NaOH溶液)：RCONH2＋NaOHRCOONa＋NH3↑ 4．应用 酰胺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 5．氨、胺、酰胺和铵盐比较 物质 组成元素 结构式 化学性质 用途 氨 N、H 溶于水显碱性，能和酸或酸性物质发生反应 制冷剂、制造化肥和炸药 胺 C、N、H R—NH2 胺类化合物具有碱性，与酸反应生成盐，如苯胺能与盐酸反应，生成可溶于水的苯胺盐酸盐 是合成医药、农药和染料等的重要原料 酰胺 C、N、O、H 酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应，如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨逸出 酰胺常被用作溶剂和化工原料 铵盐 N、H等 NH和酸根阴离子 受热易分解、与碱反应产生氨气 化工原料、化肥 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4 羧酸 羧酸衍生物 一、羧酸的结构与分类 1．羧酸的组成和结构 （1）羧酸：由烃基(或氢原子)与 相连而构成的有机化合物。官能团为 或 （2）通式：一元羧酸的通式为R—COOH，饱和一元羧酸的通式：CnH2nO2或CnH2n＋1COOH 2．羧酸的分类 3．羧酸的命名 （1）选主链，称某酸：选择含有羧基在内的最长碳链作为主链，根据主链的碳的数目命名为“某酸” （2）编号位，定支链：主链编号时要从羧基上的碳原子开始编号 （3）标位置，写名称：取代基位次—取代基名称—某酸。名称中不必对羧基定位，因为羧基必然在其主链的边端 命名为：3—甲基丁酸 4．羧酸的物理性质 （1）溶解性：羧酸在水中的溶解性由组成羧酸的两个部分烃基(R—)和羧基(—COOH)所起的作用的相对大小决定，R—部分不溶于水，羧基部分溶于水。当羧酸碳原子数在4以下时—COOH部分的影响起主要作用，如甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水 ；随着分子中碳原子数的增加，R—部分的影响起主要作用，一元羧酸在水中的溶解度迅速 ，甚至 溶于水 （2）沸点 ①随分子中碳原子数的增加，沸点逐渐 ②羧酸与相对分子质量相当的其他有机物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成 有关 （1）乙酸的分子式为C2H4O2，所以乙酸属于四元酸(　　) （2）苯甲酸钠可以作食品防腐剂(　　) （3）软脂酸(C15H31COOH)和油酸(C17H33COOH)都属于饱和高级脂肪酸(　　) （4）乙酸、草酸、硬脂酸和石炭酸均属于羧酸类有机物(　　) （5）的名称为2-羟基丙酸，俗名乳酸(　　) 参考答案：（1）×　（2）√　（3）×　（4）×　（5）√ 易错辨析 二、羧酸的化学性质 (以乙酸为例) (一)乙酸的结构、物理性质及用途 1．乙酸分子的组成与结构 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 官能团 C2H4O2 CH3COOH 羧基 (—COOH或) 2．乙酸的物理性质 乙酸俗名醋酸，是一种无色液体，具有强烈刺激性气味，易挥发，溶点16.6℃，沸点108℃，易溶于水和乙醇。当温度低于16.6时，乙酸就会凝结成像冰一样的晶体，所以无水乙酸又叫冰醋酸 (二)乙酸的化学性质 羧酸的化学性质主要取决于羧基的官能团。由于受氧原子电负性较大等因素影响，当羧酸发生化学反应时，羧基()中①②号极性键容易断裂。当O—H断裂时，会解离出H+，使羧酸表现出酸性；当C—O断裂时，—OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物 1．乙酸的酸性：乙酸是一种重要的有机酸，具有酸性，比H2CO3的酸性 ，在水中可以电离出H＋，电离方程式为：CH3COOHCH3COO－＋H＋，是一元弱酸，具有酸的通性 乙酸的酸性 相关的化学方程式 （1）乙酸能使紫色石蕊溶液变红色 （2）与活泼金属(Na)反应 2Na＋2CH3COOH2CH3COONa＋H2↑ （3）与某些金属氧化物(Na2O)反应 Na2O＋2CH3COOH2CH3COONa＋H2O （4）与碱[NaOH、Cu(OH)2]发生中和反应 CH3COOH＋NaOHCH3COONa＋H2O Cu(OH)2＋2CH3COOH(CH3COO)2Cu＋2H2O （5）与某些盐(Na2CO3、NaHCO3)反应 Na2CO3＋2CH3COOH2CH3COONa＋CO2↑＋H2O CH3COOH＋NaHCO3CH3COONa＋CO2↑＋H2O （1）设计实验，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱 实验装置 B装置现象及解释 有 产生，说明酸性：乙酸 碳酸 方程式：2CH3COOH＋Na2CO32CH3COONa＋CO2↑＋H2O D装置的现象及解释 溶液 ，说明酸性：碳酸 苯酚 方程式： C装置的作用 除去B中挥发的 实验结论 酸性：乙酸 碳酸 苯酚 （2）醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较 含羟基的物质 比较项目 乙醇 苯酚 乙酸 结构简式 CH3CH2OH CH3COOH 羟基上氢原子活泼性 不能电离 微弱电离 部分电离 酸性 中性 极弱酸性 弱酸性 与Na反应 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 与Na2CO3反应 不反应 反应 反应 与NaHCO3反应 不反应 不反应 反应放出CO2 ①常见物质的酸性：HCl(H2SO4)＞乙二酸＞甲酸＞苯甲酸＞乙酸＞丙酸＞H2CO3＞苯酚＞HCO3－＞CH3CH2OH ②和Na2CO3反应生成气体：1 mol —COOH生成0.5 mol CO2气体 ③和NaHCO3反应生成气体：1 mol —COOH生成1 mol CO2气体 ④和Na反应生成气体：1 mol —COOH生成0.5 mol H2；1 mol —OH生成0.5 mol H2 易错提醒 2．酯化反应：羧酸和醇在酸催化下生成 和 的反应叫酯化反应，属于取代反应 （1）实验探究 实验过程 在一支试管中加入3 mL乙醇，然后边振荡试管边慢慢加入2 mL浓硫酸和2 mL冰醋酸，再加入几片碎瓷片。连接好装置，用酒精灯小心加热，将产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上，观察现象 实验装置 实验现象 ①试管中液体分层，饱和Na2CO3溶液的液面上有 生成 ②能闻到 （2）反应的方程式： ( 反应，也属于 反应) （3）酯化反应的机理：羧酸脱羟基醇脱氢 ①试剂的加入顺序：先加入乙醇，然后沿器壁慢慢加入浓硫酸，冷却后再加入CH3COOH ②导管末端不能插入饱和Na2CO3溶液中，防止挥发出来的CH3COOH、CH3CH2OH溶于水，造成溶液倒吸 ③浓硫酸的作用 a．催化剂——加快反应速率 b．吸水剂——除去生成物中的水，使反应向生成物的方向移动，提高CH3COOH、CH3CH2OH的转化率 ④饱和Na2CO3溶液的作用 a．中和挥发出的乙酸 b．溶解挥发出的乙醇 c．降低乙酸乙酯的溶解度，便于分层，得到酯 ⑤ 不能用NaOH溶液代替饱和Na2CO3溶液：乙酸乙酯在NaOH存在下水解较彻底，几乎得不到乙酸乙酯 易错提醒 （4）酯化反应的机理探究——同位素示踪原子法 脱水方式 （1）酸脱羟基醇脱氢 （2）醇脱羟基酸脱氢 同位素示踪法 在化学上为了辨明反应历程，常用同位素示踪法。即把某些分不清的原子做上记号，类似于侦察上的跟踪追击。事实上，科学家把乙醇分子中的氧原子换成放射性同位素18O，结果检测到只有生成的乙酸乙酯中才有18O，说明脱水情况为第一种 酯化反应机理 (羧酸脱羟基醇脱氢) （5）酯化反应通式: （6）无机含氧酸与醇作用也能生成酯 ①乙醇与硝酸的酯化反应：C2H5OH＋HONO2C2H5—O—NO2(硝酸乙酯)＋H2O ②乙醇与硫酸的酯化反应：C2H5OH＋HO—SO3HC2H5—O—SO3H(硫酸氢乙酯)＋H2O （1）乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液或者Na2CO3溶液反应生成CO2(　　) （2）向苯酚和醋酸中分别滴加少量紫色石蕊溶液，溶液均变为红色(　　) （3）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(　　) （4）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(　　) （5）乙酸显酸性，能电离出H＋，因此发生酯化反应时断裂H—O(　　) 参考答案：（1）√　（2）×　（3）×　（4）×　（5）× 易错辨析 三、常见的羧酸 1．甲酸 （1）物理性质：甲酸俗称蚁酸，无色、有 气味的液体，有 性，能与 等互溶 （2）分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 CH2O2 HCOOH 醛基的性质：氧化反应(银镜反应) 羧酸的性质：酸的通性、酯化反应 （3）化学性质 ①弱酸性：甲酸的电离方程式 HCOOHH＋＋HCOO－ ②与活泼金属(Na)反应放出H2 2Na＋2HCOOH2HCOONa＋H2↑ ③与某些金属氧化物(Na2O)反应 Na2O＋2HCOOH2HCOONa＋H2O ④与碱(NaOH)中和 HCOOH＋NaOHHCOONa＋H2O ⑤与某些盐(NaHCO3)反应 HCOOH＋NaHCO3HCOONa＋CO2↑＋H2O ⑥甲酸与乙醇酯化反应 ⑦甲酸与银氨溶液的反应 HCOOH＋2Ag(NH3)2OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O ⑧甲酸与Cu(OH)2 的反应(常温) 2HCOOH＋Cu(OH)2(HCOO)2Cu＋2H2O ⑨甲酸与Cu(OH)2 的反应(加热) HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHCu2O↓＋4H2O＋Na2CO3 a．结构的特殊性决定了性质的特殊性，甲酸具有其它羧酸所没有的性质——还原性 b．能发生银镜反应的有机物除了醛类，还有甲酸、甲酸盐、甲酸某酯 2．乙二酸 （1）物理性质：俗称“草酸”，无色 ，通常含有 [(COOH)2•2H2O]，加热至100℃时失水成无水草酸，可溶于 和 。草酸钙难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。乙二酸是最简单的饱和二元羧酸，是二元羧酸中酸性最强的 （2）分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 H2C2O4 一个分子中含有两个羧基 （3）化学性质：乙二酸有较强的还原性，可被高锰酸钾氧化 ①弱酸性(乙二酸的电离方程式)：H2C2O4H＋＋HC2O4－；HC2O4－H＋＋2C2O42－ ②乙二酸与酸性高锰酸钾溶液的反应：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O 3．苯甲酸()：俗称安息香酸， 色晶体，易升华，微溶于 ，易溶于 ，乙醚。用于合成香料、药物等，其钠盐是常用的食品 4．高级脂肪酸：高级脂肪酸指的是分子中含碳原子数较多的脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水，硬脂酸(C17H35COOH)、软脂酸(C15H31COOH)、油酸(C17H33COOH)、亚油酸(C17H31COOH)都是常见的高级脂肪酸 5．羟基酸：柠檬酸、苹果酸、乳酸等，分子中含有羟基和羧基，因此既有羟基的特性，又有羧基的特性 四、酯的结构和性质 1．酯的组成与结构 （1）概念：酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物，其结构可简写为，其中R和R′可以相同，也可以不同。R是烃基，也可以是H，但R′只能是烃基 （2）羧酸酯的官能团：酯基() （3）通式：饱和一元羧酸CnH2n＋1COOH与饱和一元醇CmH2m＋1OH生成酯的结构简式为CnH2n＋1COOCmH2m＋1，其组成通式为CnH2nO2(n≥2) （4）命名：根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯 如：CH3COOCH2CH3乙酸乙酯；HCOOCH2CH2CH3甲酸正丙酯，HCOOC2H5甲酸乙酯 2．酯的存在与物理性质 （1）存在：酯类广泛存在于自然界中，低级酯存在于各种水果和花草中。如：苹果里含有戊酸戊酯，菠萝里含有丁酸乙酯，香蕉里含有乙酸异戊酯等 （2）物理性质：低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，并难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂中 五、酯的化学性质 (以乙酸乙酯为例) (一)乙酸乙酯的结构、物理性质及用途 1．乙酸乙酯分子的组成与结构 分子式 结构式 结构简式 官能团 C4H8O2 CH3COOCH2CH3 酯基() 2．乙酸乙酯的物理性质：无色透明液体，有果香味，甜味，易挥发，微溶于水，易溶于氯仿、乙醇等有机溶剂 (二)乙酸乙酯的化学性质 1．水解反应的原理： （1）机理：酯化反应形成的键，即是酯水解反应断裂的键(形成的是哪个键，断开的就是哪个键) （2）酯在酸性或碱性条件下的水解反应 ①在酸性条件下，酯的水解是 反应 (反应条件：稀硫酸或稀酸) ②在碱性条件下，酯水解生成 ，水解反应是 反应 (反应条件：NaOH溶液或碱溶液) 2．氧化反应：酯类能燃烧，完全燃烧生成CO2和H2O；不能使KMnO4酸性溶液褪色 CH3COOCH2CH3＋5O24CO2＋4H2O (三)酯化反应与酯的水解反应的比较 酯化反应 酯的水解反应 反应关系 催化剂 浓硫酸 稀硫酸或NaOH溶液 催化剂的其他作用 吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的转化率 NaOH中和酯水解生成的羧酸、提高酯的水解率 加热方式 酒精灯火焰加热 热水浴加热 反应类型 酯化反应、取代反应 水解反应、取代反应 （1）分子式相同的羧酸和酯类互为同分异构体(　　) （2）既有酯类的性质也有醛类的性质(　　) （3）所有的酯类物质均有果香味，均可作为香料(　　) （4）乙醛、乙酸和乙酸乙酯中都有碳氧双键，因此都能与H2发生加成反应(　　) （5）在酸性条件下，CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH(　　) 参考答案　（1）√　（2）√　（3）×　（4）×　（5）× 易错辨析 六、两种特殊的酯 1．甲酸酯的性质：以“甲酸乙酯”为例 （1）甲酸酯的分子组成和结构 分子式 结构式 结构简式 结构特点 C3H6O2 HCOOC2H5 分子中含有一个酯基和一个醛基，所以甲酸酯除了能发生水解反应外，还可以发生醛的特征反应，如：银镜反应、与新制Cu(OH)2悬浊液反应 微点拨 能发生银镜反应及与新制Cu(OH)2悬浊液反应产生红色沉淀的有醛、甲酸、甲酸酯等含有醛基的物质 甲酸乙酯的酸性水解 甲酸乙酯的碱性水解 乙酸苯酯的酸性水解 乙酸苯酯的碱性水解 （2）甲酸乙酯的化学性质 2、某酸苯酯的性质：以“乙酸苯酯”为例 七、油脂的结构和分类 1．组成 （1）概念：油脂是一分子甘油()与三分子高级脂肪酸脱水形成的酯，称为甘油三酯，属于酯类化合物 （2）组成元素：C．H、O 2．结构 （2）官能团：酯基，有的在其烃基中可能含有碳碳不饱和键 3．分类 （1）按状态(常温下)分 ①油：常温下呈液态，含有较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯，如花生油、芝麻油、大豆油 ②脂肪：常温下呈固态，含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯，如牛油、羊油 （2）按高级脂肪酸的种类分 ①简单甘油酯：R1、R2、R3相同 ②混合甘油酯：R1、R2、R3不同 4．常见高级脂肪酸：组成油脂的高级脂肪酸种类较多，但多数是含有16～18个碳原子的直链高级脂肪酸 名称 饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸 软脂酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 结构简式 C15H31COOH C17H35COOH C17H33COOH C17H31COOH 5．油脂的存在 我们日常食用的牛油、羊油等动物脂肪，还有花生油、芝麻油、大豆油等植物油，都是油脂。油脂主要存在于动物的脂肪和某些植物的种子、果实中 ①油和脂肪统称为油脂 ②天然油脂大多数都是混合甘油酯 ③油脂的相对分子质量很大，但它不属于高分子化合物 ④油脂是甘油与高级脂肪酸形成的酯，天然油脂都是混合物，没有固定的熔沸点 ⑤萃取溴水中的溴单质不能选择油脂作萃取剂，因为它们之间能发生加成反应 易错提醒 八、油脂的性质 1．物理性质：油脂的密度比水小，难溶于水，易溶于汽油、氯仿等有机溶剂。天然油脂是混合物，没有固定熔、沸点 2．化学性质：油脂是高级脂肪酸的甘油酯，其化学性质与乙酸乙酯的相似，能够发生水解反应。而在高级脂肪酸中又有不饱和的，因此许多油脂又兼有烯烃的化学性质，可以发生加成反应 （1）水解反应:在 、 或 等催化剂作用下能发生水解反应 ①酸性条件下水解 (应用：制高级脂肪酸和甘油) ②碱性条件下水解——皂化反应 (应用：制肥皂和甘油) ①油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应，工业上常用来制取肥皂，高级脂肪酸钠是肥皂的有效成分。肥皂的生产流程如下： ②盐析的作用：加入的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 和 的混合液，经分离得到高级脂肪酸钠盐及其副产品甘油 易错提醒 （2）油脂的氢化——油脂的硬化 (反应类型：加成反应) 不饱和程度较高、熔点较低的液态油，通过催化加氢可提高饱和程度，转化为半固态脂肪，这个过程称为油脂的氢化，也称油脂的硬化。制得的油脂叫人造脂肪，通常又称为硬化油。硬化油不易被空气氧化变质，便于储存和运输，可以制造肥皂和人造奶油的原料 油酸甘油酯通过氢化反应转变为硬脂酸甘油酯的化学方程式为： ①乙酸乙酯在碱性条件下也能发生水解反应，但不是皂化反应 ②热的纯碱溶液可以提高去除油脂的效果 ③油脂的氢化属于加成反应，也属于还原反应。油脂氢化后可以防止因空气中的氧气氧化而变质 易错提醒 （1）油脂属于酯类，但酯类物质不一定是油脂(　　) （2）所有的油脂在酸性条件下或碱性条件下都能发生水解反应(　　) （3）能发生氢化反应的油脂都能使酸性高锰酸钾溶液褪色(　　) （4）植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色(　　) （5）豆油、汽油、牛油均属于油脂(　　) （6）可以用NaOH溶液区别植物油和矿物油(　　) 参考答案：（1）√　（2）√　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√ 易错辨析 九、油脂与酯和矿物油的比较 1．油脂和酯的比较 物质 酯 油脂 油 脂肪 组成 含氧酸与醇反应的生成物 含较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯 含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯 状态 常温下呈液态或固态 常温下呈液态 常温下呈固态 存在 花草或动植物体内 油料作物的籽粒中 动物脂肪内 联系 油和脂肪统称为油脂，均属于酯 2．油脂和矿物油的比较 物质 油脂 矿物油 组成 多种高级脂肪酸甘油酯 多种烃(饱和烃、不饱和烃)的混合物(石油及其分馏产品) 性质 具有酯的性质，有些兼有烯烃的性质 具有烃的性质，不能水解 鉴别 加含酚酞的NaOH溶液，加热，红色变浅不再分层 加含酚酞的NaOH溶液，加热，无变化 用途 营养素可食用，化工原料如制肥皂、甘油 燃料、化工原料 十、油脂的生物的功效 1．营养素：食物中能够被人体消化吸收和利用的各种成分叫做营养素 2．人体必需的六大营养素：蛋白质、脂类、糖类、无机盐、维生素和水 3．油脂的生物效用 （1）生物体内储存能量的物质并供给能量。1克脂肪在体内分解成二氧化碳和水并产生39 kJ能量，大约是糖类和蛋白质的两倍 （2）构成一些重要生理物质，脂肪是生命的物质基础，是人体内的三大组成部分(蛋白质、脂肪、碳水化合物)之一。磷脂、糖脂和胆固醇构成细胞膜的类脂层，胆固醇又是合成胆汁酸、维生素D3和类固醇激素的原料 （3）维持体温和保护内脏、缓冲外界压力。皮下脂肪可防止体温过多向外散失，减少身体热量散失, 维持体温恒定。也可阻止外界热能传导到体内，有维持正常体温的作用。内脏器官周围的脂肪垫有缓冲外力冲击保护内脏的作用。减少内部器官之间的摩擦 （4）提供必需脂肪酸 （5）脂溶性维生素的重要来源。鱼肝油和奶油富含维生素A．D，许多植物油富含维生素E。脂肪还能促进这些脂 溶性维生素的吸收 （6）增加饱腹感。脂肪在胃肠道内停留时间长，所以有增加饱腹感的作用 十一、胺 1．胺的结构 （1）定义：烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物叫做胺，胺也可以看作是烃分子中的 原子被 所替代得到的化合物 （2）通式：R—NH2，官能团的名称为氨基 如：甲胺的结构简式为CH3—NH2，苯胺的结构简式为 （3）分类：根据取代烃基数目不同，胺有三种结构通式 2．胺的物理性质 （1）状态：低级脂肪胺，如甲胺、二甲胺和三甲胺等，在常温下是气体，丙胺以上是液体，十二胺以上为固体。芳香胺是无色高沸点的液体或低熔点的固体，并有 （2）溶解性：低级的伯、仲、叔胺都有较好的水溶性，随着碳原子数的增加，胺的水溶性逐渐下降 3．胺的化学性质：胺类化合物具有碱性 （1）电离方程式：RNH2＋H2ORNH＋OH－ （2）与酸反应：RNH2＋HClRNH3Cl；RNH3Cl＋NaOHRNH2＋NaCl＋H2O 4．用途：胺的用途很广，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 十二、酰胺 1．酰胺的结构 （1）定义：羧酸分子中 被 所替代得到的化合物 （2）通式：，其中叫做 ，叫做 2．几种常见酰胺及其名称 结构简式 名称 乙酰胺 苯甲酰胺 N，N­二甲基甲酰胺 N-甲基-N-乙基苯甲酰胺 结构简式 名称 N-甲基乙酰胺 N-甲基苯甲酰胺 N，N-二甲基乙酰胺 N，N­二甲基苯甲酰胺 3．酰胺()的化学性质——水解反应：酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应。如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨气逸出 （1）酸性(HCl溶液)：RCONH2＋H2O＋HClRCOOH＋NH4Cl （2）碱性(NaOH溶液)：RCONH2＋NaOHRCOONa＋NH3↑ 4．应用 酰胺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 5．氨、胺、酰胺和铵盐比较 物质 组成元素 结构式 化学性质 用途 氨 N、H 溶于水显碱性，能和酸或酸性物质发生反应 制冷剂、制造化肥和炸药 胺 C．N、H R—NH2 胺类化合物具有碱性，与酸反应生成盐，如苯胺能与盐酸反应，生成可溶于水的苯胺盐酸盐 是合成医药、农药和染料等的重要原料 酰胺 C．N、O、H 酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应，如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨逸出 酰胺常被用作溶剂和化工原料 铵盐 N、H等 NH和酸根阴离子 受热易分解、与碱反应产生氨气 化工原料、化肥 学科网（北京）股份有限公司 $