3.4.1羧酸课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修3

第三章 烃的衍生物 第四节 羧酸 羧酸衍生物 3.4.1 羧酸 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。 烃 取代、加成 卤代烃 R—X 水解 （取代） 醇 R—OH 氧化 醛 R—CHO 氧化 羧酸 R—COOH 取代 消 去 消 去 含不饱和键的化合物 加 成 加 成 还原 强氧化剂 酯 （取代） 酯化 烃与烃的衍生物之间的相互转化 一、羧酸 1、定义： 由烃基（或氢原子）与羧基（ ）相连而构成的有机化合物 ★ 简写：—COOH 2、分类： 根据羧酸分子中羧基的数目 一元羧酸：丙酸（CH3CH2COOH） 二元羧酸：乙二酸（HOOC—COOH） 多元羧酸 根据与羧基相连的烃基的不同 脂肪酸：甲酸（HCOOH）、乙酸（CH3COOH）、丙烯酸（CH2=CHCOOH） 芳香酸：苯甲酸（ ） COOH 根据羧酸分子中烃基碳原子的数目 低级脂肪酸 高级脂肪酸 硬脂酸（C17H35COOH） 软脂酸（C15H31COOH） 油酸（C17H33COOH） 一、羧酸 3、饱和一元脂肪酸的通式： CnH2nO2（n ≥ 1）或CnH2n + 1COOH （n ≥ 0） HCOOH 甲酸 CH3COOH 乙酸 CH3CH2COOH丙酸 4、命名： （1）选主链： （2）编序号： （3）写名称： 选含有—COOH的最长碳链为主链，按主链碳原子数称“某酸” 从—COOH一端开始编号，—COOH中碳原子为“1”号碳，命名时由于羧基一定在“1”号位，故羧基无需用阿拉伯数字标明位置 在“某酸”之前加上取代基的位次号和名称 CH3CHCH2COOH CH3 CH3 HOOCCH—CHCOOH C2H5 COOH CH=CHCOOH 3 - 甲基丁酸 2 - 甲基 - 3 - 乙基丁二酸 对甲基苯甲酸 4 - 甲基苯甲酸 3 - 苯基丙烯酸 一、羧酸 5、物理性质： （1）溶解性： 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减小，甚至不溶于水。高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体 亲水基团，能与水分子间形成氢键 憎水基团 R—C—O—H O H O H 5、物理性质： （2）沸点： 随着分子中碳原子数的增加，其沸点也逐渐升高 表3 - 4 几种羧酸的熔点和沸点 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 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，这与羧酸分子间可以形成氢键有关 CH3—C O O—H C—H3C O H—O 二聚乙酸分子间形成氢键 无气体（C1 ～ C9为液态） 名称 结构简式 相对分子质量 沸点 / ℃ 乙酸 CH3COOH 60 118 正丙醇 CH3CH2CH2OH 60 97 正丁烷 CH3CH2CH2CH3 58 -0.5 一、羧酸 乙酸： 1、物理性质 颜色 气味 状态 密度 挥发性 溶解性 熔点 无色 强烈刺激性 液体 118 ℃ 易挥发 易溶于水和乙醇 1.05 g / cm3 比水略大 16.6 ℃ 当温度低于熔点时，乙酸可凝结成类似冰的晶体，所以纯净的乙酸又叫冰醋酸 纯净物 一、羧酸 乙酸： 2、分子结构特点 有机物名称 乙酸 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 C2H4O2 或 CH3COOH 乙酸的核磁共振氢谱 ★ 羧酸的化学性质主要取决于羧基官能团 一、羧酸 乙酸： 3、结构分析 δ+ δ- δ+ δ- ① 由于受氧原子电负性较大等因素的影响，使O—H极性增强，更易断裂，当O—H断裂时，会解离出H+，使羧酸表现出酸性 ② 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 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 ★ 羧基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，并不是羰基和羟基具有的化学性质的简单加和 一、羧酸 6、化学性质： （1）酸性： 羧酸是一类弱酸，具有酸类的共同性质 RCOOH ⇌ RCOO- + H+ ② 与活泼金属反应： ① 与酸碱指示剂作用： ③ 与碱性氧化物反应： ⑤ 与某些盐反应： ④ 与碱反应： 使紫色石蕊试液变红，无色酚酞试液不变色 2CH3COOH + Mg → 2CH3COOH + CaO → (CH3COO)2Mg + H2↑ (CH3COO)2Ca + H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 → (CH3COO)2Cu + 2H2O 2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + H2O + CO2↑ 一、羧酸 6、化学性质： （1）酸性： 【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）。 实验内容 实验现象 结论 测定相同物质的量浓度的甲酸、苯甲酸和乙二酸的pH值？ 分别取1 mol甲酸、苯甲酸和乙二酸与足量金属Na充分反应，测定生成H2的体积？ pH值： 乙二酸 ＜ 甲酸 ＜ 苯甲酸 酸性强弱： 乙二酸 ＞ 甲酸 ＞ 苯甲酸 生成H2的体积： V乙二酸 = 2V甲酸 = 2V苯甲酸 甲酸、苯甲酸是一元羧酸，乙二酸是二元羧酸 ★ 多元羧酸强于一元羧酸 【设计与实验】 （2）设计实验证明甲酸是弱酸？ 实验内容 实验现象 结论 配制0.1 mol/L的甲酸溶液，测定其pH值？ 甲酸是弱酸 分别将pH = 1的甲酸和盐酸稀释100倍，测稀释后溶液的pH值？ 配制0.1 mol/L的甲酸钠溶液，测定其pH值？ 相同条件下，等体积等浓度的甲酸和盐酸分别与完全相同的Zn反应，比较产生气泡的速率大小？ 测相同物质的量浓度的甲酸和盐酸的电导率，比较其电导率大小？ …… pH ≈ 2.37 ＞ 1 稀释后，甲酸pH ≈ 2.5，盐酸pH = 3 pH ≈ 8.37 ＞ 7 电导率：甲酸 ＜ 盐酸 产生气泡的速率： 甲酸 ＜ 盐酸 【设计与实验】 （3）利用下图所示仪器和药品，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。 【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。 ★ 酸性强弱：乙酸 > 碳酸 > 苯酚 ★ 降低CO2在水中的溶解度，且除去CO2中的乙酸，避免对后续实验造成干扰 CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + H2O + CO2↑ 2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + H2O + CO2↑ + CO2 + H2O → + NaHCO3 A → D、E → B、C → F、G → H、I → J 1、某有机物结构简式如图所示，1 mol该有机物分别与Na、NaOH、Na2CO3、NaHCO3完全反应，分别消耗 mol Na、 mol NaOH、 mol Na2CO3、 mol NaHCO3。 COOH CHO 3 2 1.5 1 （2）酯化反应： 羧酸和醇在酸催化下可以发生酯化反应，如乙酸与乙醇在浓硫酸催化和加热的条件下反应，生成乙酸乙酯 【思考与讨论】 乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上看是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？ 【思考与讨论】 乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上看是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？ 我们可以使用同位素示踪法，证实乙酸与乙醇的酯化反应是乙酸分子中羧基的羟基与乙醇分子中羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯，其反应可用化学方程式表示如下： ★ 同位素示踪法是利用同位素对研究对象进行标记的微量分析方法，可以利用探测仪器随时追踪标记的同位素在产物中的位置和数量 ★ 酯化反应的实质：酸（含氧酸）脱羟基醇脱氢 （2）酯化反应： 乙酸乙酯的制备及注意事项： 实验现象：装有饱和碳酸钠溶液的试管内液体分层，上层有无色透明的油状液体产生，并可以闻到香味 （2）酯化反应： 乙酸乙酯的制备及注意事项： 药品添加顺序：乙醇 → 浓硫酸 → 乙酸（V：3 : 2 : 2） 浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂 碎瓷片的作用：防暴沸 长导管的作用：导气、冷凝回流 导管末端只能接近液面不能插入饱和Na2CO3溶液中：防倒吸 饱和Na2CO3溶液的作用： ① 溶解乙醇 ② 中和乙酸 ③ 降低乙酸乙酯的溶解度，便于酯的分层 几种可防倒吸的装置： 安全瓶 【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。 ③ 由于乙酸乙酯的沸点比乙酸、乙醇都低，因此从反应物中不断蒸出乙酸乙酯可提高其产率 ① 使用过量的乙醇，可提高乙酸的平衡转化率 ② 使用浓H2SO4作吸水剂，可提高反应物的平衡转化率 ④ 冷凝回流，可提高乙酸乙酯的产率 1、如图是分离乙酸乙酯、乙酸和乙醇混合物的实验操作流程图。在上述实验过程中，所涉及的三次分离操作分别是（ ） A. ① 蒸馏、② 过滤、③ 分液 B. ① 分液、② 蒸馏、③ 蒸馏 C. ① 蒸馏、② 分液、③ 分液 D. ① 分液、② 蒸馏、③ 结晶、过滤 B 自然界和日常生活中的有机酸 蚁酸（甲酸）HCOOH 自然界的许多动植物中含有有机酸，例如，蚁酸（甲酸）、安息香酸（苯甲酸）、草酸（乙二酸）等。有些有机酸分子中既含有羧基也含有羟基，所以又叫做羟基酸，它们既具有羟基的性质，也具有羧基的性质。例如，乳酸、柠檬酸、苹果酸等。 未成熟的梅子、李子、杏子等水果中，含有安息香酸和草酸等成分 安息香酸（苯甲酸） COOH 草酸（乙二酸）HOOC—COOH CH3CHCOOH OH 乳酸 柠檬酸 HO—C—COOH CH2COOH CH2COOH 2 - 羟基丙酸 HO—CH—COOH CH2COOH 苹果酸 2 - 羟基丁二酸 一、羧酸 7、几种重要的羧酸 （1）甲酸 ① 物理性质： —— 最简单的羧酸，因最早从蚂蚁中获得，故又称蚁酸 ② 分子结构特点： 是一种无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 有机物名称 甲酸 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 CH2O2 H—C—O—H O HCOOH 【讨论】 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。 （1）甲酸 ③ 化学性质： H—C—O—H O 甲酸分子中既有羧基的结构，又有醛基的结构，这使得甲酸既表现出羧酸的性质，又表现出醛的性质 【思考】 （1）甲酸的酸性比乙酸 ，原因是 。 （2）书写甲酸与甲醇发生酯化反应的化学方程式？ 。 强 甲基为推电子基团，使乙酸分子羧基中O—H的极性减弱 HCOOH + HOCH3 ⇌ HCOOCH3 + H2O △ 浓硫酸 ★ 甲酸某酯中也含有醛基 ★ 甲酸又能与银氨溶液反应，被氧化为碳酸后分解生成CO2和H2O ★ 甲酸能使KMnO4(H+)溶液、溴水褪色 ★ 同系物中随碳链增长，羧酸酸性减弱 【思考】 （3）分别向甲酸、乙酸溶液中加入新制Cu(OH)2碱性浊液，有何现象？然后加热，有何现象？ 加入新制Cu(OH)2碱性浊液时，甲酸和乙酸均能使沉淀溶解，溶液变澄清；加热后，甲酸溶液中产生砖红色沉淀，乙酸溶液无明显变化 2HCOOH + Cu(OH)2 → (HCOO)2Cu + 2H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 → (CH3COO)2Cu + 2H2O HCOOH + 2Cu(OH)2 + 2NaOH → Na2CO3 + Cu2O↓ + 4H2O △ HCOOH + 2[Ag(NH3)2]OH → (NH4)2CO3 + 2Ag↓ + 2NH3 + H2O △ （1）甲酸 ③ 化学性质： 【思考】 （4）试用一种试剂鉴别甲酸、乙酸、乙醇、乙醛？ 新制Cu(OH)2碱性浊液 甲酸：溶解（常温） → 砖红色沉淀（加热） 乙酸：溶解（常温） → 无变化（加热） 乙醇：不溶解（常温） → 无变化（加热） 乙醛：不溶解（常温） → 砖红色沉淀（加热） ★ 被浓硫酸脱水：HCOOH → CO↑ + H2O 浓H2SO4 一、羧酸 7、几种重要的羧酸 （1）甲酸 ④ 用途： 甲酸在工业上可用作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料 一、羧酸 7、几种重要的羧酸 （2）苯甲酸 ① 物理性质： ② 分子结构特点： —— 属于芳香酸，又称安息香酸 是一种无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇 有机物名称 苯甲酸 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 C7H6O2 COOH ③ 用途： 苯甲酸可以用于合成香料、药物等，它的钠盐是常用的食品防腐剂 一、羧酸 7、几种重要的羧酸 （3）乙二酸 ① 物理性质： —— 俗称草酸，最简单的二元羧酸 有机物名称 乙二酸 分子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间填充模型 是无色晶体，通常含有两分子结晶水（H2C2O4 ∙ 2H2O），可溶于水和乙醇 H2C2O4 HOOC—COOH ② 分子结构特点： ③ 用途： 乙二酸是化学分析中常用的还原剂，也是重要的化工原料 （3）乙二酸 ④ 化学性质： a. 具有羧酸的通性 —— 二元弱酸（二元中强酸） H2C2O4 ⇌ H+ + HC2O4- HC2O4- ⇌ H+ + C2O42- 2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O b. 还原性 —— 乙二酸的特性 c. 不稳定性 H2C2O4 → CO↑ + CO2↑ + H2O △ ④ 化学性质： d. 酯化反应 COOH COOH + 2 C2H5OH 2 CH3COOH + CH2OH CH2OH COOH COOH + CH2OH CH2OH COOC2H5 COOC2H5 + 2H2O 乙二酸二乙酯 CH2OOCCH3 CH2OOCCH3 + 2H2O 二乙酸乙二酯 + 2H2O 乙二酸乙二酯 ④ 化学性质： e. 缩聚反应 n HOOC—COOH + n HOCH2CH2OH [ C—C—OCH2CH2O ]n HO H + (2n - 1)H2O O O 涤纶 聚乙二酸乙二酯 n HOCH2COOH ⇌ △ 催化剂 [ OCH2C ]n H + (n - 1)H2O O OH （4）乳酸 CH3CHCOOH OH —— 有些有机酸分子中既含有羧基也含有羟基，所以又叫做羟基酸，它们既具有羟基的性质，也具有羧基的性质 2 CH3CHCOOH OH 2 CH3CHCOOH OH n CH3CHCOOH ⇌ OH △ 催化剂 CH3CHCOOCHCOOH + H2O OH CH3 + 2 H2O [ OCHC ]n H + (n - 1)H2O O OH CH3 ★ 自身酯化反应 【拓展1】酸酐的生成 一、羧酸 ★ 取代反应 羧酸与脱水剂（如P2O5等）共热，2个羧基脱去一分子水形成酸酐 CH3—C—OH O CH3—C—OH O △ P2O5 → O CH3—C O CH3—C O + H2O 乙酸酐 △ P2O5 → + H2O 邻苯二甲酸酐 【拓展2】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 一、羧酸 RCOOH → RCH2OH LiAlH4 ★ 还原反应 【拓展3】受—COOH影响使羧酸分子中α - H活性增强，能发生α - H的取代反应 RCH2COOH + Cl2 → RCHCOOH + HCl 催化剂 Cl △ ★ 羧基的吸电子作用使乙酸分子中甲基上C—H的极性增强 1、由—CH3、—OH、 、—COOH四种基团两两组合而成的化合物中，其水溶液能使紫色石蕊试液变红的有（　　） A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 C 4、网络趣味图片“一脸辛酸”，是在人脸上重复画满了辛酸的键线式结构。下列有关辛酸的叙述正确的是（　　） A. 辛酸在常温下呈气态 B. 辛酸的酸性比醋酸强 C. 辛酸和油酸（C17H33COOH）二者属于同系物 D. 辛酸的同分异构体(CH3)3CCH(CH3)CH2COOH的化学名称为3，4，4 - 三甲基戊酸 D $