人教版高中化学选修5第三章第三节 第1课时《羧酸》.docx
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人教版高中化学选修5第三章第三节第1课时《羧酸》
第三节 羧酸 酯
第1课时 羧 酸
[学习目标定位] 1.知道羧酸的结构特点及简单分类。
2.能够以乙酸为代表物质，掌握羧酸的性质及用途。
1．乙酸的组成与结构
乙酸的分子式为C2H4O2，结构式为
，结构简式为CH3COOH，官能团是—COOH。
2．乙酸的性质
（1）乙酸俗名醋酸，是一种无色液体，具有强烈刺激性气味，易溶于水和乙醇。
（2）乙酸是一种弱酸，其酸性比碳酸的强，具有酸的通性。
在水中可以电离出H＋，电离方程式为
CH3COOHCH3COO－＋H＋。
①与酸碱指示剂作用，能使石蕊试液变红。
②与Mg反应的化学方程式为
Mg＋2CH3COOH===（CH3COO）2Mg＋H2↑。
③与CaO反应的化学方程式为
CaO＋2CH3COOH===（CH3COO）2Ca＋H2O。
④与Cu（OH）2反应的化学方程式为
Cu（OH）2＋2CH3COOH===（CH3COO）2Cu＋2H2O。
⑤与Na2CO3反应的化学方程式为
Na2CO3＋2CH3COOH===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O。
探究点一 羧酸
1．写出下列各种酸的结构简式，并填空：
①乙酸：
CH3COOH；②硬脂酸：
C17H35COOH；
③苯甲酸：
C6H5COOH；④油酸：
C17H33COOH；
⑤乙二酸：
HOOC—COOH。
（1）从上述酸的结构可以看出，羧酸可以看作是由羧基和烃基相连而构成的化合物。
其通式可表示为R—COOH，官能团为—COOH。
（2）按不同的分类标准对羧酸进行分类：
若按羧酸分子中烃基的结构分类，上述物质中的①②④属于脂肪酸，③属于芳香酸。
若按羧酸分子中羧基的数目分类，上述物质中的①②③④属于一元酸，⑤属于二元酸。
2．羧酸可以表示为
（1）当①键断裂时，羧酸电离出H＋，因而羧酸具有酸的通性。
（2）当②键断裂时，—COOH中的—OH被取代，例如发生酯化反应时，羧酸脱去—OH而生成相应的酯和水。
[归纳总结]
醇、酚、羧酸的结构中均有—OH，由于这些—OH所连的基团不同，—OH受相连基团的影响就不同。
故羟基上的氢原子的活性也就不同，表现在性质上也相差较大，其比较如下：
含羟基的物质
比较项目
醇
酚
羧酸
羟基上氢原子活泼性
在水溶液中电离
极难电离
微弱电离
部分电离
酸碱性
中性
很弱的酸性
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NaHCO3反应
不反应
不反应
反应放出CO2
[活学活用]
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
答案 C
解析
A
×
常温常压下通常只有分子中含有10个碳原子以下的羧酸为液态，分子中含有10个碳原子以上的羧酸通常为固态。
B
×
饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2。
C
√
羧酸的官能团为羧基，可写为—COOH或写为
D
×
羧酸除包括链烃基与羧基相连的有机物外，环烃基、芳香烃基等与羧基相连得到的有机物均为羧酸。
2．某有机物结构简式为
，则用Na、NaOH、NaHCO3与等物质的量的该有机物恰好反应时，消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为（ ）
A．3∶3∶2B．3∶2∶1
C．1∶1∶1D．3∶2∶2
答案 B
解析 由题意和所学知识得出Na能与羧基、醇羟基和酚羟基反应，NaOH能与羧基和酚羟基反应，而NaHCO3只能与羧基反应。
所以本题正确答案为B。
探究点二 乙酸乙酯的制备
1．按下列实验步骤，完成实验。
在一试管中加3mL乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL冰醋酸，按下图所示连接好装置。
用酒精灯小心均匀地加热试管3～5min，产生的蒸气经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上。
（1）观察到的现象是在饱和碳酸钠溶液的上方有透明的油状液体产生，并可闻到香味。
（2）由实验得出的结论是在浓硫酸存在、加热的条件下，乙酸和乙醇发生酯化反应，生成无色、透明、不溶于水，且有香味的乙酸乙酯。
2．上述实验中反应的化学方程式为
CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O。
3．实验思考：
（1）浓H2SO4的作用是催化剂和吸水剂。
（2）导气管末端不能浸入饱和Na2CO3溶液的原因是防止受热不均发生倒吸。
（3）饱和Na2CO3（aq）的作用是①吸收未反应的乙酸和乙醇；②降低乙酸乙酯的溶解度，有利于分层。
[归纳总结]
（1）酯化反应的原理
羧酸与醇发生酯化反应时，一般是羧酸分子中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合生成水，其余部分结合生成酯，用示踪原子法可以证明。
（2）无机酸也可以和醇发生酯化反应，如：
（硝化甘油，三硝酸甘油酯）
[活学活用]
答案 B
解析 因乙酸在水溶液中存在平衡，故有两种形式：
4．酸牛奶中含有乳酸，其结构简式为
。
高级动物和人体的无氧呼吸可产生乳酸。
（1）乳酸可能发生的反应是（填序号）。
①取代反应 ②酯化反应 ③水解反应 ④消去反应 ⑤聚合反应 ⑥中和反应
（2）两分子乳酸在不同条件下可形成链状酯和六元环酯，它们的结构简式分别为、。
答案
（1）①②④⑤⑥
（2）
1．确定乙酸是弱酸的依据是（ ）
A．乙酸可以和乙醇发生酯化反应
B．乙酸钠的水溶液显碱性
C．乙酸能使石蕊试液变红
D．Na2CO3中加入乙酸产生CO2
答案 B
解析 乙酸钠的水溶液呈碱性，说明乙酸是强碱与弱酸形成的盐。
2．关于乙酸的下列说法不正确的是（ ）
A．乙酸是一种重要的有机酸，是具有强烈刺激性气味的液体
B．乙酸分子中含有四个氢原子，所以乙酸是四元酸
C．无水乙酸又称冰醋酸，它是纯净物
D．乙酸易溶于水和乙醇
答案 B
解析 羧酸是几元酸是根据分子中所含羧基的数目来划分的，一个乙酸分子中只含有一个羧基，故为一元酸。
3．下列化合物中，既显酸性，又能发生酯化反应和消去反应的是（ ）
答案 C
解析 根据分子中所含的各种官能团的性质判断。
4．有机物M的结构简式是
，下列有关M的性质的叙述中错误的是（ ）
A．M与金属钠完全反应时，两者物质的量之比是1∶3
B．M与氢氧化钠完全反应时，两者物质的量之比是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中有醇羟基、酚羟基、羧基，三者均能与钠反应，故1molM能与3mol钠反应，M不符合题意；B选项中M中的酚羟基、羧基中的羟基能与氢氧化钠反应，故1molM能与2mol氢氧化钠反应，符合题意；C选项中M中的酚羟基、羧基中的羟基能与碳酸钠溶液反应，不符合题意；D选项中M含醇羟基，能与羧酸发生酯化反应，含羧基，能与醇发生酯化反应，不符合题意。
5．可用下图所示装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等均已略去）。
请填空：
（1）试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正确的加入顺序及操作是
。
（2）为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是。
（3）实验中加热试管a的目的是
①；
②。
（4）试管b中有饱和Na2CO3溶液，其作用是
。
（5）反应结束后，振荡试管b，静置。
观察到的现象是。
答案
（1）先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，最后再加入冰醋酸
（2）在试管中加入几粒沸石（或碎瓷片）
（3）①加快反应速率 ②及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动
（4）降低乙酸乙酯的溶解度，有利于分层；吸收随乙酸乙酯蒸出的少量乙酸和乙醇
（5）b中的液体分层，上层是透明的油状液体
解析
（1）因为浓硫酸溶解时放出大量的热，所以应先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，最后再加入冰醋酸。
（2）为了防止发生暴沸，应在加热前向试管中加入几粒沸石或碎瓷片。
（3）加热试管可提高反应速率，同时可将乙酸乙酯及时蒸出，有利于提高乙酸乙酯的产率。
（4）乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中溶解度很小，而随乙酸乙酯蒸出的乙酸和乙醇在其中的溶解度很大，因此便于分离出乙酸乙酯。
（5）试管内液体分层，上层为油状液体，因为乙酸乙酯的密度小于水的密度。
理解感悟
（1）盛反应混合液的试管要向上倾斜约45°，主要目的是增大反应混合液的受热面积。
（2）导管应较长，除导气外还兼起冷凝回流的作用。
（3）实验中小心均匀加热使液体保持微沸，这样有利于产物的生成和蒸出，从而提高乙酸乙酯的产率。
（4）不能用NaOH溶液代替饱和Na2CO3溶液，因乙酸乙酯在NaOH溶液中水解较彻底，几乎得不到乙酸乙酯。
[基础过关]
一、羧酸的结构及分类
1．下列有关乙酸结构的表示或说法中错误的是（ ）
A．乙酸的比例模型为
B．乙酸分子中所有原子均位于同一平面上
C．乙酸的结构简式为CH3COOH，官能团名称为羧基
D．乙酸分子中既存在极性键又存在非极性键
答案 B
解析 乙酸分子中含有甲基，因此所有原子不可能共平面。
2．从分类上讲，
属于（ ）
①脂肪酸；②芳香酸；③一元酸；④多元酸
A．①②B．②③C．②④D．①③
答案 B
二、羧酸的性质
3．要使有机化合物
转化为
，可选用的试剂是（ ）
A．NaB．NaHCO3
C．NaClD．NaOH
答案 B
解析 酸性强弱顺序为—COOH>H2CO3>
＞HCO
，NaHCO3仅能与—COOH反应生成—COONa，不能和酚羟基反应。
4．下列物质中肯定不能与乙酸发生化学反应的是（ ）
A．新制的Cu（OH）2悬浊液
B．乙二醇
C．氯化钙
D．苯酚钠
答案 C
解析 乙酸具有酸的通性，能发生酯化反应，但不能与强酸盐CaCl2反应。
5．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．能发生银镜反应
C．不能使KMnO4酸性溶液褪色
D．能与单质镁反应
答案 C
解析 甲酸分子中含有醛基和羧基两种官能团，具有醛与羧酸的双重性质。
6．1molX能与足量碳酸氢钠溶液反应放出44.8LCO2（标准状况），则X的分子式是（ ）
A．C5H10O4B．C4H8O4
C．C3H6O4D．C2H2O4
答案 D
解析 1molX能与足量碳酸氢钠溶液反应放出44.8LCO2（标准状况），说明X中含有2个—COOH，饱和的二元羧酸的通式为CnH2n－2O4，当为不饱和时，H原子个数小于2n－2，符合此通式的只有D项。
7．下列物质中，既可与新制Cu（OH）2悬浊液共热产生砖红色沉淀，又可与Na2CO3水溶液反应的是（ ）
A．苯甲酸B．甲酸C．乙二酸D．乙醛
答案 B
解析 甲酸（
）分子结构中既有—COOH，又有
，故既有羧酸的性质，能与Na2CO3溶液反应，又有醛的性质，能与新制Cu（OH）2悬浊液共热产生砖红色沉淀。
三、酯化反应实验
8．关于实验室制取少量乙酸乙酯的实验，下列说法错误的是（ ）
A．三种反应物混合时的操作方法可以是在试管中加入一定量的乙酸和乙醇后，再慢慢滴加一定量的浓硫酸，并不断摇动
B．为加快化学反应速率，应当用大火快速加热
C．反应中长导管的作用有两个：
导气和冷凝
D．反应的原理实际上是羧基和醇羟基的反应
答案 B
解析 药品混合时浓硫酸不可最先加，常用的方法有两种：
一是按乙醇、浓硫酸、冰醋酸的顺序，二是按乙醇、冰醋酸、浓硫酸的顺序；因乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸点接近，且都较低，若用大火加热，反应物将会大量蒸发而降低产率；长导管除了导气外，还要使乙酸乙酯在导出之前尽量冷凝为液态而液化。
9．向CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O平衡体系中加入H
O，一段时间后18O还可存在于（ ）
A．乙酸分子中
B．乙醇分子中
C．乙酸、乙酸乙酯分子中
D．乙酸、乙醇、乙酸乙酯分子中
答案 A
解析 由于上述反应是可逆反应，因此加入水后考虑的是酯化反应的逆反应（酯的水解），则生成的乙酸含18O，再脱水生成的酯不含18O，故答案为A项。
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℃，反应装置如右图所示。
下列对该实验的描述错误的是（ ）
A．不能用水浴加热
B．长导管起冷凝回流作用
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 A项，该反应温度为115～125℃，超过了100℃，故不能用水浴加热；B项，长导管可以进行冷凝回流；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；D项，增大乙酸的量可提高醇的转化率。
[能力提升]
11．0.5mol某羧酸与足量乙醇发生酯化反应，生成酯的质量比原羧酸的质量增加了28g，则原羧酸可能是（ ）
A．甲酸B．乙二酸C．丙酸D．丁酸
答案 B
解析 0.5mol羧酸与足量乙醇发生酯化反应，生成酯的质量比原羧酸的质量增加了28g，则羧酸与酯的相对分子质量相差56（即2个—COOH转变为2个—COOCH2CH3），故原羧酸为二元羧酸。
12．某有机物A的结构简式为
A与过量NaOH完全反应时，A与参加反应的NaOH的物质的量之比为。
A与新制的Cu（OH）2悬浊液反应时，A与被还原的Cu（OH）2的物质的量之比为；A与参与反应的Cu（OH）2的物质的量之比可能为。
答案 1∶2 1∶2 1∶3
解析 A物质中有羧基和酚羟基，故1molA能与2molNaOH反应。
A与Cu（OH）2的反应有两种类型：
①—COOH与Cu（OH）2的中和反应；②—CHO与Cu（OH）2的氧化还原反应，—CHO与Cu（OH）2以物质的量之比1∶2反应生成—COOH，又A分子中原有一个—COOH，故A可与Cu（OH）2以物质的量之比1∶3发生反应。
13．已知下列数据：
物质
熔点（℃）
沸点（℃）
密度（g·cm－3）
乙醇
－117.0
78.0
0.79
乙酸
16.6
117.9
1.05
乙酸乙酯
－83.6
77.5
0.90
某学生在实验室制取乙酸乙酯的主要步骤如下：
①配制2mL浓硫酸、3mL乙醇（含18O）和2mL乙酸的混合溶液。
②按右图连接好装置（装置气密性良好）并加入混合液，用小火均匀加热3～5min。
③待试管乙收集到一定量产物后停止加热，撤出试管乙并用力振荡，然后静置待分层。
④分离出乙酸乙酯，洗涤、干燥。
（1）配制①中混合溶液的方法为；
反应中浓硫酸的作用是；写出制取乙酸乙酯的化学方程式：
。
（2）上述实验中饱和碳酸钠溶液的作用是（填字母）。
A．中和乙酸和乙醇
B．中和乙酸并吸收乙醇
C．减少乙酸乙酯的溶解
D．加速酯的生成，提高其产率
（3）步骤②中需要小火均匀加热，其主要理由是；步骤③所观察到的现象是；欲将乙试管中的物质分离以得到乙酸乙酯，必须使用的仪器有；分离时，乙酸乙酯应从仪器（填“下口放”或“上口倒”）出。
（4）该同学反复实验，得出乙醇与乙酸的用量和得到的乙酸乙酯生成量如下表：
实验
乙醇（mL）
乙酸（mL）
乙酸乙酯（mL）
①
2
2
1.33
②
3
2
1.57
③
4
2
x
④
5
2
1.76
⑤
2
3
1.55
表中数据x的范围是；实验①②⑤探究的是。
答案
（1）将浓H2SO4加入乙醇中，边加边振荡，然后加入乙酸（或先将乙醇与乙酸混合后再加浓硫酸并在加入过程中不断振荡） 催化剂、吸水剂
CH3COOH＋CH3CH
OH
CH3CO18OCH2CH3＋H2O
（2）BC
（3）大火加热会导致大量的原料气化而损失 液体分层，上层为无色有香味液体，下层为浅红色液体，振荡后下层液体颜色变浅 分液漏斗 上口倒
（4）1.57～1.76 增加乙醇或乙酸的用量对酯的产量的影响
解析
（1）混合时浓硫酸相当于被稀释，故应将浓H2SO4加入乙醇中，然后加入乙酸，也可先将乙醇与乙酸混合好后再加入浓硫酸；因酯化反应速率慢且为可逆反应，使用浓硫酸可加快酯化反应的速率并有利于平衡向生成酯的方向移动（吸收了水）；酯化反应的机理是酸脱羟基醇脱氢，故生成的酯中含有18O。
（2）使用饱和碳酸钠溶液的理由是①可除去混入乙酸乙酯中的乙酸；②可降低乙酸乙酯的溶解度并有利于液体分层。
（3）由表中数据知乙醇的沸点（78.0℃）与乙酸乙酯的沸点（77.5℃）很接近，若用大火加热，大量的乙醇会被蒸发出来，导致原料的大量损失；因酯的密度小于水的密度，故上层为油状有香味的无色液体，又因会有一定量的乙酸气化，进入乙中与Na2CO3反应，故下层液体红色变浅；将分层的液体分离开必须使用分液漏斗，分液时上层液体应从上口倒出。
（4）探究乙醇、乙酸用量的改变对酯产率的影响情况，分析三组实验数据知，增加乙醇、乙酸的用量，酯的生成量均会增加。
14．下图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物。
根据上图回答问题：
（1）D、F的化学名称是、。
（2）写出下列反应的化学方程式，并注明反应类型。
②，；
④，。
（3）A的结构简式是，1molA与足量的NaOH溶液反应会消耗molNaOH。
（4）符合下列3个条件的B的同分异构体的数目有个。
①含有邻二取代苯环结构
②与B有相同官能团
③不与FeCl3溶液发生显色反应
答案
（1）乙醇 乙酸乙酯
④CH3CH2OH
CH2===CH2↑＋H2O 消去反应
（3）
2
（4）3
解析 本题为一道有机综合题，着重考查有机物的结构与性质。
由反应②的反应条件及产物E的结构
可知B为
；由反应④易知D为乙醇，再结合反应③的反应条件及产物F的组成知C为乙酸，显然B、C、D三者是有机物A水解、酸化的产物，A（C13H16O4）的结构简式为
。
B的同分异构体有多种，其中符合所给条件的结构有3种，它们是
[拓展探究]
15．关于酯化反应的脱水方式即酯化反应的实质问题，争议较多。
科学家们认为乙酸与乙醇在催化剂作用下发生酯化反应有下列两种途径：
途径Ⅰ：
途径Ⅱ：
根据课本所学的知识设计一个实验，并根据实验结论说明什么情况下反应按途径Ⅰ进行，什么情况下反应按途径Ⅱ进行。
答案 示踪原子法，用有18O标记的CH3CO18OH与乙醇反应，检验生成的酯，若酯中无18O，则反应是按途径Ⅰ进行的；若酯中含有18O，则反应是按途径Ⅱ进行的。
解析 途径Ⅰ：
键的断裂方式实质为羧基断裂的是碳氧单键、失去的是羟基，醇断裂的是氧氢键、失去的是氢原子，羟基与氢原子结合成水，羧酸和醇剩余的部分以碳氧单键连接起来形成酯类物质；途径Ⅱ：
实质是先发生了加成反应，后发生了消去反应。
可用示踪原子法。
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