新教材高中化学专题4生活中常用的有机物一烃的含氧衍生物第2单元醛羧酸基础课时13羧酸的性质和应用教师用书苏教版选择性必修

基础课时13羧酸的性质和应用学习任务1．以乙酸为代表认识羧酸的结构，通过实验方法探究乙酸的化学性质，能列举羧酸类物质的重要应用。2．能对羧酸及其制备的物质对环境的影响进行评估。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(1)按与羧基连接的烃基的结构分类羧酸eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(脂肪酸\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(低级脂肪酸，如乙酸：CH3COOH,高级脂肪酸\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(硬脂酸：C17H35COOH,软脂酸：C15H31COOH,油酸：C17H33COOH,亚油酸：C17H31COOH)))),芳香酸，如苯甲酸：C6H5COOH，俗名安息香酸))(2)按分子中羧基的数目分类3．羧酸的系统命名法(1)选主链：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。(2)编号位：在选取的主链中，从羧基碳原子开始给主链上的碳原子编号。(3)定名称：在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。例如：判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)乙酸的分子式为C2H4O2，所以乙酸属于四元酸。(×)(2)乙酸可看作乙烷中的一个氢原子被羧基取代后的产物。(×)(3)软脂酸C15H31COOH属于饱和高级脂肪酸。(√)(4)羧基官能团可以简写成—COOH或者HOOC—。(√)(5)乙酸、草酸、硬脂酸和石炭酸均属于羧酸类有机物。(×)二、羧酸的性质1．乙酸的组成和结构俗称分子式结构简式官能团醋酸C2H4O2CH3COOH2．乙酸的化学性质(1)弱酸性乙酸是一种弱酸，酸性比碳酸强。能使紫色石蕊溶液变红，能发生如下反应：CH3COOH＋NaOH→CH3COONa＋H2O；2CH3COOH＋CuO→(CH3COO)2Cu＋H2O；2CH3COOH＋CaCO3→(CH3COO)2Ca＋H2O＋CO2↑(此反应可除去水壶中的水垢)。(2)酯化反应若用18O标记乙醇，反应方程式为3．羧酸的通性羧酸分子中含有羰基和羟基，羟基上的氢在水溶液中容易解离成H＋，故羧酸表现出酸性。(1)由于—COOH能电离出H＋，使羧酸具有弱酸性。如：RCOOHRCOO－＋H＋。(2)羧酸可与氢氧化物作用，生成羧酸盐。RCOOH＋NaOH→RCOONa＋H2O。(3)羧酸的酸性比碳酸强，可与碳酸钠或碳酸氢钠作用生成羧酸钠。2RCOOH＋Na2CO3→2RCOONa＋CO2↑＋H2O；RCOOH＋NaHCO3→RCOONa＋CO2↑＋H2O。(4)羧酸与醇发生酯化反应时，一般情况下，羧酸脱去羟基，醇脱去氢。如：RCOOH＋R′—OHRCOOR′＋H2O。4．甲酸的结构与性质(1)甲酸的物理性质甲酸又称蚁酸，它是无色、有刺激性气味的液体，可与水、乙醇等混溶，具有极强的腐蚀性。(2)结构特点：既含羧基又含醛基。(3)化学性质①羧基的性质试剂反应方程式NaOH与NaOH反应生成HCOONa，化学方程式为HCOOH＋NaOH→HCOONa＋H2O乙醇与乙醇发生酯化反应，化学方程式为HCOOH＋CH3CH2OHHCOOC2H5＋H2O②醛基的性质甲酸能发生银镜反应，也能与新制Cu(OH)2反应：HCOOH＋2Ag(NH3)2OHeq\o(→,\s\up8(水浴加热))(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2OHCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHeq\o(→,\s\up8(△))Cu2O↓＋4H2O＋Na2CO3注意甲酸与新制Cu(OH)2混合，若加热二者发生氧化反应，若不加热二者发生酸碱中和反应。5．醇酸缩聚反应利用羧酸与醇的缩聚反应，可以得到高分子化合物。例如，对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应，可生成高分子化合物聚对苯二甲酸乙二酯和水。方程式为判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)向苯酚和醋酸中滴加少量紫色石蕊溶液，溶液都变为红色。(×)(3)1molC2H5OH和1molCH3COOH在浓硫酸作用下加热可以完全反应生成1molCH3COOC2H5。(×)(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，电离出H＋，因此发生酯化反应时断裂H—O键。(×)乙酸乙酯的制备实验1．向一支试管中加入3mL乙醇，然后边振荡试管，边慢慢加入2mL98%的浓硫酸和2mL冰醋酸，置于水浴中；向另一支试管中加入5mL饱和碳酸钠溶液。如图所示，用酒精灯小心加热3～5min，产生的蒸气经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上方。1．实验1的现象是什么？得出什么样的结论？[提示]实验现象：饱和碳酸钠溶液液面上有透明的不溶于水的油状液体产生，并可以闻到香味。实验结论：在浓硫酸存在并加热的条件下，乙酸与乙醇发生反应，生成乙酸乙酯()。2．用什么方法证明乙酸发生酯化反应时断裂的是C—O键？[提示]使用同位素示踪法探究乙酸酯化反应中可能的脱水方式。乙酸(CH3—COOH)乙醇(CH3—CH2—18OH)方式a酸脱羟基，醇脱氢，产物：CH3CO18OC2H5，H2O方式b酸脱氢，醇脱羟基，产物：CH3COOC2H5、Heq\o\al(18,2)O在乙酸乙酯中检测到了同位素18O，证明乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基，醇脱氢”。3．从平衡移动的角度分析增大乙酸乙酯产率的方法有哪些？[提示]①及时分离出乙酸乙酯，②缓缓加热防止反应物的挥发，③增大某种反应物的浓度。乙酸乙酯的制备(1)实验原理：(2)实验装置(3)注意的问题①乙酸酯化反应的特点：反应速率很小，即反应很慢；反应是可逆的，即反应生成的乙酸乙酯在同样条件下又部分发生水解反应，生成乙酸和乙醇。②乙酸酯化反应的条件及其作用：加热，主要目的是提高反应速率，其次是使生成的乙酸乙酯挥发，提高乙醇、乙酸的转化率且有利于收集产物；用浓H2SO4作催化剂，提高反应速率；用浓H2SO4作吸水剂，使化学平衡右移，提高乙醇、乙酸的转化率。③使用饱和Na2CO3溶液的作用：中和挥发出的乙酸；溶解挥发出的乙醇；减少乙酸乙酯的溶解量，使其易分层析出。④使用同位素示踪法可以证明乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基醇脱氢”，即：羧酸分子中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合成水，其余部分互相结合成酯。可用化学方程式表示如下：⑤药品加入大试管时，应先加入乙醇，再慢慢加入浓H2SO4，最后加入乙酸(将浓H2SO4加入乙醇中时要边加边振荡，以防止混合产生的热量导致液体迸溅，冷却后再加入乙酸以防止乙酸受热挥发)。⑥为防止反应物液体发生暴沸，加热前应加入几粒沸石(或碎瓷片)。⑦导气管兼起冷凝回流作用，防止未反应的乙酸和乙醇挥发损失。应注意导气管不能伸入饱和Na2CO3溶液中，以防倒吸。⑧不能用NaOH代替Na2CO3，因为NaOH碱性很强，会使乙酸乙酯水解变成乙酸钠和乙醇。1．(2021·榆树一中高二质检)将1mol乙醇(其中的羟基氧用18O标记)在浓硫酸存在并加热的条件下与足量乙酸充分反应。下列叙述不正确的是()A．生成的乙酸乙酯中含有18OB．生成的水分子中含有18OC．可能生成45g乙酸乙酯D．不可能生成90g乙酸乙酯B[乙醇与乙酸发生酯化反应的过程中，乙酸的羟基和醇中羟基上的氢原子生成水分子，所以乙醇中标记的氧原子到乙酸乙酯中，水分子中没有标记的氧原子。乙酸和乙醇的酯化反应为可逆反应，所以1mol乙醇生成的乙酸乙酯的物质的量小于1mol，即乙酸乙酯的质量小于90g。]2．(2021·泰州高二检测)某研究性学习小组成员分别设计了如下甲、乙、丙三套实验装置制取乙酸乙酯。请回答下列问题：(1)A试管中的液态物质有__________________。(2)甲、乙、丙三套装置中，不宜选用的装置是________(填“甲”“乙”或“丙”)。(3)试管B中的液体能和生成物中混有的杂质发生反应，其化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)甲、乙、丙均为制取乙酸乙酯的装置，故A试管中盛的液态物质有：乙醇、乙酸和浓硫酸；(2)甲、乙、丙三套装置中不能用丙，因为丙装置中的导管插入B中的液体中，易造成倒吸现象；(3)试管B中的液体为饱和Na2CO3溶液，能和混在生成物中的乙酸发生反应：2CH3COOH＋Na2CO3→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O。[答案](1)CH3CH2OH、CH3COOH、浓硫酸(2)丙(3)2CH3COOH＋Na2CO3→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O乙酸乙酯的性质实验2．取实验1中生成的乙酸乙酯各1mL于三支小试管中，向这三支试管中分别加入5mL蒸馏水、5mL稀硫酸和5mL30%的NaOH溶液，观察各试管中液体的分层情况。然后将三支试管同时放入相同温度的水浴中加热约5min，取出试管，观察上层油状液体的厚度。1．实验2得出什么结论？[提示]乙酸乙酯在酸性和碱性条件下都可以水解，碱性条件下水解程度大。2．在酯化反应和酯的水解反应中选用硫酸作催化剂时，对浓度有什么要求？为什么？[提示]酯化反应，要求选用浓H2SO4，利用浓H2SO4吸水促进酯化反应，提高了酯化反应的程度。酯的水解反应，要求选用稀H2SO4，利用稀H2SO4，促进酯的水解反应。3．为什么酯在碱性条件下的水解程度比在酸性条件下大？[提示]酯在酸性条件下的水解反应是酯化反应的逆反应，酯水解时的断键位置如下所示：酯在酸性条件下的水解反应是可逆的，其水解产物是醇和酸，在碱性条件下，酯水解生成的酸会与碱发生中和反应，使酯的水解平衡正向移动，最终使酯的水解反应进行到底。1．酯的结构酯是羧酸分子()羧基中的—OH被—OR′取代后的产物，简写成，R和R′可以相同，也可以不同。羧酸酯的官能团是“”(酯基)，饱和一元酯的通式为CnH2nO2(n≥2)。2．酯的化学性质(1)水解反应的原理酯化反应形成的键，即是酯水解反应断裂的键。用化学方程式表示水解反应的原理为：。(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。乙酸乙酯在稀H2SO4存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH。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。乙酸乙酯在NaOH存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋NaOHeq\o(→,\s\up8(△))CH3COONa＋C2H5OH。1．(2021·成都高二检测)下列表示一种有机物的结构，关于它的性质的叙述中不正确的是()A．它有酸性，能与纯碱溶液反应B．可以水解，水解产物只有一种C．1mol该有机物最多能和7molNaOH反应D．该有机物能与溴水发生取代反应C[该物质的苯环上有羧基和酚羟基，因此具有酸性，且羧酸酸性大于碳酸(酚羟基结构也能与COeq\o\al(2－,3)反应生成HCOeq\o\al(－,3))，故能与纯碱溶液反应，选项A正确；该物质中含有酯基，因此可以水解，且水解产物只有一种(3，4，5­三羟基苯甲酸)，因此选项B正确；能和NaOH反应的有酚羟基、酯基、羧基，其中酯基水解后生成1mol羧基和1mol酚羟基，所以1mol该有机物最多能和8molNaOH反应，故C选项不正确；酚羟基的邻位和对位上的氢原子易被溴取代，故该有机物能与溴水发生取代反应，选项D正确。]2．分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有()A．15种B．28种C．32种D．40种D[分子式为C5H10O2的酯可能是HCOOC4H9、CH3COOC3H7、C2H5COOC2H5、C3H7COOCH3，其水解得到的醇分别为C4H9OH(有4种)、C3H7OH(有2种)、C2H5OH、CH3OH，水解得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH(有2种)。C4H9OH与上述酸形成的酯有4＋4＋4＋4×2＝20种，C3H7OH与上述酸形成的酯有2＋2＋2＋2×2＝10种，C2H5OH和CH3OH与上述酸形成的酯都有1＋1＋1＋1×2＝5种，共有40种。]1．(2021·广东江门高二检测)下列关于羧酸组成、结构和性质的叙述中正确的一组是()①甲酸中含有甲基，乙酸中含有乙基②羧酸的通式为CnH2nO2③具有官能团的物质具有酸性，可与醇发生酯化反应④在饱和脂肪酸中，甲酸是结构最简单的羧酸⑤苯酚显酸性，是一种有机酸⑥乙醇、乙酸都能与钠反应放出H2，所以在水中都能电离出H＋A．①②⑤⑥B．②③⑥C．③④D．③④⑤C[甲酸的结构简式为HCOOH，无甲基；饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2；乙醇是非电解质，在水中不能电离出H＋。]2．(2021·湖南衡阳市一中高二月考)乙酸甲酯在KOH溶液催化下水解得到的产物是()A．乙酸和甲醇B．乙酸钾和乙醇C．甲酸和甲醇D．乙酸钾和甲醇D[在碱性条件下，生成的乙酸会继续与碱反应生成乙酸盐。]3．(2021·徐州高二检测)已知在水溶液中存在平衡：当与CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的物质是()A[乙酸在水