学年高中化学第2章官能团与有机化学反应烃的衍生物第4节第1课时羧酸学案鲁科版.docx
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学年高中化学第2章官能团与有机化学反应烃的衍生物第4节第1课时羧酸学案鲁科版
羧酸
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：
能从羧基成键方式的角度，了解羧酸的结构特点和分类，理解羧酸的化学性质及官能团与反应类型之间的关系。
2.科学探究与创新意识：
能根据酯化反应的原理优化乙酸乙酯制备的方案，提高乙酸乙酯的产率。
一、羧酸概述
1．羧酸的组成和结构
（1）羧酸：
分子由烃基（或氢原子）和羧基相连而组成的有机化合物。
（2）官能团：
名称为羧基，结构简式为
或—COOH。
（3）饱和一元脂肪酸通式CnH2nO2或CnH2n＋1COOH。
2．羧酸的分类
3．羧酸的命名
如：
名称为4 甲基 3 乙基戊酸。
4．羧酸的物理性质
（1）水溶性：
分子中碳原子数在4个以下的羧酸能与水互溶。
随碳链增长，羧酸在水中的溶解度迅速减小。
（2）熔、沸点：
比相同碳原子数的醇的沸点高，原因是羧酸分子之间更容易形成氢键。
5．常见的羧酸
甲酸
苯甲酸
乙二酸
俗名
蚁酸
安息香酸
草酸
结构简式
HCOOH
色、态、味
无色液体、刺激性气味
白色针状晶体、易升华
无色透明晶体
溶解性
易溶于水、有机溶剂
微溶于水、易溶于有机溶剂
能溶于水、乙醇
用途
工业还原剂、医疗消毒剂
食品防腐剂
化工原料
（1）甲酸中既含有羧基，又含有醛基，既有羧酸性质，又有醛的性质。
（2）饱和一元羧酸同分异构体书写。
如CnH2n＋1COOH，先写CnH2n＋1的碳骨架异构，再写—COOH的位置异构。
例1
（2018·烟台高二检测）室温下，将—CH3、—OH、—COOH、—C6H5四种基团两两组合形成化合物，其中属于有机化合物且水溶液pH小于7的有（ ）
A．2种B．3种C．4种D．5种
答案 B
解析 水溶液呈酸性的有机物可以是羧酸或酚，四种原子团两两结合后形成的化合物的水溶液呈酸性的有：
CH3COOH、
和
，但是
为无机物，故选B。
易错警示
苯酚具有酸性，但不属于羧酸，—COOH（羧基）不同于酯基
。
例2
（2015·全国卷Ⅱ，11）分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物（不含立体异构）有（ ）
A．3种B．4种C．5种D．6种
【考点】 羧酸的结构
【题点】 羧酸同分异构体数目判断
答案 B
解析 能与NaHCO3反应放出气体说明该有机物为羧酸，将C5H10O2改写为C4H9—COOH；C4H9—有4种，故该有机物有4种，即：
CH3CH2CH2CH2COOH、
二、羧酸的化学性质
1．预测丙酸的化学性质
丙酸分子的结构式如下，联系前面所学醇、醛、酮等知识，请推测其可能发生的反应类型。
2．羧酸的化学性质（以丙酸为例）
（1）弱酸性
羧酸是一种弱酸，其酸性比碳酸的强，具有酸的通性。
CH3CH2COOH＋NaHCO3―→CH3CH2COONa＋H2O＋CO2↑。
（2）取代反应
①与乙醇的酯化：
CH3CH2COOH＋CH3CH2OH
CH3CH2COOC2H5＋H2O。
②与NH3反应（加热条件下生成酰胺，羟基被—NH2取代）：
CH3CH2COOH＋NH3
＋H2O。
③α H的取代反应
α H（与官能团相邻的C—H）的取代反应（在催化剂存在下与Cl2反应α H被取代）。
CH3CH2COOH＋Cl2
＋HClCl。
3．羧基的还原反应
一般情况下，羧基很难被还原，但强还原剂如氢化铝锂（LiAlH4）可将羧基还原，羧酸还原为相应的醇。
CH3CH2COOH
CH3CH2CH2OH。
例3
已知某有机物的结构简式为
请回答下列问题：
（1）当和________________反应时，可转化为
（2）当和________________反应时，可转化为
（3）当和________________反应时，可转化为
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸、酚、醇羟基活泼性比较
答案
（1）NaHCO3
（2）NaOH（或Na2CO3）
（3）Na
解析 首先判断出该有机物所含官能团为羧基（—COOH）、酚羟基（—OH）和醇羟基（—OH），然后判断各官能团活泼性：
羧基＞酚羟基＞醇羟基，最后利用官能团的性质解答。
由于酸性：
—COOH＞H2CO3＞
＞HCO
，所以
（1）中应加入NaHCO3，只与—COOH反应；
（2）中加入NaOH或Na2CO3，与酚羟基和—COOH反应；（3）中加入Na，与三种官能团都反应。
方法规律——醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较
名称
乙醇
苯酚
乙酸
结构简式
CH3CH2OH
CH3COOH
羟基氢原子的活泼性
不能电离
能电离
能电离
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
由上表可知，常见分子（离子）中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOH>H2CO3>
>HCO
>
H2O>ROH。
运用上述实验现象的不同，可判断有机物分子结构中含有的羟基类型。
例4
（2018·吉林高二联考）用一种试剂就能鉴别乙醇、乙酸、乙醛、甲酸四种物质。
该试剂可以是（ ）
A．银氨溶液B．溴水
C．碳酸钠溶液D．新制氢氧化铜悬浊液
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸的酸性
答案 D
解析 乙醛和甲酸中都含有醛基，银氨溶液不能鉴别二者，A项错误；溴水不能鉴别乙醇和乙酸，且溴水与乙醛、甲酸都发生反应，不能鉴别，B项错误；碳酸钠溶液不能鉴别乙醇、乙醛，且与乙酸、甲酸都反应生成气体，不能鉴别，C项错误；乙醇与新制氢氧化铜悬浊液不反应，无明显现象，乙酸与新制氢氧化铜悬浊液反应，沉淀溶解，乙醛与新制氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应生成砖红色沉淀，甲酸与新制氢氧化铜悬浊液反应，沉淀溶解，在加热条件下反应生成砖红色沉淀，可鉴别，D项正确。
规律总结
因甲酸分子中含有醛基，故甲酸兼有醛基和羧基的性质。
三、酯化反应的原理及类型
酯化反应原理表示如下：
＋H—18OR′
＋H2O。
1．生成链状酯
（1）一元羧酸与一元醇的酯化反应
RCOOH＋HOR′
RCOOR′＋H2O。
（2）一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的酯化反应
2CH3COOH＋HOCH2CH2OH
CH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O。
HOOC—COOH＋2CH3CH2OH
CH3CH2OOC—COOCH2CH3＋2H2O。
2．生成环状酯
（1）二元羧酸与二元醇的酯化反应
。
（2）羟基酸自身酯化反应
。
（3）羟基酸分子内脱水生成酯，如：
HOCH2CH2CH2COOH
＋H2O。
3．生成聚酯
（1）二元羧酸与二元醇的酯化反应
nHOOC—COOH＋nHOCH2CH2OH
＋2nH2O。
（2）羟基酸自身酯化反应
＋nH2O。
例5
（2018·榆树一中高二下学期期末）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18O
B．生成的水分子中含有18O
C．可能生成45g乙酸乙酯
D．不可能生成90g乙酸乙酯
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸的酯化反应
答案 B
解析 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。
例6
（2018·合肥一中高二月考）化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。
A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。
在浓硫酸存在下，A可发生如图所示的反应。
试写出：
（1）化合物A、B、D的结构简式：
A________________________________________________________________________，
B________________________________________________________________________，
D________________________________________________________________________。
（2）化学方程式：
A―→E________________________________________________________________________，
A―→F________________________________________________________________________。
（3）反应类型：
A―→E__________，A―→F_____________________________________。
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸的酯化反应
答案
（1）
（2）
H2C===CHCOOH＋H2O
＋2H2O
（3）消去反应 取代反应（或酯化反应）
解析 A在浓硫酸存在下既能和乙醇反应，又能和乙酸反应，说明A中既有羧基又有羟基，A催化氧化的产物不能产生银镜反应，说明羟基不在碳链的端点，根据A的化学式，可推知A的结构简式为
，根据反应条件可知B为
、D为
、E为H2C===CHCOOH、F为
1．下列说法中，不正确的是（ ）
A．烃基与羧基直接相连的化合物叫做羧酸
B．饱和链状一元羧酸的组成符合CnH2nO2
C．羧酸在常温下都能发生酯化反应
D．羧酸的官能团是—COOH
【考点】 羧酸的组成与结构
【题点】 羧酸的组成与结构
答案 C
解析 酯化反应是酸和醇在浓硫酸并且加热条件下发生的。
2．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酸性溶液退色
D．能与单质镁反应
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 甲酸的化学性质
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。
3．（2018·济南高二检测）有机物A的结构简式如图所示。
下列有关A的性质叙述中，错误的是（ ）
A．与金属钠完全反应时，有机物A与钠的物质的量之比为1∶3
B．与氢氧化钠完全反应时，有机物A与氢氧化钠的物质的量之比为1∶1
C．与碳酸氢钠溶液反应时，有机物A与碳酸氢钠的物质的量之比为1∶1
D．在一定条件下，既能与羧酸反应，又能与醇反应
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸、酚、醇羟基活泼性比较
答案 B
解析 A中有醇羟基、酚羟基、羧基，三者均能与钠反应，故1molA能与3mol钠反应，A项正确；A中的酚羟基、羧基能与氢氧化钠反应，故1molA能与2mol氢氧化钠反应，B项错误；A中的酚羟基、醇羟基不能与碳酸氢钠溶液反应，而羧基能与NaHCO3溶液反应，1molA能与1molNaHCO3反应，C项正确；A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，D项正确。
4．（2018·济南高二检测）乙酸分子中的氧都是18O，乙醇分子中的氧都是16O，二者在一定条件下达到平衡时，在平衡混合物中生成的水的相对分子质量为（ ）
A．16B．18C．20D．22
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸的酯化反应
答案 C
解析 根据酯化反应的机理“酸脱羟基，醇脱氢”，可知生成的水的分子式为H
O，其相对分子质量为20，故选C。
5．苹果酸的结构简式为
，下列说法正确的是（ ）
A．苹果酸中能发生酯化反应的官能团有2种
B．1mol苹果酸可与3molNaOH发生中和反应
C．1mol苹果酸与足量金属Na反应生成1molH2
D．
与苹果酸互为同分异构体
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸化学性质的综合
答案 A
解析 A项，由苹果酸的结构简式可知，含有羟基和羧基两种官能团，两者都能发生酯化反应，正确；B项，苹果酸中只有羧基能和NaOH反应，故1mol苹果酸只能与2molNaOH发生中和反应，错误；C项，羧基和羟基都能与Na反应放出H2，故1mol苹果酸能与3molNa反应生成1.5molH2，错误；D项，此结构简式与题干中的结构简式表示的是同一种物质，错误。
6．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
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 甲酸的化学性质
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。
7．咖啡酸有止血功效，存在于多种中药中，其结构简式如下图所示。
（1）写出咖啡酸中两种含氧官能团的名称：
________________________________________。
（2）根据咖啡酸的结构简式，列举3种咖啡酸可以发生的反应类型：
________________________________________________________________________。
（3）蜂胶的分子式为C17H16O4，在一定条件下可水解生成咖啡酸和一种醇A，则醇A的分子式为________________________________________________________________________。
（4）已知醇A含有苯环，且分子结构中无甲基，写出醇A在一定条件下与乙酸反应的化学方程式：
______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【考点】 羧酸的化学性质
【题点】 羧酸的化学性质综合
答案
（1）羧基、（酚）羟基
（2）加成反应、酯化反应、加聚反应、氧化反应、还原反应等（任写3种即可）
（3）C8H10O （4）CH3COOH＋
＋H2O
解析
（1）咖啡酸分子中的两种含氧官能团是羧基和（酚）羟基。
（2）咖啡酸分子中含有碳碳双键，可发生加成反应、加聚反应、氧化反应等，其中与氢气的加成反应属于还原反应；酚类物质可与溴水发生取代反应；含有羧基，可发生中和反应、酯化反应（取代反应）。
（3）根据咖啡酸的结构简式可知其分子式为C9H8O4，根据C17H16O4＋H2O
C9H8O4＋A可知，A的分子式为C8H10O。
（4）A的分子式为C8H10O，含有苯环且其分子结构中无甲基，则A的结构简式为
题组一 羧酸的组成和结构
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．下列有机物中，互为同系物的是（ ）
A．甲酸与油酸B．乙酸和丙烯酸
C．硬脂酸和油酸D．甲酸与硬脂酸
答案 D
解析 同系物是结构相似，组成上相差1个或若干个CH2原子团的有机物。
甲酸、硬脂酸和乙酸为饱和一元羧酸，互为同系物。
丙烯酸和油酸为一元酸，且均含一个碳碳双键，互为同系物。
题组二 羧酸的性质与应用
3．（2018·南京高二月考）要使有机物
转化为
，最佳试剂是（ ）
A．NaB．NaHCO3
C．Na2CO3D．NaOH
答案 B
解析 Na、Na2CO3、NaOH均能与酚羟基反应，使得最终产物为
，由于酸性：
H2CO3＞酚，故NaHCO3与酚羟基不反应，故可得题给产物，B项正确。
4．（2018·合肥一中高二检测）1molX能与足量碳酸氢钠溶液反应放出44.8LCO2（标准状况），则X的分子式可能是（ ）
A．C5H10O4B．C4H8O4
C．C3H6O4D．C2H2O4
答案 D
解析 能与碳酸氢钠溶液反应的有机物含有羧基，1molX与足量碳酸氢钠溶液反应生成的CO2的物质的量为
＝2mol，说明1个分子中含有2个羧基，二元饱和脂肪酸符合分子通式CnH2n－2O4（n≥2），只有D项C2H2O4符合。
5．0.5mol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。
6．（2018·济宁一中高二月考）某有机物A的结构简式为
，取Na、NaOH、NaHCO3分别与等物质的量的该物质充分反应（反应时可加热煮沸），则消耗Na、NaOH、NaHCO3三种物质的物质的量之比为（ ）
A．2∶2∶1B．1∶1∶1
C．3∶2∶1D．3∶3∶2
答案 C
解析 有机物A的分子中含有醇羟基、酚羟基、醛基、羧基，因此它同时具有醇、酚、醛、羧酸四类物质的化学特性。
与钠反应时，酚羟基、羧基、醇羟基均能参加反应，1molA消耗3molNa；与NaOH反应的官能团是酚羟基、羧基，1molA消耗2molNaOH；与NaHCO3反应的官能团只有羧基，1molA只能与1molNaHCO3反应。
故消耗Na、NaOH、NaHCO3三种物质的物质的量之比为3∶2∶1。
7．取一定量的有机物和足量Na反应得到VaLH2，取另一份等物质的量的同种有机物和足量NaHCO3反应得到VbLCO2，若在同温同压下，Va＝Vb≠0，则该有机物可能是（ ）
①
②HOOC—COOH
③CH3CH2COOH ④
⑤
A．②B．②③④C．④D．①
答案 D
解析 —OH只与Na反应产生H2；—COOH既能与Na反应产生H2，又能与NaHCO3反应产生CO2，题中物质各取1mol时分别与足量Na或NaHCO3反应所得气体物质的量如下：
下列物质均为1mol
与足量Na反应产生H2的量/mol
与足量NaHCO3反应产生CO2的量/mol
①
1
1
②
1
2
③
0.5
1
④
1.5
2
⑤
1
0
题组三 多官能团有机物性质的考查
8．我国本土科学家屠呦呦因为发现青蒿素而获得2015年的诺贝尔生理和医学奖。
已知二羟甲戊酸是生物合成青蒿素的原料之一，下列关于二羟甲戊酸的说法正确的是（ ）
A．与乙醇发生酯化反应生成产物的分子式为C8H18O4
B．能发生加成反应，不能发生取代反应
C．在铜的催化下与氧气反应的产物可以发生银镜反应
D．标准状况下，1mol该有机物可以与足量金属钠反应产生22.4LH2
答案 C
9．羧酸M和羧酸N的结构简式如下图所示。
下列关于这两种有机物说法正确的是（ ）
A．两种羧酸都能与溴水发生反应
B．两种羧酸遇FeCl3溶液都能发生显色反应
C．羧酸M与羧酸N相比少了两个碳碳双键
D．等物质的量的两种羧酸与足量烧碱溶液反应时，消耗NaOH的量相同
答案 A
解析 羧酸M中的碳碳双键能与溴水发生加成反应，羧酸N中酚羟基的邻（或对）位的氢原子可与溴水发生取代反应，故两种羧酸都能与溴水反应；羧酸M中不含酚羟基，不能与FeCl3溶液发生显色反应；羧酸N中不含碳碳双键，无法与羧酸M比较碳碳双键的多少；羧酸M中只有—COOH能与NaOH反应，而羧酸N中—COOH和3个酚羟基均能与NaOH反应，故等物质的量的两种羧酸反应消耗的NaOH的量不相同。
10．（2018·盐城市高三期中考试）2016年诺贝尔化学奖由法国、美国及荷兰的三位化学家获得，以表彰他们在“分子马达”研究方面的成就，一种光驱分子马达结构如图所示。
下列有关该分子的说法正确的是（ ）
A．该分子属于芳香烃
B．两个苯环一定处于同一平面
C．能与NaHCO3和酸性KMnO4溶液反应
D．1mol该分子最多可与2molH2发生加成反应
答案 C
解析 该分子中含有羧基，不属于芳香烃，A项错误；碳碳单键可旋转，分子中两个苯环有可能处于同一平面，B项错误；分子中含有羧基能与NaHCO3反应放出CO2，分子中含有碳碳叁键能使酸性KMnO4溶液退色，C项正确；苯环和碳碳叁键均能与H2发生加成反应，即1mol该分子最多能与8molH2发生加成反应，D项错误。
11．阿魏酸化学名称为4 羟基 3 甲氧基肉桂酸，可以做医药、保健品、化妆品原料和食品添加剂，结构简式为
在阿魏酸溶液中加入合适的试剂（可以加热），检验其官能团。
下列试剂、现象、结论都正确的是（ ）
选项
试剂
现象
结论
A
氯化铁溶液
溶液变蓝色
含有酚羟基
B
银氨溶液
产生银镜
含有醛基
C
碳酸氢钠溶液
产生气泡
含有羧基
D
溴水
溶液退色
含有碳碳双键
答案 C
解析 根据阿魏酸的结构简式可知，它含有酚羟基，与氯化铁溶液反应显紫色，不是蓝色，A项错误；它不含醛基，B项错误；它含羧基，与碳酸氢钠溶液反应产生气泡，C项正确；酚羟基邻位上的氢原子与Br2可发生取代反应，溴水退色不能证明一定含有碳碳双键，D项错误。
12．（2018·宝坻区高二下学期联考）结合所学知识回答下列问题：
（1）某有机物只含C、H、O三种元素，其分子模型如图所示，分子中共有9个原子。
该有机物的分子式为________；该有机物所含官能团的名称为________；对该有机物性质描述中正确的是________（填字母）。
a．能与Na2CO3溶液反应
b．能发生水解反应
c．不能与溴的CCl4溶液反应
d．滴入石蕊溶液会变红
（2）分子式为C3H6O的结构可能有
和
两种，为对其结构进行鉴定，若用化学方法进行鉴定，可选用的一种试剂是______________。
答案
（1）C3H4O2 羧基、碳碳双键 ad
（2）银氨溶液（或新制的氢氧化铜悬浊液）
解析
（1）某有机物只含C、H、O三种元素，其分子模型如图所示，分子中共有9个原子，因此其结构简式为CH2===CHCOOH，所以该有机物的分子式为C3H4O2；该有机物所含官能团的名称为羧基、碳碳双键。
含有羧基，能与Na2CO3溶液反应，a正确；不能发生水解反应，b错误；含有碳碳双键，能与溴的CCl4溶液反应，c错误；含有羧基，显酸性，滴入石蕊溶液会变红，d正确。
（2）醛基能发生银镜反应或与新制Cu（OH）2悬浊液反应生成砖红色沉淀，因此若用化学方法进行鉴定，可选用的一种试剂是银氨溶液或新制的
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