第三章 第三节 第1课时.docx
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第三章第三节第1课时
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，掌握羧酸的性质及用途。
一 羧酸的结构与分类
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．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。
[归纳总结]
[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。
二 羧酸的化学性质
1．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，能使石蕊溶液变红。
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。
2．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。
（3）上述实验中反应的化学方程式为
CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O。
（4）思考讨论
①浓H2SO4的作用是催化剂和吸水剂。
②药品加入的顺序是：
先加乙醇，再加浓硫酸，最后加乙酸。
③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。
④饱和Na2CO3（aq）的作用是吸收未反应的乙酸和乙醇；降低乙酸乙酯的溶解度，有利于分层。
[归纳总结]
（1）羧酸可以表示为
当①键断裂时，羧酸电离出H＋，因而羧酸具有酸的通性。
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。
（2）羧酸与酚、醇的羟基性质比较
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
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。
（3）羧酸酯化反应的原理与类型
①酯化反应原理
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。
＋H2O。
②酯化反应类型
a．一元醇＋一元羧酸
b．二元羧酸＋一元醇
＋2C2H5OH
c．一元羧酸＋二元醇
＋2CH3COOH
[活学活用]
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。
3．咖啡酸可用作化学原料的中间体，其结构如下所示，下列关于咖啡酸的说法中不正确的是（ ）
A．能发生加聚反应
B．能与Na2CO3溶液反应
C．1mol咖啡酸最多能与3molNaOH反应
D．1mol咖啡酸最多能与3molBr2反应
答案 D
解析 该分子中含有碳碳双键，能发生加聚反应，A项正确；该分子中含有—COOH和酚羟基，能与Na2CO3溶液反应，B项正确；1mol咖啡酸含有2mol酚羟基，1mol羧基，最多能与3molNaOH反应；1mol咖啡酸中苯环上的氢可与3molBr2发生取代反应，1mol碳碳双键可以与1molBr2发生加成反应，最多能与4molBr2反应，D项不正确。
解题反思 官能团决定有机物的性质，注意反应中官能团的变化及反应物的用量关系。
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）
当堂检测
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．乙酸能使石蕊溶液变红
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（ ）
A．
B．CH3—CH===CH—COOH
C．
D．
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，A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中的羧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．苹果酸的结构简式为
，下列说法正确的是（ ）
A．苹果酸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Na反应生成1molH2
D．
与苹果酸互为同分异构体
答案 A
解析 苹果酸中含有—OH和—COOH，二者均能发生酯化反应，A项正确；1mol苹果酸只能与2molNaOH发生中和反应，B项错误；1mol苹果酸与足量金属Na反应生成1.5molH2，C项错误；
与苹果酸是同种物质，D项错误。
6．可用下图所示装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等均已略去）。
请回答下列问题：
（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。
解题感悟
（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。
40分钟课时作业
[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．分子式为C5H8O2，既能与Na2CO3溶液反应生成CO2，又能与溴的四氯化碳溶液反应的有机化合物有（不考虑立体异构）（ ）
A．2种B．4种C．6种D．8种
答案 D
解析 根据性质可知C5H8O2中含有—COOH和
，C5H8O2可以写成C4H7—COOH，C4H7—为烯烃基，可知C4H7—中含一个
，符合条件的该化合物有8种。
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．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．能发生银镜反应也能与新制Cu（OH）2悬浊液反应
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。
5．某种药物合成中间体的结构简式为
，有关该物质的说法不正确的是（ ）
A．属于芳香族化合物
B．能发生消去反应和酯化反应
C．能分别与金属Na、NaHCO3溶液反应
D．1mol该有机物与足量NaOH溶液反应，消耗5molNaOH
答案 D
解析 A项，该物质中含有苯环，属于芳香族化合物；B项，该物质分子含有醇羟基，可以发生酯化反应，与醇羟基相连碳原子的邻位碳原上有氢原子，可以发生消去反应；C项，该物质分子中含有的醇羟基和羧基及酚羟基能够与金属钠反应，另外羧基也可以和NaHCO3溶液反应；D项该有机物分子中含有2个酚羟基和1个羧基，1mol该有机物与足量NaOH溶液反应，消耗3molNaOH。
6．莽草酸可用于合成药物达菲，其结构简式如图，下列关于莽草酸的说法正确的是（ ）
A．分子式为C7H6O5
B．分子中含有2种官能团
C．可发生加成和取代反应
D．在水溶液中羧基和羟基均能电离出H＋
答案 C
解析 由莽草酸的结构简式可推出其分子式为C7H10O5，A项不正确；其含有的官能团是碳碳双键、羧基、羟基，碳碳双键可发生加成反应，羟基和羧基可发生取代反应，B项不正确，C项正确；在水溶液中羧基能电离出H＋，羟基不能电离出H＋，D项不正确。
7．在同温同压下，某有机物和过量钠反应，得到V1LH2，等量的该有机物和足量的NaHCO3反应得V2LCO2，若V1＝V2≠0，则此有机物可能是（ ）
A．
B．HOOC—COOH
C．HOCH2CH2OHD．CH3COOH
答案 A
解析 Na既能与羟基反应，又能与羧基反应；NaHCO3只与羧基反应，不与羟基反应，因此，只有A项符合题目要求。
三、酯化反应
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。
10．0.5mol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。
[能力提升]
11．羟基、羧基的性质具有明显的差异，请完成下列各题：
（1）为实现如图所示的各步转化，请在括号内填入适当试剂的化学式。
若A转化为C，可加入⑥________，若A转化为D，可加入⑦________。
（2）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）①NaHCO3 ②H2SO4或HCl ③NaOH或Na2CO3 ④H2O、CO2 ⑤Na ⑥NaOH或Na2CO3
⑦Na
（2）1∶2 1∶2 1∶3
解析 由于H＋电离能力强弱：
—COOH＞H2CO3＞
＞HCO
。
所以①加NaHCO3只与—COOH反应；②加强酸—COONa转化为—COOH；③加NaOH或Na2CO3只和酚羟基反应，不和醇羟基反应；④通CO2和H2O，—ONa转化为—OH；⑤Na与醇羟基反应；⑥A转化为C，加NaOH或Na2CO3与酚羟基和—COOH反应，不与醇羟基反应；⑦Na与羟基和羧基均反应。
（2）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。
12．乙酸苯甲酯对花香和果香的香味具有提升作用，故常用于化妆品工业和食品工业。
乙酸苯甲酯可以用下面的设计方案合成，如图所示。
（1）写出A、C的结构简式：
A________，C________。
（2）写出反应④的化学方程式________________。
（3）反应②、⑥的反应类型②________，⑥________。
（4）C通常有三种不同类别的芳香族同分异构体，试写出另两种不同类别的同分异构体的结构简式（各写一种）________，________。
（5）D有多种同分异构体，含有酯基和一取代苯环结构的同分异构体有5种，其中3种结构简式是：
、
、
，请写出另外两种同分异构体的结构简式：
________、________。
答案
（1）
（2）2CH3CH2OH＋O2
2CH3CHO＋2H2O （3）取代（水解）反应 酯化（取代）反应 （4）
（5）
解析
（1）可用逆推法分析，要制得D，可推得C为苯甲醇（
），B水解得
，故B为
，从而确定A为甲苯（
）。
（2）乙醇催化氧化生成乙醛，F为乙酸。
（3）
水解生成
被—OH取代；C（
）与F（CH3COOH）发生酯化反应生成D。
（4）芳香醇与芳香醚和酚化学式相同时，互为类别异构。
（5）依据酯的结构特点，适当移动COO的位置，写出酯的所有同分异构体，通过对比找出答案。
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，必须使用的仪器为__________；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。
[拓展探究]
14．
水杨酸酯E为紫外线吸收剂，可用于配制防晒霜。
E的一种合成
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