高中化学选修5有机化学基础第三章第三节第1课时.docx
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高中化学选修5有机化学基础第三章第三节第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．羧酸的组成和结构
（1）羧酸：
分子中烃基与羧基直接相连形成的有机化合物。
（2）通式：
一元羧酸的通式为R—COOH,官能团为—COOH或
。
2．分类
现有下列几种羧酸：
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）若按羧酸分子中烃基的结构分类,上述物质中的①②④⑤属于脂肪酸,③属于芳香酸。
（2）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。
羧酸
例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】羧酸的结构与分类
【题点】羧酸的组成与结构
答案 C
解析 酯化反应的条件是酸和醇在浓硫酸并且加热条件下发生的。
例2 分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有（不含立体异构）（ ）
A．3种B．4种
C．5种D．6种
【考点】羧酸的结构与分类
【题点】羧酸的同分异构现象
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、羧酸的性质
1．乙酸的物理性质
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．乙酸的化学性质
（1）弱酸性
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）酯化反应
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上述实验中反应的化学方程式为
CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O。
③思考讨论
ⅰ.浓H2SO4的作用是催化剂和吸水剂。
ⅱ.药品加入的顺序是先加乙醇,再加浓硫酸,最后加乙酸。
ⅲ.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。
ⅳ.饱和Na2CO3溶液的作用是中和挥发出的乙酸,吸收挥发出的乙醇；降低乙酸乙酯的溶解度,有利于分层。
羧酸反应过程中的成键和断键小结
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。
例3 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（ ）
C．H—18OH
D．H2O
【考点】乙酸的酯化反应
【题点】酸的酯化反应原理及类型
答案 A
解析 乙酸在水溶液中存在平衡
那么根据酯化反应的机理,酯化反应生成的酯就可能有两种：
和
但绝不能生成A；生成水分子也有两种：
H—18OH和H2O。
例4 有机物A的结构简式是
下列有关A的性质的叙述中错误的是（ ）
A．A与金属钠完全反应时,两者物质的量之比是1∶3
B．A与氢氧化钠完全反应时,两者物质的量之比是1∶3
C．A能与碳酸钠溶液反应
D．A既能与羧酸反应,又能与醇反应
【考点】乙酸的酸性
【题点】不同—OH活泼性的比较
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正确；B选项中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,错误；C选项中A中的酚羟基、羧基能与碳酸钠溶液反应,正确；D选项中A中含醇羟基,能与羧酸发生酯化反应,含羧基,能与醇发生酯化反应,正确。
规律总结 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
1．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．不能使酸性KMnO4溶液褪色
D．能与单质镁反应
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸性质的综合
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。
2．巴豆酸的结构简式为CH3—CH===CH—COOH。
试根据巴豆酸的结构特点,判断在一定条件下,能与巴豆酸反应的物质是（ ）
①氯化氢 ②溴水 ③纯碱溶液 ④2-丁醇 ⑤酸性KMnO4溶液
A．②④⑤B．①③④
C．①②③④D．①②③④⑤
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸性质的综合
答案 D
解析 该有机物含有碳碳双键和羧基两种官能团,根据其结构决定性质即可判断。
3．将甲基、羟基、羧基和苯基四种不同的原子团两两结合后形成的化合物的水溶液呈酸性的有机物有（ ）
A．2种B．3种C．4种D．5种
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸结构的综合
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。
4．分枝酸可用于生化研究,其结构简式如图。
下列关于分枝酸的叙述正确的是（ ）
（分枝酸）
A．分子中含有2种官能团
B．可与乙醇、乙酸反应,且反应类型相同
C．1mol分枝酸最多可与3molNaOH发生中和反应
D．可使溴的CCl4溶液、酸性KMnO4溶液褪色,且原理相同
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸结构和性质的综合
答案 B
解析 分枝酸分子中含有羧基、醇羟基、碳碳双键和醚键4种官能团,A错误；分枝酸分子中含有羧基和醇羟基,故可与乙醇和乙酸发生酯化反应,B正确；分枝酸分子中的六元环不是苯环,其分子结构中的羟基为醇羟基,不能和NaOH发生中和反应,故1mol分枝酸最多可与2molNaOH发生中和反应,C错误；分枝酸使溴的CCl4溶液褪色发生的是加成反应,使酸性KMnO4溶液褪色发生的是氧化反应,原理不同,D错误。
5．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】羧酸的综合
【题点】羧酸结构和性质的综合
答案
（1）羧基、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
[对点训练]
题组一 羧酸的组成和结构
1．下列物质中,属于饱和一元脂肪酸的是（ ）
A．乙二酸B．苯甲酸
C．硬脂酸D．石炭酸
【考点】羧酸的结构与分类
【题点】羧酸的分类
答案 C
解析 乙二酸为二元脂肪酸,分子中含有两个羧基；苯甲酸中含苯环,不属于饱和一元脂肪酸；硬脂酸（C17H35COOH）分子中含有烷基和一个羧基,属于饱和一元脂肪酸；石炭酸为苯酚,属于酚类,不属于羧酸。
2．下列有机物中,互为同系物的是（ ）
A．甲酸与油酸B．软脂酸和丙烯酸
C．硬脂酸和油酸D．甲酸与硬脂酸
【考点】羧酸的结构与分类
【题点】羧酸的组成与结构
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、硬脂酸和软脂酸为饱和一元羧酸,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。
3．化学式为C5H10O2的羧酸A可由醇B氧化得到,A和B可生成酯C（相对分子质量为172）,符合此条件的酯有（ ）
A．1种B．2种
C．3种D．4种
【考点】羧酸的结构与分类
【题点】羧酸的同分异构现象
答案 D
解析 羧酸A可由醇B氧化得到,则醇B结构简式为R—CH2OH。
因C的相对分子质量为172,故化学式为C10H20O2,即醇为C4H9—CH2OH,而—C4H9有四种同分异构体,故酯C可能有4种结构。
题组二 羧酸的性质及应用
4．下列关于乙酸的说法不正确的是（ ）
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
【考点】乙酸的物理性质及用途
【题点】乙酸的物理性质
答案 B
解析 羧酸是几元酸是根据酸分子中所含的羧基数目来划分的,一个乙酸分子中只含一个羧基,故为一元酸。
5．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
【考点】乙酸的酯化反应
【题点】酯化反应的实验
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。
6．若检验甲酸溶液中是否存在甲醛,下列操作中,正确的是（ ）
A．加入新制的Cu（OH）2悬浊液后加热,若有红色沉淀产生,则证明甲醛一定存在
B．若能发生银镜反应,则证明甲醛一定存在
C．与足量NaOH溶液混合,若其加热蒸出的产物能发生银镜反应,则甲醛一定存在
D．先将溶液充分进行酯化反应,收集生成物进行银镜反应,若有银镜生成,则甲醛一定存在
【考点】羧酸的化学性质
【题点】羧酸性质的综合
答案 C
解析 甲酸（
）与甲醛（
）都含有醛基（—CHO）,因此二者均能发生银镜反应,均能与新制Cu（OH）2悬浊液反应,产生红色沉淀,甲酸与醇反应生成的酯仍含有醛基,因此,A、B、D三项操作均不能证明甲醛的存在。
7．下列哪一种试剂可以鉴别乙醇、乙醛、乙酸、甲酸四种无色溶液（ ）
A．银氨溶液B．浓溴水
C．新制Cu（OH）2悬浊液D．FeCl3溶液
【考点】羧酸的化学性质
【题点】羧酸性质的综合
答案 C
解析 乙醇、乙醛不能溶解新制Cu（OH）2悬浊液,但乙醛与新制Cu（OH）2悬浊液共热时生成红色沉淀。
甲酸和乙酸都能溶解新制Cu（OH）2悬浊液,但甲酸能与过量新制Cu（OH）2悬浊液共热时生成红色沉淀,故C项符合题意。
题组三 羧酸结构和性质的综合
8．苹果酸是一种常见的有机酸,结构简式为
苹果酸可能发生的反应是（ ）
①与NaOH溶液反应 ②与石蕊溶液作用变红③与金属钠反应放出气体 ④一定条件下与乙酸酯化⑤一定条件下与乙醇酯化
A．①②③B．①②③④
C．①②③⑤D．①②③④⑤
【考点】羧酸的性质
【题点】羧酸性质的综合
答案 D
解析 苹果酸中含有羧基、羟基两种官能团。
羧基具有酸的性质,能使石蕊溶液变红,与碱、金属反应,与乙醇酯化,羟基能与乙酸酯化。
9．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
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸性质的综合
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,C项正确；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。
10．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
它含有酚羟基
B
银氨溶液
产生银镜
它含有醛基
C
碳酸氢钠溶液
产生气泡
它含有羧基
D
溴水
溶液褪色
它含有碳碳双键
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸性质的综合
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,溴水褪色不能证明一定含有碳碳双键,D项错误。
11．某有机物A的结构简式为
取一定量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
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸的有关计算
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、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、NaHCO3三种物质的量之比为3∶2∶1。
12．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（ ）
A．②B．②③④
C．只有④D．①
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸的有关计算
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
[综合强化]
13．已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸（C3H6O3）。
（1）取9g乳酸与足量的金属Na反应,可生成2.24LH2（标准状况）,另取等量乳酸与等物质的量的乙醇反应,生成0.1mol乳酸乙酯和1.8g水,由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为____________。
（2）乳酸在Cu作催化剂时可被氧化成丙酮酸（
）,由以上事实推知乳酸的结构简式为________________。
（3）两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环脂（C6H8O4）,则此环酯的结构简式是________________________________________________________________________。
（4）乳酸在浓H2SO4作用下,三分子相互反应,生成链状结构的物质,写出其生成物的结构简式：
________________________________________________________________________。
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸结构和性质的综合
答案
（1）羧基、醇羟基
（2）
（3）
（4）
解析
（1）根据乳酸的分子式,可求出其相对分子质量为90,9g乳酸为0.1mol,1.8gH2O为0.1mol。
0.1mol乳酸与0.1mol乙醇反应生成0.1mol乳酸乙酯,可知1mol乳酸分子中含有1mol羧基；又因为0.1mol乳酸与足量金属钠反应生成0.1molH2,所以1mol乳酸分子中还含有1mol醇羟基。
（2）根据乳酸在Cu催化条件下被氧化成
可知,醇羟基的位置在碳链中间。
据此可推导出乳酸的结构简式为
14．A、B、C、D、E均为有机化合物,它们之间的关系如下图所示（提示：
RCH===CHR′在高锰酸钾酸性溶液中反应生成RCOOH和R′COOH,其中R和R′为烷基）。
回答下列问题：
（1）直链化合物A的相对分子质量小于90,A分子中碳、氢元素的总质量分数为0.814,其余为氧元素质量分数,则A的分子式为________。
（2）已知B与NaHCO3溶液完全反应,其物质的量之比为1∶2,则在浓硫酸的催化下,B与足量的C2H5OH发生反应的化学方程式是__________________________________________,反应类型为____________。
（3）A可以与金属钠作用放出氢气,能使溴的四氯化碳溶液褪色,则A的结构简式是________________________________________________________________________。
（4）D的同分异构体中,能与NaHCO3溶液反应放出CO2的有________种,其相应的结构简式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸结构和性质的综合
答案
（1）C5H10O
（2）HOOC—CH2—COOH＋2C2H5OH
C2H5OOC—CH2—COOC2H5＋2H2O
酯化反应（或取代反应）
（3）HO—CH2—CH2—CH===CH—CH3
（4）2 CH3CH2CH2COOH、CH3CH（CH3）COOH
解析
（1）A分子中碳、氢元素的总质量分数为0.814,则氧元素占的质量分数为1－0.814＝0.186,若A分子中含有一个氧原子,则M（A）＝1×16÷0.186≈86,若A分子中含有2个氧原子,则M（A）＝2×16÷0.186≈172,化合物A的相对分子质量小于90,所以A分子中含有一个氧原子,相对分子质量为86。
则M（C、H）＝86－16＝70,A的分子式为C5H10O。
（2）C与乙醇酯化后的D的分子式为C4H8O2,由酯化反应特点可知,C的分子式是C4H8O2＋H2O－C2H6O＝C2H4O2,是乙酸。
所以B分子中的碳原子数为3,结合题中B与NaHCO3溶液完全反应,其物质的量之比为1∶2,可知B为二元酸,只能是HOOC—CH2—COOH,在浓硫酸的催化下,B与足量的C2H5OH发生反应的化学方程式是HOOC—CH2—COOH＋2C2H5OH
C2H5OOC—CH2—COOC2H5＋2H2O,反应类型为酯化反应（或取代反应）。
（3）A的分子式为C5H10O,与相应的饱和一元醇仅相差2个氢原子,结合题中A既可以与金属钠作用放出氢气又能使溴的四氯化碳溶液褪色,可知A为含有碳碳双键的一元醇,结合B、C的结构简式推知,A的结构简式为HO—CH2—CH2—CH===CH—CH3。
（4）D的分子式为C4H8O2,符合饱和一元羧酸的通式,其中能与NaHCO3溶液反应放出CO2的是CH3CH2CH2COOH、CH3CH（CH3）COOH。
15．有机物A可以通过不同的反应得到下列物质：
B.C．
D．
E．
（1）A的结构简式是___________________________________________________。
（2）写出由A制取B的化学方程式：
_______________________________________
________________________________________________________________________。
（3）写出由A制取E的有机反应类型：
____________；A与____________（填写化学式）反应生成D。
（4）芳香族化合物F是A的同分异构体,1molF可以和3molNaOH发生中和反应；F苯环上的一氯代物只有一种。
写出F的两种可能的结构简式：
__________________________。
【考点】羧酸的综合
【题点】羧酸结构和性质的综合
答案
（1）
（2）
＋H2O
（3）
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