人教版選修5第三章烴的含氧衍生物第三節羧酸酯第一課時羧酸教學設計3【教學目標】1.掌握羧基的結構特點和性質特2.掌握酯基的結構特點和性質特點3.掌握羧酸的化學性質【教學過程】我國是一個酒的國度，五糧液享譽海內外，國酒茅臺香飄萬里。“酒是越陳越香”。你們知道是什么原因嗎？這一節課我們就來學習羧酸、酯。在必修2中對乙酸的物理性質、化學性質有了初步了解，知道乙酸具有酸性、能發生酯化反應。在此基礎上，本節課繼續以乙酸為代表學習羧酸的結構及性質，理解酯化反應的反應機理。本節位于人教版《選修5》第三章第三節，是關于羧酸類物質的內容，在有機化學學習中有承上啟下的作用。一、乙酸1.分子式：C2H4O2、結構式：；純凈乙酸（冰乙酸、冰醋酸）在16.6℃以下為針狀晶體。[思考]無水乙酸又稱冰醋酸（熔點16.6℃2.羧酸的官能團為：羧基，通式為：-COOH代表物乙酸的化學式為：C2H4O2核磁共振氫變有2個吸收峰，峰的面積比為：3：1。說明乙酸中有2種H原子，數目比為：3：1。所以乙酸的結構簡式為：CH3COOH二、乙酸化學性質1.乙酸的酸性[探究]初中化學已介紹過乙酸是一種有機弱酸，請同學們根據現有的化學藥品或自己尋找合適的試劑設計實驗方案①證明乙酸有酸性；②比較乙酸、碳酸、苯酚的強弱。[提供藥品]鎂粉氫氧化鈉溶液氧化銅固體硫酸銅溶液碳酸鈉粉末乙酸苯酚紫色石蕊試液無色酚酞試液等。實驗方案：2.酯化反應［實驗］乙酸乙酯的制取：學生分三組做如下實驗，實驗結束后，互相比較所獲得產物的量。第1組在一支試管中加入3mL乙醇和2mL乙酸，按教材P63，圖3-21連接好裝置，用酒精燈緩慢加熱，將產生的蒸氣經導管通到盛有飽和碳酸鈉溶液的接受試管的液面上，觀察現象。第2組在一支試管中加入3mL乙醇，然后邊振蕩邊慢慢加入2mL濃硫酸和2mL乙酸，按教材P71，圖3-16連接好裝置，用酒精燈緩慢加熱，將產生的蒸氣經導管通到盛有水的接受試管的液面上，觀察現象。第3組在一支試管中加入3mL乙醇，然后邊振蕩邊慢慢加入2mL濃硫酸和2mL乙酸，按教材P71，圖3-16連接好裝置，用酒精燈緩慢加熱，將產生的蒸氣經導管通到盛有飽和碳酸鈉溶液的接受試管的液面上，觀察現象。強調：①試劑的添加順序；②導管末端不要插入到接受試管液面以下；③加熱開始要緩慢。4.請同學們思考以下問題（1）為什么要先加入乙醇，然后邊振蕩邊慢慢加入濃硫酸和乙酸？提示：此操作相當于濃硫酸的稀釋，乙醇和濃硫酸相混會瞬間產生大量的熱量,并且由于乙醇的密度比濃硫酸小，如果把乙醇加入濃硫酸中，熱量會使得容器中的液體沸騰飛濺，可能燙傷操作者。（2）導管末端為什么不能插入到接受試管液面以下？提示：防止加熱不均勻，使溶液倒吸。（3）除了采用這樣一種方法防止倒吸外，此裝置還有哪些其它改進方法？提示：可以將吸收裝置改為導管連接干燥管，干燥管下端插入液面以下防止倒吸（或其它合理方法）。（4）為什么剛開始加熱時要緩慢？提示：防止反應物還未來得及反應即被加熱蒸餾出來，造成反應物的損失。所以此裝置也可以看作是一個簡易的蒸餾裝置，那么，裝置的哪一部分相當于蒸餾燒瓶？哪一部分相當于冷凝管？提示：作為反應容器的試管相當于蒸餾燒瓶，導管相當于冷凝管，不是用水冷卻而是用空氣冷卻。（5）開始時緩慢加熱是不是在產物中就不會混入乙酸和乙醇了？如何驗證？提示：用藍色石蕊試紙來檢驗，如果變紅，說明有乙酸；乙醇可以用紅熱的銅絲與之反應后顯紅色來檢驗。盛有飽和碳酸鈉溶液的試管不能用石蕊來檢驗是否含有乙酸，其實只要將試管振蕩一下，看是否有氣泡逸出就可以了；接受試管中有大量的水，其中溶解的少量乙醇可能無法通過CuO與乙醇的反應來驗證，但可根據有乙酸揮發出來，推知也會有乙醇揮發出來。（6）接受試管中有什么現象？所獲得產物的量多少如何？提示：第1組接受試管內無明顯現象，第2、3組實驗中接受試管內有分層現象，并有濃厚的果香氣味。從對比結果來看，第1組做法幾乎沒有收集到產物；第2組做法得到一定量的產物；第3組做法收集到的產物的量最多。（7）為什么第一組做法幾乎沒有得到乙酸乙酯？提示：CH3COOH跟C2H5OH發生酯化反應是有機物分子間的反應，在不加濃硫酸時，即使在加熱條件下，反應速率仍很慢，所以當混合物加熱時，蒸氣成分是CH3COOH和C2H5OH的蒸氣，乙酸乙酯的蒸氣極少甚至可以說沒有，當然在Na2CO3溶液的液面上不會收集到乙酸乙酯。由此可見，濃硫酸主要起催化作用，其次，因為制取乙酸乙酯的反應是可逆的，所以濃硫酸也能除去生成物中的水，有利于反應向生成物方向進行。（8）在該反應中，為什么要強調加冰醋酸和無水乙醇，而不用他們的水溶液？提示：因為冰醋酸與無水乙醇基本不含水，可以促使反應向生成酯的方向進行。前面的實驗中，為了獲取更多的乙酸乙酯，我們除了利用濃硫酸除去生成物中的水，促使反應向生成物方向進行外，還用到了其它什么方法促使反應向生成物方向進行？制取乙酸乙酯的實驗同時還是一個簡易的蒸餾裝置，邊反應邊蒸餾，使生成物及時從反應體系中分離出去，也有利于試管內的反應向生成物方向進行。（9）第二組做法比第三組做法得到的乙酸乙酯的量明顯少，試分析原因，并設計實驗證明你的分析是正確的。提示：由于加入了催化劑濃硫酸，反應速率大大加快了。加熱時，蒸餾出的蒸氣的成分是乙酸乙酯、乙醇和乙酸，冷凝成液體后收集在盛水的試管中，但乙酸和乙醇是溶于水的，乙酸乙酯作為有機物，又易溶于乙酸和乙醇這樣的有機溶劑中，所以必然有部分乙酸乙酯溶在乙酸和乙醇的水溶液中，因而收集量減少；但試管中如果盛放Na2CO3溶液，可以除去乙酸，溶解乙醇，減少乙酸乙酯在溶液中的溶解量，提高收集效率，并提高乙酸乙酯的純度，因而收集量要多。［實驗證明］取等濃度、等體積的乙酸（或乙醇）溶液和碳酸鈉溶液，分別盛放于兩支試管中，再分別加入等體積乙酸乙酯，振蕩后靜置，結果是盛乙酸（或乙醇）溶液的試管中的乙酸乙酯變少，另一個幾乎無變化。（需要注意的是，在此，學生往往會提出乙醇沒有與Na2CO3反應的問題，更進一步的解釋應是“冷凝液中的乙酸被Na2CO3中和生成CH3COONa，CH3COONa和溶液中大量的Na2CO3都屬于離子化合物，增強了溶劑的極性，降低了乙酸乙酯在溶液中的溶解量”。但考慮到分子的極性和相似相溶原理在選修3《物質結構與性質》中才學習到，因此暫不宜引申）5.[科學探究]在上述這個酯化反應中，生成物水中的氧原子是由乙酸分子中的羧基上的羥基提供，還是由乙醇分子的羥基提供？如何能證明你的判斷是正確的？能否提供理論或實驗依據？（學生充分思考和討論，提出設想）提示：脫水有兩種情況，（1）酸脫羥基醇脫氫；（2）醇脫羥基酸脫氫。在化學上為了辨明反應歷程，常用同位素示蹤法。即把某些分不清的原子做上記號，類似于偵察上的跟蹤追擊。事實上，科學家把乙醇分子中的氧原子換成放射性同位素18O，結果檢測到只有生成的乙酸乙酯中才有18O，說明脫水情況為第一種，即乙酸與乙醇在濃硫酸作用下發生酯化反應的機理是“酸脫羥基醇脫氫”。放射性同位素示蹤法可用于研究化學反應機理，是匈牙利科學家海維西首先使用的，他因此獲得1943年諾貝爾化學獎。用含18O的醇跟羧酸起酯化反應，形成含有18O的酯，證明這種酯化反應的實質是：羧酸脫去羧基上的羥基，醇脫去羥基上的氫原子。關于酯化反應的脫水方式即酯化反應的實質問題，化學史上科學家們確實有上述兩種不同的看法，后來有科學家將乙醇分子中羥基上的氧用18O做標記，即用含18O的乙醇與乙酸反應，結果測得乙酸乙酯中含有18O，從而揭示了酯化反應的實質（按方式二脫水，即：酸脫羥基醇脫氫）。用以證明酯化反應實質的這種實驗方法叫做“同位素示蹤法”，這是一種先進的實驗方法。酯化反應原理：酸脫羥基、醇脫氫原子［小結］酒在放置過程中，其中的乙醇有部分逐漸轉化為乙酸，乙酸和乙醇緩慢反應生成了具有香味的乙酸乙酯。很多鮮花和水果的香味都來自酯的混合物。現在還可能通過人工方法合成各種酯，用作各種飲料、糖果、香水、化妝品等的香料。三、羧酸1.羧酸是由烴基與羧基相連組成的有機化合物。羧基是羧酸的官能團。提示：羧酸有不同的分類方法：可以按烴基的種類的不同分為脂肪酸和芳香酸；可以按羧基數目的不同，可以分為一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。提示：一元羧酸的通式為R—COOH，飽和一元脂肪酸的分子通式為CnH2nO2或CnH2n+1—COOH。分子式相同的羧酸、羧酸酯、羥基醛、羥基酮等互為同分異構體。羧酸的沸點比相應的醇的沸點高，碳原子數在4以下的羧基能與水互溶，隨著分子中碳鏈的增長，羧酸在水中的溶解度迅速減小，直到與相對分子質量相近的烷烴的溶解度相近。羧酸的通性之一是弱酸性。由于羧基能電離出H＋，使羧酸具有弱酸性。因而羧酸具有酸類物質的通性。2.羧酸的通性(1)常見一元羧酸的酸性強弱順序為：甲酸、苯甲酸、乙酸、碳酸(2)酯化反應R1—COOH+R2-CH2OHR1-COO—CH2-R2+H2O提示：無水含氧酸與醇作用也能生成酯，如C2H5OH+HONO2C2H5-O-NO2+H2O由于羥基的影響，羧基中的羰基比醛、酮分子中的羰基較難發生加成反應，但在特殊試劑如LiAlH4的作用下可將羧酸還原為醇。(3)還原反應3.羧酸的命名選含羧基的最長的碳鏈作為主鏈，按主鏈碳原子數稱某酸；從羧基開始給主鏈碳原子編號；在某酸名稱之前加入取代基的位次號和名稱。4.重要的羧酸—甲酸提示：甲酸俗稱蟻酸，是有刺激性氣味的液體，有腐蝕性，能與水、乙醇、乙醚、甘油等互溶。甲酸分子中即含有羥基又有醛基，因而能表現出羧酸和醛兩類物質的性質。如顯酸性、能酯化(表現出—COOH的性質)、能發生銀鏡反應和被新制的Cu(OH)2氧化(表現出-CHO的性質)甲酸在工業上可用作還原劑，在醫療上可用作消毒劑。甲酸的性質甲酸與銀氨溶液的反應：HCOOH+2Ag(NH3)2OH→CO2↑+2H2O+4NH3↑+2Ag甲酸與Cu(OH)2的反應：2HCOOH+Cu(OH)2→(HCOO)2Cu+2H2O提示：除此之外，苯甲酸俗稱安息香酸，是白色針狀晶體，易升華，微溶于水，易溶于乙酸、乙醚。苯甲酸及其鈉鹽或鉀鹽常用作防腐劑。乙二酸俗稱草酸，是無色透明晶體，能溶于水或乙醇，通常以結晶水合物形式存在。草酸鈣難溶于水，是人體膀胱結石和腎結石的主要成分。高級脂肪酸指的是分子中含碳原子數較多的脂肪酸，它們的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至難溶于水，硬脂酸(C17H35COOH)、軟脂酸(C15H31COOH)、油酸(C17H33COOH)、亞油酸(C17H31COOH)都是常見的高級脂肪酸。酯是羧酸分子中羧基上的羥基(—OH)被烴氧化(-OR)取代后的產物。酯是一種羧酸衍生物，其分子是由基和烴氧基相連構成生活中的有機酸在你的知識網絡里，無機酸的名字經常出現，其實，有機酸的種類比無機酸的還要繁多。除了前面已學過的甲酸（蟻酸）、乙酸（醋酸）以外，生活中還會經常會遇到一些有機酸。當你看一眼鮮紅的山楂、楊梅或咬一口不熟的蘋果時，都會被“酸”得流出口水來。這是因為水果中含有一種叫做蘋果酸的有機酸，是最初從蘋果中獲得因而得名，未成熟的蘋果里蘋果酸的含量較多。蘋果酸的學名叫羥基丁二酸。菠菜吃起來有澀味，這是因為菠菜里含有較多的草酸。草酸容易與鈣質反應生成難溶的草酸鈣，影響人體對鈣質的吸收。如果把菠菜先用開水燙一下，可除去部分草酸，減少澀味。草酸的學名叫乙二酸。同學們在夏天時都喜歡喝飲料或自制汽水飲料，那就離不開一種叫檸檬酸的有機酸，在檸檬、葡萄及桔科植物的果實中都含有較多的檸檬酸。牛奶放置時間長了也會變酸，這是因為牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用下乳糖分解而變成乳酸。乳酸最初就是從牛奶中得到并由此而得名的。人們在劇烈運動或勞動后會感到肌肉酸痛，也是由于乳酸在肌肉內積存過多的緣故，經過一段時間的休息之后，乳酸就逐漸轉化為水和二氧化碳而使痛感消失。乳酸的學名叫α—羥基丙酸。在制革工業中離不開鞣酸，因為它能把生皮變成皮革（即鞣皮），鞣酸的名字也就是這樣得來的。制藥工業中更少不了有機酸，例如，常用的解熱鎮痛藥阿斯匹林（學名乙酰水楊酸）就是由水楊酸和醋酸酐反應制得的。水楊酸的酒精溶液以及苯甲酸軟膏、十一烯酸等又可用來治療因霉菌引起的癬病。水楊酸的學名叫鄰羥基苯甲酸。四、檢測題1.苯甲酸常用作食品添加劑。下列有關苯甲酸的說法正確的是()A．其同系物中相對分子質量最小的是C7H6O2B．其分子中所有碳原子共面C．若與醇反應得到碳、氫原子個數比為910的酯，則該醇一定是乙醇D．其鈉鹽可用作奶粉中的抗氧化劑2.當乙酸分子中的O都是18O，乙醇分子中的O都是16O，二者在一定條件下反應所生成的水的相對分子質量為()A．16 B．18C．20 D．223.1molX能與足量碳酸氫鈉溶液反應放出LCO2(標準狀況)，則X的分子式是()A．C5H10O4 B．C4H8O4C．C3H6O4 D．C2H2O44.分枝酸在微生物、植物的芳香族氨基酸的生物合成系統中作為中間體，其結構簡式如圖。下列關于分枝酸的敘述不正確的是()A．分枝酸的分子式為C10H10O6B．1mol分枝酸最多消耗3molNaOHC．分枝酸分子中含2個手性碳原子D．一定條件下，分枝酸可發生取代、加成、氧化和聚合反應5.為了證明甲酸溶液中混有甲醛，正確的實驗操作是()A．加入硝酸銀溶液，在水浴中加熱B．加入2～3滴紫色石蕊試液C．加入足量的NaOH溶液后蒸餾，用餾出液進行銀鏡反應實驗D．先蒸餾，然后對餾出液進行銀鏡反應實驗6.巴豆酸的結構簡式為CH3—CH=CH—COOH。現有下列物質，試根據巴豆酸的結構特點，判斷在一定條件下，能與巴豆酸反應的物質是()①氯化氫②溴水③純堿溶液④2-丁醇⑤酸性KMnO4溶液A．②④⑤ B．①③④C．①②③④ D．①②③④⑤7.等濃度的下列稀溶液：①乙酸、②苯酚、③碳酸、④乙醇，它們的pH由小到大排列正確的是（）A．④②③① B．③①②④ C．①②③④ D．①③②④8櫻桃是一種抗氧化的水果，對人體有很大的益處，櫻桃中含有一種羥基酸具有健脾作用。下列有關說法正確的是()A．該羥基酸含有3種不同化學環境的氫原子B．通常條件下，該羥基酸可以發生取代、消去和加成反應C．該羥基酸可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色D．含1mol該羥基酸的溶液可與含3mol氫氧化鈉的溶液恰好完全反應.9.酯化反應類型填空（1）(2023·新課標全國卷Ⅱ改編)有機物E合成Ⅰ，其結構簡式為_________________________________；（2）(2023·天津高考)水楊酸()和含羥基的有機物生的條件是____________；（3）(2023·安徽高考)由HOOCCH2CH2COOH和HOCH2CH2OH合成一種可降解的聚酯類高分子材料，化學方程式為__________________________________________________。參考答案1.【解析】苯甲酸的同系物中相對分子質量最小的是C8H8O2，A錯；分子中所有碳原子共面，B正確；C項中的醇可能是乙二醇，C錯；苯甲酸鈉不能用作奶粉中的抗氧化劑，D錯。【答案】B2.【解析】抓住酯化反應的機理，即“酸脫羥基，醇脫氫”，可知生成的水中有18O，Heq\o\al(18,2)O的相對分子質量為20，選C項。【答案】C3.【解析】1molX能與足量碳酸氫鈉溶液反應放出LCO2(標準狀況)，說明X中含有2個—COOH，飽和的二元羧酸的通式為Cn