PAGE26-第2課時羧酸的性質和應用一、羧酸1．概念：由烴基與羧基相連構成的化合物。留意：(1)羧基(或—COOH)是羧酸的官能團。(2)甲酸()是分子組成和結構最簡潔的羧酸。甲酸的分子組成有特別性，即甲酸分子里沒有烴基，但有醛基。2．通式：一元羧酸的通式為R—COOH，飽和一元脂肪酸的通式為CnH2nO2。3．分類(1)按分子中烴基的結構分①脂肪酸eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低級脂肪酸：如乙酸：CH3COOH,高級脂肪酸\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(硬脂酸：C17H35COOH,軟脂酸：C15H31COOH,油酸：C17H33COOH))))②芳香酸如苯甲酸：C6H5COOH，俗名安眠香酸。(2)按分子中羧基的數目分①一元酸：如甲酸：HCOOH，俗名蟻酸。②二元酸：如乙二酸：HOOC—COOH，俗名草酸。③多元酸：如檸檬酸：。4．通性：羧酸分子中都含有羧基官能團，因此都有酸性，都能發生酯化反應。二、乙酸1．結構俗名：醋酸；分子式：C2H4O2；結構簡式：CH3COOH；官能團：羧基(或—COOH)。2．物理性質3.化學性質①酸性：一元弱酸比碳酸酸性強。a．與CaCO3反應：CaCO3＋2CH3COOH→Ca(CH3COO)2＋H2O＋CO2↑。b．與金屬Na反應：2Na＋2CH3COOH→2CH3COONa＋H2↑。②酯化反應(或取代反應)a．含義：酸和醇作用生成酯和水的反應。b．斷鍵方式：酸脫—OH，醇脫—OH上的H。c．乙酸和乙醇的酯化反應：。三、甲酸(1)分子式CH2O2，結構式，結構簡式HCOOH。(2)結構特點：由此可見，甲酸分子中，既含有羧基又含有醛基，因而能表現出羧酸和醛類兩類物質的性質。(3)羧基的性質①與NaOH反應生成HCOONa，化學方程式為HCOOH＋NaOH=HCOONa＋H2O。②與乙醇發生酯化反應，化學方程式為HCOOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do15(△))HCOOCH2CH3＋H2O。(4)醛基的性質堿性條件下被新制Cu(OH)2氧化，化學方程式為HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHeq\o(→,\s\up15(水浴加熱))Cu2O↓＋Na2CO3＋4H2O。探究點一羧酸的命名和性質一、羧酸的命名1．習慣命名法：①對于一元羧酸，可以依據羧酸分子中的碳原子個數命名為“某酸”，如HCOOH為甲酸、CH3COOH為乙酸等。②在一元羧酸命名的基礎上，可以對多元羧酸進行命名，在“酸”的前面表述出羧基的個數，如為乙二酸等。③也可以在習慣命名法的基礎上，在名稱的后面加“酸”即可，如為苯甲酸。2．系統命名法：①選含羧基的最長的碳鏈作為主鏈，按主鏈碳原子數稱為某酸；②從羧基起先給主鏈的碳原子編號；③在“某酸”名稱之前加上取代基的位次號和名稱。二、羧酸的性質1．羧酸的物理性質(1)羧酸在水中的溶解性由組成羧酸的兩個部分烴基(R—)和羧基(—COOH)所起的作用的相對大小確定：R—部分不溶于水；—COOH部分溶于水。當羧酸中的碳原子數在4以下時，—COOH部分的影響起主要作用，所以能與水互溶。隨著分子中碳鏈的增長，R—部分的影響起主要作用，所以羧酸在水中的溶解度快速減小，直至相對分子質量與烷烴相近時，它們的溶解度相近。(2)羧酸分子間可以形成氫鍵，這不僅是影響羧酸在水中溶解性的因素，也是影響其沸點的主要因素之一。羧酸分子間可形成兩個氫鍵，所以羧酸分子形成氫鍵的機會比相對分子質量相近的醇多，因此羧酸的沸點要比相應的醇的沸點高。例如，乙酸和1-丙醇的相對分子質量都是60，但乙酸的沸點為118℃，1-丙醇的沸點為97.4℃。2．羧酸的化學性質羧基由羰基和羥基組成，兩者相互影響，使得羧酸的化學性質并不是羥基具有的化學性質和羰基具有的化學性質的簡潔加和。(1)弱酸性與醇羥基相比，羧基中羥基上的氫原子更易以離子形式電離出來：RCOOHRCOO－＋H＋，所以羧酸具有酸類物質的通性。如：①使酸堿指示劑變色；②與活潑金屬反應放出H2；③與堿中和；④與堿性氧化物反應生成鹽和水；⑤與鹽發生復分解反應等。2RCOOH＋Na2CO3→2RCOONa＋CO2↑＋H2ORCOOH＋NaHCO3→RCOONa＋CO2↑＋H2O幾種常見的酸性物質的酸性比較：乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸>碳酸>苯酚>HCOeq\o\al(－,3)。(2)酯化反應羧酸(或無機含氧酸)與醇形成酯的反應叫做酯化反應。①可以用同位素示蹤法證明酯化反應過程是羧酸分子羧基中的羥基與醇分子羥基的氫原子結合成水，其余部分相互結合成酯。②無機含氧酸與醇作用也能生成酯，如：C2H5OH＋HONO2→C2H5—O—NO2＋H2O硝酸乙酯三、幾種重要的羧酸1．甲酸(1)物理性質：甲酸俗稱蟻酸，是有刺激性氣味的無色液體，沸點100.7℃，有極強的腐蝕性，因此運用時要避開與皮膚接觸。甲酸能與水和乙醇互溶。(2)分子式與結構式：分子式為CH2O2，結構式為，結構簡式為HCOOH。其分子結構比較特別，羧基和氫原子干脆相連，它不但有羧基結構，即有羧酸的一般通性，也有醛基的結構，是一個具有雙官能團的化合物。(3)化學性質：由于具有雙官能團，甲酸既有羧酸的一般通性，也有醛類的某些性質。因此，能發生銀鏡反應的不肯定是醛。①酸性：HCOOH＋NaHCO3→HCOONa＋H2O＋CO2↑。②銀鏡反應：HCOOH＋2Ag(NH3)2OHeq\o(→,\s\up15(水浴加熱))2Ag↓＋(NH4)2CO3＋2NH3＋H2O。③酯化反應：HCOOH＋CH3—OHeq\o(,\s\up15(濃H2SO4),\s\do15(△))＋H2O。④燃燒：2HCOOH＋O2eq\o(→,\s\up15(點燃))2CO2＋2H2O。由于HCOOH結構中含—CHO，故甲酸、甲酸鹽、甲酸酯都有還原性，都能與銀氨溶液、新制CuOH2懸濁液反應。2．乙二酸(1)乙二酸(HOOC—COOH)俗稱草酸，易溶于水和乙醇，乙二酸屬于中強酸。HOOC—COOH－OOC—COOH＋H＋－OOCCOOH－OOC—COO－＋H＋(2)乙二酸有較強的還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化。5HOOC—COOH＋2KMnO4＋3H2SO4→K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O(3)乙二酸能被濃硫酸脫水，生成CO2和CO。HOOC—COOHeq\o(→,\s\up15(濃H2SO4),\s\do15(△))CO2↑＋CO↑＋H2O3．苯甲酸苯甲酸()俗稱安眠香酸，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可以作食品防腐劑。羧酸發生反應時，分子中的化學鍵如何斷裂？提示：發生化學反應時，羧酸分子中易斷裂的主要部位如圖所示。①處：O—H鍵斷裂時，易電離出H＋，使羧酸表現出酸性；②處：羥基被取代，如酯化反應；③處：氫原子被取代。【例1】蘋果酸是一種常見的有機酸，其結構簡式為。(1)蘋果酸分子中所含官能團的名稱是________、________。(2)蘋果酸不行能發生的反應有________(填序號)。①加成反應②酯化反應③加聚反應④氧化反應⑤消去反應⑥取代反應(3)1mol蘋果酸與足量金屬鈉反應，可產生________molH2。(4)1mol蘋果酸與足量NaHCO3溶液反應，可產生________molCO2。(5)肯定條件下，2mol蘋果酸發生反應，生成1mol含有八元環的化合物和2molH2O，寫出反應的化學方程式________。【解析】(1)依據蘋果酸的結構簡式可知，蘋果酸分子中含有醇羥基和羧基。(2)分子中含有羧基能發生酯化反應(取代反應)，含有醇羥基能發生氧化反應、消去反應、酯化反應(取代反應)。(3)1mol蘋果酸分子中含有2mol—COOH和1mol—OH，二者都可以與金屬鈉反應生成H2，因此，1mol蘋果酸與足量金屬鈉反應，可產生1.5molH2。(4)蘋果酸中，只有—COOH可以與NaHCO3溶液反應生成CO2，因此，1mol蘋果酸與足量NaHCO3溶液反應，可產生2molCO2。(5)依據題意可知，2mol蘋果酸發生的是酯化反應，據此可寫出反應的化學方程式。【答案】(1)醇羥基羧基(2)①③(3)1.5(4)2(5)某有機物M的結構簡式如圖所示，下列說法正確的是(D)A．1molM最多能與10molH2發生加成反應B．1molM最多能與2molNaHCO3反應C．1molM最多能與5molNaOH反應D．1molM最多能與2molNa反應解析：M的結構簡式中，酯基、羧基中的碳氧雙鍵均不能與氫氣發生加成反應，只有苯環和醛基能與氫氣發生加成反應，故1molM最多能與7molH2發生加成反應，A項錯誤；只有羧基能與NaHCO3反應，故1molM最多能與1molNaHCO3反應，B項錯誤；能與NaOH反應的官能團有溴原子、酯基、羧基、酚羥基，1molM分子中含有1mol溴原子、2mol酯基(因M中的酯基為酚酯基，1mol酚酯基消耗2molNaOH)、1mol酚羥基、1mol羧基，故1molM最多消耗7molNaOH，C項錯誤；只有酚羥基與羧基能與鈉反應，D項正確。探究點二酯化反應一、規律eq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do15(△))CH3COOCH2CH3＋H2O1．酸與醇反應生成酯時，一般狀況下，酸脫去羥基，醇脫去氫。2．此反應為酯化反應，也屬于取代反應。3．醇也可與無機酸反應生成酯，如HNO3＋HOCH2CH3→CH3CH2ONO2＋H2O二、類型1．一元羧酸與一元醇之間的酯化反應CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do15(△))CH3COOC2H5＋H2O2．二元羧酸與一元醇之間的酯化反應3．二元醇與一元羧酸之間的酯化反應4．二元羧酸與二元醇之間的酯化反應此時反應有三種情形，可得一般酯、環酯和高聚酯。如：5．羥基酸自身的酯化反應此時反應有三種情形，可得到一般酯、環狀交酯和高聚酯。如①全部的酯化反應，條件均為濃硫酸存在下加熱。②利用自身酯化或酯化生成環酯的結構特點可以確定有機物中羥基位置。③在形成環酯時，酯基中，只有一個O參加成環。1．酯化反應屬于有機反應，為什么在化學方程式中用“”而不用“→”？提示：酯化反應是可逆反應，且反應速率很小。羧酸與醇在肯定條件下反應生成酯的同時，生成的酯部分會發生水解反應，又生成相應的羧酸和醇，因此酯化反應雖然屬于有機反應，但是常用“”表示。2．在常見的有機反應中，濃硫酸的作用有何不同？提示：(1)在苯的硝化反應和試驗室制取乙酸乙酯的反應中，濃硫酸均起催化劑和吸水劑的作用。(2)在試驗室制取乙烯的反應中，濃硫酸起催化劑和脫水劑的作用。【例2】酸牛奶中含有乳酸，其結構簡式為。高級動物和人體的無氧呼吸可產生乳酸。(1)乳酸可能發生的反應有________(填序號)。①取代反應②酯化反應③水解反應④消去反應⑤中和反應(2)乳酸自身在不同條件下可形成不同的酯，其酯的結構簡式按相對分子質量由小到大依次為________、________、________、________。【解析】【答案】(1)①②④⑤(2)某自然有機化合物A僅含C、H、O元素，與A相關的反應框圖如下：(1)寫出下列反應的反應類型：S→A第①步反應取代(或水解)反應；B→D加成反應；D→E第①步反應消去反應；A→P酯化(或取代)反應。(2)B所含官能團的名稱是碳碳雙鍵、羧基。(3)寫出A、P、E、S的結構簡式：(4)寫出在濃H2SO4存在并加熱的條件下，F與足量乙醇反應的化學方程式：HOOCCH2CH2COOH＋2C2H5OHeq\o(,\s\up15(濃H2SO4),\s\do15(△))C2H5OOCCH2CH2COOC2H5＋2H2O。(5)寫出與D具有相同官能團的D的全部同分異構體的結構簡式：

解析：物質B與Br2/CCl4應發生加成反應，因此B是氯代有機酸先消去后酸化的產物，應含有碳碳雙鍵和羧基；由G的分子式和B→G的反應條件可知，G的結構簡式為NaOOCCH2CH2COONa，由逆推法分別得到F為HOOCCH2CH2COOH，B為HOOCCH=CHCOOH，由B推出D為HOOCCHBrCHBrCOOH，E為HOOCC≡CCOOH，再分別寫出D的同分異構體。探究點三乙酸乙酯的制備1．反應原料：乙醇、乙酸、濃硫酸、飽和Na2CO3溶液。2．試驗原理CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do15(△))CH3COOC2H5＋H2O3．試驗裝置如圖所示4．試驗過程在1支試管中加入3mL乙醇，繼而再邊搖動試管邊漸漸加入2mL濃硫酸和2mL乙酸。然后按如圖裝置連接好。用酒精燈當心勻稱地加熱試管3min～5min，產生的蒸氣經導管通到飽和Na2CO3溶液的液面上。在液面上可以看到有透亮的油狀液體產生且聞到香味后，停止加熱并取下試管。5．留意事項(1)加熱前應先在反應混合物中加入碎瓷片，以防加熱過程中發生暴沸現象。(2)配制乙醇、濃硫酸、乙酸的混合液時，各試劑加入試管的依次依次是：乙醇、濃硫酸、乙酸。將濃硫酸加入乙醇中，邊加邊振蕩是為了防止混合時產生大量的熱而導致液體飛濺，待乙醇與濃硫酸的混合液冷卻后再與乙酸混合。(3)試驗中運用過量乙醇是由于該反應是可逆反應，增大廉價原料乙醇的用量可提高相對較貴原料乙酸的利用率。(4)裝置中導管a起冷凝作用，以使產物乙酸乙酯蒸氣冷凝成液體流入盛有飽和Na2CO3溶液的試管中。(5)加熱過程分為兩個階段：先用小火微熱一段時間，再用大火加熱將生成的乙酸乙酯蒸出。小火微熱是為了防止未反應的乙醇和乙酸被蒸出，后用大火是為了使乙酸乙酯脫離反應體系，有利于平衡向生成酯的方向移動。(6)試管b中盛有飽和Na2CO3溶液的作用：其一，Na2CO3可與混入乙酸乙酯中的乙酸反應而將其除去，同時還可溶解混入的乙醇；其二，使乙酸乙酯的溶解度減小，而易分層析出。(7)導管末端不能插入Na2CO3溶液中是為了防止倒吸現象的發生。為了防止倒吸并且使生成的乙酸乙酯充分汲取，也可將導管改為球形干燥管。(8)濃硫酸在反應中所起的作用是：催化作用和吸水作用。1．能否用NaOH溶液代替飽和Na2CO3溶液？提示：不能。因為乙酸乙酯在NaOH存在時易發生水解反應。2．如何提高乙酸乙酯的產率？提示：由于乙酸乙酯沸點比乙酸、乙醇低，因此從反應物中不斷蒸出乙酸乙酯，可提高其產率；運用過量的乙醇，可提高乙酸轉化為乙酸乙酯的產率；運用濃硫酸作吸水劑，可提高乙醇、乙酸的轉化率從而提高了乙酸乙酯的產率。【例3】下圖為試驗室制取少量乙酸乙酯的裝置圖。下列關于該試驗的敘述中，不正確的是()A．向a試管中先加入濃硫酸，然后邊搖動試管邊漸漸加入乙醇，再加入冰醋酸B．試管b中導氣管下端管口不能浸入液面以下的目的是防止試驗過程中產生倒吸現象C．試驗時加熱試管a的目的之一是剛好將乙酸乙酯蒸出，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移動D．試管b中飽和Na2CO3溶液的作用之一是汲取隨乙酸乙酯蒸出的少量乙酸和乙醇【解析】試驗室制取乙酸乙酯時，先加入乙醇，再加入濃硫酸，最終加入冰醋酸，故A項不正確。【答案】A可用圖示裝置制取少量乙酸乙酯(酒精燈等在圖中均已略去)。請填空：(1)試管a中須要加入濃硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正確的加入依次及操作是先加入乙醇，然后邊搖動試管邊漸漸加入濃硫酸，再加入冰醋酸。(2)為防止a中的液體在試驗時發生暴沸，在加熱前應實行的措施是在試管中加入幾粒沸石(或碎瓷片)。(3)試驗中加熱試管a的目的是：①提高反應速率。②提高乙酸乙酯的產率。(4)試管b中加有飽和Na2CO3溶液，其作用是乙酸乙酯在飽和Na2CO3溶液中的溶解度很小，蒸出的乙酸與飽和Na2CO3反應，且乙醇在其中的溶解度很大，因此便于分別出乙酸乙酯。(5)反應結束后，振蕩試管b，靜置，視察到的現象是試管內液體分層，上層為油狀液體，有香味。解析：(1)濃硫酸溶于水會放出大量熱，因此應先加入乙醇，然后邊搖動試管邊漸漸加入濃硫酸，最終再加入冰醋酸。(2)為了防止反應時發生暴沸，在加熱前應加入幾粒沸石(或碎瓷片)。(3)加熱試管可提高反應速率，同時可將乙酸乙酯剛好蒸出，有利于提高乙酸乙酯的產率。探究點四各種羥基氫活潑性的比較如何從分子內基團間相互作用來說明苯酚的酸性比乙醇的強？提示：苯酚分子中，由于受苯環的影響，羥基中O—H鍵的極性進一步增加，苯酚分子中羥基上的氫原子能發生電離，苯酚溶液表現出弱酸性；乙醇分子中，由于受乙基的影響，羥基中O—H鍵的極性比水分子中羥基的極性弱，乙醇分子中羥基上的氫原子不能電離。故苯酚的酸性比乙醇的強。【例4】1mol分別與NaHCO3、Na、NaOH反應消耗掉的三者的物質的量之比為()A．1∶1∶1 B．1∶3∶2C．2∶3∶1 D．1∶2∶3【解析】本題中全部的—OH和—COOH都能與Na反應；酚羥基和—COOH能與NaOH反應；醇羥基、酚羥基均不能與NaHCO3反應，而—COOH能與NaHCO3反應。【答案】B某有機物的結構簡式如圖：。(1)當和NaHCO3反應時，可轉化為。(2)當和NaOH或Na2CO3反應時，可轉化為。(3)當和Na反應時，可轉化為。解析：首先視察推斷出該有機物含有哪些官能團：羧基(—COOH)、酚羥基(—OH)和醇羥基(—OH)，再推斷各官能團活性：—COOH>酚羥基>醇羥基，然后利用官能團性質解答。本題考查了不同羥基的酸性問題。由于酸性—COOH>H2CO3>>HCOeq\o\al(－,3)，所以①中應加入NaHCO3，只與—COOH反應；②中加入NaOH或Na2CO3，與酚羥基和—COOH反應；③中加入Na，與三種都反應。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(B)A．其同系物中相對分子質量最小的是C7H6O2B．其分子中全部碳原子共面C．若與醇反應得到碳、氫原子個數比為9∶10的酯，則該醇肯定是乙醇D．其鈉鹽可用作奶粉中的抗氧化劑解析：苯甲酸的同系物中相對分子質量最小的是C8H8O2，A錯；分子中全部碳原子共面，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。2.1－丁醇和乙酸在濃硫酸作用下，通過酯化反應制得乙酸丁酯，反應溫度為115～125℃，反應裝置如圖所示。下列對該試驗的描述錯誤的是(C)A．不能用水浴加熱B．長玻璃管起冷凝回流作用C．提純乙酸丁酯須要經過水、氫氧化鈉溶液洗滌D．加入過量乙酸可以提高1－丁醇的轉化率解析：A項，該反應的反應溫度為115～125℃，超過了100℃，則不能用水浴加熱；B項，長玻璃管起冷凝回流作用；C項，提純乙酸丁酯不能用NaOH溶液洗滌，酯在堿性條件下會發生水解反應；D項，增大乙酸的量可提高1－丁醇的轉化率。3．某有機物的結構為，在肯定條件下此有機物可能發生的反應有(C)①中和反應②銀鏡反應③消去反應④酯化反應⑤加成反應⑥水解反應A．②③ B．①②③C．①④⑤⑥ D．①③④⑥解析：該有機物中含有羧基、酯基和苯環，可以發生中和、酯化、水解、加成等反應，C項符合題意。4．為了證明甲酸溶液中混有甲醛，正確的試驗操作是(C)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試驗D．先蒸餾，然后對餾出液進行銀鏡反應試驗解析：甲酸()與甲醛()都含有醛基()，因此二者均可發生銀鏡反應，均能與新制的Cu(OH)2共熱反應產生紅色沉淀。因此A、D兩項操作均不正確。與紫色石蕊試液變色的是甲酸，只能檢測出含有甲酸，不能證明是否含有甲醛，B項錯誤。可先加入NaOH溶液，使甲酸轉化為高沸點的鈉鹽，再進行檢驗。5．有機化合物A只由C、H兩種元素組成且能使溴水褪色，其產量可以用來衡量一個國家石油化學工業的發展水平。A、B、C、D、E有如圖所示的關系。則下列推斷不正確的是(D)A．鑒別A和甲烷可選擇酸性高錳酸鉀溶液B．B、D均能與金屬鈉反應C．物質C的結構簡式為CH3CHOD．B＋D→E的化學方程式為CH3CH2OH＋CH3COOHeq\o(→,\s\up15(濃硫酸),\s\do15(△))CH3COOC2H5解析：A是乙烯，乙烯分子中含有碳碳雙鍵，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，A項正確；B是乙醇、D是乙酸，乙醇和乙酸都能和金屬鈉發生反應，B項正確；C是乙醛，其結構簡式為CH3