1、第2课时羧酸的性质和应用一、羧酸1概念：由烃基与羧基相连构成的化合物。注意：(1)羧基(或COOH)是羧酸的官能团。(2)甲酸()是分子组成和结构最简单的羧酸。甲酸的分子组成有特殊性，即甲酸分子里没有烃基，但有醛基。2通式：一元羧酸的通式为RCOOH，饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2。3分类(1)按分子中烃基的结构分脂肪酸芳香酸如苯甲酸：C6H5COOH，俗名安息香酸。(2)按分子中羧基的数目分一元酸：如甲酸：HCOOH，俗名蚁酸。二元酸：如乙二酸：HOOCCOOH，俗名草酸。多元酸：如柠檬酸：。4通性：羧酸分子中都含有羧基官能团，因此都有酸性，都能发生酯化反应。二、乙酸1结构俗名：醋酸；
2、分子式：C2H4O2；结构简式：CH3COOH；官能团：羧基(或COOH)。2物理性质3.化学性质酸性：一元弱酸比碳酸酸性强。a与CaCO3反应：CaCO32CH3COOHCa(CH3COO)2H2OCO2。b与金属Na反应：2Na2CH3COOH2CH3COONaH2。酯化反应(或取代反应)a含义：酸和醇作用生成酯和水的反应。b断键方式：酸脱OH，醇脱OH上的H。c乙酸和乙醇的酯化反应：。三、甲酸(1)分子式CH2O2，结构式，结构简式HCOOH。(2)结构特点：由此可见，甲酸分子中，既含有羧基又含有醛基，因而能表现出羧酸和醛类两类物质的性质。(3)羧基的性质与NaOH反应生成HCOONa，
3、化学方程式为HCOOHNaOH=HCOONaH2O。与乙醇发生酯化反应，化学方程式为HCOOHCH3CH2OHHCOOCH2CH3H2O。(4)醛基的性质碱性条件下被新制Cu(OH)2氧化，化学方程式为HCOOH2Cu(OH)22NaOHCu2ONa2CO34H2O。探究点一羧酸的命名和性质一、羧酸的命名1习惯命名法：对于一元羧酸，可以根据羧酸分子中的碳原子个数命名为“某酸”，如HCOOH为甲酸、CH3COOH为乙酸等。在一元羧酸命名的基础上，可以对多元羧酸进行命名，在“酸”的前面表述出羧基的个数，如为乙二酸等。也可以在习惯命名法的基础上，在名称的后面加“酸”即可，如为苯甲酸。2系统命名法：选
4、含羧基的最长的碳链作为主链，按主链碳原子数称为某酸；从羧基开始给主链的碳原子编号；在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。二、羧酸的性质1羧酸的物理性质(1)羧酸在水中的溶解性由组成羧酸的两个部分烃基(R)和羧基(COOH)所起的作用的相对大小决定：R部分不溶于水；COOH部分溶于水。当羧酸中的碳原子数在4以下时，COOH部分的影响起主要作用，所以能与水互溶。随着分子中碳链的增长，R部分的影响起主要作用，所以羧酸在水中的溶解度迅速减小，直至相对分子质量与烷烃相近时，它们的溶解度相近。(2)羧酸分子间可以形成氢键，这不仅是影响羧酸在水中溶解性的因素，也是影响其沸点的主要因素之一。羧酸分子间可
5、形成两个氢键，所以羧酸分子形成氢键的机会比相对分子质量相近的醇多，因此羧酸的沸点要比相应的醇的沸点高。例如，乙酸和1丙醇的相对分子质量都是60，但乙酸的沸点为118 ，1丙醇的沸点为97.4 。2羧酸的化学性质羧基由羰基和羟基组成，两者相互影响，使得羧酸的化学性质并不是羟基具有的化学性质和羰基具有的化学性质的简单加和。(1)弱酸性与醇羟基相比，羧基中羟基上的氢原子更易以离子形式电离出来：RCOOHRCOOH，所以羧酸具有酸类物质的通性。如：使酸碱指示剂变色；与活泼金属反应放出H2；与碱中和；与碱性氧化物反应生成盐和水；与盐发生复分解反应等。2RCOOHNa2CO32RCOONaCO2H2ORC
6、OOHNaHCO3RCOONaCO2H2O几种常见的酸性物质的酸性比较：乙二酸甲酸苯甲酸乙酸丙酸碳酸苯酚HCO。(2)酯化反应羧酸(或无机含氧酸)与醇形成酯的反应叫做酯化反应。可以用同位素示踪法证实酯化反应过程是羧酸分子羧基中的羟基与醇分子羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯。无机含氧酸与醇作用也能生成酯，如：C2H5OHHONO2C2H5ONO2H2O硝酸乙酯三、几种重要的羧酸1甲酸(1)物理性质：甲酸俗称蚁酸，是有刺激性气味的无色液体，沸点100.7 ，有极强的腐蚀性，因此使用时要避免与皮肤接触。甲酸能与水和乙醇互溶。(2)分子式与结构式：分子式为CH2O2，结构式为，结构简式为HC
7、OOH。其分子结构比较特殊，羧基和氢原子直接相连，它不但有羧基结构，即有羧酸的一般通性，也有醛基的结构，是一个具有双官能团的化合物。(3)化学性质：由于具有双官能团，甲酸既有羧酸的一般通性，也有醛类的某些性质。因此，能发生银镜反应的不一定是醛。酸性：HCOOHNaHCO3HCOONaH2OCO2。银镜反应：HCOOH2Ag(NH3)2OH2Ag(NH4)2CO32NH3H2O。酯化反应：HCOOHCH3OHH2O。燃烧：2HCOOHO22CO22H2O。由于HCOOH结构中含CHO，故甲酸、甲酸盐、甲酸酯都有还原性，都能与银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液反应。2乙二酸(1)乙二酸(HOOCC
8、OOH)俗称草酸，易溶于水和乙醇，乙二酸属于中强酸。HOOCCOOHOOCCOOHHOOCCOOHOOCCOOH(2)乙二酸有较强的还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化。5HOOCCOOH2KMnO43H2SO4K2SO42MnSO410CO28H2O(3)乙二酸能被浓硫酸脱水，生成CO2和CO。HOOCCOOHCO2COH2O3苯甲酸苯甲酸()俗称安息香酸，是白色针状晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙酸、乙醚。苯甲酸及其钠盐或钾盐可以作食品防腐剂。羧酸发生反应时，分子中的化学键如何断裂？提示：发生化学反应时，羧酸分子中易断裂的主要部位如图所示。处：OH键断裂时，易电离出H，使羧酸表现出酸性；处：羟
9、基被取代，如酯化反应；处：氢原子被取代。【例1】苹果酸是一种常见的有机酸，其结构简式为。(1)苹果酸分子中所含官能团的名称是_、_。(2)苹果酸不可能发生的反应有_(填序号)。加成反应酯化反应加聚反应氧化反应消去反应取代反应(3)1 mol苹果酸与足量金属钠反应，可产生_ mol H2。(4)1 mol苹果酸与足量NaHCO3溶液反应，可产生_mol CO2。(5)一定条件下，2 mol苹果酸发生反应，生成1 mol含有八元环的化合物和2 mol H2O，写出反应的化学方程式_。【解析】(1)根据苹果酸的结构简式可知，苹果酸分子中含有醇羟基和羧基。(2)分子中含有羧基能发生酯化反应(取代反应)
10、，含有醇羟基能发生氧化反应、消去反应、酯化反应(取代反应)。(3)1 mol苹果酸分子中含有2 mol COOH和1 mol OH，二者都可以与金属钠反应生成H2，因此，1 mol苹果酸与足量金属钠反应，可产生1.5 mol H2。(4)苹果酸中，只有COOH可以与NaHCO3溶液反应生成CO2，因此，1 mol苹果酸与足量NaHCO3溶液反应，可产生2 mol CO2。(5)根据题意可知，2 mol苹果酸发生的是酯化反应，据此可写出反应的化学方程式。【答案】(1)醇羟基羧基(2)(3)1.5(4)2(5) 某有机物M的结构简式如图所示，下列说法正确的是(D)A1 mol M最多能与10 mo
11、l H2发生加成反应B1 mol M最多能与2 mol NaHCO3反应C1 mol M最多能与5 mol NaOH反应D1 mol M最多能与2 mol Na反应解析：M的结构简式中，酯基、羧基中的碳氧双键均不能与氢气发生加成反应，只有苯环和醛基能与氢气发生加成反应，故1 mol M最多能与7 mol H2发生加成反应，A项错误；只有羧基能与NaHCO3反应，故1 mol M最多能与1 mol NaHCO3反应，B项错误；能与NaOH反应的官能团有溴原子、酯基、羧基、酚羟基，1 mol M分子中含有1 mol溴原子、2 mol酯基(因M中的酯基为酚酯基，1 mol酚酯基消耗2 mol NaO
12、H)、1 mol酚羟基、1 mol羧基，故1 mol M最多消耗7 mol NaOH，C项错误；只有酚羟基与羧基能与钠反应，D项正确。探究点二酯化反应一、规律 CH3COOCH2CH3H2O1酸与醇反应生成酯时，一般情况下，酸脱去羟基，醇脱去氢。2此反应为酯化反应，也属于取代反应。3醇也可与无机酸反应生成酯，如HNO3HOCH2CH3CH3CH2ONO2H2O二、类型1一元羧酸与一元醇之间的酯化反应CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O2二元羧酸与一元醇之间的酯化反应3二元醇与一元羧酸之间的酯化反应4二元羧酸与二元醇之间的酯化反应此时反应有三种情形，可得普通酯、环酯和高聚酯。如：
13、5羟基酸自身的酯化反应此时反应有三种情形，可得到普通酯、环状交酯和高聚酯。如所有的酯化反应，条件均为浓硫酸存在下加热。利用自身酯化或酯化生成环酯的结构特点可以确定有机物中羟基位置。在形成环酯时，酯基中，只有一个O参与成环。1酯化反应属于有机反应，为什么在化学方程式中用“”而不用“”？提示：酯化反应是可逆反应，且反应速率很小。羧酸与醇在一定条件下反应生成酯的同时，生成的酯部分会发生水解反应，又生成相应的羧酸和醇，因此酯化反应虽然属于有机反应，但是常用“”表示。2在常见的有机反应中，浓硫酸的作用有何不同？提示：(1)在苯的硝化反应和实验室制取乙酸乙酯的反应中，浓硫酸均起催化剂和吸水剂的作用。(2)
14、在实验室制取乙烯的反应中，浓硫酸起催化剂和脱水剂的作用。【例2】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有_(填序号)。取代反应酯化反应水解反应消去反应中和反应(2)乳酸自身在不同条件下可形成不同的酯，其酯的结构简式按相对分子质量由小到大依次为_、_、_、_。【解析】【答案】(1)(2) 某天然有机化合物A仅含C、H、O元素，与A相关的反应框图如下：(1)写出下列反应的反应类型：SA第步反应取代(或水解)反应；BD加成反应；DE第步反应消去反应；AP酯化(或取代)反应。(2)B所含官能团的名称是碳碳双键、羧基。(3)写出A、P、E、S的结构简
15、式：(4)写出在浓H2SO4存在并加热的条件下，F与足量乙醇反应的化学方程式：HOOCCH2CH2COOH2C2H5OHC2H5OOCCH2CH2COOC2H52H2O。(5)写出与D具有相同官能团的D的所有同分异构体的结构简式：解析：物质B与Br2/CCl4应发生加成反应，因此B是氯代有机酸先消去后酸化的产物，应含有碳碳双键和羧基；由G的分子式和BG的反应条件可知，G的结构简式为NaOOCCH2CH2COONa，由逆推法分别得到F为HOOCCH2CH2COOH，B为HOOCCH=CHCOOH，由B推出D为HOOCCHBrCHBrCOOH，E为HOOCCCCOOH，再分别写出D的同分异构体。探
16、究点三乙酸乙酯的制备1反应原料：乙醇、乙酸、浓硫酸、饱和Na2CO3溶液。2实验原理CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O3实验装置如图所示4实验过程在1支试管中加入3 mL乙醇，继而再边摇动试管边慢慢加入2 mL浓硫酸和2 mL乙酸。然后按如图装置连接好。用酒精灯小心均匀地加热试管3 min5 min，产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上。在液面上可以看到有透明的油状液体产生且闻到香味后，停止加热并取下试管。5注意事项(1)加热前应先在反应混合物中加入碎瓷片，以防加热过程中发生暴沸现象。(2)配制乙醇、浓硫酸、乙酸的混合液时，各试剂加入试管的顺序依次是：乙醇、浓硫酸
17、、乙酸。将浓硫酸加入乙醇中，边加边振荡是为了防止混合时产生大量的热而导致液体飞溅，待乙醇与浓硫酸的混合液冷却后再与乙酸混合。(3)实验中使用过量乙醇是由于该反应是可逆反应，增大廉价原料乙醇的用量可提高相对较贵原料乙酸的利用率。(4)装置中导管a起冷凝作用，以使产物乙酸乙酯蒸气冷凝成液体流入盛有饱和Na2CO3溶液的试管中。(5)加热过程分为两个阶段：先用小火微热一段时间，再用大火加热将生成的乙酸乙酯蒸出。小火微热是为了防止未反应的乙醇和乙酸被蒸出，后用大火是为了使乙酸乙酯脱离反应体系，有利于平衡向生成酯的方向移动。(6)试管b中盛有饱和Na2CO3溶液的作用：其一，Na2CO3可与混入乙酸乙酯
18、中的乙酸反应而将其除去，同时还可溶解混入的乙醇；其二，使乙酸乙酯的溶解度减小，而易分层析出。(7)导管末端不能插入Na2CO3溶液中是为了防止倒吸现象的发生。为了防止倒吸并且使生成的乙酸乙酯充分吸收，也可将导管改为球形干燥管。(8)浓硫酸在反应中所起的作用是：催化作用和吸水作用。1能否用NaOH溶液代替饱和Na2CO3溶液？提示：不能。因为乙酸乙酯在NaOH存在时易发生水解反应。2如何提高乙酸乙酯的产率？提示：由于乙酸乙酯沸点比乙酸、乙醇低，因此从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，可提高其产率；使用过量的乙醇，可提高乙酸转化为乙酸乙酯的产率；使用浓硫酸作吸水剂，可提高乙醇、乙酸的转化率从而提高了乙酸乙
19、酯的产率。【例3】下图为实验室制取少量乙酸乙酯的装置图。下列关于该实验的叙述中，不正确的是()A向a试管中先加入浓硫酸，然后边摇动试管边慢慢加入乙醇，再加入冰醋酸B试管b中导气管下端管口不能浸入液面以下的目的是防止实验过程中产生倒吸现象C实验时加热试管a的目的之一是及时将乙酸乙酯蒸出，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动D试管b中饱和Na2CO3溶液的作用之一是吸收随乙酸乙酯蒸出的少量乙酸和乙醇【解析】实验室制取乙酸乙酯时，先加入乙醇，再加入浓硫酸，最后加入冰醋酸，故A项不正确。【答案】A可用图示装置制取少量乙酸乙酯(酒精灯等在图中均已略去)。请填空：(1)试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2
20、mL，正确的加入顺序及操作是先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加入冰醋酸。(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在试管中加入几粒沸石(或碎瓷片)。(3)实验中加热试管a的目的是：提高反应速率。提高乙酸乙酯的产率。(4)试管b中加有饱和Na2CO3溶液，其作用是乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中的溶解度很小，蒸出的乙酸与饱和Na2CO3反应，且乙醇在其中的溶解度很大，因此便于分离出乙酸乙酯。(5)反应结束后，振荡试管b，静置，观察到的现象是试管内液体分层，上层为油状液体，有香味。解析：(1)浓硫酸溶于水会放出大量热，因此应先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫
21、酸，最后再加入冰醋酸。(2)为了防止反应时发生暴沸，在加热前应加入几粒沸石(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。探究点四各种羟基氢活泼性的比较如何从分子内基团间相互作用来解释苯酚的酸性比乙醇的强？提示：苯酚分子中，由于受苯环的影响，羟基中OH键的极性进一步增强，苯酚分子中羟基上的氢原子能发生电离，苯酚溶液表现出弱酸性；乙醇分子中，由于受乙基的影响，羟基中OH键的极性比水分子中羟基的极性弱，乙醇分子中羟基上的氢原子不能电离。故苯酚的酸性比乙醇的强。【例4】1 mol 分别与NaHCO3、Na、NaOH反应消耗掉的三者的物质的量之比为()A
22、111B132C231 D123【解析】本题中所有的OH和COOH都能与Na反应；酚羟基和COOH能与NaOH反应；醇羟基、酚羟基均不能与NaHCO3反应，而COOH能与NaHCO3反应。【答案】B某有机物的结构简式如图：。(1)当和NaHCO3反应时，可转化为。(2)当和NaOH或Na2CO3反应时，可转化为。(3)当和Na反应时，可转化为。解析：首先观察判断出该有机物含有哪些官能团：羧基(COOH)、酚羟基(OH)和醇羟基(OH)，再判断各官能团活性：COOH酚羟基醇羟基，然后利用官能团性质解答。本题考查了不同羟基的酸性问题。由于酸性COOHH2CO3 HCO，所以中应加入NaHCO3，只
23、与COOH反应；中加入NaOH或Na2CO3，与酚羟基和COOH反应；中加入Na，与三种都反应。1苯甲酸常用作食品添加剂。下列有关苯甲酸的说法正确的是(B)A其同系物中相对分子质量最小的是C7H6O2B其分子中所有碳原子共面C若与醇反应得到碳、氢原子个数比为910的酯，则该醇一定是乙醇D其钠盐可用作奶粉中的抗氧化剂解析：苯甲酸的同系物中相对分子质量最小的是C8H8O2，A错；分子中所有碳原子共面，B正确；C项中的醇可能是乙二醇，C错；苯甲酸钠不能用作奶粉中的抗氧化剂，D错。2.1丁醇和乙酸在浓硫酸作用下，通过酯化反应制得乙酸丁酯，反应温度为115125 ，反应装置如图所示。下列对该实验的描述错
24、误的是(C)A不能用水浴加热B长玻璃管起冷凝回流作用C提纯乙酸丁酯需要经过水、氢氧化钠溶液洗涤D加入过量乙酸可以提高1丁醇的转化率解析：A项，该反应的反应温度为115125 ，超过了100 ，则不能用水浴加热；B项，长玻璃管起冷凝回流作用；C项，提纯乙酸丁酯不能用NaOH溶液洗涤，酯在碱性条件下会发生水解反应；D项，增大乙酸的量可提高1丁醇的转化率。3某有机物的结构为，在一定条件下此有机物可能发生的反应有(C)中和反应银镜反应消去反应酯化反应加成反应水解反应A BC D解析：该有机物中含有羧基、酯基和苯环，可以发生中和、酯化、水解、加成等反应，C项符合题意。4为了证明甲酸溶液中混有甲醛，正确的
25、实验操作是(C)A加入硝酸银溶液，在水浴中加热B加入23滴紫色石蕊试液C加入足量的NaOH溶液后蒸馏，用馏出液进行银镜反应实验D先蒸馏，然后对馏出液进行银镜反应实验解析：甲酸()与甲醛()都含有醛基()，因此二者均可发生银镜反应，均能与新制的Cu(OH)2共热反应产生红色沉淀。因此A、D两项操作均不正确。与紫色石蕊试液变色的是甲酸，只能检测出含有甲酸，不能证明是否含有甲醛，B项错误。可先加入NaOH溶液，使甲酸转化为高沸点的钠盐，再进行检验。5有机化合物A只由C、H两种元素组成且能使溴水褪色，其产量可以用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平。A、B、C、D、E有如图所示的关系。则下列推断不正确
26、的是(D)A鉴别A和甲烷可选择酸性高锰酸钾溶液BB、D均能与金属钠反应C物质C的结构简式为CH3CHODBDE的化学方程式为CH3CH2OHCH3COOHCH3COOC2H5解析：A是乙烯，乙烯分子中含有碳碳双键，可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，A项正确；B是乙醇、D是乙酸，乙醇和乙酸都能和金属钠发生反应，B项正确；C是乙醛，其结构简式为CH3CHO，C项正确；乙醇和乙酸发生酯化反应的化学方程式为CH3CH2OHCH3COOHCH3COOC2H5H2O，D项错误。6一定质量的某有机物和足量金属钠反应，得到VA L气体，等质量的该有机物与足量Na2CO3溶液反应，可得VB L气体，已知同温同压下VA
27、VB。则该有机物可能是(B)AHO(CH2)2CHO BCH3CH(OH)COOHCHOOCCOOH DHOCH2CH2OH解析：醛基显中性，不与金属钠、Na2CO3反应。OH与Na反应：OHH2；COOH与Na和Na2CO3都反应：COOHH2、COOHCO2。如果有机物中只有羧基，那么产生H2和CO2的物质的量相同，同温同压下体积相同，所以只能同时含有羧基和羟基，才能使产生H2的量大于CO2的量。只有B项中物质既有羟基又有羧基，满足条件，故B项正确。8某芳香化合物A有如下转化：已知：A遇FeCl3溶液不显紫色，且苯环上有两个取代基；B的1H核磁共振氢谱中有2组特征峰；E是六元环状有机物。请
28、回答下列问题：(1)A分子中的含氧官能团有酯基和羟基。(2)B物质的名称为乙二醇，1 mol B与足量金属钠充分反应最多可生成1 mol氢气。(3)C在一定条件下能(填“能”或“不能”)发生银镜反应。(4)E的结构简式为。(5)1 mol F最多消耗2 mol NaOH。(6)写出一种符合下列条件的F的同分异构体的结构简式：。能发生银镜反应和水解反应；遇FeCl3溶液显紫色；分子中只有4种不同化学环境的氢。解析：由题给信息可推出A可能为，B是乙二醇，C是甲酸钠，D为。(1)由上述分析可知，A分子中的含氧官能团有酯基、羟基；(2)B是乙二醇，1 mol B与足量金属钠充分反应最多可生成1 mol氢气；(3)C是甲酸钠，因此在一定条件下能发生银镜反应；(4)E是乙二醇和乙二酸反应生成的六元环状有机物，属于环酯，其结构简式为；(5)由于F分子中含有一个酚羟基和一个羧基。因此1 mol F最多消耗2 mol NaOH；(6)符合条件的F的同分异构体的结构简式为。