人教版 (2019)选择性必修3第四节 羧酸 羧酸衍生物第1课时导学案及答案

第四节　羧酸　羧酸衍生物

第1课时　羧酸　酯

一、羧酸

1．羧酸的定义与通式

(1)定义：由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物，其官能团的名称为羧基，简式为—COOH。

(2)通式：饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2或CnH2n＋1COOH。

2．羧酸的分类

(1)按与羧基相连的烃基不同，羧酸分为脂肪酸和芳香酸(如苯甲酸)。

(2)按羧基数目，羧酸分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸等。如二元羧酸(乙二酸：)。

3．常见羧酸

(1)甲酸——最简单的羧酸，俗称蚁酸。

①甲酸分子的结构为，含有的官能团为醛基(—CHO)和羧基(—COOH)，具有醛和羧酸的性质。

②甲酸是一种无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶。

(2)苯甲酸——俗称安息香酸

苯甲酸是一种无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇。其钠盐是常用的食品防腐剂。

(3)乙二酸——俗称草酸。

乙二酸是二元羧酸，无色晶体，可溶于水和乙醇。常用于化学分析的还原剂。

(4)羟基酸——具有羟基和羧基性质。

乳酸与柠檬酸是羟基酸，其结构简式分别为

4．饱和一元羧酸的物理性质变化规律

(1)随分子中碳原子数的增加，溶解度迅速减小，沸点逐渐升高。

(2)羧酸与相对分子质量相当的其他有机物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。

5．羧酸的化学性质

羧酸反应时，羧基()中①②号极性键断裂。

(1)酸性——弱酸，具有酸类的性质

写出下列化学方程式

①HCOOH与NaHCO3反应：HCOOH＋NaHCO3===HCOONa＋CO2↑＋H2O。

②苯甲酸与NaOH反应：

。

③乙二酸与NaOH反应：。

(2)酯化反应(乙酸与乙醇反应)

①乙酸与乙醇的酯化反应方程式：

。

②原理：

用同位素示踪法探究酯化反应中的脱水方式。用含有示踪原子的CH3CHOH与CH3COOH反应，化学方程式为

，

说明酯化反应时，羧基脱—OH，醇羟基脱H。

微点拨：酯化反应是可逆反应，浓硫酸在此反应中作催化剂和吸水剂。

二、羧酸衍生物——酯

1．组成、结构和命名

2．酯的性质

(1)物理性质

低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般小于水，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

(2)化学性质——水解反应(以乙酸乙酯为例)

①酸性条件下水解

CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH。

②碱性条件下水解

CH3COOC2H5＋NaOHCH3COONa＋C2H5OH。

微点拨：①酯的酸性水解与酯化反应均为可逆反应和取代反应。

②酯的碱性水解，由于生成了羧酸盐，水解反应不可逆，也属于取代反应。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)含有—COOH的化合物一定是羧酸类。  (　　)

(2)根据烃基的不同，羧酸可以分为饱和羧酸和不饱和羧酸。  (　　)

(3)任何羧酸的酸性都比碳酸强。  (　　)

(4)酯化反应与酯的水解反应均为取代反应。  (　　)

(5)浓硫酸在酯化反应中起催化剂和脱水剂作用。  (　　)

[答案]  (1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×

2．下列物质与NaHCO3溶液不反应的是(　　)

A．甲酸　　　　　　　　 B．乙二酸

C．安息香酸   D．苯酚

[答案]　D

3．写出下列变化的化学方程式。并指明反应类型

[答案]　①2CH3CH2CHO＋O22CH3CH2COOH，氧化反应

②CH===CH2＋H2OCH3CH2OH，加成反应

③CH3CH2COOH＋C2H5OHCH3CH2COOC2H5＋H2O，酯化反应(或取代反应)

④CH3CH2COOC2H5＋NaOHCH3CH2COONa＋C2H5OH，取代反应(或水解反应)

利用下图所示仪器和药品，设计一个简单的一次性完成的实验装置，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱。

注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔

1．装CH3COOH的仪器名称是什么？饱和NaHCO3溶液的作用是什么？

[提示]　分液漏斗。除去CO2气体中的CH3COOH蒸气。

2．要比较上述三种物质的酸性强弱，上述装置的连接顺序如何？(用A、B、C…表示)

[提示]　A→D、E→B、C→F、G→H、I→J(B、C与H、I可以颠倒)。

3．盛Na2CO3固体，苯酚钠溶液的仪器中有什么现象？得出什么结论？

[提示]　有气体生成，溶液变浑浊，结论是酸性：。

4．写出有关的化学方程式。

[提示]　2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，

羧基、酚羟基、醇羟基酸性强弱的比较

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泼性也就不同，表现在性质上也相差较大，其比较如下：

微点拨：①羧酸均为弱酸，低级羧酸，酸性一般比H2CO3强，但高级脂肪酸酸性很弱。

②低级羧酸能使紫色石蕊溶液变红，醇、酚、高级脂肪酸不能使紫色石蕊溶液变红。

③含有n个羟基或羧基的物质与Na反应：1 mol物质中含有n mol羟基或羧基，分别对应 mol H2的生成。

1．某同学利用下列装置探究苯酚、甲酸、碳酸的酸性强弱，下列说法不正确的是(　　)

A．装置a中试剂为甲酸，b中试剂为碳酸钠固体

B．装置c中试剂为饱和碳酸氢钠溶液

C．装置d中试剂为苯酚溶液

D．酸性强弱顺序为甲酸>碳酸>苯酚

C　[装置a中试剂为甲酸，b中试剂为Na2CO3固体，c中试剂为饱和NaHCO3溶液，用于除去CO2中的甲酸蒸气，CO2通入苯酚钠溶液(d)中；根据实验现象可探究苯酚、甲酸、碳酸的酸性强弱顺序：甲酸＞碳酸＞苯酚。综合上述分析C项错误。]

2．一定质量的某有机物和足量Na反应可得到气体VA L，同质量的该有机物与足量碳酸氢钠反应，可得到相同条件下气体VB L，若VA<VB，则该有机物可能是(　　)

C　[有机物可与钠反应，说明该有机物中可能含有—OH或—COOH；可与碳酸氢钠反应，说明该有机物含有—COOH。再根据数量关系2—OH～H2、2—COOH～H2、—COOH～CO2进行判断。A项，—OH与—COOH数目相同，生成气体体积相同，错误；B项，—OH与—COOH的数目比为2∶1，生成气体VA>VB，错误；C项，含2个—COOH，生成气体VA<VB，正确；D项，含1个酚羟基和1个羧基，酚羟基与碳酸氢钠不反应，所以该物质与足量的金属钠和碳酸氢钠反应放出的气体体积相等，错误。]

1．C2HOH与CH3COOH在浓硫酸条件下共热，生成的产物中哪种物质分子中含18O？可以得出酯化反应的原理是什么？

[提示]　乙酸乙酯中含18O。酯化反应时，醇—OH失去H，羧基失去—OH。

2．酯化反应用浓硫酸，酯的水解反应用稀硫酸，两反应中硫酸的作用有什么不同？

[提示]　酯化反应用浓硫酸，浓硫酸起到催化剂和吸水剂作用，吸水促使酯化反应向右移动，提高产率；而酯水解用稀硫酸，硫酸只起催化剂作用。若用浓硫酸，酯的水解反应程度变小。

3．在NaOH溶液中均可水解，1 mol上述各物质完全水解消耗的NaOH一样多吗？

[提示]　不一样，前者消耗1 mol NaOH，后者消耗2 mol NaOH。

4．乙二酸与乙二醇可以发生酯化反应，生成环酯，写出形成的最小环酯的结构简式。

[提示]　

1．酯化反应与酯的水解反应的比较

2.常见酯化反应类型

(1)一元醇与一元羧酸生成一元酯。

(2)一元醇与二元羧酸或二元醇与一元羧酸生成二元酯

如2C2H5OH＋HOOC—COOH―→C2H5OOC—COOC2H5＋2H2O。

(3)二元醇与二元酸生成环酯和高分子酯

(4)羟基羧酸分子间也可以发生酯化反应生成普通酯、环酯和高分子酯。

3．甲酸及甲酸酯的两种性质

(1)甲酸

微点拨：甲酸与银氨溶液、新制Cu(OH)2发生的反应

HCOOH＋2[Ag(NH3)2]OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O

HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHCu2O↓＋4H2O＋Na2CO3

(2)甲酸酯

[答案]　A

2．某有机物的结构简式为，下列关于它的性质的叙述中不正确的是(　　)

A．该有机物具有酸性，能与纯碱反应

B．该有机物可以水解，且水解产物只有一种

C．1 mol该有机物最多能与7 mol NaOH反应

D．该有机物能与溴水发生取代反应

C　[该物质的苯环上连有羧基，因此具有酸性，羧基和酚羟基均能与纯碱反应，A选项正确；该物质中含有酯基，因此可以发生水解反应，且水解产物只有一种(3,4,5­三羟基苯甲酸)，B选项正确；能与NaOH反应的有5个酚羟基、1个酯基、1个羧基，其中酯基水解后生成1个羧基和1个酚羟基，所以1 mol该有机物最多能与8 mol NaOH反应，故C选项错误；酚羟基的邻位和对位上的氢原子易被溴取代，故该有机物能与溴水发生取代反应，D选项正确。]

3．某有机物具有下列性质：①能发生银镜反应；②滴入石蕊溶液不变色；③加入少量碱液并滴入酚酞溶液，加热后红色消失。则原有机物可能是下列物质中的(　　)

A．甲酸乙酯　　　 B．乙酸甲酯

C．乙醛   D．甲酸

A　[能发生银镜反应的有机物，其分子结构中一定含有醛基，排除选项B；滴入石蕊溶液不变色，说明溶液不呈酸性，即不含有羧基，排除选项D；加入少量碱液并滴入酚酞溶液，加热后红色消失，说明该有机物能与碱溶液发生反应，排除选项C。]

4．化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖类代谢的中间体，可由马铃薯、玉米等发酵制得。A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的作用下发生氧化反应，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸作用下，A可发生如图所示的反应：

请回答下列问题：

(1)化合物A、B、D的结构简式________________、________________、________________。

(2)写出下列化学方程式并标明反应类型：A→E_____________，________反应；

A→F__________________，________反应。

[解析]　

E能使溴水褪色，说明其分子结构中含碳碳双键；F为六元环状化合物，结合F的分子式可知，F是由2分子乳酸发生酯化反应生成的。

[答案]  (1)CH3CH(OH)COOH　CH3CH(OH)COOCH2CH3　CH3COOCH(CH3)COOH

5．分子式为C8H16O2的有机物A，它能在酸性条件下水解生成B和C，且B在一定条件下能转化成C。则符合条件的有机物A的结构有________种，其结构简式为__________________________

_____________________________________________________。

[解析]　有机物A能在酸性条件下水解生成B和C，则可判断A为酯。B在一定条件下能转化成C，说明B为醇、C为羧酸，且两者的碳原子数及碳的骨架均相同，因此，醇B和羧酸C分子中均含有4个碳原子，且醇B的分子式应为C4H10O，其结构可能为(只写碳骨架)： (能氧化成羧酸)、 (能氧化成羧酸)、 (只能氧化为酮)、 (不能被催化氧化)，前两种醇经氧化后生成的羧酸(C)可以和原来的醇反应生成酯，故符合条件的A的结构有2种。

[答案]　

酯类异构体的书写思路(以C5H10O2为例)酯是由羧酸与醇反应生成，根据酯中碳原子数改变羧酸和相应醇的种类确定酯的种类。具体情况有：

1．下列关于羧酸化学性质的说法中，正确的是(　　)

A．羧酸是弱酸，其酸性比碳酸的弱

B．羧酸能够发生酯化反应，该反应也是取代反应

C．羧酸发生化学反应的部位只有羧基

D．羧酸一定是由烃基与羧基连接而成

B　[A项，有的羧酸比H2CO3的酸性强，有的比H2CO3的酸性弱；C项，有的羧酸烃基也可以反应，如不饱和烃基的加成反应；D项，甲酸分子是氢原子与—COOH相连而成。]

2．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

C　[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。]

3．巴豆酸的结构简式为CH3CH===CHCOOH。现有

①HCl　②溴的四氯化碳溶液　③纯碱溶液　④2­丁醇　⑤酸性KMnO4溶液，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(　　)

A．②④⑤　　　　　 B．①③④

C．①②③④   D．①②③④⑤

D　[因为含有，所以巴豆酸可以与HCl、Br2发生加成反应，也可以被酸性KMnO4溶液氧化；因为含有—COOH，所以可与2­丁醇发生酯化反应，也可与Na2CO3反应。]

4．已知分子式为C4H8O2的有机物既能发生银镜反应，又能发生水解反应，此有机物可能的结构有(　　)

A．5种    B．4种

C．3种      D．2种

D　[分子式为C4H8O2的有机物既能发生银镜反应，又能发生水解反应，则该有机物含有一个甲酸酯基(HCOO—)和一个丙基(—C3H7)，丙基有正丙基和异丙基2种结构，故此有机物的结构共有2种。]

5．(素养题)根据下列图示内容填空：

(1)化合物A含有的官能团是__________________________。

(2)1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E，其反应方程式为______________________________________________________。

(3)与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式是

______________________________________________________。

(4)B在酸性条件下与Br2反应得到D，D的碳链不含支链，则D的结构简式是___________________________________________。

(5)F的结构简式是___________________________________；

由E→F的反应类型是________________________________。

[解析]　题中给出的已知条件中包含着以下四类信息：①反应(条件、性质)信息：A能与银氨溶液反应，表明A分子内含有醛基，A能与NaHCO3反应，断定A分子中含有羧基。

②结构信息：从D物质的碳链不含支链，可知A分子也不含支链。

③数据信息：从F分子中碳原子数可推出A是含4个碳原子的物质。

④隐含信息：从第(2)问题中提示“1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E”可知A分子内除了含1个醛基外还含1个碳碳双键。

[答案]  (1)碳碳双键、醛基、羧基