4.3.2 羧酸 学案（含答案）

《4.3.2 羧酸 学案（含答案）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.3.2 羧酸 学案（含答案）（12页珍藏版）》请在七七文库上搜索。

1、第第 2 课时课时 羧酸羧酸 核心素养发展目标 1.宏观辨识与微观探析： 能从羧基的成键方式的角度，了解羧酸的结 构特点和分类，理解羧酸、酯的化学性质及官能团与反应类型之间的关系。2.证据推理与模 型认知：结合乙酸乙酯水解反应的原理，能推理出羧酸酯化反应、酯类物质水解反应后的产物。 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。 官能团为COOH 或。 (2)通式： 一元羧酸的通式为 RCOOH， 饱和一元羧酸的分子通式： CnH2nO2(n1， n 为整数) 或 CnH2n1COOH(n0，n 为整数)。 2分类 (1)按分子中烃基的结构分类

2、 羧酸 脂肪酸：如乙酸、C17H35COOH 芳香酸：如 (2)按分子中羧基的个数分类 羧酸 一元羧酸：如乙酸 二元羧酸：如草酸HOOCCOOH 多元羧酸：如柠檬酸 (3)按分子中烃基所含碳原子数多少分类 羧酸 高级脂肪酸 硬脂酸C17H35COOH 软脂酸C15H31COOH 油酸C17H33COOH 低级脂肪酸：如甲酸、乙酸等 例 1 某有机物的结构简式为，则它是( ) A饱和二元羧酸 B芳香酸 C脂环酸 D高级脂肪酸 答案 B 解析 该有机物分子中含有两个羧基、一个苯环，故它不是饱和二元羧酸，也不是脂环酸或 高级脂肪酸。 例 2 分子式为 C5H10O2并能与饱和 NaHCO3溶液反应放

3、出气体的有机物有(不含立体异 构)( ) A3 种 B4 种 C5 种 D6 种 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 C4H9COOH； C4H9有 4 种结构， 故该有机物有 4 种， 即： CH3CH2CH2CH2COOH、 、。 相关链接 羧酸的系统命名法 (1)选主链：选择含有羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称为某酸。 (2)编号位：在选取的主链中，从羧基碳原子开始给主链上的碳原子编号。 (3)定名称：在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。 例如： 二、羧酸的性质 1乙酸的化学性质 (1)弱酸性 乙酸是一种弱酸，酸性比

4、碳酸强。能使紫色石蕊溶液变红，能发生如下反应： CH3COOHNaOH CH3COONaH2O； 2CH3COOHCuO (CH3COO)2CuH2O； 2CH3COOHCaCO3 (CH3COO)2CaH2OCO2(此反应可除去水壶中的水垢)。 (2)酯化反应 CH3COOHCH3CH2OH 浓H2SO4 CH3COOC2H5H2O。 2羧酸的通性 羧酸的化学性质与乙酸相似，主要取决于官能团羧基。 (1)由于COOH 能电离出 H ，使羧酸具有弱酸性。羧酸具有酸的通性。 如：2RCOOHNa2CO3 2RCOONaCO2H2O。 (2)羧酸与醇发生酯化反应时，一般情况下，羧酸脱去羟基，醇脱去

5、氢。 如：RCOOHROH 浓硫酸 RCOORH2O。 3甲酸的结构与性质 (1)结构特点：既含羧基又含醛基。 (2)化学性质 羧基的性质 试剂 反应方程式 NaOH 与 NaOH 反应生成 HCOONa，化学方程式为 HCOOHNaOH HCOONaH2O 乙醇 与乙醇发生酯化反应， 化学方程式为HCOOH CH3CH2OH 浓H2SO4 HCOOC2H5 H2O 醛基的性质 甲酸能发生银镜反应，也能与新制 Cu(OH)2悬浊液反应： HCOOH2Ag(NH3)2OH 水浴加热 (NH4)2CO32Ag2NH3H2O HCOOH2Cu(OH)22NaOH Cu2O4H2ONa2CO3 注意

6、甲酸与新制 Cu(OH)2悬浊液混合，若加热二者发生氧化反应，若不加热二者发生酸碱 中和反应。 4缩聚反应 (1)概念：一定条件下，具有两个或多个官能团的单体相互结合成高分子化合物，同时有小分 子(如 H2O、NH3、HCl 等)生成的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。 (2)常见的缩聚反应 羟基酸缩聚 催化剂 nH2O。 醇酸缩聚 nHOCH2CH2OH 催化剂 2nH2O。 羧酸反应时的断键位置 羧酸的结构为： 当键断裂时，羧酸电离出 H ，因而羧酸具有酸的通性。 当键断裂时，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 (2018 榆树一

7、中高二下学期期末)将 1 mol 乙醇(其中的羟基氧用 18O 标记)在浓硫酸存 在并加热的条件下与足量乙酸充分反应。下列叙述不正确的是( ) A生成的乙酸乙酯中含有 18O B生成的水分子中含有 18O C可能生成 45 g 乙酸乙酯 D不可能生成 90 g 乙酸乙酯 答案 B 解析 乙醇与乙酸发生酯化反应的过程中，乙酸的羟基和醇中羟基上的氢原子生成水分子， 所以乙醇中标记的氧原子到乙酸乙酯中，水分子中没有标记的氧原子。乙酸和乙醇的酯化反 应为可逆反应，所以 1 mol 乙醇生成的乙酸乙酯的物质的量小于 1 mol，即乙酸乙酯的质量小 于 90 g。 例 4 有机物 A 的结构简式是，下列有

8、关 A 的性质的叙述中错误的是 ( ) AA 与金属钠完全反应时，两者物质的量之比是 13 BA 与氢氧化钠完全反应时，两者物质的量之比是 13 CA 能与碳酸钠溶液反应 DA 既能与羧酸反应，又能与醇反应 答案 B 解析 有机物 A 中有醇羟基、酚羟基、羧基，三者均能与钠反应，故 1 mol A 能与 3 mol 钠 反应，A 项正确；A 中的酚羟基、羧基能与氢氧化钠反应，故 1 mol A 能与 2 mol 氢氧化钠 反应，B 错误；A 中的酚羟基、羧基能与碳酸钠溶液反应，C 项正确；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，D 项正确。 思维启迪醇、酚、羧酸分子

9、中羟基氢原子的活泼性比较 名称 乙醇 苯酚 乙酸 结构简式 CH3CH2OH CH3COOH 羟基氢原子 的活泼性 不能电离 能电离 能电离 活泼性逐渐增强 酸性 中性 极弱酸性 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 Na2CO3反应 不反应 反应 反应 与 NaHCO3反应 不反应 不反应 反应 由上表可知，常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为 RCOOHH2CO3HCO 3H2OROH。运用上述实验现象的不同，可判断有机物 分子结构中含有的羟基类型。 例 5 (1)已知涤纶树脂的结构简式为其单体为 _和_(

10、填单体的结构简式)，反应的化学方程式为_。 (2)链状高分子化合物可由有机化工原料 R 和其他有机试剂 通过加成、水解、氧化、缩聚反应得到，则 R 是_(填字母)。 A1- 丁烯 B2- 丁烯 C1,3- 丁二烯 D乙烯 答案 (1) HOCH2CH2OH nHOCH2CH2OH 催化剂 2nH2O (2)D 解析 (1)由高聚物的结构片段分析，此高聚物属于高聚酯，因而属于酯化型缩聚反应。联想 酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构片段：和OCH2CH2O，再连接 上OH 或H 即得到单体的结构简式。(2)该高分子化合物是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应 得到的，故 R 为乙烯。 方法点拨缩聚产物单体的

11、推断 (1)若链节中含有以下结构，OR、，其单体必为一 种，如OCH2CH2的单体为 HOCH2CH2OH，的单体为 。 (2)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中 CO 单键断开， 如的单体为 HOOCCOOH 和 HOCH2CH2OH。 相关链接 “形形色色”的酯化反应 酸跟醇起作用，生成酯和水的反应叫酯化反应。因醇和酸的种类较多，不同种类的醇和酸之 间又可以交叉酯化，从而构成了“形形色色”的酯化反应。 1生成链状酯 (1)一元羧酸与一元醇的酯化反应 RCOOHHOR 浓硫酸 RCOORH2O (2)一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的酯化反应 2CH3COOHHOCH2CH2OH 浓

12、硫酸 CH3COOCH2CH2OOCCH32H2O HOOCCOOH2CH3CH2OH 浓硫酸 CH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O 乙二酸二乙酯 2生成环状酯 (1)二元羧酸与二元醇的酯化反应 (2)羟基酸自身酯化反应 (3)羟基酸分子内脱水生成酯，如： 3生成聚酯 (1)二元羧酸与二元醇的酯化反应 nHOOCCOOHnHOCH2CH2OH 催化剂 2nH2O (2)羟基酸自身酯化反应 催化剂 nH2O 由于酯化反应的实质是“酸脱羟基醇脱氢”，所以无论酯化反应的形式如何，该反应都是按 照这种反应规律发生，因此学习有机反应的重要方法就是分析反应中化学键的断裂和化学键 的形成。 三、酯

13、1组成与结构 (1)酯是羧酸分子羧基中的OH 被OR取代后的产物，其结构可简写为。 其中：R 和 R可以相同，也可以不同。 R 是烃基，也可以是 H，但 R只能是烃基。 羧酸酯的官能团是酯基。 (2)饱和一元羧酸 CnH2n1COOH 与饱和一元醇 CmH2m1OH 生成酯的结构简式为 CnH2n1COOCmH2m1，其组成通式为 CnH2nO2(n2，n 为整数)。 (3)命名：根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯。 如：CH3COOCH2CH3乙酸乙酯； HCOOCH2CH2CH3甲酸正丙酯。 2物理性质 低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，并难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶 剂中。

14、 3化学性质 (1)水解反应的原理 酯化反应形成的键，即是酯水解反应断裂的键。请你用化学方程式表示水解反 应的原理： 。 (2)酯在酸性或碱性条件下的水解反应 在酸性条件下，酯的水解是可逆反应。乙酸乙酯在稀 H2SO4存在下水解的化学方程式为 CH3COOC2H5H2O 稀H2SO4 CH3COOHC2H5OH。 在碱性条件下，酯水解生成羧酸盐和醇，水解反应是不可逆反应。乙酸乙酯在 NaOH 存在 下水解的化学方程式为 CH3COOC2H5NaOH CH3COONaC2H5OH。 (1)由于饱和一元羧酸与饱和一元羧酸和饱和一元醇形成的酯的分子通式相同，故等碳的饱和 一元羧酸与饱和一元羧酸和饱和

15、一元醇形成的酯互为同分异构体。 (2)酯化反应与酯的水解反应的比较 酯化反应 酯的水解反应 反应关系 CH3COOHC2H5OH 催化剂 CH3COOC2H5 H2O 催化剂 浓硫酸 稀硫酸或 NaOH 溶液 催化剂的 其他作用 吸水、提高 CH3COOH 和 C2H5OH 的转化率 NaOH中和酯水解生成的羧 酸，提高酯的水解率 加热方式 酒精灯火焰加热 热水浴加热 反应类型 酯化反应、取代反应 水解反应、取代反应 例 6 下列关于分子式为 C4H8O2的有机物的同分异构体的说法中，不正确的是( ) A属于酯类的有 4 种 B属于羧酸类的有 2 种 C存在分子中含有六元环的同分异构体 D既含

16、有羟基又含有醛基的有 3 种 答案 D 解析 C4H8O2的有机物属于酯类的共有 4 种，分别是 HCOOCH2CH2CH3、 CH3COOC2H5、 CH3CH2COOCH3， A 项 正 确 ； 属 于 羧 酸 类 的 共 有 两 种 ， 分 别 是 CH3CH2CH2COOH、，B 项正确；C4H8O2的有机物中含有六元环的是 等 ， C项 正 确 ； C4H8O2的 有 机 物 属 于 羟 基 醛 时 ， 可 以 是 、HOCH2CH2CH2CHO、 共 5 种，D 项不正确。 相关链接 饱和一元羧酸与饱和一元酯的同分异构现象 碳原子数相同的饱和一元羧酸与饱和一元酯的分子通式均为 Cn

17、H2nO2， 它们互为同分异构体。 以 C5H10O2为例，含有COO结构的同分异构体的数目判断方法如下： 通式 R1 R2 种类 物质类别 H C4H9(4 种) 144 酯 CH3 C3H7(2 种) 122 C2H5 C2H5 111 C3H7 CH3 212 C4H9(4 种) H 414 羧酸 其中 R1、R2采取增碳和减碳法。 (1)含有COO结构的有机物共有 4212413 种，其中属于酯的有 9 种，属于羧酸 的有 4 种。 (2)若将属于酯的有机物在酸性条件下水解为羧酸和醇，将这些醇和羧酸重新组合可形成的酯 共有(1112)(4211)40 种。 例 7 某羧酸的衍生物 A

18、的分子式为 C6H12O2，已知 又知 D 不与 Na2CO3溶液反应，C 和 E 都不能发生银镜反应，则 A 的结构可能有( ) A1 种 B2 种 C3 种 D4 种 答案 B 解析 根据题意可推断 A 为酯，C 为羧酸，D 为醇，E 为酮；因 C、E 都不能发生银镜反应， 则 C 不是甲酸，而 D 分子中应含有，结合 A 的分子式可知 A 只可能有 或两种结构。 特别提醒 甲酸酯的结构为，分子中含有一个酯基和一个醛基，所以甲酸酯除了 能发生水解反应外，还可以发生醛的特征反应，如银镜反应、与新制 Cu(OH)2悬浊液反应。 1正误判断，正确的打“”，错误的打“” (1)甲酸、乙酸和石炭酸都

19、属于羧酸( ) (2)乙酸的分子式为 C2H4O2，乙酸属于四元酸( ) (3)乙酸、硬脂酸、油酸互为同系物( ) (4)能与 NaHCO3溶液反应产生 CO2的有机物应含有羧基( ) (5)分子式相同的羧酸和酯类互为同分异构体( ) (6)在碱性条件下的水解反应和酯化反应都是可逆反应( ) (7)在酸性条件下，CH3CO 18OCH3的水解产物是 CH3CO 18OH 和 CH3OH( ) (8)乙酸乙酯在酸性条件下和碱性条件下水解的产物相同( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 2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

20、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 答案 C 解析 酯化反应是酸和醇在浓硫酸并且加热条件下发生的。 3(2018 景东县民中月考)钠与下列物质反应都能够产生氢气：H2O；CH3COOH； CH3CH2OH，从产生氢气的剧烈程度可推断出这三种物质产生 H 的难易程度是(从难到易 的顺序)( ) A B C D 答案 C 4实验室中用乙酸和乙醇制备乙酸乙酯，为除去所得的乙酸乙酯中残留的乙酸，应选用的试 剂是( ) A饱和食盐水 B饱和碳酸钠溶液 C饱和 NaOH 溶液 D浓硫酸 答案 B 解析 乙酸能与碳酸钠反应，乙醇能溶于水，乙酸乙

21、酯不溶于水，所以选用饱和碳酸钠可以 溶解乙醇，反应乙酸，降低酯在水中的溶解度，有利于其析出。 5某羧酸酯的分子式为 C18H26O5,1 mol 该酯完全水解可得到 1 mol 羧酸和 2 mol 乙醇，该羧 酸的分子式为( ) AC14H18O5 BC14H16O4 CC16H22O5 DC16H20O5 答案 A 解析 由 1 mol 酯(C18H26O5)完全水解可得到 1 mol 羧酸和 2 mol 乙醇可知，该酯为二元酯， 分子中含有 2 个酯基(COO)，结合酯的水解反应原理可得“1 mol C18H26O52 mol H2O 水解 1 mol 羧酸2 mol C2H5OH”，再结

22、合原子守恒定律可推知，该羧酸的分子式为 C14H18O5。 6A、B、C、D、E 均为有机物，它们具有如图所示的转化关系： 已知：C 能与 NaHCO3发生反应，C、D 相对分子质量相等，E 能发生银镜反应，相对分子质 量为 74。 请回答下列问题： (1)写出C的名称： _。 E中含有的官能团(写结构简式)： _、 _。 写出有机物 B 可能发生的两种反应类型：_。 (2)写出反应的化学方程式：_；该反应加热的目的是_。 (3)A 的结构简式为_。 (4)写出 B 发生缩聚反应的方程式：_。 答案 (1)甲酸 CHO COO 酯化反应、催化氧化反应、加成反应、消去反应(写出 两种即可) (2

23、)HCOOHC2H5OH 浓硫酸 HCOOC2H5H2O 加快反应速率， 蒸出产物使平衡右移， 提高酯的产量 (3) (4) 解析 C 能与 NaHCO3发生反应，说明 C 中含有羧基，E 能发生银镜反应，说明 E 中含有醛 基。再结合图中转化关系及反应条件可推知，反应为酯化反应，E 为甲酸某酯，且相对分 子质量为 74，C、D 的相对分子质量相等，均为(7418)/246，则 C 为 HCOOH，D 为 CH3CH2OH，E 为 HCOOCH2CH3。由框图转化关系及 B 的结构简式可推知，A 的结构简式为 。有机物 B 中含有羧基、羟基、苯环，羧基、羟基可以发生酯化反应，即取 代反应，醇羟基可以发生消去反应生成碳碳双键，还可以被氧化为醛基，苯环可以与 H2在一 定条件下加成。