資源簡介

2.4第1課時　羧酸
【學習目標】
1.了解常見羧酸的結構、性質及其主要用途。
2.能用系統命名法命名簡單羧酸。
3.掌握羧酸的主要化學性質。
4.了解酯的結構特點及化學性質。
5.了解酯的水解的應用(以油脂在堿性條件下的水解為例)。
【自主預習】
一、羧酸
1.定義
分子由烴基(或氫原子)與　　　　相連構成的有機化合物稱為羧酸。其官能團的名稱為　　　　,結構簡式為　　　　或　　　　。
2.羧酸的分類
3.命名
如CH3CH(CH3)CH(CH2CH3)CH2CH2COOH名稱為　　　　。
4.羧酸的物理性質
(1)水溶性
分子中碳原子數在　　　　以下的羧酸能與水互溶,隨著分子中碳鏈的增長,羧酸在水中的溶解度迅速　　　　。
(2)沸點
比相應的醇的沸點高,原因是相對于相對分子質量相近的醇,羧酸形成　　　　的概率大。
5.羧酸的化學性質
(1)酸性
RCOOHRCOO-+H+;
RCOOH+NaHCO3　　　　　　　　。
(2)羥基被取代的反應
+R'OH　　　　　　　　;
+NH3　　　　　　　　。
(3)α-H被取代的反應
在催化劑的作用下,與Cl2反應的化學方程式為
RCH2COOH+Cl2　　　　　　　　。
(4)還原反應
羧酸很難通過催化加氫的方法被還原,用強還原劑如氫化鋁鋰(LiAlH4)才能將羧酸還原為相應的醇。
RCOOHRCH2OH
二、羧酸衍生物
1.酯
(1)定義
分子由酰基(　　　　　　)和烴氧基(　　　　)相連構成的羧酸衍生物稱為酯。其官能團名稱為　　　　,結構簡式為　　　　　　　。
(2)物理性質
酯　　　　溶于水,　　　　溶于乙醇和乙醚等有機溶劑,密度一般比水　　　　,低級酯易　　　　,有　　　　。
(3)化學性質(以為例)
2.油脂
(1)組成和結構
油脂是高級脂肪酸與　　　　反應所生成的酯,由　　　　三種元素組成,其結構可表示為。
(2)性質——水解
油脂在堿性條件下的水解反應稱為皂化反應:
+3NaOH3RCOONa+。
3.酰胺
酰胺可看作是羧酸分子中的羥基被　　　　取代而生成的化合物。其結構一般表示為　　　　,其中的叫作酰基,叫作　　　　。
酰胺在酸或堿存在并加熱的條件下可以發生水解反應。如果水解時加入堿,會生成羧酸鹽,同時有氨氣逸出。
RCONH2+H2O+HCl　　　　　　　　;
RCONH2+NaOH　　　　　　　　。
【答案】
一、1.羧基　羧基　　—COOH
3.羧基　羧基　位次號　名稱　5-甲基-4-乙基己酸　4.(1)4　減小　(2)氫鍵
5.(1)RCOONa+CO2↑+H2O
(2)+H2O　+H2O
(3)+HCl
二、1.(1)　—OR　酯基　
(2)難　易　小　揮發　香味　2.(1)甘油
C、H、O　3.氨基　　酰胺基RCOOH+NH4Cl　RCOONa+NH3↑
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)食醋就是乙酸。 (　　)
(2)在水溶液中CH3COOH中的—CH3可以電離出H+。 (　　)
(3)1 mol C2H5OH和1 mol CH3COOH在濃硫酸作用下加熱可以完全反應生成1 mol CH3COOC2H5。 (　　)
(4)乙酸和乙酸乙酯都能發生取代反應。 (　　)
(5)C4H8O的同分異構體只有6種。 (　　)
(6)油脂屬于酯類,均難溶于水。 (　　)
(7)油脂的相對分子質量較大,故屬于高分子化合物。 (　　)
(8)乙酰胺分子中含有碳氧雙鍵,一定條件下乙酰胺能與氫氣發生加成反應。 (　　)
　　【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ (7)×　(8)×
【合作探究】
任務1　羧酸的分類與化學性質
情境導入　我們的日常生活離不開醋,用醋蒸氣熏蒸居室能殺滅細菌和病毒,防止感冒和傳染病;煮排骨或燒魚時加點醋,不但能使骨頭里的鈣、磷、鐵等元素溶解到湯里而被人體吸收,而且還能保持食物中的維生素不被破壞。
問題生成
1.用食醋煮排骨,這是利用了醋酸的什么性質 請寫出相應的化學方程式。
　　【答案】醋酸的酸性比碳酸強,化學方程式為2CH3COOH+CaCO3(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑。
2.酸的通性有哪些
　　【答案】(1)遇酸堿指示劑變色;(2)與活潑金屬反應產生H2;(3)與堿性氧化物反應生成鹽和水;(4)與堿發生中和反應;(5)與鹽發生復分解反應。
3.甲酸、乙酸的分子結構有什么差別 如何鑒別二者
　　【答案】甲酸分子結構中含有醛基,而乙酸分子結構中不含醛基,可用新制Cu(OH)2懸濁液或銀氨溶液作試劑鑒別二者。
4.用文字如何表示酯化反應的通式
　　【答案】羧酸+醇酯+水。
【核心歸納】
1.常見的羧酸
名稱 甲酸 苯甲酸 乙二酸
物理 性質 無色、有刺激性氣味的液體,有腐蝕性,能與水、乙醇等互溶 無色晶體,易升華,微溶于水,易溶于乙醇 無色晶體,可溶于水和乙醇
化學 性質 表現羧酸和醛的性質 表現羧酸和苯的性質 表現羧酸的性質
重要 用途 作還原劑,合成醫藥、農藥和染料等的原料 合成香料、藥物等,其鈉鹽是常用的食品防腐劑 化學分析中常用的還原劑,重要化工原料
2.醇、酚、羧酸分子中羥基氫原子的活潑性比較
名稱 乙醇 苯酚 乙酸
結構簡式 CH3CH2OH CH3COOH
羥基氫原子 的活潑性 不能電離 能電離 能電離
酸性 中性 極弱酸性 弱酸性
與Na反應 反應放出H2 反應放出H2 反應放出H2
與NaOH反應 不反應 反應 反應
與Na2CO3反應 不反應 反應 反應
與NaHCO3反應 不反應 不反應 反應
由上表可知,常見分子(離子)中羥基氫原子的活潑性順序為RCOOH>H2CO3>>HC>H2O>ROH。運用上述實驗現象的不同,可判斷有機物分子結構中含有的羥基類型。
【典型例題】
【例1】分枝酸可用于科學研究,其結構簡式如圖所示。下列關于分枝酸的敘述中正確的是(　　)。
A.分子中含有2種官能團
B.可與乙醇、乙酸反應,且反應類型相同
C.1 mol分枝酸最多可與3 mol NaOH發生中和反應
D.可使溴的四氯化碳溶液和酸性高錳酸鉀溶液褪色,且原理相同
　　【答案】B
【解析】分枝酸中含有的官能團為羧基、碳碳雙鍵、羥基、醚鍵,A項錯誤;分枝酸分子中有羧基和醇羥基,可與乙醇、乙酸發生酯化反應,B項正確;1 mol分枝酸中含有2 mol羧基,最多可與2 mol NaOH發生中和反應,C項錯誤;分枝酸可與溴發生加成反應使溴的四氯化碳溶液褪色,也可與酸性高錳酸鉀溶液發生氧化反應使其褪色,二者原理不同,D項錯誤。
【例2】若檢驗甲酸溶液中是否存在甲醛,下列操作中,正確的是(　　)。
A.加入新制的Cu(OH)2懸濁液后加熱,若有紅色沉淀產生,則證明甲醛一定存在
B.若能發生銀鏡反應,則證明甲醛一定存在
C.與足量NaOH溶液混合,若其加熱蒸出的產物能發生銀鏡反應,則甲醛一定存在
D.先將溶液充分進行酯化反應,收集生成物進行銀鏡反應,若有銀鏡生成,則甲醛一定存在
　　【答案】C
【解析】甲酸()與甲醛()都含有醛基(—CHO),因此二者均能發生銀鏡反應,均能與新制Cu(OH)2懸濁液反應,產生磚紅色沉淀,甲酸與醇反應生成的酯仍含有醛基,因此,A、B、D三項操作均不能證明甲醛的存在。
【靈犀一點】
(1)甲酸中既含有羧基,又含有醛基,因此既有羧酸的性質,又有醛的性質。
(2)飽和一元羧酸CnH2n+1COOH同分異構體書寫。先寫CnH2n+2的碳骨架異構,再寫—COOH的位置異構。
任務2　探究乙酸乙酯的制備實驗與性質
情境導入　實驗室中可以利用下面裝置制取乙酸乙酯,根據所學知識回答相關問題。
問題生成
1.試管內乙酸、乙醇、濃硫酸的加入順序是怎樣的 裝置中長導管的作用是什么 為什么導氣管末端沒有伸入液面以下
　　【答案】先加入乙醇,然后沿試管內壁緩慢加入濃硫酸,冷卻后再加入CH3COOH。長導管能起到導氣和冷凝蒸氣的作用。導氣管末端未伸入液面以下的目的是防止倒吸。
2.為什么實驗中用飽和Na2CO3溶液接收生成的乙酸乙酯 飽和Na2CO3溶液有哪些作用
　　【答案】①與揮發出來的乙酸發生反應,生成可溶于水的乙酸鈉,便于聞到乙酸乙酯的香味;②溶解揮發出來的乙醇;③減小乙酸乙酯在水中的溶解度,使液體分層,便于得到酯。
3.在酯化反應實驗中為什么加熱溫度不能過高 已知乙酸乙酯的沸點為77 ℃,應怎樣改進實驗裝置來提高乙酸乙酯的產率
　　【答案】加熱溫度不能過高的原因是減少乙酸和乙醇的揮發,提高乙酸和乙醇的轉化率。可以將該實驗中的加熱裝置改為水浴加熱裝置。
【核心歸納】
1.酯化反應與酯的水解反應的比較
酯化反應 酯的水解反應
反應關系 CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH,CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH
催化劑 濃硫酸 稀硫酸
催化劑的 其他作用 吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的轉化率 NaOH中和酯水解生成的羧酸,提高酯的水解率
加熱方式 酒精燈加熱 熱水浴加熱
反應類型 酯化反應(取代反應) 水解反應(取代反應)
2.酯化反應類型
(1)一元羧酸和一元醇的酯化反應
R—COOH+R'—CH2OH。
(2)一元羧酸與二元醇的酯化反應
2CH3COOH++2H2O。
(3)二元酸與二元醇的酯化反應
①反應生成普通酯
+HOOC—COOCH2—CH2OH+H2O。
②反應生成環酯
++2H2O。
③反應生成聚酯
n+nHOH+(2n-1)H2O。
(4)無機含氧酸的酯化反應
+3HO—NO2+3H2O。
　　　　　　　　　　　　　(硝化甘油)
(5)高級脂肪酸與甘油的酯化反應
3C17H35COOH++3H2O。
【典型例題】
【例3】實驗室采用如圖所示的裝置制備乙酸乙酯。實驗結束后,取下盛有飽和碳酸鈉溶液的試管,再沿該試管內壁緩緩加入石蕊試液1 mL,發現石蕊試液存在于飽和碳酸鈉溶液層與乙酸乙酯溶液層之間(整個過程不振蕩試管)。下列有關該實驗的描述不正確的是(　　)。
A.制備的乙酸乙酯中混有乙酸和乙醇雜質
B.該實驗中濃硫酸的作用是作催化劑和吸水劑
C.飽和碳酸鈉溶液的主要作用是降低乙酸乙酯的溶解度及除去乙醇和乙酸
D.石蕊層為三層,由上而下是藍、紫、紅
　　【答案】D
【解析】因乙酸、乙醇的沸點較低,因此制備的乙酸乙酯中混有乙酸和乙醇雜質,A項正確;反應生成水,且為可逆反應,反應中濃硫酸起到催化劑和吸水劑的作用,B項正確;飽和碳酸鈉的作用為吸收乙醇、除去乙酸,降低乙酸乙酯的溶解度,C項正確;由上而下,乙酸乙酯中混有乙酸,可使石蕊試液呈紅色,中層為紫色,下層為碳酸鈉溶液,水解呈堿性,應呈藍色,D項錯誤。
【例4】下列關于分子式為C4H8O2的有機物的同分異構體的說法中不正確的是(　　)。
A.屬于酯類的有4種
B.屬于羧酸類的有2種
C.存在分子中含有六元環的同分異構體
D.既含有羥基又含有醛基的結構有3種
　　【答案】D
【解析】分子式為C4H8O2的有機物屬于酯類的共有4種,分別是HCOOCH2CH2CH3、、CH3COOC2H5、CH3CH2COOCH3,A項正確;分子式為C4H8O2的有機物屬于羧酸類的共有2種,分別是CH3CH2CH2COOH、,B項正確;分子式為C4H8O2的有機物中含有六元環的是等,C項正確;分子式為C4H8O2的有機物屬于羥基醛的有、、HOCH2CH2CH2CHO、、,共5種,D項不正確。
【例5】已知有機物X的結構簡式為,下列有關敘述不正確的是(　　)。
A.1 mol X分別與足量的Na、NaOH溶液、NaHCO3溶液反應,消耗這三種物質的物質的量分別為3 mol、4 mol、1 mol
B.X在一定條件下能與FeCl3溶液發生顯色反應
C.X在一定條件下能發生消去反應和酯化反應
D.X的化學式為C10H10O6
　　【答案】C
【解析】苯環上的氫原子不能消去,故不能發生消去反應,與Na反應的有和,與NaHCO3反應的只有,與NaOH反應的有酚羥基、羧基和酯基,特別注意酚酯基水解生成酚羥基和羧基,均可與NaOH反應。
【靈犀一點】
酯的同分異構體
(1)官能團類別異構
例如:飽和一元羧酸和飽和一元醇形成的酯與相同碳原子數的飽和一元羧酸互為同分異構體。
(2)同類同分異構體
例如:,其中R1可以是烴基或H原子,R1、R2不同時可以互為同分異構體。
書寫同分異構體的方法:
可按序數書寫:R1中的碳原子數由0,1,2,3,……逐漸增加,R2中的碳原子數由最大值減小至1,同時要注意R1、R2中的碳鏈異構。
如分子式為C5H10O2的物質,在酯和羧酸范圍內的同分異構體有:
酯類:HCOOCH2CH2CH2CH3、、
、、CH3COOCH2CH2CH3、、
CH3CH2COOCH2CH3、CH3CH2CH2COOCH3、
。
羧酸類:分子式為C5H10O2的羧酸可寫為C4H9—COOH,而C4H9—有四種結構,則C4H9COOH也有四種結構。
任務3　油脂　胺與酰胺
【核心歸納】
1.脂肪、油、礦物油三者的比較
物質 油脂 礦物油
脂肪 油
組成 多種高級脂肪酸的甘油酯 多種烴(石油及其分餾產品)
含飽和烴基多 含不飽和烴基多
性質 固態或半固態 液態 液態
具有酯的性質,能水解,有的油脂兼有烯烴的性質 具有烴的性質,不能水解
鑒別 加含酚酞的NaOH溶液,加熱,紅色變淺,不再分層 加含酚酞的NaOH溶液,加熱,無明顯變化
用途 營養素可食用,化工原料如制肥皂、甘油 燃料、化工原料
　【特別提醒】①植物油與裂化汽油均含碳碳雙鍵,均能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。②區別油脂(酯)與礦物油(烴)的一般方法是加含酚酞的NaOH溶液,加熱,紅色變淺,最后不分層的為油脂(酯),否則為礦物油(烴)。
2.氨、胺、酰胺和銨鹽比較
物質 氨 胺(甲胺)
組成元素 N、H C、N、H
結構式
化學性質 與酸反應生成銨鹽 與酸反應生成鹽
用途 化工原料 化工原料
物質 酰胺(乙酰胺) 銨鹽(NH4Cl)
組成元素 C、N、O、H N、H、Cl
結構式
化學性質 水解反應:酸性時生成羧酸與銨鹽,堿性時生成羧酸鹽和NH3 與堿反應生成鹽和NH3
用途 化工原料和溶劑 化工原料、化肥
注意:酰胺基的結構簡式為,R、R'可以是H或烴基。
【典型例題】
【例6】下列關于油脂()結構的說法中正確的是(　　)。
A.油脂是高級脂肪酸與甘油形成的酯
B.若R1、R2、R3都是飽和烴基,則稱為簡單甘油酯
C.若R1、R2、R3都是不飽和烴基,則稱為混合甘油酯
D.某油脂分子中,所含烴基有三種,但每一個油脂分子中都含這三種烴基,而且排列結構也相同,則該油脂為混合物
　　【答案】A
【解析】油脂是高級脂肪酸與甘油形成的酯。在油脂的結構中,R1、R2、R3可以相同,也可以不同,若R1、R2、R3都相同,則稱為單甘油酯,若R1、R2、R3不相同,則為混甘油酯,此時R1、R2、R3既可能是飽和烴基,也可能是不飽和烴基。
【例7】能區別地溝油(加工過的餐飲廢棄油)與礦物油(汽油、煤油、柴油等)的方法是(　　)。
A.點燃,能燃燒的是礦物油
B.測定沸點,有固定沸點的是礦物油
C.加入水中,浮在水面上的是地溝油
D.加入足量氫氧化鈉溶液共熱,不分層的是地溝油
　　【答案】D
【解析】地溝油的主要成分是高級脂肪酸甘油酯,主要是從飯店剩菜殘渣中提取的,與礦物油一樣,也能燃燒,A項錯誤;礦物油和地溝油都是混合物,都沒有固定的沸點,B項錯誤;礦物油和地溝油的密度都小于水且都難溶于水,加入水中都會浮在水面上,C項錯誤;地溝油能與氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的甘油和高級脂肪酸鈉,溶液不分層,而礦物油不能與氫氧化鈉溶液反應,溶液分層,D項正確。
【例8】乙酰苯胺是磺胺類藥物的原料,其結構如圖所示,下列關于乙酰苯胺的說法中正確的是(　　)。
乙酰苯胺
A.分子式為C8H9NO
B.乙酰苯胺是一種芳香烴
C.1 mol乙酰苯胺最多能和2 mol NaOH完全反應
D.分子中所有原子一定在同一平面上
　　【答案】A
【解析】A項,根據該有機物的結構簡式可知,分子式為C8H9NO,正確;B項,該有機物含有碳、氫、氧、氮元素,不屬于芳香烴,錯誤;C項,斷裂1 mol —CO—NH—,消耗1 mol NaOH,錯誤;D項,甲烷為正四面體結構,因該分子含有甲基,所以分子中所有原子一定不在同一平面上,錯誤。
【例9】食品中含有過量的(丙烯酰胺)可能引起令人不安的食品安全問題。關于丙烯酰胺有下列敘述:①能使酸性高錳酸鉀溶液褪色;②能發生加聚反應;③能與氫氣發生加成反應;④能發生水解反應生成酸。其中正確的是(　　)。
A.只有①②④　　　　　　　B.只有②③④
C.①②③④ D.只有①③④
　　【答案】C
【解析】丙烯酰胺分子中含有碳碳雙鍵,所以具有烯烴的性質,能發生加聚反應、加成反應,能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,含有酰胺基,能發生水解反應生成酸,故選C項。
【靈犀一點】
酰胺水解的斷鍵
水解時,中的C—N斷裂,連接—OH形成羧基,連接—H形成氨基。
【隨堂檢測】
1.飽和一元羧酸A可由醇B氧化得到,A和B可生成酯C(相對分子質量為144),符合此條件的酯有(　　)。
A.1種　　　B.2種　　　C.3種　　　D.4種
　　【答案】B
【解析】A為飽和一元羧酸,故B為飽和一元醇,且A、B碳原子數相同,碳架結構相似。酯C符合通式CnH2nO2,又因C的相對分子質量為144,所以14n+32=144,n=8,C的分子式為C8H16O2,所以A的分子式為C4H8O2,B的分子式為C4H10O。將A、B分別寫成C3H7—COOH、C3H7—CH2OH的形式,C3H7—有2種同分異構體:CH3CH2CH2—、(CH3)2CH—,又因A是由B氧化得到,故酯C有2種結構。
2.1 mol 與足量的NaOH溶液充分反應,消耗的NaOH的物質的量為(　　)。
A.5 mol B.4 mol C.3 mol D.2 mol
　　【答案】A
【解析】根據該有機化合物的結構簡式可知,1 mol該有機化合物含有1 mol酚羥基、2 mol酚酯基。1 mol酚羥基消耗1 mol NaOH,1 mol酚酯基水解消耗2 mol NaOH,故1 mol該有機化合物最多消耗5 mol NaOH。
3.食用花生油中含有油酸,油酸是一種不飽和脂肪酸,對人體健康有益,其分子結構簡式為,下列說法不正確的是(　　)。
A.油酸的分子式為C18H34O2
B.油酸可與NaOH溶液發生中和反應
C.1 mol油酸可與2 mol氫氣發生加成反應
D.1 mol甘油可與3 mol油酸發生酯化反應
　　【答案】C
【解析】油酸中—COOH不能與H2發生加成反應。
4.物質A的結構簡式為,現有1 mol A,回答下列問題:
(1)最多能與　　　　mol Br2反應(不考慮Br2的氧化作用)。
(2)最多能與　　　　mol H2反應。
(3)最多能與　　　　mol Na反應生成　　　　mol H2。
(4)最多能與　　　　mol Na2CO3反應,放出氣體最多　　　　mol。
(5)最多能與　　　　mol NaHCO3反應生成　　　　mol氣體。
(6)最多能與　　　　mol NaOH反應。
(7)與新制Cu(OH)2懸濁液反應,被還原的Cu(OH)2的物質的量最多為　　　　mol,參加反應的Cu(OH)2的物質的量最多為　　　　mol。
　　【答案】(1)2　(2)5　(3)3　1.5　(4)2　0.5 (5)1　1　(6)4　(7)2　2.5
【解析】(1)苯環上—OH的鄰位可被1 mol —Br取代,右環中可與1 mol Br2發生加成,所以最多可與2 mol Br2反應。
(2)加H2時,苯環需3 mol H2,苯環上的—CHO需1 mol H2,右環上需1 mol H2,共5 mol H2。
(3)苯環上的酚羥基、右環上的醇羥基、羧基都可以與Na反應置換出H2。
(4)酚羥基、羧基都可與Na2CO3反應,若形成NaHCO3,則1 mol A最多可與2 mol Na2CO3反應;若放出CO2,只有羧基參與反應,所以1 mol A與Na2CO3反應最多生成0.5 mol CO2。
　　(6)與NaOH反應的有:苯環上的—OH、右環上—COOH,還有右環中的環狀酯,環狀酯與1 mol NaOH反應形成—COONa后,形成的酚羥基也會與1 mol NaOH反應,所以1 mol A最多消耗4 mol NaOH。
(7)只有苯環上—CHO能與新制Cu(OH)2懸濁液發生氧化反應,根據比例:—CHO~2Cu(OH)2,可以判斷出1 mol A需Cu(OH)2的物質的量為2 mol;而因—COOH能與Cu(OH)2發生中和反應,所以參加反應的Cu(OH)2的物質的量最多2.5 mol。
5.毒奶粉事件曾一度震驚全國,有毒添加劑主要是奶粉中含有的三聚氰胺。下列關于三聚氰胺分子的說法中正確的是(　　)。
A.三聚氰胺分子中所有碳原子均采取sp3雜化
B.一個三聚氰胺分子中共含有15個σ鍵
C.三聚氰胺的分子式為C3N3H6
D.三聚氰胺分子中同時含有極性鍵和非極性鍵
　　【答案】B
【解析】三聚氰胺分子中的碳原子均為sp2雜化,A項錯誤;一個三聚氰胺分子中共含有6個N—H、6個N—C、3個NC,共含有15個σ鍵,B項正確;三聚氰胺的分子式為C3N6H6,C項錯誤;三聚氰胺分子中不存在由同種元素的原子形成的共價鍵,故不存在非極性鍵,D項錯誤。
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