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3.4 羧酸 羧酸衍生物学案
【学习目标】
1．了解羧酸的组成及结构特点。
2．了解羧酸的分类及几种重要羧酸。
3．掌握酯化反应的基本规律。
4．了解酯化反应实验。
【学习重难点】
1、重点：乙酸的化学性质。
2、难点：乙酸的结构对性质的影响。
【预习新知】
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。
羧酸衍生物
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。
【思考探究】
（一）思考探究
提升点二　羧基、酚羟基和醇羟基的比较
[例2]　某有机物的结构简式如图：
(1)当此有机物分别和__________、__________、__________
(2)根据(1)可知—OH上H电离由易到难的顺序为________(填官能团名称)。
(3)1 mol该物质与足量金属钠反应生成________mol H2。
状元随笔　羟基上H原子的活泼性：CH3COOH>H2CO3> >H2O>R—OH。
[提升2]　设计一个简单的一次性完成的实验装置图，验证醋酸溶液、二氧化碳溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序(CH3COOH>H2CO3>C6H5OH)。
(1)除如上图所示的装置外，还需要的试剂和装置是(画图)________，其作用是
________________________________________________________________________
________，加上该装置后各接口的连接顺序为________________。
(2)试管F中的现象是________。
(3)有关化学方程式是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[关键能力]
羟基上的氢原子活泼性比较
　　　　含羟基的物质 比较项目　　　　　 醇 水 酚 羧酸
羟基上氢原子活泼性
在水溶液中电离程度 极难电离 难电离 微弱电离 部分电离
酸碱性 中性 中性 很弱的酸性 弱酸性
与Na反应 反应放 出H2 反应放 出H2 反应放 出H2 反应放 出H2
与NaOH反应 不反应 不反应 反应 反应
与NaHCO3反应 不反应 不反应 不反应 反应放 出CO2
能否由酯水解生成 能 不能 能 能
状元随笔
(1)利用羟基的活动性不同，可判断分子结构中羟基的类型。
(2)不同类的物质电离出H＋的难易程度的一般规律(由易到难)：羧酸>酚>水>醇。
(3)羧酸都是弱酸，不同的羧酸酸性不同，但低级羧酸都比碳酸的酸性强。常见羧酸的酸性强弱：乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>高级脂肪酸。
(4)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。
【巩固训练】
1.下列有机物的同分异构体数目判断错误的是( )
选项 有机物 同分异构体数目
A 分子式为 3
B 分子式为，含有不饱和键 5
C 分子式为，能与Na反应生成 4
D 分子式为，属于羧酸 3
A.A B.B C.C D.D
2.某有机物的分子式为，分子中含有苯环，且苯环上有2个取代基，其中1个取代基为甲基，且能与NaOH溶液反应的同分异构体的数目为( )
A.4种 B.7种 C.9种 D.12种
3.分子式为的有机物共有( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
4.某化合物是合成布洛芬的中间体，其结构简式如图所示。下列有关该化合物的说法错误的是( )
A.分子式为
B.分子中含有1个手性碳原子
C.1 mol该分子最多能与1 mol NaOH反应
D.一定条件下可发生取代反应、加成反应和氧化反应
5.食品香精菠萝酯的生产路线（反应条件略去）如下：
下列叙述错误的是( )
A.步骤①产物中残留的苯酚可用溶液检验
B.苯酚和菠萝酯均可与酸性溶液发生反应
C.步骤②产物中残留的丙烯醇可用溴水检验
D.苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应
6.为纪念瑞士化学家Reichstein1933年首次合成维生素C，瑞士曾发行了一枚印有Vc分子（）的3D效果邮票（如下图所示，图中小短棍可表示单键、双键或三键）。下列说法正确的是( )
A.维生素C结构中包含一个五元碳环
B.从结构来看，维生素C不溶于水
C.维生素C分子中只有羟基和酯基2种官能团
D.维生素C能与、NaOH溶液发生反应
7.从化学成分上讲，油脂属于酯类化合物，对于油脂和酯类化合物的认识正确的是( )
A.油和脂肪都属于酯类化合物，所以油和脂肪的结构相似
B.酯类化合物不是高分子化合物，自然界中的油脂是混合物，以甘油三酯为主要成分
C.硬脂酸甘油酯和乙酸乙酯都属于酯类物质都能发生皂化反应
D.油脂属于酯类化合物，天然油脂是纯净物，有固定的熔、沸点
8.某有机物（M）的结构如图所示。下列关于该有机物的叙述错误的是( )
A.分子中含有5种官能团
B.分子中所有碳原子不可能在同一平面上
C.可发生氧化反应、水解反应
D.与互为同分异构体
9.某羧酸酯的分子式为，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( )
A. B. C. D.
10.下列叙述正确的是( )
A.油脂的水解反应也叫皂化反应
B.沾有油脂的试管可用NaOH溶液洗涤，这是因为油脂在碱性条件下溶解度大
C.液态油通过催化加氢转变为半固态脂肪的过程，称为油脂的氢化
D.胺类化合物不能与盐酸反应
参考答案
1.答案：D
解析：分子式为的烷烃，有正戊烷、异戊烷、新戊烷3种结构，A正确；分子式为，含有不饱和键，则含有一个碳碳双键，符合要求的同分异构体有、、、、，共5种，B正确；分子式为，能与Na反应生成，则为饱和一元醇，符合要求的同分异构体有、、、，共4种，C正确；分子式为，属于羧酸，则含有羧基，符合要求的同分异构体有、，共2种，D错误。
2.答案：D
解析：分子式为的有机物含有苯环，且苯环上有2个取代基，其中1个取代基为甲基，另一个取代基能与NaOH溶液反应，说明含有羧基或酯基，结合分子式可知，该取代基可能是、、、，2个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置，所以同时符合上述要求的所有同分异构体共有12种。故选D。
3.答案：B
解析：是与发生一溴取代反应生成的产物，有2种结构，的键线式有以下4种，、、、；另一种判断方法：中的有4种结构，则也有4种结构。故选B。
4.答案：C
解析：根据该化合物的结构简式可知，分子式为，A正确；该分子中只含有1个手性碳原子，如图所示：（标“*”的碳原子为手性碳原子），B正确；该分子中酯基和C原子均能与NaOH反应，所以1 mol该分子最多能与2 mol NaOH反应，C错误；该分子中含有苯环，可发生加成反应，含有酯基和Cl原子，可发生取代反应，苯环上的取代基可被酸性氧化，发生氧化反应，D正确。
5.答案：C
解析：苯酚中含有酚羟基，苯氧乙酸中不含有酚羟基，因此步骤①产物中残留的苯酚可用溶液检验，A正确；苯酚可被酸性溶液氧化，菠萝酯中含有碳碳双键，能被酸性溶液氧化，B正确；丙烯醇、菠萝酯中都含有碳碳双键，均能与发生加成反应，从而使溴水褪色，因此残留的丙烯醇不能用溴水检验，C错误；苯氧乙酸中含有羧基，能与NaOH发生中和反应，菠萝酯中含有酯基，可在NaOH溶液中发生水解反应，D正确。
6.答案：D
解析：由图可知，维生素C分子的结构简式为，环状结构中含有4个C原子和1个O原子，所以不是五元碳环，A错误；维生素C分子中含4个羟基，羟基为亲水基，因此维生素C能溶于水，B错误；维生素C分子中含有羟基、碳碳双键、酯基3种官能团，C错误；碳碳双键可以与发生加成反应，酯基可以在碱性条件下（NaOH溶液）发生水解反应，D正确。
7.答案：B
解析：油是不饱和高级脂肪酸形成的甘油酯，含有碳碳双键和酯基，而脂肪是饱和高级脂肪酸形成的甘油酯，分子中含有酯基，二者结构不同，A错误；乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应不是皂化反应，硬脂酸甘油酯在碱性溶液中能发生皂化反应，C错误；油脂属于酯类化合物，天然油脂都是混合物，没有固定的熔、沸点，D错误。
8.答案：A
解析：由结构简式可知，M分子中含有的官能团为醛基、碳碳双键、羟基、酯基，共有4种，A错误；由结构简H式可知，M分子中含有碳骨架：，这4个碳原子不可能共平面，故分子中所有碳原子不可能共平面，B正确；M分子中含有碳碳双键、羟基和醛基，可发生氧化反应，含有酯基，可发生水解反应，C正确；M分子与对苯二乙酸的分子式相同，均为，结构不同，故二者互为同分异构体，D正确。
9.答案：A
解析：1 mol羧酸酯水解生成1 mol羧酸和2 mol乙醇，说明1 mol羧酸酯中含有2 mol酯基，该水解过程可表示为，由原子守恒知，该羧酸的化学式为。故选A。
10.答案：C
解析：油脂在碱性溶液中的水解反应叫皂化反应，A错误；沾有油脂的试管可用NaOH溶液洗涤，这是因为油脂在碱性溶液中能水解生成溶于水的高级脂肪酸钠和甘油，B错误；胺类化合物具有碱性，能与盐酸反应生成盐，D错误。

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