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第2课时 羧酸的性质和应用
智能定位
1.通过对乙酸性质的探究活动，了解羧酸具有酸性的原因，认识酯化反应的特点。
2.通过对甲酸化学性质探究活动的设计，认识甲酸的化学性质。
3.了解羧酸与醇之间发生的缩聚反应。
情景切入
醋是人类最早认识和使用的具有酸味的有机化合物，其主要成分是醋酸，它属于羧酸，羧酸的组成是怎样的呢？决定其性质的官能团是什么？
自主研习
一、羧酸概述
1.概念：由烃基(或氢原子)和羧基相连的化合物。
2.一元羧酸的通式：R—COOH，官能团—COOH。
3.分类
(1)按与羧基连接的烃基的结构分类
(2)按分子中羧基的数目分类
二、羧酸的性质
1.乙酸
（1）组成和结构
俗称
分子式
结构简式
官能团
醋酸
C2H4O2
CH3COOH
(2)性质
①酸的通性
乙酸俗称醋酸，是一种弱酸，酸性比碳酸强。
电离方程式为： CH3COOHCH3COO-+H+
②酯化反应
如乙酸与乙醇的反应。
2.甲酸
(1)组成和结构
分子式
结构简式
官能团
CH2O2
HCOOH
—COOH、—CHO
(2)羧基的性质
①与NaOH反应生成HCOONa，化学方程式为HCOOH+NaOH===HCOONa+H2O
②与乙醇发生酯化反应，化学方程式为：
(3)醛基的性质
碱性条件下被新制Cu(OH)2氧化，化学方程式为
3.缩聚反应
有机物分子间脱去小分子获得高分子化合物的反应。如对苯二甲酸与乙二醇生成高分子化合物的反应方程式为
思考讨论
1.羧酸具有酸的通性，结合以前所学知识总结羧酸具有哪些通性（以乙酸为例）。
提示：（1）能使紫色石蕊试液变红;
(2)能与活泼金属(如Na)反应放出氢气；
2CH3COOH+2Na==2CH3COONa+H2↑；
(3)能与碱(如NaOH)发生中和反应；
CH3COOH+OH-==CH3COO-+H2O；
(4)能与碱性氧化物(如MgO)反应；
2CH3COOH+MgO==Mg(CH3COO)2+H2O;
(5)能与比醋酸酸性弱的弱酸盐反应，如碳酸钠与醋酸反应：
2CH3COOH+CO===2CH3COO-+CO2↑+H2O。
2.在羧酸和酯中都含有“”结构单元，它们能和醛、酮一样与H2发生加成反应吗？
提示：羧酸和酯分子中虽然都含有“”结构单元，但由于—OH或—OR的影响，羧酸和酯中的“”均不易与H2发生加成反应。
课堂师生互动
知识点1羟基的活性比较
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性也就不同，表现在性质上也相差较大，可比较如下：
含羟基的物质
比较项目
醇
酚
羧酸
氢原子活泼性
电离
极难电离
微弱电离
部分电离
酸碱性
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
与NaOH反应
不反应
反应
反应
与NaHCO3反应
不反应
不反应
反应放出CO2
能否由酯
水解生成
能
能
能
结论：羟基的活性：羧酸>酚>水>醇。
特别提醒
(1)羧酸都是弱酸，但低级羧酸都比碳酸的酸性强，不同的羧酸酸性不同。几种简单的羧酸的酸性关系为甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。乙酸与H2SO3、H2CO3、HF等几种弱酸的酸性关系为H2SO3>HF>CH3COOH>H2CO3。
(2)低级羧酸才会使紫色石蕊试液变红，醇、酚、高级脂肪酸不会使紫色石蕊试液变红。
考例1 某有机物的结构简式如图，当此有机物分别和 、 、 反应时依次生成
［解析］ 本题考查了不同羟基的酸性问题。由于酸性—COOH>H2CO3>>HCO,所以①中应加入NaHCO3，只有—COOH反应；②中加入NaOH或Na2CO3与酚羟基和—COOH反应；③中加入Na，与—COOH、醇羟基、酚羟基都反应。
［答案］ NaHCO3 NaOH或Na2CO3 Na
变式探究1
下列物质中，最难电离出H+的是( )
A.CH3COOH B.C2H5OH
C.H2O D.C6H5OH
［答案］ B
［解析］ 本题考查不同类烃的衍生物中羟基的活泼性。根据已有知识不难总结出这几种羟基的活泼性顺序为：羧酸羟基>酚羟基>水中的羟基>醇羟基。故正确答案为B。
知识点2 酯化反应的原理及基本类型
1.反应机理
羧酸与醇发生酯化反应时，一般是羧酸分子中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合生成水，其余部分结合生成酯，用示踪原子法可以证明。
2.基本类型
（1）一元醇与一元羧酸之间的酯化反应
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
(2)二元羧酸与一元醇之间的酯化反应
（3）一元羧酸与二元醇之间的酯化反应
(4)二元羧酸与二元醇之间的酯化反应
此时反应有两种情况：
①
②
(5)羟基酸的自身酯化反应
此时反应有两种情况［以乳酸()为例］：
①
②
特别提醒
（1）所有的酯化反应，条件均为浓H2SO4、加热。酯化反应为可逆反应，书写方程式时用“”。
（2）利用自身酯化或相互酯化生成环酯的结构特点以确定有机物中的羟基位置。
(3)在形成环酯时，酯基中只有一个O参与成环。
考例2 向酯化反应：CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O的平衡体系中加H218O，过一段时间后有18O原子的分子是( )
A.乙醇分子
B.乙酸分子和水分子
C.乙酸乙酯分子
D.乙醇分子和乙酸乙酯分子
［解析］ 乙酸与乙醇的酯化反应是可逆的，其反应机理为：乙酸脱去羟基，乙醇脱去羟基中的氢原子而生成酯和水，即：
那么当生成的酯水解时，其原生成酯的成键处即是酯水解时的断键处，且将结合水提供的羟基，而—OC2H5结合水提供的氢原子，即：
,故选B。
［答案］ B
考例3 化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，可由马铃薯、玉米、淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如下图所示的反应：
试写出：
(1)化合物A、B、D的结构简式 、 、 。
(2)化学方程式：
A→E ，
A→F 。
反应类型：
A→E ，
A→F 。
［答案］
消去反应（或脱水反应） 酯化反应（或分子间脱水反应、取代反应）
变式探究2
(玉溪高二检测)有机物A(C10H20O2)具有兰花香味，可用作香皂、洗发香波的芳香赋予剂。已知：
①B分子中没有支链。②D能与碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳。③D、E互为具有相同官能团的同分异构体。E分子烃基上的氢若被氯取代，其一氯代物只有一种。④F可以使溴的四氯化碳溶液褪色。
(1)B可以发生的反应有 (选填序号)。
①取代反应 ②消去反应 ③加聚反应 ④氧化反应
(2)D、F分子所含的官能团的名称依次是 、 。
(3)写出与D、E具有相同官能团的同分异构体的可能结构简式： 。
(4)E可用于生产氨苄青霉素等。已知E的制备方法不用于其常见的同系物，据报道，可由2-甲基-1-丙醇和甲酸在一定条件下制取E。该反应的化学方程式是 。
［答案］ （1）①②④ （2）羧基 碳碳双键
（3）
(4)
［解析］ 由题干信息知A为酯，且A由B和E发生酯化反应生成；根据BCD可知B为醇，E为羧酸；又因D和E是具有相同官能团的同分异构体，说明B和E中碳原子数相同。结合A的分子式可知E中含有5个碳原子，又因E分子烃基上的氢被氯取代，其一氯代物只有一种，可以确定E的结构简式为;进一步可知B的分子式为C5H12O，说明B为饱和一元醇，又因B中没有支链，可确定B的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2OH。
课后强化作业
基础巩固
1.下列关于羧酸的说法中，错误的是( )
A.羧酸是由烃基与羧基相连构成的有机化合物
B.根据分子里羧基的数目可分为：一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸
C.饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2(n≥1)
D.最简单的羧酸为乙酸
［答案］ D
［解析］ 最简单的羧酸为甲酸。
2.下列说法中，正确的是( )
A.酸和醇发生的反应一定是酯化反应
B.酯化反应中羧酸脱去羧基上的羟基，醇脱去羟基上的氢原子
C.浓H2SO4在酯化反应中只起催化剂的作用
D.欲使酯化反应生成的酯分离并提纯，可以将弯导管伸入饱和Na2CO3溶液的液面下，再用分液漏斗分离
［答案］ B
［解析］ A项HBr+C2H5OHC2H5Br+H2O不属于酯化反应，C中浓H2SO4作催化剂和吸水剂，D中导管应在饱和Na2CO3溶液液面以上，以防止液体倒吸。
3.将甲基、羟基、羧基和苯基四种不同的原子团，两两结合后形成的化合物的水溶液呈酸性的有机物有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
［答案］ B
［解析］ 水溶液呈酸性的有机物可以是羧酸或酚，四种基团组合呈酸性的有：CH3COOH、、和，但是（H2CO3）为无机物。
4.下列物质中，不属于羧酸类有机物的是( )
A.乙二酸 B.苯甲酸 C.硬脂酸 D.石炭酸
［答案］ D
［解析］ 羧酸类有机物是指分子内含羧基（）的有机物，石炭酸是苯酚属于酚类。
5.有4种相同浓度的溶液：①盐酸、②碳酸、③乙酸、④石炭酸，它们的酸性由强到弱的顺序是( )
A.①>②>③>④ B.②>③>④>①
C.①>③>②>④ D.①>③>④>②
［答案］ C
［解析］ 应用强酸制弱酸的原理解答。
所以酸性H2CO3>；
2CH3COOH+Na2CO32CH3COONa+H2O+CO2↑
所以酸性CH3COOH>H2CO3；
HCl+CH3COONaCH3COOH+NaCl
所以酸性HCl>CH3COOH。
6.下列物质既能与NaOH溶液反应，又能使酸性KMnO4溶液褪色的是( )
A.C3H7COOH
B.CH3CH==CHCOOH
C.C6H5COOH
D.
［答案］ BD
［解析］ 有不饱和键（双键、叁键、—CHO）或苯环上含有侧链的有机物都能使酸性KMnO4溶液褪色；而能与NaOH溶液反应的有机物应显酸性，只有羧酸和酚类，综合上述两点可得出本题答案。
7.某有机物X能发生水解反应，水解产物为Y和Z。同温同压下，相同质量的Y和Z的蒸气所占体积相同，化合物X可能是（ ）
A.乙酸丙酯 B.甲酸乙酯
C.乙酸甲酯 D.甲酸丙酯
［答案］ AB
［解析］ 某有机物X能发生水解反应，水解产物为Y和Z，从题给信息看，X为酯，水解后产生醇和羧酸；同温同压下，相同质量的Y和Z的蒸气所占体积相同，说明所得的醇和羧酸的相对分子质量相同。且含n个碳原子饱和一元羧酸的相对分子质量与含（n+1）
个碳原子饱和一元醇的相对分子质量相同。对照各选项，选项为A、B符合题意。
8.除去乙酸乙酯中的乙酸最好的方法是( )
A.用水洗 B.用盐酸洗
C.用氢氧化钠溶液洗 D.用饱和Na2CO3溶液洗
［答案］ D
［解析］ 饱和Na2CO3溶液既能除去乙酸，又能减少乙酸乙酯的溶解。
9.某有机物的结构简式如图：跟足量的下列哪种物质的溶液反应可得到一钠盐C7H5O3Na( )
A.NaOH B.Na2CO3
C.NaHCO3 D.NaCl
［答案］ C
［解析］ 本题考查了不同羟基的酸性问题。由于酸性—COOH>H2CO3>>HCO，所以应加入NaHCO3，只与—COOH反应；加入NaOH或Na2CO3，与酚羟基和—COOH反应，生成C7H4O3Na2,不符合题意。
10.由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E，转化关系如图：
（1）写出下列物质的结构简式
A. ，B. ，C. ，D. 。
（2）B+DE化学方程式 。
［答案］
能力提升
1.某有机物A的结构简式为，若取等质量的A分别与足量的Na、NaOH、新制的Cu(OH)2充分反应，理论上消耗这三种物质的物质的量之比为( )
A.3:2:1 B.3:2:2 C.6:4:5 D.3:2:3
［答案］ D
［解析］ 能与Na反应的有醇羟基、酚羟基和羧基；能与NaOH反应的有酚羟基和羧基；能与新制Cu(OH)2反应的有醛基和羧基。为便于比较，可设A为1mol，则反应需消耗Na 3mol，需消耗NaOH 2mol;当A与新制Cu(OH)2反应时，1mol—CHO与2mol Cu(OH)2完全反应生成1mol—COOH,而原有机物含有1mol—COOH,这2mol—COOH需消耗1mol Cu(OH)2,故共需消耗3mol Cu(OH)2,即物质的量之比为3:2:3。
2.(全国理综Ⅰ，12)有关下图所示化合物的说法不正确的是( )
A.既可以与Br2的CCl4溶液发生加成反应，又可以在光照下与Br2发生取代反应
B.1 mol该化合物最多可以与3 molNaOH反应
C.既可以催化加氢，又可以使酸性KMnO4溶液褪色
D.既可以与FeCl3溶液发生显色反应，又可以与NaHCO3溶液反应放出CO2气体
［答案］ D
［解析］ 本题考查有机物结构与性质的关系。要求熟练掌握各官能团典型性质。另外，观察有机物结构要认真细致，马虎大意也是造成此类题丢分的主要原因。
分析结构，找出官能团：有酯基、酚羟基、碳碳双键等。特别注意：虽然苯环不是官能团，但有其特殊的地方，也应留心。
A项：“”可与溴发生加成反应，有烷基，光照条件可发生取代反应。
B项：两个“”消耗2mol NaOH，另外一个酚羟基，共消耗3mol NaOH。
C项：“”的存在，即符合该两点性质。
D项：后半句错误：酚羟基与NaHCO3不反应。
3.某有机物的结构式为：，它在一定条件下可能发生的反应有( )
①加成 ②水解 ③酯化④氧化 ⑤中和 ⑥消去
A.②③④ B.①③⑤⑥
C.①③④⑤ D.②③④⑤⑥
［答案］ C
［解析］ 苯环、都能发生加成反应。—OH、—COOH都能发生酯化反应，—CHO、—OH都能发生氧化反应。—COOH能发生中和反应。
4.乙醇和乙酸乙酯组成的混合物中，若含碳的质量分数为54%，则此混合物中含氢的质量分数为( )
A.10.4% B.10% C.9.2% D.8.8%
［答案］ B
［解析］ 乙醇的化学式为C2H6O，乙酸乙酯的化学式C4H8O2，观察二者的化学式不难看出二者无论怎样混合，其中C、O元素的物质的量之比总为2:1为定值。可变换为（C2O）nHm来表示混合物的平均组成，再依据关系式，即可求出氢的质量分数。解析过程如下：
设含氧的质量分数为x%，则：
（C2O）nHm ~ 2nc ~ nO
2n×12 n×16
54% x%
2n×12×x%=n×16×54%，x%=36%
故氢元素的质量分为：1-54%-36%=10%，故选答案B。
5.实验室制乙酸乙酯1 mL后，沿器壁加入紫色石蕊试液0.5 mL,这时石蕊试液将存在于饱和碳酸钠溶液层与乙酸乙酯层之间（整个过程不振荡）。对可能出现的现象，叙述正确的是（ ）
A.石蕊层仍为紫色，有机层无色
B.石蕊层为三层环，由上而下是红、紫、蓝
C.石蕊层有两层，上层为紫色，下层为蓝色
D.石蕊层为三层环，由上而下是蓝、紫、红
［答案］ B
［解析］ 上层酯层中由于混有乙酸而显红色；下层Na2CO3溶液使试液显蓝色；由于不振荡，中层仍呈紫色。
6.胆固醇是人体必须的生物活性物质，分子式为C27H46O，一种胆固醇酯是液晶材料，分子式为C34H50O2，生成这种胆固醇酯的羧酸是( )
A.C6H13COOH B.C6H5COOH
C.C7H15COOH D.C6H5CH2COOH
［答案］ B
［解析］ 胆固醇的分子式中只有一个氧原子，应是一元醇，而题给胆固醇酯只有两个氧原子，应为一元酯，据此可写出该酯化反应的通式（用M表示羧酸）：
C27H46O+MC34H50O2+H2O，再由质量守恒定律可求得该酸的分子式为C7H6O2。
7.某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的结构(除苯环外不含其他环)中不可能有( )
A.两个羟基 B.一个醛基
C.两个醛基 D.一个羧基
［答案］ D
［解析］ 本题考查的是由分子式判断有机物可能具有的结构简式。有机物C8H6O2可能的结构简式为：
等，故A、B、C选项不符合题意。如果含一个羧基，则另一个碳原子只能再形成一个环状结构。如：。故正确答案为D。
8.分子式为CnH2nO2的羧酸和某醇发生酯化反应生成分子式为Cn+2H2n+4O2的酯，反应所需羧酸和醇的质量比为1:1，则这种羧酸是( )
A.乙酸 B.丙酸 C.甲酸 D.乙二酸
［答案］ C
［解析］ 根据羧酸分子式CnH2nO2与酯的分子式Cn+2H2n+4O2的对比，可知与羧酸酯化的醇是乙醇；CnH2nO2+C2H6OCn+2H2n+4O2+H2O。因是一元羧酸与一元醇的酯化，其物质的量之比为1:1，根据已知其质量比为1:1，而乙醇的相对分子质量为46，可知此饱和一元羧酸的相对分子质量亦为46，则14n+32=46,所以n=1,因此为甲酸。故选C。
9.A是一种酯，分子式是C14H12O2；A可以由醇B跟羧酸C发生酯化反应得到；A不能使溴的CCl4溶液褪色；氧化B可得到C。
（1）写出A、B、C的结构简式：A ；B ；C 。
（2）写出B的两种同分异构体的结构简式（它们都可以跟NaOH溶液反应）： 。
［答案］ （1）
（2）
中任写两种
［解析］ 本题考查的是烃的衍生物之间的相互转化。氧化B可得到C，A又可由B、C得到，则B、C的碳原子数相同，都是7个。所以C为苯甲酸，A为苯甲酸苯甲酯。B为苯甲醇，它不溶于NaOH溶液，但它的同分异构体酚类物质却可以溶于NaOH溶液，所以B的两种同分异构体是酚类物质。
10.已知下面反应可以发生：
（1）若A、C都能发生银镜反应，则C6H12O2可能的结构简式有 种，分别为 。
（2）若A能发生银镜反应而C不能，则C6H12O2可能的结构简式有 种，分别为（写结构简式） 。
（3）若A、C都不能发生银镜反应，则C6H12O2可能的结构简式有 种，分别为（写结构简式） 。
（4）若A不能发生银镜反应，C氧化可得A，则C6H12O2可能的结构简式有 种，分别为（写结构简式） 。
［答案］ （1）4
（2）3
（3）2 CH3CH2COOCH(CH3)2
（4）1
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