第3章第4节第1课时羧酸讲义新教材2020-2021学年人教版(2019)高二化学选择性必修三（机构用）_高化_2025春-人教版高中化学_05新版高中化学选择性必修3_7.机构专用_讲义+习题（机构用）

第三章 烃的衍生物 第四节 羧酸 羧酸衍生物 第 1 课时 羧酸 学习导航 1. 能从羧基的成键方式的角度，了解羧酸的结构特点和分类，理解羧酸的化学性质及官能 团与反应类型之间的关系。 2.能根据酯化反应的原理优化乙酸乙酯制备的方案，提高乙酸乙酯的产率。 教学过程 一、羧酸的结构与分类 1．羧酸的组成和结构 (1)羧酸：由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物。官能团为—COOH 或 。 (2)通式：一元羧酸的通式为R—COOH，饱和一元羧酸的通式：C H O 或C H COOH。 n 2n 2 n 2n＋1 2．羧酸的分类 (1)按分子中烃基的结构分类 羧酸 (2)按分子中羧基的个数分类 羧酸 (3)按分子中烃基所含碳原子数多少分类 羧酸 3．常见的羧酸 典型羧酸 物理性质 主要用途 工业上可用作还原剂，是合 无色、有刺激性气味的液体，有 甲酸(蚁酸)HCOOH 成医药、农药和染料等的原 腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 料 苯甲酸(安息香酸) 无色晶体，易升华，微溶于水， 用于合成香料、药物等，其 易溶于乙醇 钠盐是常用的食品防腐剂 乙二酸(草酸) 无色晶体，通常含有两分子结晶 化学分析中常用的还原剂， HOOC—COOH 水，可溶于水和乙醇 也是重要的化工原料 4.羧酸的物理性质甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶。随着分子中碳原子数的增加，一 元羧酸在水中的溶解度迅速减小，甚至不溶于水，其沸点也逐渐升高。高级脂肪酸是不溶 于水的蜡状固体。羧酸与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，沸点较高，这与羧酸 分子间可以形成氢键有关。 二、羧酸的化学性质 羧酸的化学性质与乙酸相似，主要取决于官能团羧基。 1．酸性 由于—COOH能电离出H＋，使羧酸具有弱酸性，一元羧酸电离的方程式：RCOOH RCOO－＋H＋。 写出下列反应的化学方程式： (1)蜂、蝎子都会分泌蚁酸，被蜂、蝎子蛰咬可涂抹稀氨水、小苏打水缓解疼痛，上述反应 的化学方程式为HCOOH＋NH ·H O―→HCOONH ＋HO、HCOOH＋NaHCO ―→HCOONa 3 2 4 2 3 ＋HO＋CO↑。 2 2 (2)苯甲酸与烧碱反应可制取防腐剂苯甲酸钠，该反应的离子方程式为 ＋OH － ―→ ＋HO。 2 (3)设计实验，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱。 实验装置 有无色气体产生，说明酸性：乙酸＞碳酸； B装置现象及解释 方程式：2CHCOOH＋NaCO―→2CHCOONa＋CO↑＋HO 3 2 3 3 2 2 溶液变浑浊，说明酸性：碳酸＞苯酚 D装置的现象及解释 方程式： ＋CO＋HO―→ ＋NaHCO 2 2 3 C装置的作用 除去B中挥发的乙酸 实验结论 酸性：乙酸＞碳酸＞苯酚 2.酯化反应 (1)概念 羧酸和醇在酸催化下生成酯和水的反应叫酯化反应，属于取代反应。 (2)反应规律羧酸与醇发生酯化反应时，羧酸脱去羟基，醇脱去氢。如在浓硫酸催化作用下，醋酸与乙 醇(CHCH18OH)酯化反应的化学方程式为 3 2 3．“形形色色”的酯化反应 (1)一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的酯化反应 如：2CHCOOH＋HOCH CHOHCHCOOCH CHOOCCH ＋2HO。 3 2 2 3 2 2 3 2 (2)二元羧酸与二元醇的酯化反应 ①形成环状酯 ＋  ＋2HO。 2 ②形成高分子化合物——聚酯 nHOOC—COOH ＋ nHOCH CHOH ＋ (2n － 2 2 1)H O。 2 (3)含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)有机物的酯化反应，如乳酸( ) ①两分子酯化： ＋  ＋2HO。 2 ②羟基酸分子内脱水生成酯  ＋HO。 2 ③羟基酸自身聚合形成高分子化合物——聚酯  ＋(n－1)H O。 2 【归纳总结】 醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较 名称 乙醇 苯酚 乙酸 结构简式 CHCHOH CHCOOH 3 2 3 羟基氢原子的活泼性 不能电离 能电离 能电离――――――→ 酸性 中性 极弱酸性 弱酸性 与Na反应 反应放出H 反应放出H 反应放出H 2 2 2 与NaOH反应 不反应 反应 反应 与NaCO 反应 不反应 反应 反应 2 3 与NaHCO 反应 不反应 不反应 反应 3 由上表可知，常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOH>H CO> 2 3 >HCO>HO>ROH。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。 2 课时训练 1．某有机物的结构为 ，该有机物不可能具有的性质是 A．能跟羧酸、醇等反应 B．能使酸性KMnO 溶液褪色 4 C．能发生加聚反应 D．能发生消去反应 2．由C、H、O三种元素组成的某种有机物的简易球棍模型如图所示。下列关于该有机物的说法中，不正 确的是 A．分子式是C HO 3 6 2 B．能使紫色石蕊溶液变红 C．能发生酯化反应 D．不能和NaOH溶液反应 3．布洛芬片常用来减轻感冒症状，其结构简式如图，下列有关说法错误的是 A．布洛芬在苯环上发生取代反应，其一氯代物有4种 B．布洛芬与苯乙酸是同系物 C．1mol布洛芬最多能与3mol氢气发生加成反应 D．布洛芬的分子式为C H O 13 18 2 4．布洛芬是一种常见的解热镇痛药物，其结构式如图。下列说法错误的是A．铁粉存在下与溴反应，其可能的二溴代物有5种 B．能与乙醇发生酯化反应 C．能与NaHCO 溶液发生反应 3 D．光照条件下可与氯气发生取代反应 5．2020年3月24日，中国工程院院士、天津中医药大学校长张伯礼表示，中成药连花清瘟胶囊对于治疗 轻型和普通型的新冠肺炎有确切的疗效。其有效成分绿原酸的结构简式如图，下列有关绿原酸说法正确的 是 A．最多有7个碳原子共面 B．1mol绿原酸可消耗7mol NaOH C．不能与NaHCO 反应产生CO 3 2 D．能发生加成、取代、加聚、缩聚反应 6．下列说法正确的是 A．蛋白质是仅由碳、氢、氧、氮四种元素组成的物质 B．柴油、奶油、牛油它们所含的物质类别相同 C．分子式为C HO 且能与氢氧化钠溶液反应的物质有6种 4 8 2 D．聚合物( )，它是一种纯净物，可由单体CHCH=CH 和CH=CH 加聚制得 3 2 2 2 7．山梨酸是国际粮农组织和卫生组织推荐的高效安全的防腐保鲜剂，广泛应用于食品、饮料、烟草、农 药、化妆品等行业，它是一种无色针状晶体或白色粉末，它的结构简式为CH—CH=CH—CH=CH— 3 COOH。下列关于山梨酸的叙述不正确的 A．只要食品中添加的山梨酸符合国家要求，那么该食品可以放心食用 B．山梨酸能发生加成反应、取代反应、氧化反应 C．山梨酸的分子式为C HO，与乙酸互为同系物 6 8 2 D．1mol山梨酸能和足量碳酸氢钠溶液反应能生成1mol二氧化碳气体 8．某有机物A的分子式为C HO，下列有关分析正确的是 4 8 2 A．若A能与银氨溶液反应产生银镜，则A的结构有5种 B．若A遇NaHCO 溶液有气体生成，则A的结构有4种 3 C．若A有特殊香味且不溶于水，则A的结构有3种 D．若A遇稀硫酸能生成两种有机物，则A的结构有4种9．乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有橡胶的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示 意图和有关信息如下： 相对分子质量 密度/(g·cm-3) 沸点/℃ 水中溶解度 异戊醇 88 0.8123 131 微溶 乙酸 60 1.0492 118 溶 乙酸异戊酯 130 0.8670 142 难溶 实验步骤： 在A中加入4.4g的异戊醇，6.0g的乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片，开始缓慢加热A，回流50分钟， 反应液冷至室温后，倒入分液漏斗中，分别用少量水，饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，分出的产物加入少量 无水硫酸镁固体，静置片刻，过滤除去硫酸镁固体，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯 3.9g。回答下列问题： (1)装置B的名称是：___。 (2)在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是：___；第二次水洗的主要目的是：___。 (3)在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后___(填标号)。 A．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗上口倒出 B．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗下口放出 C．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出 D．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口放出 (4)本实验中加入过量乙酸的目的是：___。 (5)实验中加入少量无水硫酸镁的目的是：___。 (6)本实验的产率是：___。 A．40℅ B．50℅ C．60℅ D．70℅ (7)在进行蒸馏操作时，若从130℃开始收集馏分，产率偏___(填高或者低)，原因是___。 10．聚乙烯醇肉桂酸酯(M)可用作光刻工艺中的抗腐蚀涂层，其合成路线如下：已知：R -CHO+R -CHCHO 1 2 2 (1)C是一种常用塑料的成分，它的名称为_______，M中的含氧官能团的名称为_______。 (2)E的分子式为_______；E→F的反应类型为_______。 (3)写出下列转化的化学方程式B→C：_______；G与新制氢氧化铜在加热条件下的反应：_______。 (4)M与NaOH溶液共热可发生水解反应，写出该步的化学方程式_______。 (5)满足下列条件的F的同分异构体有_______种，写出其中苯环上一氯代物只有两种的有机物的结构简式 _______(写出一种即可)。 ①属于芳香族化合物；②能发生水解反应和银镜反应。 答案解析 1．D 【详解】 A．含有羧基和醇羟基，可以和醇、羧酸发生酯化反应，A不符合题意； B．含有碳碳双键，可以被酸性KMnO 溶液氧化，使其褪色，B不符合题意； 4 C．含有碳碳双键，可以发生加聚反应，C不符合题意； D．与羟基相连的碳原子的邻位碳原子位于苯环上，不能发生消去反应，D符合题意； 综上所述答案为D。 2．D 【详解】 A．根据球棍模型可知分子式是C HO，故A正确； 3 6 2B．该物质中含有-COOH，具有酸性能使紫色石蕊溶液变红，故B正确； C．该物质中含有-COOH，能与醇发生酯化反应，故C正确； D．该物质中含有-COOH，具有酸性，可以和NaOH溶液发生中和反应，故D错误； 故选D。 3．A 【详解】 A．结构对称,则布洛芬在苯环上发生取代反应，其一氯代物有2种， A错误； B． 布洛芬与苯乙酸结构上相似：均含1个苯环、1个羧基，分子组成相差5个CH 原子团，因而互为同 2 系物， B正确； C．能与氢气发生加成反应的只有苯环，则1mol 布洛芬最多能与3mol氢气发生加成反应， C正确； D．由结构简式可以知道布洛芬的分子式为C H O， D正确； 13 18 2 答案为A。 4．A 【详解】 A．铁粉存在下与溴反应，其可能的二溴代物有： 、 、 、 ，共4种， A项错误； B．布洛芬中含有羧基，能与乙醇发生酯化反应，B项正确； C．布洛芬中含有羧基，能与NaHCO 溶液发生反应，C项正确； 3 D．光照条件下，除了苯环和羧基上的H原子，其他的H原子都可以与氯气发生取代反应，D项正确； 答案选A。 5．D 【详解】 A．根据绿原酸结构，绿原酸中含有苯环，苯环中所有碳原子共平面，绿原酸中含有碳碳双键，与碳碳双 键相连的原子共平面，结构中含有酯基，与酯基相连的六元碳环上有1个碳原子与酯基共平面，故最多有 10个碳原子共平面，A项错误； B．绿原酸中含有1个酯基、1个羧基、2个酚羟基，故1mol绿原酸可以和4mol NaOH发生反应，B项错 误； C．绿原酸结构中含有1个羧基，可以与NaHCO 反应产生CO，C项错误； 3 2 D．绿原酸中含有双键，可以发生加成、加聚反应，含有酯基和苯环，可以发生取代反应，含有酚羟基可 以反生缩聚反应，D项正确； 答案选D。 6．C【详解】 A．蛋白质中除含有C、H、N、O四种元素外，还可能含有S、P等元素，选项A错误； B．柴油是烃类物质，奶油、牛油是饱和高级脂肪酸甘油酯，属于酯类，它们所含的物质类别不相同，选 项B错误； C．对于羧酸而言，根据羧基位置异构可以得到两种丁酸；根据酯基位置异构和碳链异构可得：甲酸丙酯2 种(丙基2种异构)、乙酸乙酯1种、丙酸甲酯1种，共6种，选项C正确； D．聚合物( )可由单体CHCH=CH 和CH=CH 加聚制得，但该聚合物为混合 3 2 2 2 物，选项D错误； 答案选C。 7．C 【详解】 A．山梨酸为高效安全的防腐保鲜剂，在规定的使用量之内，可放心使用，故A正确； B．含有碳碳双键，可发生加成、氧化反应，含有羧基，可发生取代反应，故B正确； C．山梨酸的分子式为C HO，但分子结构中含有碳碳双键，与乙酸的结构不相似，不能称为同系物，故C 6 8 错误； D．含有羧基，具有酸性，1mol山梨酸能和足量碳酸氢钠溶液反应能生成1 mol二氧化碳气体，故D正 确； 故答案为C。 8．D 【详解】 该分子中不饱和度=(4×2+2-8)/2=1，说明该分子中含有一个碳碳双键或碳氧双键或一个碳环。 A．分子式为C HO 能发生银镜反应，说明含有醛基，则可能为甲酸丙酯，甲酸有1种，丙醇有2种，甲 4 8 2 酸丙酯共2种；可能为羟基醛，丁醛有2种，羟基丁醛有5种：CH(OH)CHCHCHO、 2 2 2 CHCH(OH)CH CHO、CHCHCH(OH)CHO，CH(OH)CH(CH )CHO、(CH)C(OH)CHO；可能为醚醛，醚 3 2 3 2 2 3 3 醛有3种：CHOCH(CH )CHO、CHCHOCH CHO、CHOCH CHCHO，所以共有10种，故A错误； 3 3 3 2 2 3 2 2 B．能和碳酸氢钠反应生成气体，说明含有羧基，可能是丁酸、2-甲基丙酸，同分异构体有2种，故B错 误； C．若A有特殊香味且不溶于水，说明该物质中含有酯基，可能是甲酸丙酯、甲酸异丙酯、乙酸乙酯、丙 酸甲酯，所以同分异构体有4种，故C错误； D．若A在稀硫酸催化下加热进行反应能生成两种有机物，说明A是酯，根据C项分析可知有4种同分异 构体，故D正确； 故选D。 9．球形冷凝管 洗掉大部分浓硫酸和醋酸 洗掉碳酸氢钠 D 提高异戊醇的转化率 干燥 C 高 会收集到少量未反应的异戊醇 【分析】 本实验中，现在在A中加入4.4g的异戊醇，6.0g的乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片，开始缓慢加热 A，回流50分钟，反应液冷至室温后，倒入分液漏斗中，分别用少量水洗涤以洗去浓硫酸和浓硝酸，饱和 碳酸氢钠溶液可以除去未反应的醋酸，同时降低酯的溶解度便于分层进行分液分离，得到的酯中混有饱和 碳酸氢钠溶液，故需要进行第二次水洗涤以除去碳酸氢钠，分出的产物加入少量无水硫酸镁固体进行干 燥，静置片刻，过滤除去硫酸镁固体，便得到异戊醇、乙酸异戊酯和乙酸的混合物，然后在进行蒸馏纯 化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯3.9g，根据产物的质量即可求出该反应的产率，据此分析解题。【详解】 (1)装置B是球形冷凝管，由于异戊醇、乙酸都是易挥发的物质，为使反应能充分进行，要用冷凝管冷凝回 流，故答案为：球形冷凝管； (2)反应后的溶液要经过多次洗涤，在洗涤操作中，第一次洗涤的主要目的是除去大部分催化剂硫酸和醋 酸；第一步中饱和碳酸氢钠溶液既可以除去未洗净的醋酸，也可以降低酯的溶解度，但第一步洗涤后生成 的酯中混有碳酸氢钠，所以第二次水洗，主要目的是除去产品中残留的碳酸氢钠，故答案为：洗掉大部分 硫酸和醋酸；洗掉碳酸氢钠； (3)由于酯的密度比水小，二者互不相溶，因此水在下层，酯在上层；分液时，要先将水层从分液漏斗的下 口放出，待到两层液体界面时关闭分液漏斗的活塞，再将乙酸异戊酯从上口放出，所以正确的为d，故答 案为：d； (4)酯化反应是可逆反应，增大反应物的浓度可以使平衡正向移动；增加一种反应物的浓度，可以使另一种 反应物的转化率提高，因此本实验中加入过量乙酸的目的是提高提高异戊醇的转化率，故答案为：提高异 戊醇的转化率； (5)实验中加入少量无水硫酸镁的目的是吸收酯中少量的水分，对其进行干燥，故答案为：干燥乙酸异戊 酯； (6)乙酸的物质的量为：n= =0.1mol，异戊醇的物质的量为：n= =0.05mol，由于乙酸和 异戊醇是按照1：1进行反应，所以乙酸过量，生成乙酸异戊酯的量要按照异戊醇的物质的量计算，即理论 上生成0.05mol乙酸异戊酯；实际上生成的乙酸异戊酯的物质的量为 =0.03mol，所以实验中乙 酸异戊酯的产率为： ×100%=60%，故答案为：60%； (7)在进行蒸馏操作时，若从130℃便开始收集馏分此时的蒸气中含有异戊醇，会收集少量的未反应的异戊 醇，因此会导致产率偏高，故答案为：高；会收集少量未反应的异戊醇。 10．聚氯乙烯 酯基 C HO 加成反应 nCH=CHCl 7 6 2 +2Cu(OH) +NaOH +Cu O↓+3HO 2 2 2 +nNaOH n + 14种 或 或 【分析】 根据化合物D的结构逆推可知C是 ；B发生加聚反应产生C，则B是CH=CHCl；A与HCl 2 发生加成反应产生B，则A是CH≡CH。根据D、M结构不同，可知H与D发生酯化反应产生M，所以H 结构简式是 ；G与新制Cu(OH) 发生氧化反应产生H，则G是 2；F与浓硫酸共热发生消去反应产生G，则F是 ；E与 CHCHO发生信息的加成反应产生F，可知E是 。然后根据物质性质分析解答。 3 【详解】 根据上述分析可知：A是CH≡CH，B是CH=CHCl，C是 ，E是 ，F是 2 ，G是 ，H结构简式是 。 (1)C是 ，名称为聚氯乙烯； M是 ，其中的含氧官能团是—COO—，名称为酯基； (2)E结构简式是 ，分子式是C HO； 7 6 E及CHCHO分子中都含有醛基，在一定条件下发生醛基的加成反应产生 ，故 3 E→F的反应类型为加成反应； (3)B是CH=CHCl，分子中含有不饱和的碳碳双键，在一定条件下发生加聚反应产生 ，故 2 B→C的化学方程式为nCH=CHCl ； 2 G是 ，分子中含有醛基，具有强的还原性，在加热条件下，醛基被新制Cu(OH) 氧 2 化为羧基，由于溶液为碱性，反应产生羧酸钠盐，则G与新制氢氧化铜在加热条件下的反应方程式为： +2Cu(OH) +NaOH +Cu O↓+3HO； 2 2 2 (4)M分子中含有酯基，在碱性条件下水解，产生 与 ，该反应的化学方程式为： +nNaOH n + ； (5)F是 ，其同分异构体满足条件：①属于芳香族化合物，说明含有苯环；②能发生 水解反应和银镜反应，说明含有酯基和醛基。如果取代基为HCOOCH CH-有1种结构；如果取代基为 2 2 HCOOCH(CH )-有1种结构；如果取代基为HCOO-和-CHCH 有邻、间、对3种结构；如果取代基为 3 2 3 HCOOCH -和-CH 有、邻、间对3种结构；如果取代基为HCOO-和两个-CH，两个甲基位于相邻位置，有 2 3 3 2种结构；如果两个甲基位于间位，有3种结构；如果两个甲基位于对位，有1种结构，故符合条件的同 分异构体共有：1+1+3+3+2+3+1=14种。若其中的同分异构体的苯环上一氯代物只有两种，说明在苯环上 有2种不同位置的H原子，该有机物的结构简式为： 或 或 。