《课时2.4.1 羧酸》自主学案

学而优·教有方PAGEPAGE1课时2．4．1羧酸自主学案【课标要求】1．认识羧酸的组成和结构特点、性质、转化关系；2．知道羧酸在生产、生活中的重要应用。【核心素养】宏观辨识与微观探析：能从官能团的角度理解羧酸的性质。探究学习一羧酸概述1．羧酸的概念(1)概念：分子由烃基(或氢原子)和羧基相连而组成的有机化合物称为羧酸。(2)官能团：羧酸官能团名称为羧基，结构简式是或—COOH。2．羧酸的分类答案CH3COOHHCOOHCH3CH2COOHCH2CHCOOH3．饱和一元脂肪酸通式饱和一元脂肪酸的通式可写成CnH2nO2或CnH2n＋1COOH。4．命名如：名称为4-甲基-3-乙基戊酸。5．羧酸的物理性质(1)水溶性：分子中碳原子数在4个以下的羧酸能与水互溶。随碳链增长，羧酸在水中的溶解度迅速减小。(2)熔、沸点：比相同碳原子数的醇的沸点高，原因是羧酸分子之间更容易形成氢键。6．常见的羧酸甲酸苯甲酸乙二酸俗名蚁酸安息香酸草酸结构简式HCOOH色、态、味无色液体、刺激性气味白色针状晶体、易升华无色透明晶体溶解性易溶于水、有机溶剂微溶于水、易溶于有机溶剂能溶于水、乙醇用途工业还原剂、医疗消毒剂食品防腐剂化工原料【理解应用】1．有机化合物CH3—CH2—CH3的名称是()A．2-甲基-3-乙基丁酸B．2,3-二甲基戊酸C．3,4-二甲基戊酸 D．3，4-二甲基丁酸【答案】B2．下列关于羧酸的说法错误的是()A．羧酸是烃基(或氢原子)与羧基相连的有机物B．组成最简单的羧酸能与银氨溶液反应C．分子式为C5H10O2的羧酸有4种D．一元羧酸如乙酸的沸点比相对分子质量相近的一元醇如1-丙醇的沸点低【答案】D【解析】A项，羧酸结构可表示为R—COOH，R—为烃基或氢原子，A正确；组成最简单的羧酸为HCHO，具有醛基和羧基的性质，故B正确；C项，C5H10O2可写为C4H9—COOH，C4H9—有4种，故其羧酸类有机物有4种，C正确；D项，一元羧酸分子中有两个氧原子，羰基氧原子与羟基氢原子、羟基氢原子与羟基氢原子间能形成氢键，而一元醇分子中有一个氧原子，羧酸分子形成氢键的机会比相对分子质量相近的醇多，一元羧酸的沸点高于相对分子质量相近的一元醇的沸点，D项错误。【反思总结】(1)甲酸中既含有羧基，又含有醛基，既有羧酸性质，又有醛的性质。(2)饱和一元羧酸CnH2n＋1COOH同分异构体书写。先写CnH2n＋2的碳骨架异构，再写—COOH的位置异构。探究学习二、羧酸的化学性质1．预测丙酸的化学性质丙酸分子的结构式如下，联系前面所学醇、醛、酮等知识，请推测其可能发生的反应类型。2．羧酸的化学性质(以丙酸为例)(1)弱酸性：羧酸中的羟基由于受碳氧双键影响，与醇、酚比较更容易断裂，在水溶液中可部分电离显弱酸性。①与NaHCO3反应：CH3CH2COOH＋NaHCO3→CH3CH2COONa＋H2O＋CO2↑。②与NH3反应：CH3CH2COOH＋NH3→CH3CH2COONH4。(2)羟基的取代反应(C—O断裂)①与乙醇的酯化：CH3CH2COOH＋CH3CH2OHCH3CH2COOC2H5＋H2O。②与NH3反应(加热条件下生成酰胺，羟基被—NH2取代)：CH3CH2COOH＋NH3eq\o(→,\s\up7(△))＋H2O。(3)α-H(与官能团相邻的C—H)的取代反应(在催化剂存在下与Cl2反应α-H被取代)：CH3CH2COOH＋Cl2＋HClCl。(4)羧基的还原反应一般情况下，羧基很难被还原，但强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)可将羧基还原，羧酸还原为相应的醇。CH3CH2COOHCH3CH2CH2OH。【总结】羧基由羰基和羟基组成，由于官能团之间的相互影响，使得羧酸的性质并不是羟基化学性质和羰基化学性质的简单相加。【思考】如何通过实验证明乙酸、碳酸、苯酚的酸性强弱？提示：实验装置如图所示。乙酸与Na2CO3反应，放出CO2气体，说明乙酸的酸性比碳酸强；将产生的CO2气体通入苯酚钠溶液中，生成苯酚，溶液变浑浊，说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下：2CH3COOH＋Na2CO3→2CH3COONa＋CO2↑＋H2OCO2＋H2O＋C6H5ONa→C6H5OH＋NaHCO3【理解应用】3．(2021新疆石河子高二期末)某有机化合物的结构简式为。足量的Na、NaOH、NaHCO3分别与等物质的量的该物质反应时，消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为()A．3∶3∶3B．3∶2∶1C．1∶1∶1 D．3∶2∶2【答案】B【解析】该有机物中含有酚羟基、醇羟基、羧基，具有酚、羧酸、醇的性质，能和Na反应的官能团是醇羟基、酚羟基和羧基，能和NaOH反应的是酚羟基和羧基，能和碳酸氢钠反应的只有羧基，所以Na、NaOH、NaHCO3分别与等物质的量的该物质反应时，消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3∶2∶1，故B正确。【反思归纳】醇、酚、羧酸中羟基性质的比较含羟基的物质比较内容醇酚羧酸羟基上氢原子活泼性eq\o(→,\s\up7(逐渐增强))在水溶液中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【变式I】已知某有机物的结构简式为。请回答下列问题：(1)当和________________反应时，可转化为(2)当和________________反应时，可转化为(3)当和________________反应时，可转化为【答案】(1)NaHCO3(2)NaOH(或Na2CO3)(3)Na【解析】首先判断出该有机物所含官能团为羧基(—COOH)、酚羟基(—OH)和醇羟基(—OH)，然后判断各官能团活泼性：羧基＞酚羟基＞醇羟基，最后利用官能团的性质解答。由于酸性：—COOH＞H2CO3＞＞HCOeq\o\al(－,3)，所以(1)中应加入NaHCO3，只与—COOH反应；(2)中加入NaOH或Na2CO3，与酚羟基和—COOH反应；(3)中加入Na，与三种官能团都反应。【易错警示】由酸性—COOH＞H2CO3＞＞HCOeq\o\al(－,3)知：(1)醇与NaOH溶液、Na2CO3溶液和NaHCO3溶液不反应；(2)酚与NaHCO3溶液不反应，但与Na2CO3溶液反应，并不生成CO2，而生成NaHCO3。(3)羧酸能与NaHCO3溶液及少量Na2CO3溶液反应放出CO2气体。4．(2020·山东三市高二联考)用一种试剂就能鉴别乙醇、乙酸、乙醛、甲酸四种物质。该试剂可以是()A．银氨溶液B．溴水C．碳酸钠溶液 D．新制氢氧化铜悬浊液【答案】D【解析】乙醛和甲酸中都含有醛基，银氨溶液不能鉴别二者，A项错误；溴水不能鉴别乙醇和乙酸，且溴水与乙醛、甲酸都发生氧化还原反应，不能鉴别，B项错误；碳酸钠溶液不能鉴别乙醇、乙醛，且与乙酸、甲酸都反应生成气体，也不能鉴别，C项错误；乙醇与新制氢氧化铜悬浊液不反应，无明显现象，乙酸与新制氢氧化铜悬浊液发生中和反应，沉淀溶解，乙醛与新制氢氧化铜悬浊液在加热条件下发生氧化还原反应生成砖红色沉淀，甲酸与新制氢氧化铜悬浊液发生中和反应，沉淀溶解，在加热条件下发生氧化还原反应生成砖红色沉淀，可鉴别，D项正确。【警示】甲酸分子中含有醛基，具有醛基和羧基的性质。【变式2】某甲酸溶液中可能存在着甲醛。下列操作能证明的是()A．加入新制Cu(OH)2悬浊液加热，有红色沉淀产生，证明一定存在甲醛B．能发生银镜反应，证明含甲醛C．试液与足量NaOH溶液混合，其蒸馏产物可发生银镜反应，则有甲醛D．先将试液充分进行酯化反应，收集生成物进行银镜反应，有银镜产生，则含甲醛【答案】C【解析】A项，甲酸、甲醛都含有醛基，加入新制的Cu(OH)2悬浊液加热，都会发生氧化反应，产生红色沉淀，因此不能证明一定存在甲醛，错误；B项，甲酸、甲醛都含有醛基，都能发生银镜反应，因此不能证明含甲醛，错误；C项，试液与足量NaOH溶液混合，甲酸与NaOH发生反应产生盐HCOONa，然后加热蒸馏，盐的沸点高，不能蒸出，若其蒸馏产物可发生银镜反应，则有甲醛，正确；D项，先将试液充分进行酯化反应，甲酸产生的甲酸某酯含有醛基，也可以发生银镜反应，因此收集生成物进行银镜反应，有银镜产生，不能证明含甲醛，错误。探究学习三酯化反应的原理及类型1．反应原理(1)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。＋H—18OR′。(2)反应中加浓H2SO4的作用反应中浓H2SO4除了做催化剂外，还有一个作用为做吸水剂，从而使平衡正向移动。(3)酯化反应为可逆反应，提高产率的方法：增大某一反应物的用量或减小某一生成物的浓度，使平衡向生成酯的方向移动。2．基本类型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反应。R—COOH＋R′—CH2OH。(2)一元羧酸与二元醇的酯化反应。2CH3COOH＋＋2H2O。(3)二元羧酸与二元醇的酯化反应。①反应生成普通酯：HOOC—COOCH2—CH2OH＋H2O。②反应生成环酯：＋2H2O。【理解应用】5．(2018·海南高考)实验室常用乙酸与过量乙醇在浓硫酸催化下合成乙酸乙酯。下列说法正确的是()A．该反应的类型为加成反应B．乙酸乙酯的同分异构体共有三种C．可用饱和碳酸氢钠溶液鉴定体系中是否含有未反应的乙酸D．该反应为可逆反应，增加乙醇的量可提高乙酸的转化率【答案】D【解析】A项，酯化反应属于取代反应，错误；B项，乙酸乙酯中具有酯类的同分异构体有：甲酸丙酯、甲酸异丙酯和丙酸甲酯，另外还存在不属于酯类的同分异构体，故不止三种，错误；C项，酯化反应中浓硫酸作催化剂，故反应后的混合溶液中存在硫酸，若加入NaHCO3溶液，肯定会产生CO2，无法说明是否存在乙酸，错误；D项，增加可逆反应中的一种反应物，另一种反应物的转化率会提高，正确。6．分枝酸可用于生化研究，其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述不正确的是()A．分子中含有3种含氧官能团B．可发生取代、加成、消去、加聚等反应C．该物质的分子式为C10H10O6D．1mol分枝酸最多可与3molNaOH发生中和反应【答案】D【解析】A项，该物质中含氧官能团是羧基、醇羟基、醚键三种，正确；B项，该物质中含有碳碳双键、羧基、醇羟基、醚键，能发生取代反应、加成反应、加聚反应、氧化反应、中和反应、消去反应、酯化反应等，正确；C项，根据结构简式可确定分子式为C10H10O6，正确；D项，因为分子中只有2个羧基，所以1mol分枝酸最多可与2molNaOH发生反应，错误。7．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可发生如图所示的反应。试写出：(1)化合物A、B、D的结构简式：A_____________________，B_____________________，D_____________________。(2)化学方程式：A→E________________________________________________________________________，A→F________________________________________________________________________。(3)反应类型：A→E__________，A→F_____________________________________。【答案】(1)(2)H2CCHCOOH＋H2O2＋2H2O(3)消去反应取代反应(或酯化反应)【解析】A在浓硫酸存在下既能和乙醇反应，又能和乙酸反应，说明A中既有羧基又有羟基，A催化氧化的产物不能产生银镜反应，说明羟基不在碳链的端点，根据A的化学式，可推知A的结构简式为，根据反应条件可知B为、D为、E为H2C=CHCOOH、F为。【基础过关】1．下列说法正确的是()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中的羟基，醇脱去羟基中的氢原子生成水C．浓硫酸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，可以将酯蒸气通过导管伸入饱和碳酸钠溶液的液面下，再用分液漏斗分离【答案】B【解析】A项，HBr＋C2H5OHeq\o(→,\s\up7(△),\s\do5())C2H5Br＋H2O不是酯化反应；C项，酯化反应中浓硫酸起催化剂、吸水剂作用；D项，导管口应该在饱和碳酸钠溶液的液面以上，以防止倒吸。2．要使有机化合物转化为，可选用的试剂是()A．NaB．NaHCO3C．NaCl D．NaOH【答案】B【解析】酸性强弱顺序为—COOH>H2CO3>＞HCOeq\o\al(－,3)，NaHCO3仅能与—COOH反应生成—COONa，不能和酚羟基反应。3．已知咖啡酸的结构如图所示。关于咖啡酸的描述正确的是()A．分子式为C9H5O4B．1mol咖啡酸最多可与5mol氢气发生加成反应C．与溴水既能发生取代反应，又能发生加成反应D．能与Na2CO3溶液反应，但不能与NaHCO3溶液反应【答案】C【解析】A项，根据咖啡酸的结构简式可知其分子式为C9H8O4，错误；B项，苯环和碳碳双键能够与氢气发生加成反应，而羧基有独特的稳定性，不能与氢气发生加成反应，所以1mol咖啡酸最多可与4mol氢气发生加成反应，错误；C项，咖啡酸分子中含有碳碳双键，可以与溴水发生加成反应；含有酚羟基，可以与溴水发生取代反应，正确；D项，咖啡酸含有羧基，能与Na2CO3溶液、NaHCO3溶液发生反应，错误。4．酸与醇发生酯化反应的过程如下:R—O—H++H2O下列说法不正确的是()A．①的反应类型是加成反应B．②的反应类型是消去反应C．若用R18OH作反应物,产物可得H218OD．酯化过程中,浓硫酸有利于②的过程【答案】C【解析】反应①的羧酸的羧基中羰基与醇发生加成反应,故A项正确;反应②中两个羟基同时连在同一碳原子上发生消去反应脱水,故B项正确;根据酯化反应的过程,若用R18OH作反应物,产物是R'CO18OR和H2O,故C项错误;酯化过程中,浓硫酸吸收了反应生成的水,使反应朝着有利于生成更多的R'COOR的方向移动,有利于②的过程,故D项正确。5．某药物的合成“片段”如下：下列说法错误的是()A．X、Y、Z的含碳官能团种类不同B．X生成Y的试剂和条件是“乙醇，浓硫酸，加热”C．等量X分别与足量钠、碳酸氢钠反应产生H2、CO2的体积在相同条件下之比为1∶2D．该变化过程中涉及的反应类型有酯化反应和消去反应【答案】C【解析】X中含碳官能团是羧基，Y中含碳官能团是酯基，Z中含碳官能团是碳碳双键和酯基，则这三种物质的含碳官能团种类不同，故A正确；X和乙醇发生酯化反应生成Y，需要的试剂和条件是“乙醇，浓硫酸，加热”，故B正确；X中醇羟基和羧基都能与钠反应生成氢气，只有羧基能和碳酸氢钠反应生成二氧化碳，假设1molX完全与足量的钠、碳酸氢钠反应，则生成氢气、二氧化碳的物质的量分别是1mol、1mol，二者在相同条件下的体积之比为1∶1，故C错误。6．下列有关两种化合物结构或性质的描述正确的是()A．两种物质的分子式均为C10H14O2,互为同分异构体B．两种物质均能发生加成和取代反应C．两种物质都含有甲基、苯环和羧基D．两种物质都含有碳碳双键,因此都能使溴的四氯化碳溶液褪色【答案】B【解析】二者分子式都是C10H12O2,二者分子式相同结构不同,属于同分异构体,A项错误;苯环能发生加成反应、羧基和酯基能发生取代反应,所以两种物质均能发生加成和取代反应,B项正确;Ⅱ中含有酯基、Ⅰ中含有羧基,C项错误;两种物质中都不存在碳碳双键,不能和溴发生加成反应,D项错误。【素养提升】7．已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸(C3H6O3)。(1)取9g乳酸与足量的金属Na反应，可生成2．24LH2(标准状况)，另取等量乳酸与足量的乙醇反应，生成0．1mol乳酸乙酯和1．8g水，由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为________。(2)乳酸在Cu做催化剂时可被氧化成丙酮酸，由以上事实推知乳酸的结构简式为__________________。(3)两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环酯(C6H8O4)，则此环酯的结构简式是________________________________________________________________________。(4)乳酸在浓H2SO4作用下，三分子相互反应，生成链状结构的物质，写出其生成物的结构简式：________________________________________________________________________。【解析】根据乳酸的分子式，可求出其相对分子质量为90，9g乳酸为0．1mol,1．8gH2O为0．1mol。0．1mol乳酸与