2024高中化学专题4烃的衍生物第三单元第2课时羧酸的性质和应用教案苏教版选修5

PAGE13-第2课时羧酸的性质和应用[明确学习目标]1.知道羧酸的结构特点及简洁分类。2.能够以乙酸为代表物，驾驭羧酸的性质及用途。3.驾驭酯的水解反应原理。一、乙酸和甲酸的结构和性质1．乙酸(1)组成和结构(2)性质①酸的通性乙酸是一种eq\o(□,\s\up3(05))弱酸，酸性比碳酸eq\o(□,\s\up3(06))强。电离方程式为：eq\o(□,\s\up3(07))CH3COOHCH3COO－＋H＋。②酯化反应如乙酸与乙醇的反应eq\o(□,\s\up3(11))CH3COOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up15(浓H2SO4),\s\do15(△))CH3COOC2H5＋H2O。2．甲酸(1)组成和结构(2)羧基的性质①与NaOH反应生成HCOONa，化学方程式为：eq\o(□,\s\up3(17))HCOOH＋NaOH=HCOONa＋H2O。②与乙醇发生酯化反应，化学方程式为：eq\o(□,\s\up3(18))HCOOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up15(浓H2SO4),\s\do15(△))HCOOCH2CH3＋H2O。(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eq\o(□,\s\up3(19))HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHeq\o(→,\s\up15(△))Cu2O↓＋Na2CO3＋4H2O。二、羧酸的概念及分类、性质1．概念：由烃基(或氢原子)和eq\o(□,\s\up3(01))羧基相连的化合物。2．一元羧酸的通式：eq\o(□,\s\up3(02))R—COOH，官能团eq\o(□,\s\up3(03))—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4．化学性质(1)酸性羧酸都具有酸性，但分子中烃基不同，酸性也不同。对于饱和一元羧酸，随着碳原子数增多，酸性渐渐减弱。(2)酯化反应羧酸都可以发生酯化反应：三、缩聚反应1．有机化合物分子间脱去eq\o(□,\s\up3(01))小分子获得eq\o(□,\s\up3(02))高分子化合物的反应称为缩聚反应。发生缩聚反应时，单体中应含有多个eq\o(□,\s\up3(03))官能团。2．对苯二甲酸与乙二醇发生酯化反应可生成高分子化合物聚对苯二甲酸乙二酯和水，反应方程式为3．缩聚反应与加聚反应的区分(1)相同点：都是由小分子生成高分子化合物的反应。(2)不同点：加聚反应没有eq\o(□,\s\up3(05))小分子生成，而缩聚反应除了生成高分子化合物外，还有eq\o(□,\s\up3(06))小分子生成。1．饱和一元脂肪羧酸与哪些不同类别的有机物互为同分异构体？提示：饱和一元脂肪羧酸的通式为CnH2nO2，符合该通式的有机物还有饱和一元脂肪羧酸与饱和一元脂肪醇所形成的酯、含有一个羟基的饱和一元脂肪醛、含有一个羟基的饱和一元脂肪酮、环烷二醇、含有一个碳碳双键的二元脂肪醇等，当它们的碳原子数相同时，互为同分异构体。例如，CH3CH2CH2COOH、CH3COOCH2CH3、HOCH2CH2CH2CHO、HOCH2CH=CHCH2OH等均符合通式CnH2nO2，由于上述物质中的碳原子数相等，故它们互为同分异构体。2．为什么酯在碱性条件下的水解程度比在酸性条件下大？提示：酯在酸性条件下的水解反应是酯化反应的逆反应，酯水解时的断键位置如下所示：酯在酸性条件下的水解反应是可逆的，其水解产物是醇和酸，在碱性条件下，酯水解生成的酸会与碱发生中和反应，使酯的水解平衡正向移动，最终使酯的水解反应进行究竟。一、羟基的活性比较醇、酚、羧酸的结构中均有—OH，可分别称为“醇羟基”“酚羟基”和“羧羟基”。由于与—OH相连的基团不同，故—OH受相连基团的影响也不同。这些羟基上的氢原子的活性也就不同，表现在性质上也就有较大差异。详细比较如下表：[对点练习]1．确定乙酸是弱酸的依据是()A．乙酸可以和乙醇发生酯化反应B．乙酸钠的水溶液显碱性C．乙酸能使石蕊试液变红D．Na2CO3中加入乙酸产生CO2答案B解析乙酸钠的水溶液呈碱性，说明乙酸钠是强碱与弱酸形成的盐。2．某有机物A的结构简式如下所示：(1)当和_________________反应时，A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解析首先视察推断A中有哪些官能团：含羧基(—COOH)、酚羟基(—OH)和醇羟基(—OH)；再推断各官能团的活性：—COOH>酚羟基>醇羟基，然后利用官能团性质解答。由于酸性—COOH>H2CO3>C6H5OH>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。二、乙酸乙酯的制备试验1．试验原理CH3COOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(△))CH3COOCH2CH3＋H2O2．试验装置3．反应特点4．反应条件及其目的(1)加热的主要目的是提高反应速率，其次是使生成的乙酸乙酯挥发出来便于收集，使平衡向正反应方向移动，提高乙醇、乙酸的转化率。(2)加入浓硫酸的目的：一是可以作催化剂，提高反应速率；二是可以作吸水剂，提高乙酸、乙醇的转化率。(3)可适当增加乙醇的量，并增加冷凝回流装置，以提高乙酸乙酯的产率。5．留意事项(1)加入试剂的依次：乙醇→浓硫酸→冰醋酸。(2)用盛有饱和Na2CO2溶液的试管收集生成的乙酸乙酯，一是中和蒸发出来的乙酸、溶解蒸发出来的乙醇；二是降低乙酸乙酯的溶解度，有利于酯的分别。(3)为防止倒吸，导管不能插入到Na2CO3溶液中。(4)加热时要用小火匀称加热，防止乙醇和乙酸大量挥发、液体猛烈沸腾。(5)装置中的长导管起导气和冷凝作用。(6)充分振荡收集产物的试管，然后静置，待液体分层后，分液得到的上层液体即乙酸乙酯。[对点练习]3．乙酸乙酯是重要的有机合成中间体，广泛应用于化学工业。试验室可以用如图所示装置制备乙酸乙酯。(1)该反应的化学方程式为____________________________，装置中干燥管的作用是____________________。(2)为证明浓硫酸在该反应中起到了催化剂和吸水剂的作用，某同学利用如图所示装置进行了以下4个试验。试验起先时先用酒精灯微热3min，再加热使之微微沸腾3min。试验结束后充分振荡试管Ⅱ再测有机层的厚度，试验记录如下：①试验D的目的是与试验C相比照，证明H＋对酯化反应具有催化作用。试验D中应加入盐酸的体积和浓度分别是________mL和________mol/L。②分析试验________(填试验编号)的数据，可以推想出浓硫酸的吸水性提高了乙酸乙酯的产率。浓硫酸的吸水性能够提高乙酸乙酯产率的缘由是______________________________________________________。③加热有利于提高乙酸乙酯的产率，但试验发觉温度过高乙酸乙酯的产率反而降低，可能的缘由是________________________________________________________。答案(1)CH3COOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(△))CH3COOCH2CH3＋H2O防止倒吸(2)①66②A、C浓硫酸可以汲取酯化反应中生成的水，降低了生成物的浓度，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动③大量乙酸、乙醇未经反应就脱离反应体系；温度过高发生其他反应解析试管Ⅱ中有机层的厚度大，说明反应生成的乙酸乙酯多，产率大。试验D和试验C的目的相同，应使反应的条件相同，即两种酸的体积和c(H＋)相同。A、C试验中n(H＋)相同，但A试验所得到的乙酸乙酯多，缘由在于A试验中运用的是浓硫酸，浓硫酸能汲取反应生成的水，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动。乙酸和乙醇都是易挥发的物质，高温下更易挥发。在高温下，浓硫酸还会使有机物脱水，发生其他副反应。三、酯化反应的规律和类型1．酯化反应的规律酯化反应是醇和酸反应生成酯和水的反应，属于取代反应，反应中醇羟基中的H原子与羧酸分子中的—OH结合生成H2O，其余部分连接成酯。2．酯化反应的类型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反应(2)一元羧酸与多元醇或多元羧酸与一元醇间的酯化反应2CH3COOH＋HOCH2CH2OHeq\o(,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(△))CH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O(3)无机含氧酸与醇形成无机酸酯(4)高级脂肪酸与甘油形成油脂(5)多元醇与多元羧酸发生酯化反应形成环酯(6)羟基酸的酯化反应①分子间的酯化反应②分子内的酯化反应[对点练习]4．某分子式为C10H20O2的酯，在肯定条件下可发生如下图的转化过程：则符合上述条件的酯的结构可有()A．2种B．4种C．6种D．8种答案B解析酯的分子式C10H20O2满意饱和一元羧酸酯的通式，从图中转化关系看，酯水解生成的醇和羧酸具有相同的碳原子数，各含五个碳原子，且醇可以转化为羧酸，因此醇中碳链的结构应和羧酸碳链的结构相同，而羧酸中的一个碳要用来形成羧基，其余四个碳，即丁基，可形成四种不同的碳链，故答案应为B项。5．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)，另取等量乳酸与等物质的量的乙醇反应，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作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)两个乳酸分子在肯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：_____________________________________________________。(5)在肯定条件下，乳酸发生缩聚反应生成聚酯，该高聚物可表示为_________________________________________________________。答案(1)羧基、醇羟基(2)(3)(4)(5)解析依据乳酸的分子式，求出其相对分子质量为90，9g乳酸为0.1mol,0.1mol乳酸与0.1mol乙醇反应生成0.1mol乳酸乙酯，可知1mol乳酸中含有1mol羧基，又知0.1mol乳酸与足量金属钠反应生成0.1molH2，可得1mol乳酸分子中还含有1mol醇羟基。依据乳酸在Cu催化条件下氧化成，可知醇羟基的位置在碳链中间。据此可推导出原来乳酸的结构简式为。本课归纳总结1．某同学在学习了乙酸的性质后，依据甲酸的结构()对甲酸的化学性质进行了下列推断，其中不正确的是()A．能与碳酸钠溶液反应B．能发生银镜反应C．不能使酸性KMnO4溶液褪色D．能与单质镁反应答案C解析甲酸分子中含有醛基和羧基两种官能团，具有醛与羧酸的双重性质。2．巴豆酸的结构简式为CH3—CH=CH—COOH。试依据巴豆酸的结构特点，推断在肯定条件下，能与巴豆酸反应的物质是()①氯化氢②溴水③纯碱溶液④2­丁醇⑤酸性KMnO4溶液A．②④⑤ B．①③④C．①②③④ D．①②③④⑤答案D解析该有机物含有碳碳双键和羧基两种官能团，依据其结构确定性质即可推断。3．由—CH3、—OH、、—COOH四种基团两两组合而成的化合物中，其水溶液显酸性的有()A．2种B．3种C．4种D．5种答案C解析本题是联系结构和性质的一种题型，首先，四种基团两两组合可得6种物质，即CH3OH、CH3COOH、4．聚乳酸可在乳酸菌作用下降解，下列有关聚乳酸的说法正确的是()A．聚乳酸是一种纯净物B．聚乳酸是一种酸性高分子材料C．聚乳酸的单体为D．聚乳酸是由单体之间通过加聚反应合成的答案C解析高分子化合物是混合物，A错误；由聚乳酸的结构可知，该物质是由乳酸的羟基和羧基脱水而生成的，属于缩聚反应，C正确，D错误；乳酸显酸性，但聚乳酸不显酸性，B错误。5.试验室用如图所示的装置制取乙酸乙酯。(1)在大试管中配制肯定比例的乙醇、乙酸和浓硫酸的混合液的方法：将______________________________，然后轻轻振荡试管，使之混合匀称。(2)装置中通蒸气的导管要插在饱和Na2CO3溶液的液面上，不能插入溶液中，目的是防止饱和Na2CO3溶液的倒吸。造成倒吸的操作上的缘由是__________________________________________________________。(3)浓硫酸的作用①________；②________。(4)饱和Na2CO3溶液的作用是____