2020高中化学 羧酸 酯（基础）知识讲解学案 新人教版选修5

2020高中化学 羧酸 酯（基础）知识讲解学案 新人教版选修5

羧酸 酯 ‎【学习目标】‎ ‎1、掌握乙酸的组成、结构、性质和用途；‎ ‎2、掌握羧酸的组成、结构、性质及其应用；‎ ‎3、了解酯的结构及主要性质；‎ ‎4、掌握重要的有机物之间的相互转化，学会在有机合成与推断中应用。‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、羧酸的结构、通式和性质 ‎【高清课堂：羧酸和酯#羧酸的结构特征、分类及饱和一元酸的通式】‎ ‎ 1．羧酸的组成和结构。‎ ‎ （1）羧酸是由烃基（或H）与羧基相连组成的有机化合物。羧基（）是羧酸的官能团。‎ ‎ （2）羧酸有不同的分类方法：‎ ‎ ‎ ‎ 2．羧酸的分子通式。‎ ‎ 一元羧酸的分子通式为R—COOH，饱和一元脂肪羧酸的分子通式为CnH2nO2或CnH2n+1—COOH。‎ ‎ 分子式相同的羧酸、羧酸酯、羟基醛、羟基酮等互为同分异构体。‎ ‎ 3．羧酸的主要性质。‎ ‎ （1）羧酸的沸点比相应的醇的沸点高；碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶，随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度迅速减小，直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。‎ ‎【高清课堂：羧酸和酯#羧酸的化学性质】‎ ‎ （2）羧酸的化学性质。‎ ‎ ①弱酸性。‎ ‎ 由于—COOH能电离出H+，使羧酸具有弱酸性。而羧酸具有酸类物质的通性。如：‎ ‎ 2RCOOH+Na2CO3—→2RCOONa+CO2↑+H2O ‎ RCOOH+NH3—→RCOONH4‎ ‎ 常见的一元羧酸的酸性强弱顺序为：‎ ‎ ‎ ‎ ②酯化反应。‎ ‎ ‎ ‎ 注意：可以用同位素示踪法证实酯化反应过程是羧酸分子中羧基中的羟基与醇分子中羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯。‎ ‎ 无机含氧酸与醇作用也能生成酯，如：‎ ‎ C2H5OH+HONO2—→C2H5—O—NO2+H2O ‎ （硝酸乙酯）‎ 6‎ ‎ ③-H被取代的反应。‎ ‎ ‎ ‎ 通过羧酸-H的取代反应，可以合成卤代羧酸，进而制得氨基酸、羟基酸等。‎ ‎ ④还原反应。‎ ‎ 由于羟基的影响，羧基中的羰基比醛、酮分子中的羰基较难发生加成反应，但在特殊试剂（如LiAlH4）的作用下，可将羧基还原为醇羟基。‎ ‎ RCOOHRCH2OH ‎ 有机化学上可用此反应实现羧酸向醇的转化。‎ ‎ 4．羧酸的命名。‎ ‎ （1）选含羧基的最长的碳链作为主链，按主链碳原子数称某酸；‎ ‎ （2）从羧基开始给主链碳原子编号；‎ ‎（3）在“某酸”名称之前加入取代基的位次号和名称。‎ 如：‎ ‎ 5．重要的羧酸简介。‎ ‎ （1）甲酸（）俗称蚁酸，是有刺激性气味的无色液体，有腐蚀性，能与水、乙醇、乙醚、甘油等互溶。‎ ‎ 甲酸分子中既含有羧基又含有醛基（见右图），因而能表现出羧酸和醛两类物质的性质。如显酸性、能酯化（表现出—COOH的性质）、能发生银镜反应和被新制的Cu(OH)2氧化（表现出—CHO的性质）。‎ ‎ 甲酸在工业上可用作还原剂，在医疗上可用作消毒剂。‎ ‎ （2）苯甲酸俗称安息香酸，是白色针状晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚。苯甲酸及其钠盐或钾盐常用作食品防窝剂。‎ ‎ （3）乙二酸（）俗称草酸，是无色透明晶体，能溶于水或乙醇。通常以结晶水合物形式存在。草酸钙（CaC2O4）难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。‎ ‎ （4）高级脂肪酸指的是分子中含碳原子数较多的脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水。硬脂酸（C17H35COOH）、软脂酸（C15H31COOH）、油酸（C17H33COOH）、亚油酸（C17H31COOH）都是常见的高级脂肪酸。‎ 要点二、酯的组成、结构和性质 ‎【高清课堂：羧酸和酯#酯类、油脂的结构特征，酯类的通式】‎ ‎ 1．酯的组成和结构。‎ ‎ 酯是羧酸分子中羧基上的羟基（—OH）被烃氧基（—OR＇）取代后的产物。酯是一种羧酸衍生物，其分子由酰基（）和烃氧基（—OR＇）相连构成。‎ ‎ 2．酯的分子通式。‎ 6‎ ‎ 酯的分子通式为，饱和一元脂肪羧酸酯的分子通式为CnH2nO2。分子式相同的羧酸、羧酸酯、羟基醛、羟基酮互为同分异构体。‎ ‎ 3．酯的物理性质。‎ ‎ 酯类都难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂，密度一般比水小。低级酯是具有芳香气味的液体。‎ ‎ 4．酯的化学性质。‎ ‎【高清课堂：羧酸和酯#酯类性质】‎ ‎ （1）酯的水解。‎ ‎ 在有酸或碱存在的条件下，酯能发生水解反应，生成相应的酸和醇。‎ ‎ ‎ ‎ 在酸存在下酯的水解是可逆的；在碱存在下酯的水解趋于完全，是不可逆反应。‎ ‎ （2）酯的醇解。‎ ‎ 在酸或醇的催化下，酯还可以发生醇解反应。‎ ‎ ‎ ‎ 酯的醇解又称酯交换反应，在有机合成中有重要用途。‎ ‎ 5．酯的制取。‎ ‎ 下面简单介绍乙酸乙酯的实验室制法。‎ ‎ （1）反应原料：乙醇、乙酸、浓硫酸、饱和Na2CO3溶液。‎ ‎ （2）反应原理：CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O ‎ （3）反应装置：试管、酒精灯。‎ ‎ （4）实验方法：在一支试管里先加入3 mL乙醇，然后一边摇动，一边慢慢地加入‎2 ‎mL浓硫酸和2 mL冰醋酸，按右下图连接好装置。用酒精灯小心均匀地加热试管3～5 min，产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上，此时可以观察到有透明的油状液体浮在液面上。取下盛有饱和Na2CO3溶液的试管，并停止加热，振荡盛有饱和Na2CO3溶液的试管后静置，待溶液分层后，可观察到上层的透明油状液体乙酸乙酯，并可闻到果香气味。‎ ‎ （5）注意事项：‎ ‎ ①实验中浓硫酸起催化剂和脱水剂作用。‎ ‎ ②盛反应混合液的试管要向上倾斜约45°，主要目的是增大反应混合液的受热面积。‎ ‎ ③导管应较长，除导气外还兼起冷凝作用。导管末端只能接近饱和Na2CO3溶液的液面而不能伸入液面以下，目的是防止受热不均发生倒吸。‎ ‎ ④实验中小心均匀加热使液体保持微沸，这样有利于产物的生成和蒸出，以提高乙酸乙酯的产率。‎ ‎ ⑤饱和Na2CO3溶液的作用是吸收乙酸，溶解乙醇，冷凝酯蒸气且减小酯在水中的溶解度，以利于分层。‎ ‎ ⑥不能用。NaOH溶液代替饱和Na2CO3溶液，因乙酸乙酯在NaOH存在时易水解，而几乎得不到乙酸乙酯。‎ ‎ 6．酯的用途。‎ ‎ 酯常用作有机溶剂，也可用作制备饮料和糖果的香料。‎ 要点三、重要的有机物之间的相互转化 6‎ ‎ ‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：羧酸的结构和性质 ‎ 例1 （1）具有支链的化合物A的分子式为C4H6O2，A可以使Br2的四氯化碳溶液褪色。1 mol A和1 mol NaHCO3能完全反应，则A的结构简式是________。写出与A具有相同官能团的A的所有同分异构体的结构简式________。‎ ‎ （2）化合物B含有C、H、O三种元素，相对分子质量为60，其中碳的质量分数为60％，氢的质量分数为13.3％。B在催化剂Cu的作用下被氧气氧化成C，C能发生银镜反应，则B的结构简式是________。‎ ‎ （3）D在NaOH水溶液中加热反应，可生成A的钠盐和B，相关反应的化学方程式是________。‎ ‎【思路点拨】解答此类题目时，注意根据反应物或者条件的不同所对应的官能团差别；在书写有机化学方程式时需要特别注意反应条件以及小分子无机物不能遗漏。‎ ‎【答案】（1） CH2＝CH—CH2—COOH、CH3—CH＝CH—COOH ‎（2）CH3CH2CH2OH ‎（3）‎ ‎ 【解析】（1）由A可使Br2的CCl4溶液褪色，则A分子中含有碳碳双键或三键，由1 mol A可与1 mol的NaHCO3完全反应，则A分子中含有1个—COOH，结合A的分子式为C4H6O2，可知A分子中含碳碳双键不含三键，又知A分子中具有支链，所以A的结构简式为。与A具有相同官能团的物质的结构简式，可在—COOH不变的情况下，改变C＝C键和另一个碳原子的相对位置得到，即有CH3—CH＝CH—COOH或CH2＝CH—CH2—COOH两种结构。‎ ‎ （2）B分子中C、H、O的原子个数比为：=3∶8∶1。最简式为C3H8O，其相对分子质量为60，故B的分子式为C3H8O。由于B+O‎2‎C，C可发生银镜反应，C中应含—CHO，则B分子中含有—CH2OH结构，从而B的结构简式为CH3CH2CH2OH。‎ ‎ （3）由于从而推出D的结构简式为。‎ ‎【总结升华】能与NaHCO3反应的物质只有羧酸，能与NaOH反应的物质有卤代烃、酚、羧酸、酯，能与Na2CO3反应的物质有酚、羧酸，能与钠反应的有机物：醇、酚、羧酸。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】近年来流行喝苹果醋。苹果醋是一种由苹果发酵而成的具有解毒、降脂、减肥和止泻等明显药效的健康食品。苹果酸（-羟基丁二酸）是这种饮料的主要酸性物质，苹果酸的结构如下图所示，下列相关说法不正确的是（ ）。‎ ‎ ‎ 6‎ ‎ A．苹果酸在一定条件下能发生酯化反应 ‎ B．苹果酸在一定条件下能发生催化氧化反应 ‎ C．苹果酸在一定条件下能发生消去反应 ‎ D．1 mol苹果酸与Na2CO3溶液反应必须消耗2 mol Na2CO3‎ ‎　　【答案】D ‎【变式2】咖啡酸（下式中的A）是某种抗氧化剂的成分之一，A与FeCl3溶液反应显紫色。‎ ‎ D A B C（C9H5O4Na3） ‎ ‎ （1）咖啡酸中含氧官能团的名称为________。‎ ‎ （2）咖啡酸可以发生的反应是________（填写序号）。‎ ‎ ①氧化反应 ②加成反应 ③酯化反应 ④加聚反应 ⑤消去反应 ‎ （3）咖啡酸可看做1,3,4-三取代苯，其中两个相同的官能团位于邻位，取代基中不含支链。则咖啡酸的结构简式为________。‎ ‎ （4）‎3.6 ‎g咖啡酸与足量碳酸氢钠反应生成气体（标准状况）为________mL。‎ ‎（5）蜂胶的主要活性成分为CPAE，分子式为C17H16O4，该物质在一定条件下可水解生成咖啡酸和一种醇，该醇为芳香醇，且分子结构中无甲基，则咖啡酸跟该芳香醇在一定条件下反应生成CPAE的化学方程式为________。‎ ‎　　【答案】（1）羧基、酚羟基 （2）①②③④‎ ‎ （3） （4）448‎ ‎ ‎ 类型二：酯的结构与性质 ‎ 例2 可用右图装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等在图中均已略去）。请填空：‎ ‎ （1）试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2 mL，正确的加入顺序及操作是________。‎ ‎ （2）为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是________。‎ ‎（3）实验中加热试管a的目的是：①________________；②________________。‎ ‎ （4）试管b中加有饱和Na2CO3溶液，其作用是________。‎ ‎ （5）反应结束后，振荡试管b，静置，观察到的现象是________。‎ ‎ 【思路点拨】本题考查乙酸乙酯的制备及物理性质，注意操作时滴加试剂的先后顺序；在收集试管中加入饱和Na2CO3溶液的作用，注意观察酯的水溶性。‎ ‎【答案】（1）先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，最后加入冰醋酸 ‎（2）在试管a中加入几粒沸石（或碎瓷片）‎ ‎（3）①加快反应速率②及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动 ‎（4）降低乙酸乙酯在水中的溶解度，吸收随乙酸乙酯蒸出的少量酸性物质和乙醇 ‎（5）b中的液体分层，上层是透明的油状液体 ‎ 【解析】乙酸乙酯的制备是演示实验，制取时药品的加入顺序依据密度大的溶液向密度小的溶液中加入的原则，先加入乙醇，后加入浓硫酸，最后加入冰醋酸。由于浓硫酸稀释放热，最后加入冰醋酸可以减少醋酸的挥发；在反应之前的混合液中还需加入沸石，避免加热时发生液体暴沸；反应采用加热条件，可以加快反应速率并促进乙酸乙酯的汽化；收集乙酸乙酯的试管中放入饱和Na2CO3溶液，有利于酯的分层析出，同时吸收挥发出的乙酸和乙醇；酯的密度比水小，故静置后存在于水层之上。‎ 6‎ ‎ 【总结升华】在化学实验中，一般用到浓硫酸时，都是将浓硫酸放入其他试剂。本题中的冰醋酸在最后放入，防止其挥发。酯不宜溶于水，在饱和Na2CO3溶液中更有利于分层析出，并且Na2CO3溶液还能吸收挥发出的醋酸和乙醇。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】右图是实验室制取乙酸乙酯的装置。‎ ‎ （1）在大试管中配制一定比例的乙醇、乙酸和浓硫酸的混合液的方法是：将________，然后轻轻振荡试管，使之混合均匀。‎ ‎ （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Na2CO3溶液的倒吸，造成倒吸的原因是________。‎ ‎ （3）浓硫酸的作用是：①________；②________。‎ ‎ （4）饱和Na2CO3溶液的作用是________。‎ ‎ （5）实验中生成的乙酸乙酯，其密度比水________（填“大”或“小”），有________气味。‎ ‎ （6）若实验中温度过高，使反应温度达到‎140℃‎左右时，副反应的主要有机产物有________（填物质名称）。‎ ‎　　【答案】（1）浓硫酸和乙酸的混合溶液慢慢倒入乙醇中 （2）加热不均匀 ‎ （3）①催化剂 ②吸水剂（或吸收生成的水），以利于平衡向酯化反应方向移动 ‎ （4）降低酯在水中的溶解度，除去酯中混有的乙酸和乙醇，以利于分层 ‎ （5）小 果香 （6）乙醚 6‎