2.4.1 羧酸 学案（含答案）

1、第第 4 节节 羧酸羧酸 氨基酸和蛋白质氨基酸和蛋白质 第第 1 课时课时 羧羧 酸酸 核心素养发展目标 1.宏观辨识与微观探析： 能从羧基成键方式的角度，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.科学探究与创新意识： 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。 一、羧酸概述 1羧酸的组成和结构 (1)羧酸：分子由烃基(或氢原子)和羧基相连而组成的有机化合物。 (2)官能团：名称为羧基，结构简式为或COOH。 (3)饱和一元脂肪酸通式 CnH2nO2或 CnH2n1COOH。 2羧酸的分类 3羧酸的命名 如：名称为 4- 甲基- 3-

2、 乙基戊酸。 4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。 5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 (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)饱和一元羧酸同分异构体书写

3、。如 CnH2n1COOH，先写 CnH2n1的碳骨架异构，再写 COOH 的位置异构。 例 1 (2018 烟台高二检测)室温下，将CH3、OH、COOH、C6H5四种基团两两组合 形成化合物，其中属于有机化合物且水溶液 pH 小于 7 的有( ) A2 种 B3 种 C4 种 D5 种 答案 B 解析 水溶液呈酸性的有机物可以是羧酸或酚，四种原子团两两结合后形成的化合物的水溶 液呈酸性的有：CH3COOH、 和，但是 为无机物，故选 B。 易错警示 苯酚具有酸性，但不属于羧酸，COOH(羧基)不同于酯基。 例 2 (2015 全国卷，11)分子式为 C5H10O2并能与饱和 NaHCO3溶

4、液反应放出气体的有机 物(不含立体异构)有( ) A3 种 B4 种 C5 种 D6 种 【考点】 羧酸的结构 【题点】 羧酸同分异构体数目判断 答案 B 解析 能与 NaHCO3反应放出气体说明该有机物为羧酸，将 C5H10O2改写为 C4H9COOH； C4H9有 4 种，故该有机物有 4 种，即：CH3CH2CH2CH2COOH、 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 羧酸是一种弱酸，其酸性比碳酸的强，具有酸的通性。 CH3CH2COOHNaHCO3 CH3

5、CH2COONaH2OCO2。 (2)取代反应 与乙醇的酯化： CH3CH2COOHCH3CH2OH 浓H2SO4 CH3CH2COOC2H5H2O。 与 NH3反应(加热条件下生成酰胺，羟基被NH2取代)： CH3CH2COOHNH3 H2O。 H 的取代反应 H(与官能团相邻的 CH)的取代反应(在催化剂存在下与 Cl2反应 H 被取代)。 CH3CH2COOHCl2 催化剂 HClCl。 3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。 CH3CH2COOH LiAlH4 CH3CH2CH2OH。 例 3 已知某有机物

6、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 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸、酚、醇羟基活泼性比较 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： COOHH2CO3HCO 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 N

7、a， 与三种官能团都反应。 方法规律醇、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 CH3CH2OH CH3COOH 羟基氢原子的活泼性 不能电离 能电离 能电离 活泼性逐渐增强 酸性 中性 极弱酸性 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 Na2CO3反应 不反应 反应 反应 与 NaHCO3反应 不反应 不反应 反应 由上表可知， 常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOHH2CO3 HCO 3 H2OROH。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。 例

8、4 (2018 吉林高二联考)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 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸的酸性 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，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反应，沉淀溶解，乙醛与新制氢氧化铜悬 浊液在加热条件下反应生成砖红色沉淀，甲酸与新制氢氧

9、化铜悬浊液反应，沉淀溶解，在加 热条件下反应生成砖红色沉淀，可鉴别，D 项正确。 规律总结 因甲酸分子中含有醛基，故甲酸兼有醛基和羧基的性质。 三、酯化反应的原理及类型 酯化反应原理表示如下： H18OR 浓硫酸 H2O。 1生成链状酯 (1)一元羧酸与一元醇的酯化反应 RCOOHHOR 浓硫酸 RCOORH2O。 (2)一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的酯化反应 2CH3COOHHOCH2CH2OH 浓硫酸 CH3COOCH2CH2OOCCH32H2O。 HOOCCOOH2CH3CH2OH 浓硫酸 CH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O。 2生成环状酯 (1)二元羧酸与二元醇的酯化反

10、应 。 (2)羟基酸自身酯化反应 。 (3)羟基酸分子内脱水生成酯，如： HOCH2CH2CH2COOH 浓硫酸 H2O。 3生成聚酯 (1)二元羧酸与二元醇的酯化反应 nHOOCCOOHnHOCH2CH2OH 催化剂 2nH2O。 (2)羟基酸自身酯化反应 催化剂 nH2O。 例 5 (2018 榆树一中高二下学期期末)将 1 mol 乙醇(其中的羟基氧用 18O 标记)在浓硫酸存 在并加热的条件下与足量乙酸充分反应。下列叙述不正确的是( ) A生成的乙酸乙酯中含有 18O B生成的水分子中含有 18O C可能生成 45 g 乙酸乙酯 D不可能生成 90 g 乙酸乙酯 【考点】 羧酸的化学性

11、质 【题点】 羧酸的酯化反应 答案 B 解析 乙醇与乙酸发生酯化反应的过程中，乙酸的羟基和醇中羟基上的氢原子生成水分子， 所以乙醇中标记的氧原子到乙酸乙酯中，水分子中没有标记的氧原子。乙酸和乙醇的酯化反 应为可逆反应，所以 1 mol 乙醇生成的乙酸乙酯的物质的量小于 1 mol，即乙酸乙酯的质量小 于 90 g。 例6 (2018 合肥一中高二月考)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

12、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_。 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸的酯化反应 答案 (1) (2) 浓硫酸 H2C=CHCOOHH2O 浓硫酸 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 1下列说法中，不正确的是

13、( ) A烃基与羧基直接相连的化合物叫做羧酸 B饱和链状一元羧酸的组成符合 CnH2nO2 C羧酸在常温下都能发生酯化反应 D羧酸的官能团是COOH 【考点】 羧酸的组成与结构 【题点】 羧酸的组成与结构 答案 C 解析 酯化反应是酸和醇在浓硫酸并且加热条件下发生的。 2某同学在学习了乙酸的性质后，根据甲酸的结构()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 KMnO4酸性溶液退色 D能与单质镁反应 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 甲酸的化学性质 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。 3(

14、2018 济南高二检测)有机物 A 的结构简式如图所示。下列有关 A 的性质叙述中，错误的 是( ) A与金属钠完全反应时，有机物 A 与钠的物质的量之比为 13 B与氢氧化钠完全反应时，有机物 A 与氢氧化钠的物质的量之比为 11 C与碳酸氢钠溶液反应时，有机物 A 与碳酸氢钠的物质的量之比为 11 D在一定条件下，既能与羧酸反应，又能与醇反应 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸、酚、醇羟基活泼性比较 答案 B 解析 A 中有醇羟基、酚羟基、羧基，三者均能与钠反应，故 1 mol A 能与 3 mol 钠反应，A 项正确；A 中的酚羟基、羧基能与氢氧化钠反应，故 1 mol A 能与

15、2 mol 氢氧化钠反应，B 项 错误； A 中的酚羟基、 醇羟基不能与碳酸氢钠溶液反应， 而羧基能与 NaHCO3溶液反应， 1 mol A 能与 1 mol NaHCO3反应，C 项正确；A 含醇羟基，能与羧酸发生酯化反应，含羧基，能与 醇发生酯化反应，D 项正确。 4(2018 济南高二检测)乙酸分子中的氧都是 18O，乙醇分子中的氧都是16O，二者在一定条 件下达到平衡时，在平衡混合物中生成的水的相对分子质量为( ) A16 B18 C20 D22 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸的酯化反应 答案 C 解析 根据酯化反应的机理“酸脱羟基，醇脱氢”，可知生成的水的分子式为 H18

16、 2O，其相对 分子质量为 20，故选 C。 5苹果酸的结构简式为，下列说法正确的是( ) A苹果酸中能发生酯化反应的官能团有 2 种 B1 mol 苹果酸可与 3 mol NaOH 发生中和反应 C1 mol 苹果酸与足量金属 Na 反应生成 1 mol H2 D与苹果酸互为同分异构体 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸化学性质的综合 答案 A 解析 A 项，由苹果酸的结构简式可知，含有羟基和羧基两种官能团，两者都能发生酯化反 应，正确；B 项，苹果酸中只有羧基能和 NaOH 反应，故 1 mol 苹果酸只能与 2 mol NaOH 发生中和反应，错误；C 项，羧基和羟基都能与 Na

17、反应放出 H2，故 1 mol 苹果酸能与 3 mol Na 反应生成 1.5 mol H2，错误；D 项，此结构简式与题干中的结构简式表示的是同一种物质， 错误。 6下列物质中，既可与新制 Cu(OH)2悬浊液共热产生砖红色沉淀，又可与 Na2CO3水溶液反 应的是( ) A苯甲酸 B甲酸 C乙二酸 D乙醛 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 甲酸的化学性质 答案 B 解析 甲酸()分子结构中既有COOH，又有，故既有羧酸的性质， 能与 Na2CO3溶液反应，又有醛的性质，能与新制 Cu(OH)2悬浊液共热产生砖红色沉淀。 7咖啡酸有止血功效，存在于多种中药中，其结构简式如下图所示。 (1)

18、写出咖啡酸中两种含氧官能团的名称：_。 (2) 根 据 咖 啡 酸 的 结 构 简 式 ， 列 举3种 咖 啡 酸 可 以 发 生 的 反 应 类 型 ： _。 (3)蜂胶的分子式为 C17H16O4， 在一定条件下可水解生成咖啡酸和一种醇 A， 则醇 A 的分子式 为_。 (4)已知醇 A 含有苯环，且分子结构中无甲基，写出醇 A 在一定条件下与乙酸反应的化学方 程式：_ _。 【考点】 羧酸的化学性质 【题点】 羧酸的化学性质综合 答案 (1)羧基、(酚)羟基 (2)加成反应、酯化反应、加聚反应、氧化反应、还原反应等(任写 3 种即可) (3)C8H10O (4)CH3COOH 一定条件 H2O 解析 (1)咖啡酸分子中的两种含氧官能团是羧基和(酚)羟基。 (2)咖啡酸分子中含有碳碳双键， 可发生加成反应、加聚反应、氧化反应等，其中与氢气的加成反应属于还原反应；酚类物质 可与溴水发生取代反应；含有羧基，可发生中和反应、酯化反应(取代反应)。(3)根据咖啡酸 的结构简式可知其分子式为 C9H8O4，根据 C17H16O4H2O 一定条件C 9H8O4A 可知，A 的分子 式为 C8H10O。(4)A 的分子式为 C8H10O，含有苯环且其分子结构中无甲基，则 A 的结构简式 为