3.4 羧酸、羧酸衍生物 -【考点精准练】2022-2023学年高二化学同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）（原卷版）

3.4羧酸、羧酸衍生物核心素养发展目标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。3..能从酯基和酰胺基的成键方式的角度，了解酯和酰胺的结构特点和分类，理解酯和酰胺的化学性质。4.2.能结合乙酸乙酯和酰胺水解反应的原理，能推理出酯类物质水解反应后的产物。考点梳理考点1羧酸一、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：CnH2nO2或CnH2n＋1COOH。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甲酸(蚁酸)HCOOH无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶工业上可用作还原剂，是合成医药、农药和染料等的原料苯甲酸(安息香酸)无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇用于合成香料、药物等，其钠盐是常用的食品防腐剂乙二酸(草酸) HOOC—COOH无色晶体，通常含有两分子结晶水，可溶于水和乙醇化学分析中常用的还原剂，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。归纳总结羧酸的系统命名法(1)选主链：选择含有羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称为某酸。(2)编号位：在选取的主链中，从羧基碳原子开始给主链上的碳原子编号。(3)定名称：在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。例如：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＋NH3·H2O―→HCOONH4＋H2O、HCOOH＋NaHCO3―→HCOONa＋H2O＋CO2↑。(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－―→＋H2O。(3)设计实验，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱。实验装置B装置现象及解释有无色气体产生，说明酸性：乙酸＞碳酸；方程式：2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O D装置的现象及解释溶液变浑浊，说明酸性：碳酸＞苯酚方程式：＋CO2＋H2O―→＋NaHCO3C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(CH3CH218OH)酯化反应的化学方程式为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：2CH3COOH＋HOCH2CH2OHCH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O。(2)二元羧酸与二元醇的酯化反应①形成环状酯＋＋2H2O。②形成高分子化合物——聚酯nHOOC—COOH＋nHOCH2CH2OH＋(2n－1)H2O。(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： ＋＋2H2O。②羟基酸分子内脱水生成酯＋H2O。③羟基酸自身聚合形成高分子化合物——聚酯＋(n－1)H2O。思维启迪醇、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CH3CH2OHCH3COOH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RCOOH>H2CO3>>HCO>H2O>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。即学即练1．下列涉及乙酸的物理性质的叙述中，不正确的是A．食醋的颜色就是乙酸的颜色B．乙酸的熔点比水高，很容易变成固体 C．醋酸是一种具有强烈刺激性气味的液体D．乙酸和乙醇可以互溶，故不能用分液法分离2．下列关于乙酸的说法中，不正确的是A．官能团为-COOHB．无色无味C．能与NaOH反应D．能与CH3CH2OH反应3．符合限制条件的同分异构体数目最多的有机物是选项分子式限制条件(不考虑立体异构)AC4H8Br2含2个甲基BC8H10与苯互为同系物CC5H12O能与金属钠反应DC4H8O2能与氢氧化钠溶液反应A．AB．BC．CD．D4．丙烯酸羟乙酯(III)可用作电子显微镜的脱水剂,可用下列方法制备:CH2=CHCOOH(I)+(II)CH2=CHCOOCH2CH2OH(III)下列说法不正确的是A．化合物I能与NaHCO3溶液反应生成CO2B．可用Br2的CCl4溶液检验化合物Ⅲ中是否混有化合物IC．化合物II与乙醛互为同分异构体D．化合物III水解可生成2种有机物5．乙酸的结构简式可以表示为(①②③表示方框内的原子团)：(1)①②③的名称分别是_______、_______和_______。(2)②③组成的原子团的名称是_______。 (3)①③组成的有机化合物所属的类别是_______，写出一种该类物质同系物的结构简式：_______。(4)若①②和氨基组成的物质的结构简式为_______，名称为_______，该物质属于_______类物质。考点2羧酸衍生物一、酯1．酯的组成与结构(1)酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物，其结构可简写为。其中：①R和R′可以相同，也可以不同。②R是烃基，也可以是H，但R′只能是烃基。③羧酸酯的官能团是酯基。(2)饱和一元羧酸CnH2n＋1COOH与饱和一元醇CmH2m＋1OH生成酯的结构简式为CnH2n＋1COOCmH2m＋1，其组成通式为CnH2nO2(n≥2)。(3)命名：根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯。如：CH3COOCH2CH3乙酸乙酯；HCOOCH2CH2CH3甲酸正丙酯。2．酯的存在与物理性质(1)存在：酯类广泛存在于自然界中，低级酯存在于各种水果和花草中。如苹果里含有戊酸戊酯，菠萝里含有丁酸乙酯，香蕉里含有乙酸异戊酯等。(2)物理性质低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，并难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂中。3．酯的化学性质(1)酯的水解反应原理酯化反应形成的键，即酯水解反应断裂的键。请用化学方程式表示水解反应的原理：。(2)酯在酸性或碱性条件下的水解反应①在酸性条件下，酯的水解是可逆反应。乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH。 ②在碱性条件下，酯水解生成羧酸盐和醇，水解反应是不可逆反应。乙酸乙酯在氢氧化钠存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋NaOHCH3COONa＋C2H5OH。③酯在碱性条件下的水解程度比在酸性条件下水解程度大。归纳总结　酯化反应与酯的水解反应的比较酯化反应酯的水解反应反应关系CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O催化剂浓硫酸稀硫酸或NaOH溶液催化剂的其他作用吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的转化率NaOH中和酯水解生成的羧酸、提高酯的水解率加热方式酒精灯火焰加热热水浴加热反应类型酯化反应、取代反应水解反应、取代反应二、油脂1．油脂的结构和分类(1)概念油脂是由高级脂肪酸和甘油生成的酯，属于酯类化合物。(2)结构①结构简式：。②官能团：酯基，有的在其烃基中可能含有碳碳不饱和键。(3)分类油脂(4)常见高级脂肪酸名称饱和脂肪酸不饱和脂肪酸软脂酸硬脂酸油酸亚油酸结构简式C15H31COOHC17H35COOHC17H33COOHC17H31COOH思维扩展 酯和油脂的区别(1)酯是由酸(有机羧酸或无机含氧酸)与醇相互作用失去水分子形成的一类化合物的总称。而油脂仅指高级脂肪酸与甘油所生成的酯，因而它是酯中特殊的一类物质。(2)天然油脂大多数是混合甘油酯，都是混合物，无固定的熔点、沸点，而一般酯类是纯净物，有固定的熔、沸点等。2．油脂的性质(1)物理性质①密度：比水的小。②溶解性：难溶于水，易溶于有机溶剂。③熔、沸点：天然油脂都是混合物，没有固定的熔、沸点。(2)化学性质①水解反应a．硬脂酸甘油酯在酸性条件下水解反应的化学方程式为＋3H2O3C17H35COOH＋。b．硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中水解的化学方程式为＋3NaOH3C17H35COONa＋。油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应，工业上常用来制取肥皂。高级脂肪酸钠是肥皂的有效成分。②油脂的氢化油酸甘油酯与氢气发生加成反应的化学方程式为＋3H2，这一过程又称为油脂的氢化，也可称为油脂的硬化。这样制得的油脂叫人造脂肪，通常又称为硬化油。③肥皂的制取a．生产流程 b．盐析工业上利用油脂在碱性条件下的水解生成高级脂肪酸钠盐(肥皂的主要成分)，反应完毕后加食盐进行盐析，因为氯化钠能降低高级脂肪酸钠的溶解度，使混合液分成上下两层，上层为高级脂肪酸钠盐，下层为甘油和食盐水的混合液。④脂肪、油、矿物油三者的比较物质油脂矿物油脂肪油组成多种高级脂肪酸的甘油酯多种烃(石油及其分馏产品)含饱和烃基多含不饱和烃基多性质固态或半固态液态液态具有酯的性质，能水解，有的油脂兼有烯烃的性质具有烃的性质，不能水解鉴别加含酚酞的NaOH溶液，加热，红色变浅，不再分层加含酚酞的NaOH溶液，加热，无变化用途营养素可食用，化工原料如制肥皂、甘油燃料、化工原料特别提醒　①植物油与裂化汽油均含碳碳双键，能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。②区别油脂(酯)与矿物油(烃)的一般方法是加含酚酞的NaOH溶液，加热，红色变浅，最后不分层的为油脂(酯)，否则为矿物油(烃)。3．甲酸酯的结构与性质甲酸酯的结构为，分子中含有一个酯基和一个醛基，所以甲酸酯除了能发生水解反应外，还可以发生醛的特征反应，如银镜反应、与新制的Cu(OH)2反应。由此可知，能发生银镜反应及与新制的Cu(OH)2反应产生砖红色沉淀的有醛、甲酸、甲酸酯等含有醛基的物质。归纳总结(1)油脂属于酯类，在酸、碱或酶等催化剂作用下能发生水解反应，其碱性条件下水解程度比酸性条件下水解程度大，又称为皂化反应。(2)由于某些油脂中含碳碳不饱和键，除可以催化加氢外，还可以与其他物质发生加成反应或氧化反应，在空气中长时间放置，会被氧化变质。三、酰胺 1．胺的结构烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物叫做胺，胺也可以看作是烃分子中的氢原子被氨基所替代得到的化合物。根据取代烃基数目不同，胺有三种结构通式：2．胺的性质(1)物理性质低级脂肪胺，如甲胺、二甲胺和三甲胺等，在常温下是气体，丙胺以上是液体，十二胺以上为固体。芳香胺是无色高沸点的液体或低熔点的固体，并有毒性。低级的伯、仲、叔胺都有较好的水溶性。随着碳原子数的增加，胺的水溶性逐渐下降。(2)化学性质(胺的碱性)RNH2＋H2ORNH＋OH－；RNH2＋HClRNH3Cl；RNH3Cl＋NaOHRNH2＋NaCl＋H2O。3．酰胺(1)酰胺的结构酰胺是羧酸分子中羟基被氨基所替代得到的化合物，其结构一般表示为，其中的叫做酰基，叫做酰胺基。(2)几种常见酰胺及其名称　　N-甲基乙酰胺　　　　N，N-二甲基乙酰胺　　N-甲基-N-乙基苯甲酰胺　　　N-甲基苯甲酰胺(3)酰胺的性质(水解反应)酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应。如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨气逸出。 RCONH2＋H2O＋HClRCOOH＋NH4Cl；RCONH2＋NaOHRCOONa＋NH3↑。归纳总结氨、胺、酰胺和铵盐这4类物质在组成、结构、性质和用途上的比较。组成结构性质用途氨N、H溶于水显碱性，能和酸或酸性物质发生反应制冷剂、制造化肥和炸药胺C、N、HR—NH2胺类化合物具有碱性，如苯胺能与盐酸反应，生成可溶于水的苯胺盐酸盐是合成医药、农药和染料等的重要原料酰胺C、N、O、H酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应，如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨逸出酰胺常被用作溶剂和化工原料铵盐N、H等NH和酸根阴离子受热易分解、与碱反应产生氨气铵盐在工业、农业以及日常生活上都有十分重要的用途，像硝酸铵和硫酸铵大量地用作肥料，硝酸铵还用来制作炸药，氯化铵可用作制干电池的原料，在焊接金属时，可用氯化铵除锈即学即练1．下列说法正确的是A．CH3COOCH2CH3易溶于水和乙醇B．酯化反应与酯的水解反应互为可逆反应C．酯基为 D．酯不与浓硫酸、NaOH溶液反应2．科学、安全、有效和合理地使用化学品是每一位生产者和消费者的要求和责任。下列说法错误的是A．因为具有一定毒性，还会与食物作用生成致癌物，所以不可用作食品添加剂B．不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性及土壤结构C．阿司匹林的主要成分乙酰水杨酸(结构式如图所示)可以发生水解反应D．有机含氯杀虫剂和六六六等给环境带来了负面作用，已被禁止生产和使用3．阿司匹林是影响人类历史进程和走向的化学药品，其化学名称为乙酰水杨酸(结构如图)，下列关于乙酰水杨酸的说法正确的是A．分子式为C9H10O4B．1mol乙酰水杨酸与NaOH溶液反应消耗NaOH3molC．分子中含有3种官能团D．1mol乙酰水杨酸与足量的Na反应生成11.2LH24．油脂在碱性条件下的水解反应属于哪类反应A．氧化B．取代C．加成D．聚合5．下列实验能达到实验目的且操作正确的是ABCD用蒸发结晶的方法从氯化铵溶液中得到氯化铵晶体用氢氧化钠溶液除去乙酸乙酯中的乙酸测定锌与稀硫酸的反应速率(计量器未画出)比较、、S的氧化性强弱 A．AB．BC．CD．D分层训练夯实基础1．丙烯酸乙酯()天然存在于菠萝等水果中，是一种食品用合成香料。某小组设计如图装置制备丙烯酸乙酯(加热仪器省略)。下列说法错误的是A．丙烯酸乙酯中碳原子的杂化轨道类型有B．冷凝管的作用是冷凝回流，提高原料利用率C．当油水分离器中液面保持稳定时说明酯化反应达到平衡D．可用溶液除杂、分液提纯产品 2．如图所示为实验室制取少量乙酸乙酯的装置图，下列关于该实验的叙述不正确的是A．向试管a中先加入浓硫酸，然后边摇动试管边慢慢加入乙醇，再加入冰醋酸B．试管b中导气管下端管口不能浸入液面的目的是防止实验过程中产生倒吸现象C．加热试管a的目的之一是及时将乙酸乙酯蒸出，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动D．饱和Na2CO3溶液可以降低乙酸乙酯的溶解度，并吸收蒸出的乙酸和乙醇3．下列有机物：甲烷、乙烯、聚丙烯、、、甲苯、苯酚、、2-丁炔。其中能使酸性高锰酸钾溶液褪色且能与溴水反应而褪色的有A．3B．4C．5D．6种4．化合物Y可由X制得，下列有关化合物X、Y的说法正确的是A．X、Y均能与溶液发生显色反应B．化合物X、Y所含官能团种类相同C．1molX最多能与3molNaOH反应D．1molY最多能与2mol反应5．某有机物A的分子式中，具有酚羟基、醇羟基、羧基等官能团，其结构简式如图：(1)写出A有机物的分子式___________(2)A跟NaOH溶液反应的化学方程式：___________(3)A跟NaHCO3溶液反应的化学方程式：___________(4)在一定条件下跟Na反应的化学方程式：___________ 能力提升1．吲哚生物碱具有抗菌、抗炎、抗肿瘤等多种活性，其一种中间体结构简式如图所示，下列关于吲哚生物碱中间体的叙述中错误的是A．该化合物苯环上的二氯代物有6种同分异构体B．该化合物既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应C．该化合物与足量加成后1个产物分子中含5个手性碳原子D．该化合物属于芳香族化合物，其中碳原子的杂化方式有2种2．实验室制取少量乙酸乙酯的装置如图所示，下列关于该实验的叙述错误的是A．用蒸馏的方法从饱和溶液中分离出乙酸乙酯B．玻璃导管的末端不插入饱和溶液中，是为了防止液体倒吸C．反应结束后试管b中液体分层，有香味的无色透明油状液体在上层D．加入浓硫酸并加热起到了加快反应速率的作用3．下列过程中的离子反应方程式正确的是A．向Ca(ClO)2溶液中通入少量SO2的反应：Ca2++2ClO-+H2O+SO2=CaSO3↓+2HClOB．铅蓄电池(H2SO4作电解质溶液)放电时正极上的反应：PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O C．NaOH溶液中加入足量Ca(HCO3)2：OH-+HCO+Ca2+=CaCO3↓+H2OD．醋酸苯甲酯与足量的NaOH溶液共热：+2OH-→CH3COO-+[]-+H2O4．有机化合物M、N、P之间满足如下转化关系，下列有关说法错误的是A．M的分子式为B．最多可消耗C．P在一定条件下可与乙醇缩聚形成高聚物D．N、P均可与溶液反应5．有下列几种物质：①CH3COOH　②CH3C≡CCH3　③　④CH3OH　⑤　⑥(1)写出所含官能团的名称：①_______、②_______、③_______。(2)写出①与④反应的化学方程式：_______。(3)写出③转化成2-丙醇的化学方程式：_______。(4)向⑤的稀溶液中加入饱和溴水的反应的化学方程式是_______。(5)⑥的名称为_______，其与银氨溶液反应的化学方程式为_______。培优专练1．某种抗结核候选药物的中间体Z可由下列反应制得，下列说法不正确的是++HClA．化合物Z中只有1个手性碳原子 B．化合物Y最多有16个原子共平面C．1molZ在过量的氢氧化钠溶液中加热，最多消耗2mol氢氧化钠D．化合物X在氢氧化钠的乙醇溶液中加热，可发生消去反应生成HOCH2CH=CHCl2．某种激光染料常应用于可调谐激光器，该物质由C、H、O三种元素组成，分子球棍模型如图所示，下列有关其叙述正确的有（    ）①分子式为C10H9O3②能与溴水发生取代反应③能与溴水发生加成反应         ④能使KMnO4酸性溶液褪色⑤1mol该物质最多能与2molNaOH反应A．①②③B．①③④⑤C．②③④D．②③④⑤3．对下列各组实验所作的解释正确的是选项实验操作现象解释A向放有湿润有色布条的集气瓶中通入氯气有色布条褪色氯气有漂白性B充分加热铁粉和硫粉的混合物，冷却后取固体少量于试管中，加入足量稀硫酸，再滴入产生蓝色沉淀说明铁被硫氧化至(Ⅱ)C灼烧铜丝至其表面变黑、灼热，伸入盛有某有机物的试管中铜丝恢复亮红色该有机物中可能有醇羟基或羧基D向溶液中加入少量，然后通入少量，充分振荡，静置下层呈橙色氧化性： A．AB．BC．CD．D4．设表示阿伏加德罗常数的数值，下列说法不正确的是A．0.5mol中含有的化学键总数为B．常温常压下，1.84g的甘油和甲苯混合液所含总质子数为C．273℃、101.3kPa时，1L苯蒸气完全燃烧所生成的气态生成物总分子数约为D．30.8g乙酸乙酯在碱性条件下完全水解，生成乙酸的分子数为5．天然产物V具有抗疟活性，某研究小组以化合物I为原料合成V及其衍生物VI的路线如下(部分反应条件省略，Ph表示-C6H5)：已知：化合物VI的芳香族同分异构体中，同时满足如下条件的有___________种，写出其中任意一种的结构简式：___________。条件：a．能与NaHCO3反应；b．最多能与2倍物质的量的NaOH反应；c．能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应；d．核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子；e．不含手性碳原子(手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子)。