羧酸【知識(shí)精講+備課精研】高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修3

第三節(jié)羧酸羧酸衍生物學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同對(duì)羧酸進(jìn)行分類；2.能認(rèn)識(shí)甲酸的特殊結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)及用途；3.能認(rèn)識(shí)苯甲酸、乙二酸的性質(zhì)及用途；4.能了解乙酸的物理性質(zhì)，能掌握乙酸的酸性及酯化反應(yīng)等化學(xué)性質(zhì)，并能正確表征相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)；第一課時(shí)羧酸素養(yǎng)目標(biāo)：1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能基于分子結(jié)構(gòu)證據(jù)推理羧酸的化學(xué)性質(zhì)。2.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：能對(duì)乙酸的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)合分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究。3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：能認(rèn)識(shí)到羧酸的用途，體會(huì)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。羧酸分子中羧基上的_____被其他原子或原子團(tuán)取代后的生成物。概述：1.什么是羧酸由烴基(或氫原子)與_____()相連構(gòu)成的有機(jī)化合物。O＝—C—OH羧基O＝CH3—C—OHO＝H—C—OHCOOH如:甲酸乙酸苯甲酸2.什么是羧酸衍生物羥基如:O＝CH3—C—O—H—OCH2CH3O＝CH3—C—OCH2CH3O＝CH3—C—O—H—NH2O＝CH3—C—NH2乙酸乙酸乙酯乙酰胺按烴基分按羧基數(shù)分芳香酸脂肪酸一元羧酸二元羧酸多元羧酸HCOOH(甲酸)、CH3COOH(乙酸)CH2＝CHCOOH(丙烯酸)C17H35COOH(硬脂酸)C6H5COOH(苯甲酸)HOOC－COOH(乙二酸)CH3CH2COOH(丙酸)學(xué)習(xí)任務(wù)一：羧酸(一)羧酸的分類羧酸(二)幾種常見的羧酸1.甲酸:是最簡(jiǎn)單的羧酸,又稱蟻酸(最早從螞蟻中獲得)(1)物理性質(zhì):它是一種_____、有______氣味的液體，有_____性，能與_________等互溶。無(wú)色刺激性腐蝕水、乙醇(2)分子結(jié)構(gòu):分子中既有_____的結(jié)構(gòu)(圖3-20中圓圈內(nèi)為羧基)，又有______的結(jié)構(gòu)(圖3-20中方框內(nèi)為醛基)。COOHH圖3-20甲酸分子的結(jié)構(gòu)羧基醛基CH2O2HCOOH分子式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:③斐林反應(yīng)：Na2CO3+Cu2O

+4H2OHCOOH+2Cu(OH)2+2NaOH?COOHHO甲酸HCOOH碳酸H2CO3COOHH氧化(4)用途:甲酸在工業(yè)上可用作______，也是合成_____、_____和_____等的原料。還原劑醫(yī)藥農(nóng)藥染料(3)化學(xué)性質(zhì):既表現(xiàn)出_____的性質(zhì)，又表現(xiàn)出____的性質(zhì)。羧酸醛如①酸性HCOOHHCOO－+H+弱酸性，酸性大于乙酸②銀鏡反應(yīng)：(NH4)2CO3+2Ag+2NH3+H2OHCOOH+2Ag(NH3)2OH?2.苯甲酸:乙二酸（俗稱草酸）是最簡(jiǎn)單的二元羧酸。乙二酸是無(wú)色晶體，通常含有兩分子結(jié)晶水，可溶于水和乙醇。草酸鈣(CaC2O4)難溶于水，是人體腎和膀胱結(jié)石的主要成分。乙二酸是化學(xué)分析中常用的還原劑，也是重要的化工原料。COOH

苯甲酸屬于芳香酸，俗稱安息香酸，是一種無(wú)色晶體，易升華，微溶于水，易溶于乙醇。苯甲酸可以用于合成香料、藥物等，它的鈉鹽是常用的食品防腐劑。COONa3.乙二酸:COOHCOOH－分子式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:分子式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:C7H6O2H2C2O4γ-羥基丁酸對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有強(qiáng)烈的抑制作用，目前是我國(guó)規(guī)定管制的第一類精神藥品，屬于合成毒品。因無(wú)色無(wú)味并會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)性記憶喪失、惡心、嘔吐等癥狀，而被犯罪分子用作麻醉藥品，中文又稱神仙水、聽話水。近年來(lái)，γ-羥基丁酸常被混入飲料中進(jìn)行使用，使用者甚至不知道自己在吸毒，需警惕形似飲料、零食的偽裝毒品。CH2CH2CH2COOHOH羧基、羥基雙官能團(tuán)(4)

γ-羥基丁酸(GHB)別忘了就算是陽(yáng)光普照的世界，也依舊有黑暗在角落滋生??！警方繳獲的作案藥水化學(xué)式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：C4H8O3羧酸分子中烴基上的氫原子被其他官團(tuán)取代的羧酸稱為取代羧酸。常見的取代羧酸有鹵代酸、氨基酸、羥基酸等。例如：資料卡片自然界的許多動(dòng)植物中含有有機(jī)酸，例如，蟻酸(甲酸)、安息香酸(苯甲酸)、草酸(乙二酸)等。有些有機(jī)酸分子中既含有羧基也含有羥基，所以又叫做羥基酸，它們既具有羥基的性質(zhì)，也具有羧基的性質(zhì)。例如，乳酸、檸檬酸、蘋果酸等。

COOHCH3CHOHCOOHCHOCH2COOHCH2COOH乳酸(2-羥基丙酸)檸檬酸圖3-21酸奶和檸檬中分別含有乳酸和檸檬酸。取代羧酸：ClCH2COOHNH2COOHCH3CH氯乙酸α－氨基丙酸(丙氨酸)(三)羧酸的物理性質(zhì)規(guī)律表3-4幾種羧酸的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)名稱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃甲酸

HCOOH8101乙酸

CH3COOH17118丙酸

CH3CH2COOH-21141正丁酸

CH3CH2CH2CH3COOH-5166十八酸(硬脂酸)

CH3(CH2)16COOH70838苯甲酸122249COOH閱讀與思考觀察下表，一元羧酸的熔、沸點(diǎn)有什么規(guī)律？

1.甲酸、乙酸等分子中碳原子數(shù)較少的羧酸能夠與水______。2.隨著分子中碳原子數(shù)的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速____，甚至不溶于水，其沸點(diǎn)也逐漸______。3.高級(jí)脂肪酸是_______水的_____固體。4.羧酸與相對(duì)分子質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠渌袡C(jī)化合物相比，沸點(diǎn)_____，這與羧酸分子間可以形成____有關(guān)。互溶減小升高蠟狀不溶于較高氫鍵(四)微觀探析：官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及斷鍵方式羧酸的化學(xué)性質(zhì)主要取決于羧基官能團(tuán)。由于受氧原子電負(fù)性較大等因素的影響，當(dāng)羧酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，羧基結(jié)構(gòu)中下面兩個(gè)部位的化學(xué)鍵容易斷裂：COO

Hδ-δ+當(dāng)O－H

斷裂時(shí)，會(huì)解離出H+

，使羧酸表現(xiàn)出酸性；當(dāng)C－O

斷裂時(shí)，－OH可以被其他基團(tuán)取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。探究羧酸的酸性[問題]羧酸的化學(xué)性質(zhì)與乙酸的相似，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明其他羧酸也具有酸性？如何通過(guò)比較乙酸、碳酸和苯酚的酸性強(qiáng)弱？[設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)]（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明羧酸具有酸性(提供的羧酸有甲酸、苯甲酸和乙二酸)。(五)羧酸有哪些化學(xué)性質(zhì)1.酸性：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論用紫色石蕊溶液檢驗(yàn)羧酸的酸性；利用強(qiáng)酸制弱酸的原理證明酸性強(qiáng)弱。分別取少量甲酸、苯甲酸、乙二酸于試管中，加水溶解，再分別滴入幾滴石蕊溶液溶液變紅色甲醛、苯甲酸、乙二酸顯酸性【討論】(1)甲酸除了具有酸性，還可能有哪些化學(xué)性質(zhì)？請(qǐng)從分子結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行分析。(2)以上比較乙酸、碳酸和苯酚酸性強(qiáng)弱的裝置中，飽和NaHCO3

溶液的作用是什么？請(qǐng)寫出各裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)利用上圖所示儀器和藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的一次性完成的實(shí)驗(yàn)裝置，比較乙酸、碳酸和苯酚的酸性強(qiáng)弱。DEFGCH3COOH苯酚溶液Na2CO3

NaHCO3溶液

除去揮發(fā)出來(lái)的乙酸，防止乙酸干擾CO2與苯酚原反應(yīng)。相關(guān)的反應(yīng)：NaHCO3＋CH3COOH=CH3COONa＋CO2↑＋H2ONa2CO3＋2CH3COOH→2CH3COONa＋CO2↑＋H2OONaOH+CO2+H2O+NaHCO3酸性：乙酸>碳酸>苯酚>

HCO3－結(jié)論：(1)甲酸HCOOH，既有羧基的結(jié)構(gòu)也有醛基的結(jié)構(gòu)，因此還有醛的性質(zhì)，如發(fā)生銀鏡反應(yīng)，斐林反應(yīng)等。(2)

NaHCO3溶液的作用：強(qiáng)酸制弱酸原理：乙酸與乙醇在濃硫酸催化和加熱的條件下反應(yīng)，生成乙酸乙酯。思考與討論乙酸與乙醇的酯化反應(yīng)，從形式上掉進(jìn)羧基與羥基之間脫去一個(gè)水分子。脫水時(shí)有以下兩種可能的方式，你能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)證明是哪一種嗎？2.取代反應(yīng)：①乙酸的酯化反應(yīng)：O＝CH3—C—O—H+H—O—C2H5濃硫酸ΔO＝CH3—C—O—

C2H5＋H2OO＝CH3—C—O—H+H—O—C2H5濃硫酸ΔO＝CH3—C—O—

C2H5＋H2O羧酸和醇在酸催化下可以發(fā)生酯化反應(yīng)(1)酯化反應(yīng)：思考與討論在制取乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)中，如果要提高乙酸乙酯的產(chǎn)率，你認(rèn)為應(yīng)當(dāng)采取哪些措施？請(qǐng)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行說(shuō)明。放射性同位素示蹤法：O＝CH3—C—O—H+H—18O—C2H5濃硫酸ΔO＝CH3—C—O—

18C2H5＋H2O經(jīng)示蹤法證明，酯化反應(yīng)時(shí)，酸脫羥基醇脫氫。(1)乙酸乙酯的沸點(diǎn)比乙酸和乙醇的低，加熱從反應(yīng)物中不斷蒸出乙酸乙酯，降低生成物濃度，平衡右移，提高乙酸乙酯產(chǎn)率。(2)用濃硫酸將生成的水及時(shí)吸走，促使平稀右移，提高乙酸乙酯產(chǎn)率。(3)使用過(guò)量的乙醇，也可以使平稀右移，提高乙酸乙酯產(chǎn)率。②甲酸的酯化反應(yīng)：HCOOH+HOCH3HCOOCH3

+H2O甲酸

甲酸酯既含____的結(jié)構(gòu)，又含____的結(jié)構(gòu)，因此，既表出醛的性質(zhì)又表現(xiàn)出酯的性質(zhì)。甲醇濃硫酸ΔCOORH醛基酯基ROCHO+2Ag(NH3)2OH△ROCOONH4+2Ag↓+3NH3+H2OROCHO+2Cu(OH)2+NaOH△ROCOONa+Cu2O↓+3H2O甲酸甲酯CH3OCHO+2Ag(NH3)2OH△CH3OCOONH4+2Ag↓+3NH3+H2OCH3OCHO+2Cu(OH)2+NaOH△CH3OCOONa+Cu2O↓+3H2O濃H2SO4+2H2OO=OOO=COOHCOOH－HOCH2HOCH2－+二元環(huán)酯濃H2SO4CH3CHCOOHOHO=O+H2O分子內(nèi)脫水酯化為一元環(huán)酯濃H2SO42CH3CHCOOHOH+2H2O=OO=OO分子間脫水酯化為二元環(huán)酯③環(huán)酯的生成：CH2CH2CH2COOHOHO=O+2H2O濃H2SO4(2)氨代反應(yīng)：RCOOH+NH3RCONH2+H2O酰胺(3)α-H的取代反應(yīng)：由于羧基整體具有吸電子作用，使得α-H上的C－H鍵的極性增強(qiáng)，一定條件下α