3.4.1 羧酸的结构与性质 学案(含解析) 高中化学人教版（2019）选择性必修3

模块1 羧酸
理解羧酸的定义及不同种类的羧酸。
2.掌握羧酸断键、成键的原理及方程式。
精讲
一、羧酸的概述
1羧酸
由烃基或氢原子与羧基相连构成的有机化合物是羧酸，结构简式为：RCOOH。官能团为
或 COOH，且官能团写在末端。
饱和一元羧酸分子通式为 CnH2nO2(n 1) 或 CnH2n+1COOH(n 0)。
2
2羧酸的分类
3物理性质
知识精炼
1．下列有机物中，不属于羧酸的是
A． B．HCOOH C． D．
2．某有机物的结构简式为，则它是
A．饱和二元羧酸 B．芳香酸
C．脂环酸 D．高级脂肪酸
3．下列物质中不属于羧酸类有机物的是
A． B． C． D．
4．具有解热镇痛及抗生素作用的药物“芬必得”主要成分的结构简式如图，它属于
①芳香族化合物②脂肪族化合物③有机羧酸④有机高分子化合物⑤芳香烃
A．③⑤ B．②③ C．①③ D．①④
5．下列有机物名称正确的是
A． ：2-甲基-3-戊烯
B． ：1，3，4-三甲苯
C．：1-羟基丁烷
D． ：2-甲基丁酸
6．下列对CH2=CHCOOH的分类不正确的是
A．脂肪酸 B．一元弱酸 C．饱和羧酸 D．有机酸
7．羧酸是一类非常重要的有机物，下列关于羧酸的说法中正确的是
A．羧酸在常温常压下均为液态物质
B．羧酸的通式为CnH2n＋2O2
C．羧酸的官能团为—COOH
D．只有链烃基与羧基相连的化合物才叫羧酸
8．下列有机物的系统命名正确的是
A．2，2，4-三甲基-3-戊烯 B．1-甲基-1-丙醇
C．6-甲基苯酚 D．2-乙基-1，5-戊二酸
二、羧酸的化学性质
羧酸的性质取决于羧基，反应时的主要断键位置如图：
9
1酸性 (断 O H 键)
羧酸是种弱酸，具有酸的通性，可使紫色石蕊变红，其酸性随碳原子的增加而逐渐减弱。在水溶液里的电离 方程式为： RCOOH RCOO +H +。
常见无机酸与有机酸的酸性强弱比较为：RCOOH > H2CO3 > C6H5OH > HCO- 3，请完成以下方程式：
(1)RCOOH 与 Na 反应：
。
(2)RCOOH 与 CaO 反应：
。
(3)RCOOH 与 NaOH 反应：
。
(4)RCOOH 与 NaHCO3 反应：
。
(5)RCOOH 与 C6H5ONa 反应：
。
【小结】只有 -COOH 能与 NaHCO3 反应生成 CO2，因此利用此性质可以检验羧基的存在。
2酯化反应 (乙酸乙酯的制备)
(1) 实验原理：
(2) 实验特点：
实验装置及注意事项：
(4) 实验现象：
实验结束后充分振荡试管，然后静置，待液体分层后，上层出现了无色油状物质，进行分液后得到的上层液 体即为乙酸乙酯。
9
知识精炼
9．键的极性会影响物质的化学性质。羧基上连有不同的基团时，会影响羧基电离出H+的能力。CH3COOH、HCOOH、CF3COOH、CHCl2COOH中酸性最强的是
A．CH3COOH B．HCOOH C．CF3COOH D．CHCl2COOH
10．下列除杂(括号内为杂质)方法正确的是
①FeCl2 (CuCl2)：加入过量铁粉，过滤
②甲烷(乙烯)：光照条件下通入Cl2，气液分离
③乙醇(水)：加足量生石灰，蒸馏
④苯甲酸(氯化钠)：将固体混合物在较高温下溶解，趁热过滤，再将滤液降温结晶，过滤、洗涤、干燥
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④
11．下列说法不正确的是
A．酰胺在酸或碱存在并加热条件下可以发生水解反应
B．由于羧基与水可形成分子间氢键，因此高级脂肪酸是易溶于水的固体
C．液态油通过催化加氢可转化为半固态的脂肪
D．醚类物质被广泛用作溶剂，有的醚可被用作麻醉剂
12．以下5种有机物①正戊烷 ②2-甲基丁烷 ③2-戊醇 ④丙烯 ⑤硬脂酸，沸点由高到低的顺序正确的是
A．⑤>①>③>④>② B．⑤>③>①>②>④
C．⑤>③>④>①>② D．⑤>③>①>②>④
13．下列有关羧酸的说法正确的是
A．羧酸是由烷烃基与羧基相连形成的化合物
B．羧酸是含有-COOH的有机物
C．随着碳原子数的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速减小
D．组成符合的物质为羧酸
14．如图为一重要的有机化合物，以下关于它的说法中正确的是
A．该物质是烃
B．该物质含有两种官能团
C．与该物质反应，消耗的物质的量之比为
D．该物质不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
15．蓖麻油酸(结构简式如图所示)是工业上制备高分子材料锦纶常使用的一种原料。下列关于蓖麻油酸的说法错误的是
A．分子式为C18H34O3 B．分子中含有两种含氧官能团
C．可发生氧化、加成和取代反应 D．1mol蓖麻油酸可与足量金属钠反应生成2molH2
16．下列关于的说法不正确的是
A．含有三种官能团
B．该物质的分子式为
C．该物质在一定条件下与乙酸和乙醇都能发生化学反应
D．1 mol该物质与足量小苏打溶液反应，可产生标准状况下约11.2 L 气体
17．化合物Y具有抗菌、消炎作用，可由X制得。
下列有关化合物X、Y的说法正确的是
A．X的分子式为
B．1 mol X最多能与2 mol NaOH反应
C．室温下X、Y分别与足量加成的产物分子中手性碳原子数目相等
D．Y与乙醇发生酯化反应可得到X
18．柠檬酸结构如图所示，下列说法中不正确的是
A．柠檬酸分子中含有两种官能团
B．柠檬酸的熔沸点高于相对分子质量相近的烃
C．1mol柠檬酸最多能与3mol氢气发生加成反应
D．等物质的量的柠檬酸和丙醇(C3H7OH)完全燃烧时耗氧量相同
19．下列说法错误的是
A．甘氨酸和丙氨酸混合，在一定条件下可生成4种二肽
B．乙酸、苯甲酸、乙二酸(草酸)均不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．纤维素与乙酸酐作用生成的醋酸纤维可用于生产电影胶片片基
D．向鸡蛋清溶液中加入溶液，出现白色沉淀，该过程发生了蛋白质的变性
20（多选）．人在剧烈运动后会出现肌内酸疼，是因为产生了乳酸CH3CH(OH)COOH，关于该化合物，下列叙述正确的是
A．属于烃 B．属于烃的衍生物
C．属于非电解质 D．易溶于水
21．现有下列7种物质
①；② ；③ ；④；⑤ ；⑥；⑦
(1)用于制造炸药TNT的是___________(填序号)，写出用其制备TNT的化学方程式___________。
(2)具有两性的是___________(填序号)。
(3)有机物①的沸点比②___________(填“高”或“低”)。
(4)有机物④形成的高聚物结构简式为___________。
(5)写出用新制氢氧化铜检验有机物⑥中含有醛基的化学方程式___________。
(6)写出有机物②与足量的有机物⑦充分反应的化学反应方程式___________。
四、有机推断题
22．两分子酯在碱的作用下失去一分子醇生成β-羰基酯的反应称为酯缩合反应，也称为Claisen缩合反应。其反应机理如下：
Claisen缩合在有机合成中应用广泛，有机物M()的合成路线如图所示：
已知：
请回答下列问题：
(1)B的名称为___________，D中官能团的名称为___________。
(2)A→C的反应类型为___________，F的结构简式为___________。
(3)G→H的反应方程式为___________。
(4)符合下列条件的C的同分异构体有___________种，其中核磁共振氢谱峰面积比为2：2：2：1：1的结构简式为___________。
①遇溶液显紫色；②能发生水解反应；③能发生银镜反应。
(5)结合上述合成路线，设计以乙醇和丁二酸()为原料(其他无机试剂任选)，合成的路线___________。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】烃分子中-H被-COOH取代的产物属于羧酸，C项不属于羧酸；
故选C。
2．B
【详解】A．该有机物含有两个羧基、一个苯环，故它不是饱和二元羧酸，故A错误；
B．该有机物含有两个羧基、一个苯环，故是芳香酸，故B正确；
C．该有机物含有苯环，不含有脂环，不是脂环酸，故C错误；
D．该有机物含有两个羧基、一个苯环，是芳香酸不是高级脂肪酸，故D错误；
故选B。
3．D
【详解】乙二酸、苯甲酸和丙烯酸中均含有羧基，属于羧酸类，苯酚属于酚类，故选D。
4．C
【详解】由题给结构可知，该有机物含苯环、-COOH，其余结构饱和。
①该有机物含苯环，属于芳香族化合物，①正确；
②含苯环的有机物不属于脂肪族化合物，②错误；
③该有机物含-COOH，属于有机羧酸，③正确；
④该有机物相对分子质量不够大，不属于有机高分子化合物，④错误；
⑤该有机物含O，不属于芳香烃，⑤错误；
综上所述，①③正确，故答案选C。
5．D
【详解】A．以碳碳双键官能团编号最小，正确的命名为4-甲基-2-戊烯，A错误；
B．取代基甲基在1、2、4号碳上，命名为1，2，4-三甲苯，B错误；
C．母体是醇，官能团羟基在一号碳上，命名为：1-丁醇，C错误；
D．含有官能团羧基，母体是丁酸，甲基取代基在2号碳上，命名为：2-甲基丁酸，D正确；
故选D。
6．C
【详解】A．含有羧基，取代基为链状烃，则属于脂肪酸，故A正确；
B．含有1个羧基，具有弱酸性，属于一元弱酸，故B正确；
C．饱和羧酸是指羧酸中除了羧基以外为饱和烃基，CH2=CHCOOH中除了羧基以外的CH2=CH-基团为不饱和烃基，则不属于饱和羧酸，故C错误；
D．CH2=CHCOOH属于有机酸，故D正确；
故选：C。
7．C
【详解】A．含C原子数较多的羧酸常温常压下为固体，A错误；
B．饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2，B错误；
C．羧酸分子中一定含有羧基-COOH，故其官能团为-COOH，C正确；
D．由烃基和羧基相连的有机化合物称之为羧酸，不一定是链烃基，也可以是环烃基，D错误；
故答案为：C。
8．D
【分析】有机物系统命名法步骤：1、选主链：找出最长的①最长-选最长碳链为主链；②最多-遇等长碳链时，支链最多为主链；③最近-离支链最近一端编号；④最小-支链编号之和最小(两端等距又同基，支链编号之和最小)；⑤最简-两不同取代基距离主链两端等距离时，从简单取代基开始编号；如取代基不同，就把简单的写在前面，复杂的写在后面；⑥含有官能团的有机物命名时，要选含官能团的最长碳链作为主链，并表示出官能团的位置，官能团的位次最小。
【详解】A．应该为2，4，4-三甲基-2-戊烯，A错误；
B．应该为2-丁醇，B错误；
C．应该为2-甲基苯酚，C错误；
D．2-乙基-1，5-戊二酸命名正确，D正确；
故选D。
9．C
【详解】电负性F>Cl>H，则吸电子能力F>Cl>H，吸电子能力增强导致羧基更容易电离出H+，酸性增强，故CH3COOH、HCOOH、CF3COOH、CHCl2COOH中酸性最强的是CF3COOH；
故选C。
10．C
【详解】①FeCl2 (CuCl2)：加入过量铁粉，将CuCl2全部转化为FeCl2和Cu，过滤，滤液为FeCl2溶液，①正确；
②甲烷(乙烯)：光照条件下通入Cl2，Cl2与甲烷发生取代反应，生成氯代甲烷和HCl，气液分离后得不到纯净的甲烷，②不正确；
③乙醇(水)：加足量生石灰，与水反应生成氢氧化钙，蒸馏可得纯净的乙醇，③正确；
④苯甲酸(氯化钠)：苯甲酸的溶解度随温度的升高而增大，氯化钠的溶解度受温度的影响不大，将固体混合物在较高温下溶解，趁热过滤，以防苯甲酸结晶析出，再将滤液降温结晶，过滤出苯甲酸，再洗涤、干燥，④正确；
通过以上分析可知，①③④正确，故选C。
11．B
【详解】A．酰胺键在酸性条件下水解成羧基和氨基，在碱性条件下水解生成羧酸盐和氨基，故A正确；
B．羧基与水可形成分子间氢键，因此低级脂肪酸易溶于水，而高级脂肪酸中烃基的憎水作用增大，不易溶于水，故B错误；
C．液态油脂中含较多碳碳双键，双键加氢后转化为饱和程度较高高级脂肪酸甘油酯，饱和程度高的油酯呈固态，故C正确；
D．很多醚类物质是良好的有机溶剂，部分醚类物质具有麻痹神经作用，可用作麻醉剂，故D正确；
故选：B。
12．B
【详解】硬脂酸为：C17H35-COOH含碳数最多，且可以形成分子间氢键，沸点最高；2-戊醇可以形成分子间氢键，沸点高于其余3中烃类物质；正戊烷和2-甲基丁烷碳原子数相同，且大于丙烯，支链越多沸点越低，所以正戊烷＞2-甲基丁烷；丙烯含碳原子数最少，沸点最低，所以沸点由高到低为：⑤>③>①>②>④，答案为：B。
13．C
【详解】A．羧酸是由烃基(或氢原子)与羧基相连形成的一类化合物，故A错误；
B．若有机物中除C、H、O外，还含有其他元素，则该有机物不能称为羧酸，故B错误；
C．烃基属于疏水基，则随着碳原子数的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速减小，故C正确；
D．某些酯类、羟基醛等物质的组成也符合，故D错误；
故选C。
14．C
【详解】A．烃：仅含碳氢两种元素，此有机物中含氧元素，不属于烃，故A错误；
B．该物质含有羟基、碳碳双键、羧基共三种官能团，故B错误；
C．能和钠反应的是羟基和羧基，1mol羟基和羧基能与2molNa反应，能和NaOH、NaHCO3反应的是羧基，因此消耗三者的物质的量比值为2：1：1，故C正确；
D．该物质含有羟基、碳碳双键，能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而使其褪色，故D错误；
故选：C。
15．D
【详解】A．由结构简式可知该物质的分子式为：C18H34O3，故A正确；
B．由结构简式可知，该物质中含有羟基、羧基两种含氧官能团，故B正确；
C．结构中含碳碳双键能发生氧化、加成反应，含羟基和羧基能发生酯化反应即取代反应，故C正确；
D．羟基和羧基均能与金属钠反应生成氢气，1mol该物质中含1mol羟基和1mol羧基，能与足量金属钠反应生成1mol氢气，故D错误；
故选：D。
16．D
【详解】A． 含有羟基、羧基和碳碳双键，共三种官能团，A正确；
B． 由结构简式可知，该物质的分子式为，B正确；
C． 该物质在一定条件下，所含羟基与乙酸发生酯化反应，所含羧基和乙醇能发生酯化反应，C正确；
D． 含羧基，故1 mol该物质与足量小苏打溶液反应，可产生1mol气体，标准状况下的体积约22.4L，D不正确；
答案选D。
17．C
【详解】A．根据X的结构简式得到X的分子式为，故A错误；
B．X含有羧基和酚酸酯，因此1 mol X最多能与3 mol NaOH反应，故B错误；
C．X、Y都没有手性碳原子，两者在室温下与足量加成，其断键方式都在同样的碳原子上，溴原子接的方式都一样，得到的产物都有3个手性碳原子即、，故C正确；
D．Y含有羟基，能与乙酸发生酯化反应可得到X，故D错误。
综上所述，答案为C。
18．C
【详解】A．柠檬酸分子中含有羟基和羧基两种官能团，A正确；
B．柠檬酸分子中含有-OH和-COOH，能形成分子间的氢键，则其熔沸点高于相对分子质量相近的烃，B正确；
C．羧基不能与氢气发生加成反应，则柠檬酸不能与氢气发生加成反应，C不正确；
D．柠檬酸的分子式为C6H8O7，可改写成C3H6(CO2)3(H2O)，丙醇的分子式为C3H8O，可改写成C3H6(H2O)，耗氧部分都是C3H6，则等物质的量的柠檬酸和丙醇(C3H7OH)完全燃烧时耗氧量相同，D正确；
故选C。
19．B
【详解】A．在一定条件下，甘氨酸与甘氨酸、丙氨酸与丙氨酸脱水可形成2种二肽，甘氨酸的羧基与丙氨酸的氨基、甘氨酸的氨基与丙氨酸的羧基可脱水形成2种二肽，共可生成4种二肽，A正确：
B．乙二酸具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，B错误；
C．纤维素的每个葡萄糖单元中一般含3个醇羧基，可表示为，纤维素能与乙酸酐反应生成醋酸纤维，醋酸纤维不易燃烧，可用于生产电影胶片片基，C正确；
D．由于溶液具有强酸性，可使蛋白质发生变性而不是盐析，D正确；
故答案为：B。
20．BD
【详解】A．烃是仅含C、H两种元素的有机物，而乳酸CH3CH(OH)COOH含C、H、O三种元素，所以乳酸不属于烃，A错误；
B．乳酸CH3CH(OH)COOH由C、H、O三种元素组成，所以属于烃的衍生物，B正确；
C．乳酸CH3CH(OH)COOH分子中含有-COOH，属于有机酸，其水溶液能导电，属于电解质，C错误；
D．乳酸CH3CH(OH)COOH分子中含有-OH、-COOH等水溶性基团，且分子中只含有3个C原子，所以其易溶于水，D正确；
故选BD。
21．(1) ③
(2)⑤
(3)低
(4)
(5)
(6)
【详解】（1）甲苯能和浓硝酸在浓硫酸催化作用下发生取代反应转化为三硝基甲苯，可制造炸药TNT，故选③；该反应为；
（2）⑤ 含有羧基和氨基，具有两性；
（3）①中羟基少于②中羟基，②能形成的氢键更多、沸点更高，故有机物①的沸点比②低；
（4）有机物④含有碳碳双键，能发生加聚反应生成高聚物： ；
（5）⑥中含有醛基，具有还原性，能和新制氢氧化铜反应生成氧化亚铜和羧基，反应为；
（6）有机物②与足量的有机物⑦充分反应能发生酯化反应生成酯，反应为。
22．(1) 1，3-丁二烯 碳碳双键、羟基
(2) 加成反应 或
(3)
(4) 13
(5)
【分析】根据合成路线可知，A与B发生的反应需要用已知信息对比产物可知，B的结构简式为，故B的名称为1，3-丁二烯；由于有机物F的分子式是C8H14O4可知其不饱和度为2，因此可知E在臭氧和过氧化氢作用下断裂的碳碳双键形成了两个羧基，故F的结构简式为或 ；再根据题干的Claisen缩合可知，有机物G在碱的作用下生成H符合Claisen缩合，因此推出G中含有的是乙醇与F反应生成的酯基，因而G的结构简式为，据此作答本题。
【详解】（1）根据分析可知B的结构简式为，则B的名称为1，3-丁二烯；观察有机物D的结构简式可知含有的官能团有碳碳双键、羟基，故答案为：1，3-丁二烯；碳碳双键、羟基；
（2）A与B发生反应生成C需要用已知信息，该反应为加成反应；由上述分析可知F的结构简式为或 ；故答案为：加成反应； 或 ；
（3）根据题干的Claisen缩合可知，G→H的反应方程式为；故答案为：；
（4）要求C的同分异构体，遇溶液显紫色，故可知含有酚羟基，而由于C的分子式为C8H8O3可知其不饱和度为5，因而C的同分异构体中除了含有苯环之外，还含有其他1个不饱和度的基团，这个基团要能水解且能发生水解，不能得出是-OOCH，（甲酸酯基），那么在苯环上的取代方式就有，第一种取代基为-OH、-OOCH、-CH3，有10种，第二种取代基为-OH、- CH2OOH，有3种，故符合条件的C的同分异构体共有13种；其中核磁共振氢谱峰面积比为2：2：2：1：1的结构简式为，故答案为：13；；
（5）乙醇和丁二酸()为原料(其他无机试剂任选)，合成的路线，，故答案为：。
【点睛】有机合成路线的分析题，主要是理解题目的合成路线的信息，通过不饱和度来解决有机物之间的转化关系。