3.4羧酸 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修三(共45张PPT)

(共45张PPT)
第三章第四节 羧酸羧酸衍生物
一、羧酸
二、羧酸衍生物
第三章第四节
第一课时 羧酸
一、羧酸概述
二、羧酸的理化性质
三、几种特别的羧酸
羧酸概述
羧酸的概念及分类
■羧酸：由烃基(或氢原子)与羧基(-COOH) 相连而构成的有机化合物；
■官能团：羧基(-COOH 或HOOC-) O
■饱和一元羧酸通式：C,H nO (n≥1)或C,H n+1COOH(n≥0) C OH
■羧酸的分类：
根据烃基的种类：脂肪酸(如乙酸)、芳香酸(如苯甲酸);
根据羧基的数目：一元羧酸(如甲酸)、二元羧酸(如乙二酸)、多元羧酸； 根据烃基是否饱和：饱和羧酸(如丙酸)、不饱和羧酸(如丙烯酸);
动物油酸 动物油酸
油酸
C H CO0H
羧酸概述
认识常见的有机酸
高级脂肪酸
低级脂肪酸
乙醇溶剂 苯甲酸溶剂
羧酸概述
认识常见的有机酸
苯甲酸
(安息香酸)
乳酸(2-羟基丙酸)
芳香酸
羟基酸
COOH
羧酸概述
羧酸的系统命名法
选主链：选择带羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称为“某酸”; 编号位：在选取的主链中，从羧基碳原子开始给主链碳原子编号，羧基碳 原子为“1”号；
定名称：在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称；
CH -CH-CH -COOH CH -CH-CH-CH -COOH CH =CH-COOH
3,4-二甲基戊酸
COOH
对甲基苯甲酸 4-甲基苯甲酸
CH CH
H C
邻羟基苯甲酸 2-羟基苯甲酸
CH 3-甲基丁酸
邻苯二甲酸
丙烯酸
OH
名称 结构简式 熔点/℃
沸点1℃
甲酸 HCOOH 8
101
乙酸 CH COOH 17
118
丙酸 CH CH COOH -21
141
正丁酸 CH CH CH COOH -5
166
十八酸(硬脂酸) CH (CH ) 6COOH 70
383
苯甲酸 COOH 122
249
羧酸的物理性质
■ 思考与讨论：阅读教材73-74页，找到常见羧酸的物理性质，并归纳总结!
几种羧酸的熔点和沸点
乙二酸
√无色晶体；
√可溶于水和乙醇；
√化学分析中常用的还原剂；
苯甲酸
√无色晶体；
√易升华；
√微溶于水、易溶于乙醇；
甲酸
√无色、有刺激性气味的
液体，有腐蚀性；
√能与水、乙醇互溶；
乙酸
√无色、有强烈刺激性气 味的液体；
√熔点较低易凝固，可溶 于水、乙醇；
羧酸的物理性质
■思考与讨论：阅读教材73-74页，找到常见羧酸的物理性质，并归纳总结!
■溶解性：分子中碳原子数较少的低级酸易溶于水，随着碳数的增多，一元羧 酸在水中的溶解度迅速减小，甚至不溶于水，但羧酸可溶于乙醇等大多有机 溶剂；
■沸点：随着碳原子数目的增多，羧酸的沸点逐渐升高，常温下也由液体逐渐 向固体过渡，且沸点都高于相对分子质量相近的烃。
羧酸的物理性质
羧酸的物理通性
名 称 丙 烷 乙 醛 乙 西立 四子 甲 酸 正 丁 烷 丙 醛 正 丙 醇 乙 酸 正 戊 烷 丁 醛 正 丁 醇
丙 酸
M 44 44 46 46 58 58 60 60 72 72 74
74
沸 点 -42 21 78 101 -0.5 49 97 118 36 76 118
141
羧酸的物理性质
口分析一：对比相对分子质量(M)相近的不同有机物的沸点，从结构角度进行 解释
相对分子质量相近的物质，极性越大，沸点越高；
醇类和羧酸类物质存在分子间氢键，使得沸点相对更高；
/℃
羧酸的物理性质
羧酸分子中羧基形成氢键的机会比醇更多，因此相对于分子量接近的醇， 羧酸的沸点更高!
乙酸
O
H C C O H H C
O
H C C O H H C
正丙醇
C H -CH -O-H
C H -CH -O-H
丙醛
O C H C
O
C H C
O
C O H
O
C O H
醛与醛分子间
无氢键
H
H
名称 丙烷 一氯 丙烷 一硝基 丙烷 丙酮 丙醛 正丙醇 丙酸 正丙胺
丙酰胺
官能团 无 碳氯键 -NO 羰基 -CHO -OH -COOH -NH
-CONH
水溶性 难溶 难溶 微溶 互溶 可溶 互溶 可溶 可溶
可溶
→亲水基：-OH 、-COOH 、-NH 、-CHO 、-CONH 、-SO H、酮羰基等官能团能与水
形成分子间氢键，增加水溶性；
>疏水基：烷烃基、芳基、硝基、卤原子，且烃基越长，溶解性越差；
口分析二：对比相同碳原子数的不同类有机物的溶解性，找出其中的亲水基
和疏水基。
羧酸的物理性质
名称 丙烷 一氯 丙烷 一硝基 丙烷 丙酮 丙醛 正丙醇 丙酸 正丙胺
丙酰胺
官能团 无 碳氯键 -NO 羰基 -CHO -OH -COOH -NH
-CONH
水溶性 难溶 难溶 微溶 互溶 可溶 互溶 可溶 可溶
可溶
羧酸的物理性质
口分析二：对比相同碳原子数的不同类有机物的溶解性，找出其中的亲水基 和疏水基。
名称 苯酚 苯胺
苯甲酸
水溶性 微溶冷水 微溶
微溶冷水
羧酸的化学性质
从“结构”到“性质”
O-H 断 裂 > 解 离 出H+, 羧酸表现出酸性
十
H
>-OH 可以被其它基团取代，生成酯、 酰胺等羧酸类衍生物
口分析三：羧基中断键部位可能是哪里 以乙酸为例进行说明!
①
C-O 断裂
H3
实验内容
实验现象
①与酸碱指示剂作用或使用pH传感器 测定溶液的pH
②与活泼金属反应产生H
③与碱发生中和反应
④与碳酸盐或酸式碳酸盐反应产生 CO
⑤与碱性氧化物反应
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
【探究一】设计实验证明羧酸具有酸性
实验内容
实验现象
①与酸碱指示剂作用或使用pH传感器 测定溶液的pH
石蕊变红/pH<7
②与活泼金属反应产生H
金属溶解，产生气泡
③与碱发生中和反应
酚酞溶液由红色变成无色
④与碳酸盐或酸式碳酸盐反应产生 CO
产生能使澄清石灰水变浑浊的气体
⑤与碱性氧化物反应
固体溶解
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
【探究一】设计实验证明羧酸具有酸性
> 与NaOH:CH COOH+NaOH→CH COONa+H O
> 与Na CO :2CH COOH+2Na CO →2CH COONa+H O+CO 个
> 与NaHCO :CH COOH+NaHCO →CH COONa+H O+CO 个
> 与MgO:2CH COOH+MgO→(CH CO0) Mg+H O
乙酸的酸性
羧酸的化学性质
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
【探究二】比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱：利用下图所示仪器和药品，设 计一个简单的一次性完成的实验装置，比较酸性强弱。
H
Na CO 饱 和NaHCO 溶 液
J
的
苯酚钠溶液
注：D、E、F、G 分别是双孔橡胶塞上的孔
A C
CH CO0H
B
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
口方案评价：某同学用下列装置比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱，你认为 合理吗
左瓶现象：产生大量气泡
2CH COOH+2Na CO →2CH COONa+H O+CO 个
右试管现象：产生白色浑浊
CH COOH
E J
苯酚钠 溶液
结论：酸性强弱---乙酸>碳酸>苯酚
OH +NaHCO
Na CO
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
口方案评价：某同学用下列装置比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱，你认为 合理吗
乙酸具有挥发性，且也能与苯酚钠反应， 对实验有干扰，需要除去乙酸!
>结论：酸性强弱---乙酸>碳酸>苯酚
CH COOH J
苯酚钠 溶液
Na CO
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
口方案优化：利用饱和NaHCO 溶液可以除去CO 中混有的少量乙酸，改进 后的装置如下：
装置 A瓶 B瓶
C瓶
现象 有气泡 产生 有气泡 产生
白色浑浊
结论或 作用 酸性： 醋酸>碳酸 吸收醋酸 防止干扰
酸性：
碳酸>苯酚
员
乙酸溶液
饱和碳酸 氢钠溶液
A B C
碳酸钠 固体
苯酚钠 溶液
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
【例1】羧酸酸性定量计算：
(1)写出乙二酸和足量NaHCO 溶液反应的化学方程式：
(2)1 mol乙二酸和足量NaHCO 溶液反应，最多生成 44.8 L气体(标
准状况下)。
Na NaOH Na CO
NaHCO
-OH(醇) X X
-OH(酚)
-COOH
羧酸的化学性质
归纳与小结
(2)
CH OH
COOH
OH
【例2】为实现以下各步转化，请填入合适的试剂：
CH ONa
COONa
ONa
3Na
(1)
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
口分析四：羧酸的酸性和邻近基团之间有什么关系
不同羧酸的pKa(pKa=-lgK )
羧酸
pKa
丙酸(C H COOH)
4.88
乙酸(CH COOH)
4.76
甲酸(HCOOH)
3.75
氯乙酸(CH CICOOH)
2.86
二氯乙酸(CHCl COOH)
1.29
三氯乙酸(CCl COOH)
0.65
三氟乙酸(CF COOH)
0.23
极性越大，羧基越容易电离出H+,
羧酸酸性越强；
引入电负性强(吸电子)基团，酸 性增强；
引入推电子基团，酸性减弱!
羧酸
pKa
丙酸(C H COOH)
4.88
乙酸(CH COOH)
4.76
甲酸(HCOOH)
3.75
氯乙酸(CH CICOOH)
2.86
二氯乙酸(CHCl COOH)
1.29
三氯乙酸(CCl COOH)
0.65
三氟乙酸(CF COOH)
0.23
羧酸的化学性质
羧酸的酸性
口分析四：羧酸的酸性和邻近基团之间有什么关系
不同羧酸的pKa(pK =-lgK )
CH -CH-CooH
OH
乳酸(pKa=3.86)
CH CH COOH 丙酸(pKa=4.88)
乳酸和丙酸的酸性谁更强
羧酸的化学性质
羧酸的酯化反应
O O
H C C O H +H O C H on.F S04H C co C H +H O
口分析五：乙酸和乙醇的酯化反应，从形式上看是羧基与羟基之间脱去了一 个水分子。脱水时有以下两种可能的方式，你能设计一个实验方案来证明
CoC H +H O
O
C O H +H O
是哪一种吗
H C
羧酸的化学性质
羧酸的酯化反应
【同位素示踪法】乙酸和乙醇的酯化反应是乙酸分子中羧基的羟基与乙醇分子 中羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯，即“酸脱羟基醇脱氢”!
乙酸乙酯 (微溶于水)
羧酸的化学性质
乙酸酯化反应机理
羧酸的化学性质
乙酸乙酯的制备
(1)在一支试管中加入2 mL乙 醇，然后边振荡试管边慢慢加入0.5 mL浓硫酸和2 mL 乙酸，再加入几片碎瓷片。在另一支试管中加入3 mL 饱和Na CO 溶液。
(2)用小火加热试管里的混合物，将产生的蒸汽经导管通到饱和Na CO 溶液的 上方约0.5 cm 处，注意观察试管内的变化。反应一端时间后，取下盛有饱和 Na CO 溶液的试管，并停止加热。
(3)振荡盛有Na CO 溶液的试管，静置。待溶液分层后， 观察上层的油状液体，并注意闻气味。
试剂加入顺序：浓硫酸不能第一个加，其余的随意!
浓硫酸作用：催化剂、吸水剂!
碎瓷片的作用：防止暴沸!
饱和Na CO 溶液的作用：中和乙酸、溶解乙醇、降低乙酸乙酯溶解度!
Step 1:在一支试管中加入2 mL乙醇，然后边振荡试管边慢慢加入0.5 mL浓硫 酸和2 mL乙酸，再加入几片碎瓷片。在另一支试管中加入3 mL饱和Na CO 溶
液。
羧酸的化学性质
乙酸乙酯的制备
实验分析
Step 2:用小火加热试管里的混合物，将产生的蒸汽经导管通到饱和Na CO 溶液 的上方约0.5 cm处，注意观察试管内的变化。反应一端时间后，取下盛有饱和
Na CO 溶液的试管，并停止加热。
Step 3:振荡盛有Na CO 溶液的试管，静置。待溶液分层后，观察上层的油状液 体，并注意闻气味。
导管口距离液面上方约0.5 cm 处的原因：防止倒吸!
> “上层出现了油状液体”体现了乙酸乙酯哪些性质：难溶于水、密度比水 小!
羧酸的化学性质
乙酸乙酯的制备
实验分析
口分析六：在制取乙酸乙酯的实验中，如果要提高乙酸乙酯的产率，你认为
应当采取哪些措施 请结合化学反应原理的有关知识进行说明。(已知：酯 化反应为放热反应)
增加乙醇的用量(乙醇沸点比乙酸低，更容易挥发损 失),增大反应物浓度，平衡正向移动，提高产率；
>不断分离产物，减小生成物浓度，使平衡正向移动， 提高乙酸乙酯的产率；
浓硫酸具有吸水性，减少水分子，促进平衡正向移动!
羧酸的化学性质
乙酸乙酯的制备
物质
沸点/℃
乙酸
117.9
乙醇
78.5
乙酸乙酯
77
口分析七：在酯化反应的实验中，硫酸氢钠可以代替浓硫酸作催化剂，试说
明其原因。
HSO 可以电离出H+来催化该反应，生成的水又能使NaHSO 电离出更多 的H+;
固态的NaHSO 使用较为方便!
羧酸的化学性质
乙酸乙酯的制备
【例3】酯化反应方程式的书写：
(1)完成以下化学方程式的书写：
①甲酸和甲醇与浓硫酸共热：
② 乙二醇和足量乙酸与浓硫酸共热：
③乙二酸和足量乙醇与浓硫酸共热：
④ 乙二酸和乙二醇与浓硫酸共热：
(2) 两分子HO-CH -COOH自身能发生酯化反应生成环状酯类物质，写出产物 的结构简式。
羧酸的化学性质
【例3】酯化反应方程式的书写：
(3)乳酸在浓硫酸加热下，能得到哪些产物
O
O
酯化产物 H C O
OH
OH
乳酸 消去产物 CH =CH-COOH
羧酸的化学性质
CH
O
O
羧酸的化学性质
> 羧酸的还原反应
羟基的存在和羰基形成p-π共轭结构，使得碳氧双键电子云密度增大，更加 稳定，从而羧基的碳氧双键不能被H 加成。只有强还原剂(如LiAlH )才能将羧 酸还原成相应的醇。
H C C O H CH CH OH
R 为H 或烃基
LiAIH4
O
工 上
羧酸的化学性质
羧酸的取代反应
由于羧基整体具有吸电子作用，使得α-C上的C-H 键的极性增强，在一定条 件下α-H也能表现出反应活性。
羧酸的化学性质
羧酸的脱水反应
除甲酸外，羧酸均可失水形成酸酐：
乙酸酐代替乙酸 进行酯化反应!
顺丁烯二酸酐
分子内脱水：
分子间脱水
乙酸酐
甲酸(蚁酸)
结构特点：既有羧基又有醛基；
物理性质：
√无色、有刺激性气味的液体；
√ 有腐蚀性；
√能与水、乙醇互溶；
>化学性质：
√弱酸性、能发生酯化反应；
几种特别的羧酸
加热或不加热， 现象相同吗
应用：工业上可作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料；
√ 能与银氨溶液或新制Cu(OH) 反应、能与酸性KMnO
溶液反应；
乙二酸(草酸)
>物理性质：
√ 无色透明晶体；
√易溶于水和乙醇，通常含两个结晶水； >化学性质：
√弱酸性(二元弱酸)、能发生酯化反应； √ 还原性：能与酸性KMnO 溶液反应；
√ 与Ca +反应生成草酸钙沉淀；
几种特别的羧酸
【生活小贴士】
菠菜和豆腐不能一起吃!
应用：常用于化学分析的还原剂，重要的化工原料；
O O
HO C C OH
物理性质：
√无色晶体、易升华；
√微溶于水，易溶于乙醇；
>化学性质：
√弱酸性：酸性强于乙酸，但比甲酸弱； √ 能发生酯化反应；
几种特别的羧酸
苯甲酸(安息香酸)
应用：可以用于合成香料、药物等，其钠盐和钾盐是常用的食品防腐剂；
随堂练习
1.生活中遇到的某些问题，常常涉及化学知识，下列各项叙述不正确 的是( B )
A. 鱼虾会产生腥臭味，可在烹调时加入少量食醋和料酒
B. 食品包装袋中常放入小袋的生石灰和铁粉，目的是防止食品潮解变 质
C.被蜂蚁蛰咬会感觉疼痛难惹，这是由于人的皮肤被注入了甲酸的缘 故，此时若能涂抹稀氨水或碳酸氢钠溶液，可以减轻疼痛
D. 苯酚溶液用于环境消毒，医用酒精用于皮肤消毒，福尔马林用于制 生物标本，都是因为使蛋白质变性凝固
随堂练习
2.下列说法错误的是( A )
A.1 mol乙醇和1 mol 醋酸在浓硫酸的作用下加热可以完全反应生成1 mol乙酸乙酯
B. 甲酸既有羧酸的性质，也有醛基的性质
C. 酸性顺序：甲酸>丙酸，乳酸>丙酸
D. 硬脂酸属于饱和一元羧酸
随堂练习
3.某有机物A 的结构简式如下，取Na、NaOH、NaHCO 分别与等物质 的量的该物质充分反应(反应时可加热煮沸),则消耗Na、NaOH、
NaHCO 三种物质的物质的量之比为( C )
A.2:2:1
B.1:1:1
C.3:2:1
D.3:3:2
随堂练习
4.下列哪些实验能证明草酸是弱酸 ( ABE )
A. 配制0.5 mol/L草酸溶液，测pH值 ，pH>1证明是弱酸
B. 配 制pH=2的硫酸和草酸，分别稀释100倍后，草酸pH更小
C. 将草酸晶体加入碳酸钠溶液中，有CO 放出
D. 中和等体积等浓度的草酸溶液和稀硫酸，稀硫酸消耗碱的量更多
E. 分别向等体积等浓度的草酸溶液和盐酸中投入大小、纯度均相同的 锌粒，后者反应更剧烈