十三 羧酸
【基础全面练】
题组一:羧酸的结构与酸性
1.下列有关常见羧酸的说法不正确的是( )
A.甲酸是一种无色有刺激性气味的液体,易溶于水
B.乙酸的沸点低于丙醇,高于乙醇
C.苯甲酸的酸性比碳酸强,可以和碳酸氢钠反应制取CO2
D.乙二酸具有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】选B。A.甲酸是一种液体,熔点为8 ℃,常温下为液体,具有刺激性气味,能与水以任意比例互溶,A正确;B.乙酸的沸点高于丙醇和乙醇的沸点,B错误;C.苯甲酸的酸性强于碳酸,根据强酸制弱酸的规律,可以利用苯甲酸和碳酸氢钠反应生成二氧化碳,C正确;D.乙二酸具有还原性,酸性高锰酸钾溶液具有氧化性,二者可以发生反应使酸性高锰酸钾溶液褪色,D正确。
2.某有机物A的结构简式为,若取等物质的量的A分别与足量的Na、NaOH溶液、NaHCO3溶液充分反应,理论上消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为( )
A.3∶2∶1 B.3∶2∶2
C.6∶4∶5 D.3∶2∶3
【解析】选A。该物质中能与钠反应的官能团有羧基、羟基,能与NaOH反应的官能团只有酚羟基和羧基,能与碳酸氢钠反应的官能团只有羧基,故1 mol A物质分别与题给物质充分反应,消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量分别是3 mol、2 mol、1 mol。综上所述,A项符合题意。
3.一种活性物质的结构简式如图所示,下列有关该物质的叙述正确的是( )
A.能发生取代反应,不能发生加成反应
B.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.属于乙醇的同系物
D.1 mol该物质与足量金属钠反应可得2 g H2
【解析】选D。该有机物中含有羟基、羧基,能发生取代反应,含有碳碳双键,能发生加成反应,A错误;该有机物中含—CH2OH和碳碳双键,能被酸性KMnO4溶液氧化,从而使酸性KMnO4溶液褪色,B错误;该有机物与乙醇的结构不相似,与乙醇不互为同系物,C错误;羟基和羧基都能与金属钠反应生成H2,则1 mol该物质与足量金属钠反应可生成1 mol即2 g H2,D正确。
题组二:酯化反应
4.(2024·葫芦岛高二检测)在制备和提纯乙酸乙酯的实验过程中,下列装置或操作不会涉及的是( )
【解析】选D。制备乙酸乙酯是用乙醇和乙酸在浓硫酸作催化剂、加热条件下发生酯化反应,A不符合题意;用饱和Na2CO3溶液可以吸收乙酸乙酯中混有的乙醇,消耗乙酸,同时降低乙酸乙酯在水中的溶解度,有利于分层,B不符合题意;乙酸乙酯难溶于饱和Na2CO3溶液,需用分液法分离,C不符合题意;题给装置是蒸发装置,本实验中并未涉及,D符合题意。
5.(2024·长沙一中高二检测)苯甲酸甲酯是一种重要的溶剂。实验室中以苯甲酸和甲醇为原料,利用反应+CH3OH+H2O制备。下列说法错误的是( )
A.浓硫酸在反应中作催化剂和吸水剂
B.实验时,先将甲醇和苯甲酸混合均匀后,再缓慢加入浓硫酸并不断搅拌
C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中的冷凝管不能互换
D.可在分液漏斗内先后用蒸馏水、NaOH溶液、蒸馏水洗涤粗产品
【解析】选D。酯化反应中浓硫酸作催化剂和吸水剂,A正确;浓硫酸稀释时放出大量热,先将甲醇和苯甲酸混合均匀,再缓慢加入浓硫酸并不断搅拌,B正确;球形冷凝管起冷凝回流作用,直形冷凝管常用于气态物质的冷凝,其下端连接接收器,所以装置Ⅰ和装置Ⅱ中的冷凝管不能互换,C正确;不能用NaOH溶液洗涤,苯甲酸甲酯在NaOH溶液中会水解,D错误。
6.(2024·大连高二检测)乙酸乙酯是一种重要的化工原料,广泛用于药物及染料等工业。某兴趣小组同学欲制备并分离提纯乙酸乙酯,实验装置如图1所示:
已知:
i.乙醇能与氯化钙形成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH;
ii.查阅资料得到下列数据:
物质 乙醇 乙酸 乙酸乙酯 乙醚
沸点/℃ 78.0 118.0 77.5 34.6
密度/(g·cm-3) 0.8 1.1 0.9 0.7
水溶性 互溶 可溶 微溶 微溶
(1)为防止加热时液体暴沸,需要在试管a中加入碎瓷片。如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片,应采取的操作是 (填字母)。
A.立即补加 B.冷却后补加
C.不需补加 D.重新配料
答案:(1)B
【解析】(1)碎瓷片起到防止暴沸的作用,加热一段时间后发现忘记加碎瓷片,应先停止加热,冷却到室温后再加,答案选B。
(2)生成乙酸乙酯的反应的化学方程式为 。
答案:(2)CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
【解析】(2)乙酸和乙醇在浓硫酸作催化剂条件下加热发生酯化反应生成乙酸乙酯,反应的化学方程式为CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O。
(3)试管b中饱和Na2CO3溶液除溶解乙醇还具有的作用为 。
答案:(3)除去乙酸,并降低乙酸乙酯的溶解度
【解析】(3)乙醇易溶于水,乙酸能和饱和碳酸钠溶液反应,乙酸乙酯不溶于饱和碳酸钠溶液,试管b中饱和Na2CO3溶液的作用为溶解乙醇、除去乙酸、降低乙酸乙酯溶解度。
(4)从试管b中分离出的乙酸乙酯中常含有一定量的乙醇、乙醚和水,首先向乙酸乙酯中加入无水氯化钙,除去 (填名称),然后除去其他物质。
答案:(4)乙醇和水
【解析】(4)已知乙醇能与氯化钙形成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH,乙醚和乙酸乙酯的沸点不同,从试管b中分离出的乙酸乙酯中常含有一定量的乙醇、乙醚和水,首先向乙酸乙酯中加入无水氯化钙,除去乙醇和水。
(5)另一化学小组同学设计如图2所示的装置制取乙酸乙酯(铁架台、铁夹、加热装置均已略去)。此装置和图1装置相比,优点是 (写一个即可)。
答案:(5)能够控制反应温度,减少副反应的发生(合理即可)
【解析】(5)由图可知,图2装置可以更好地控制反应的温度,减少副反应的发生(或者是冷凝效果更好,得到产物更多)。
【综合应用练】
7.(2024·衡阳高二检测)香豆素及其衍生物在自然界中广泛存在并具有许多应用,如用作抗凝剂、抗氧化剂、荧光探针、抑制剂、抗生素等,其中香豆素-3-羧酸的一种合成方法如图所示。下列说法正确的是( )
+
A.香豆素-3-羧酸的分子式为C10H8O4
B.米氏酸中所有碳原子不可能共平面
C.可用酸性KMnO4溶液鉴别水杨醛和香豆素-3-羧酸
D.等物质的量的水杨醛、米氏酸和香豆素-3-羧酸与足量NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量之比为1∶2∶2
【解析】选B。A.香豆素-3-羧酸的分子式为C10H6O4,A项错误;B.米氏酸分子中含有多个类似甲烷结构的碳原子,因此所有碳原子不在同一平面上,B项正确;C.水杨醛中的醛基、羟基以及香豆素-3-羧酸中的碳碳双键均能与酸性KMnO4溶液反应使其褪色,C项错误;D.1个水杨醛分子中含1个酚羟基,1个米氏酸分子中含2个(醇)酯基,1个香豆素-3-羧酸分子中含1个(酚)酯基和1个羧基,这些官能团均能与NaOH溶液反应,故等物质的量的水杨醛、米氏酸和香豆素-3-羧酸与足量NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量之比为1∶2∶3,D项错误。
8.(2024·抚州高二检测)某分子式为C10H20O2的酯,在一定条件下可发生如图所示的转化过程,则符合条件的酯的结构(不考虑立体异构)有( )
A.2种 B.4种 C.12种 D.16种
【解析】选B。分子式为C10H20O2的酯属于饱和一元酯,碱性条件下水解得到羧酸盐与醇,B酸化与C连续氧化得到同一物质,故B为羧酸盐,C为醇,且B、C中含有相同的碳原子数,B、C的碳骨架结构相同,故形成分子式为C10H20O2的酯的酸为C4H9COOH,醇为C4H9CH2OH,酸和醇分子中都含有—C4H9且结构相同,—C4H9有4种结构:—CH2CH2CH2CH3、—CH(CH3)CH2CH3、—CH2CH(CH3)2、—C(CH3)3,则符合条件的酯有4种,B项正确。
9.(2024·益阳高二检测)布洛芬 ()的一种合成路线为
下列有关说法不正确的是( )
A.布洛芬属于羧酸,与乙酸互为同系物
B.乙、丙均能发生取代反应,均能使酸性KMnO4溶液褪色
C.可以用碳酸氢钠溶液区分乙和丙
D.甲分子中所有碳原子不可能共平面
【解析】选A。布洛芬中含有羧基,属于羧酸,与乙酸结构不相似,与乙酸不互为同系物,A错误;乙含羟基,丙含羧基,都能发生取代反应,乙中含有醇羟基,以及乙、丙中与苯环相连的碳原子上有氢原子,均可被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色,B正确;丙含羧基,能和NaHCO3溶液反应放出CO2气体,而乙与NaHCO3溶液不反应,故可用NaHCO3溶液区分乙和丙,C正确;甲中含多个饱和碳原子,分子中所有碳原子不可能共平面,D正确。
10.某有机物M的结构简式为,下列有关M性质的叙述错误的是( )
A.M和NaOH完全反应时,二者的物质的量之比为1∶3
B.M和金属钠完全反应时,二者的物质的量之比为1∶3
C.等物质的量的M分别与足量钠、NaHCO3反应生成的气体在同温同压下体积之比为3∶2
D.M在浓硫酸作用下,既可以和乙酸反应,又能和乙醇反应
【解析】选A。A.1个M分子中含有1个羧基,所以M和NaOH以物质的量之比1∶1反应,A错误;B.1个M分子中含有1个羧基和2个醇羟基,所以M和Na以物质的量之比1∶3反应,B正确;C.1 mol M与钠反应生成1.5 mol H2,1 mol M和碳酸氢钠溶液反应生成1 mol CO2,故生成的气体在同温同压下体积之比为3∶2,C正确;D.M中—OH和乙酸能发生酯化反应,—COOH能和乙醇发生酯化反应,需要浓硫酸作催化剂,D正确。
11.(2024·成都高二检测)牛奶放置时间长了会变酸,这是因为牛奶中含有的乳糖在微生物的作用下分解变成了乳酸。乳酸最初就是从酸牛奶中得到并由此而得名的。乳酸的结构简式为CH3CH(OH)COOH。完成下列问题:
(1)乳酸发生变化:
。
所用的试剂是a: ,b: (写化学式)。
答案:(1)NaHCO3(或NaOH或Na2CO3) Na
【解析】(1)在乳酸中先加入的物质只与羧基反应,不能与羟基发生反应,则加入的物质 a 可以是NaHCO3(或NaOH或Na2CO3),反应产生的中的醇羟基再发生反应,则加入的物质是金属Na。
(2)写出下列反应的化学方程式,并注明反应类型。
乳酸与乙醇反应: , 。
答案:(2)CH3CH(OH)COOH+C2H5OHH2O+CH3CH(OH)COOC2H5酯化反应(或取代反应)
【解析】(2)乳酸中含有羧基,可以与乙醇发生酯化反应(取代反应)生成酯和水,化学方程式为CH3CH(OH)COOH+C2H5OHH2O+CH3CH(OH)COOC2H5。
(3)乳酸在浓硫酸作用下,两分子相互反应生成六元环状结构的物质,写出此生成物的结构简式: 。
答案:(3)
【解析】(3)两分子乳酸在浓硫酸作用下相互反应生成六元环结构的物质,即分子间发生酯化反应,则生成物的结构简式为。
(4)乳酸在铜催化下与氧气反应的化学方程式为 。
答案:(4)2CH3—CH(OH)—COOH+O2+2H2O
【解析】(4)乳酸有羟基,但与羟基相连的碳上只有一个氢,故发生催化氧化生成羰基,故乳酸在铜催化下与氧气反应的化学方程式为2CH3—CH(OH)—COOH+O2+2H2O。
(5)与乳酸具有相同官能团,且比乳酸多1个C的同系物的结构有 种。
答案:(5)5
【解析】(5)与乳酸CH3CH(OH)COOH具有相同官能团,且比乳酸多1个C,其碳链结构表示为,则在3个直链碳上取代羟基和羧基,当羟基在1号碳上,羧基可在1、2、3号碳上,共3种情况,当羟基在2号碳上,羧基可在1、2号碳上,共2种情况,综上,共有5种结构。
【拓展创新练】
12.苯丙酸乙酯H()是一种重要的化工产品,常用作医药中间体,实验室制备苯丙酸乙酯的合成路线如下:
已知:RClRCNRCOOH(R表示烃基)
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 ,B中官能团的名称为 。
答案:(1)苯乙烯 碳氯键(或氯原子)
(2)反应②的反应类型为 ,C的结构简式为 。
答案:(2)取代反应
(3)反应④的化学方程式为 。
答案:(3)+HOCH2CH3+H2O
(4)写出一种同时满足下列条件的D的同分异构体的结构简式: 。
ⅰ.苯环上含3个取代基
ⅱ.既能发生银镜反应,又能发生水解反应
ⅲ.核磁共振氢谱有4组吸收峰,峰面积之比为6∶2∶1∶1
答案:(4)(或)
(5)参照上述合成路线及信息写出以乙烯为原料制备丁二酸(HOOCCH2CH2COOH)的合成路线: (无机试剂任选)。
答案:(5)CH2＝CH2ClCH2CH2ClNCCH2CH2CNHOOCCH2CH2COOH
【解析】根据D的结构及已知信息得C为,B为;烃A和HCl发生加成反应生成B,则A为。(4)依据限制条件ⅰ.苯环上含3个取代基;ⅱ.既能发生银镜反应,又能发生水解反应,说明分子中含有甲酸形成的酯基;ⅲ.核磁共振氢谱有4组吸收峰,峰面积之比为6∶2∶1∶1,说明存在对称结构且含有2个甲基。(5)乙烯和氯气发生加成反应生成ClCH2CH2Cl,ClCH2CH2Cl和NaCN发生取代反应生成NCCH2CH2CN,NCCH2CH2CN在酸性条件下反应生成HOOCCH2CH2COOH。十三 羧酸
【基础全面练】
题组一:羧酸的结构与酸性
1.下列有关常见羧酸的说法不正确的是( )
A.甲酸是一种无色有刺激性气味的液体,易溶于水
B.乙酸的沸点低于丙醇,高于乙醇
C.苯甲酸的酸性比碳酸强,可以和碳酸氢钠反应制取CO2
D.乙二酸具有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色
2.某有机物A的结构简式为,若取等物质的量的A分别与足量的Na、NaOH溶液、NaHCO3溶液充分反应,理论上消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为( )
A.3∶2∶1 B.3∶2∶2
C.6∶4∶5 D.3∶2∶3
3.一种活性物质的结构简式如图所示,下列有关该物质的叙述正确的是( )
A.能发生取代反应,不能发生加成反应
B.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.属于乙醇的同系物
D.1 mol该物质与足量金属钠反应可得2 g H2
题组二:酯化反应
4.(2024·葫芦岛高二检测)在制备和提纯乙酸乙酯的实验过程中,下列装置或操作不会涉及的是( )
5.(2024·长沙一中高二检测)苯甲酸甲酯是一种重要的溶剂。实验室中以苯甲酸和甲醇为原料,利用反应+CH3OH+H2O制备。下列说法错误的是( )
A.浓硫酸在反应中作催化剂和吸水剂
B.实验时,先将甲醇和苯甲酸混合均匀后,再缓慢加入浓硫酸并不断搅拌
C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中的冷凝管不能互换
D.可在分液漏斗内先后用蒸馏水、NaOH溶液、蒸馏水洗涤粗产品
6.(2024·大连高二检测)乙酸乙酯是一种重要的化工原料,广泛用于药物及染料等工业。某兴趣小组同学欲制备并分离提纯乙酸乙酯,实验装置如图1所示:
已知:
i.乙醇能与氯化钙形成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH;
ii.查阅资料得到下列数据:
物质 乙醇 乙酸 乙酸乙酯 乙醚
沸点/℃ 78.0 118.0 77.5 34.6
密度/(g·cm-3) 0.8 1.1 0.9 0.7
水溶性 互溶 可溶 微溶 微溶
(1)为防止加热时液体暴沸,需要在试管a中加入碎瓷片。如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片,应采取的操作是 (填字母)。
A.立即补加 B.冷却后补加
C.不需补加 D.重新配料
(2)生成乙酸乙酯的反应的化学方程式为 。
(3)试管b中饱和Na2CO3溶液除溶解乙醇还具有的作用为 。
(4)从试管b中分离出的乙酸乙酯中常含有一定量的乙醇、乙醚和水,首先向乙酸乙酯中加入无水氯化钙,除去 (填名称),然后除去其他物质。
(5)另一化学小组同学设计如图2所示的装置制取乙酸乙酯(铁架台、铁夹、加热装置均已略去)。此装置和图1装置相比,优点是 (写一个即可)。
【综合应用练】
7.(2024·衡阳高二检测)香豆素及其衍生物在自然界中广泛存在并具有许多应用,如用作抗凝剂、抗氧化剂、荧光探针、抑制剂、抗生素等,其中香豆素-3-羧酸的一种合成方法如图所示。下列说法正确的是( )
+
A.香豆素-3-羧酸的分子式为C10H8O4
B.米氏酸中所有碳原子不可能共平面
C.可用酸性KMnO4溶液鉴别水杨醛和香豆素-3-羧酸
D.等物质的量的水杨醛、米氏酸和香豆素-3-羧酸与足量NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量之比为1∶2∶2
8.(2024·抚州高二检测)某分子式为C10H20O2的酯,在一定条件下可发生如图所示的转化过程,则符合条件的酯的结构(不考虑立体异构)有( )
A.2种 B.4种 C.12种 D.16种
9.(2024·益阳高二检测)布洛芬 ()的一种合成路线为
下列有关说法不正确的是( )
A.布洛芬属于羧酸,与乙酸互为同系物
B.乙、丙均能发生取代反应,均能使酸性KMnO4溶液褪色
C.可以用碳酸氢钠溶液区分乙和丙
D.甲分子中所有碳原子不可能共平面
10.某有机物M的结构简式为,下列有关M性质的叙述错误的是( )
A.M和NaOH完全反应时,二者的物质的量之比为1∶3
B.M和金属钠完全反应时,二者的物质的量之比为1∶3
C.等物质的量的M分别与足量钠、NaHCO3反应生成的气体在同温同压下体积之比为3∶2
D.M在浓硫酸作用下,既可以和乙酸反应,又能和乙醇反应
11.(2024·成都高二检测)牛奶放置时间长了会变酸,这是因为牛奶中含有的乳糖在微生物的作用下分解变成了乳酸。乳酸最初就是从酸牛奶中得到并由此而得名的。乳酸的结构简式为CH3CH(OH)COOH。完成下列问题:
(1)乳酸发生变化:
。
所用的试剂是a: ,b: (写化学式)。
(2)写出下列反应的化学方程式,并注明反应类型。
乳酸与乙醇反应: , 。
(3)乳酸在浓硫酸作用下,两分子相互反应生成六元环状结构的物质,写出此生成物的结构简式: 。
(4)乳酸在铜催化下与氧气反应的化学方程式为 。
(5)与乳酸具有相同官能团,且比乳酸多1个C的同系物的结构有 种。
【拓展创新练】
12.苯丙酸乙酯H()是一种重要的化工产品,常用作医药中间体,实验室制备苯丙酸乙酯的合成路线如下:
已知:RClRCNRCOOH(R表示烃基)
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 ,B中官能团的名称为 。
(2)反应②的反应类型为 ,C的结构简式为 。
(3)反应④的化学方程式为 。
(4)写出一种同时满足下列条件的D的同分异构体的结构简式: 。
ⅰ.苯环上含3个取代基
ⅱ.既能发生银镜反应,又能发生水解反应
ⅲ.核磁共振氢谱有4组吸收峰,峰面积之比为6∶2∶1∶1
(5)参照上述合成路线及信息写出以乙烯为原料制备丁二酸(HOOCCH2CH2COOH)的合成路线: (无机试剂任选)。
