第三节 羧酸 酯
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第三节 羧酸 酯（一）
【复习指导】
乙醇存在于食醋中，约占3～5%，由于它能改善和调节人体的新陈代谢，因此，作为饮食调料，它的需求量不断增长。更由于它的特殊的官能团（羰基与羟基相连），反映了有机物中原子团之间的相互影响。因而抓住羧基官能团，才能学好乙酸的化学性质。
【学习目标】
1． 了解乙酸的分子结构、主要性质和用途。
2． 了解酯化反应的实质以及乙酸乙酯的实验室制法。
3． 了解羧酸的分类、官能团的特征、主要化学通性及用途。
4． 了解甲酸的主要性质。
【本节重点】
①乙酸的结构、乙酸的化学性质和酯化反应的原理，乙酸的酸性强弱；②酯类的水解反应
【本节难点】
羧酸与酯的同分异构现象
制备乙酸乙酯的反应原理、操作。
【基础知识精讲】
一、 乙酸
（一） 乙酸的分子组成和结构
分子式为：C2H4O2 结构简式为CH3COOH 官能团—COOH
注意：官能团羧基的结构式
从组成上来看， 羧基是由羰基和羟基组成的，由于二者之间的相互影响，使得羧基的性质既不是羰基的性质，也不是羟基的性质，更不是两者的简单加和。
（二）乙酸的物理性质
乙酸又名醋酸，它是食醋的主要成分。
色味态 通常情况下，纯净的乙酸是无色、有强烈刺激性气味的液体。
溶解性 乙酸易溶于水和乙醇。
熔沸点 乙酸的熔点是16.6℃，沸点是117.9℃。当温度低于16.6℃时，乙酸就凝结成冰一样的晶体，故无水乙酸又叫冰醋酸。
（三）乙酸的化学性质
乙酸的官能团是—COOH，其化学性质主要是由羧基决定的，表现在羧基氢的酸性和羧基上羟基的取代两个方面。
1．羧基氢的酸性
乙酸有明显的酸性，在水溶液里能部分地电离，产生氢离子。
因此，乙酸具有酸的通性。
性质 化学方程式
与酸碱指示剂反应 乙酸能使紫色石蕊试液变红
与活泼金属反应 产生气泡Zn+2CH3COOH=(CH3COO)2Zn+H2
与碱反应 CH3COOH+NaOH=CH3COONa+ H2O
与碱性氧化物反应 CuO+ 2CH3COOH=( CH3COO) 2Cu+ H2O
与某些盐反应 C aCO3+2 CH3COOH=（CH3COO）2Ca+ H2O+ CO2
乙酸的酸性强于碳酸，而弱于盐酸。
【科学探究1】
参考如图3-2所示的实验装置。乙酸与碳酸钠反应，放出CO2气体，根据强酸制弱酸的原理，说明乙酸的酸性比碳酸强；将产生的CO2通入苯酚钠溶液中，生成苯酚，溶液变浑浊，说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下：
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa + CO2↑+ H2O
CO2+H2O+C6H5ONa→NaHCO3+C6H5OH
l 关于乙酸酸性说明：
（1）苯酚、水、乙醇、碳酸和乙酸的酸性强弱的比较
苯酚、水、乙醇、碳酸和分子结构中，都含有羟基，有相似的性质，如羟基氢能被活泼金属取代放出氢气。但与羟基相连的原子或原子团不同，它们对羟基的影响不同，使羟基呈现出的性质有所不同，酸性强弱不同。酸性由强到弱的顺序为：CH3COOH> H2CO3 > C6 H5 OH> H2 O> C2 H5 OH
乙酸 苯酚 水 乙醇 碳酸
分子结构 H—OH
与羟基直接相连的原子或原子团 乙酰基 苯基—C6H5 氢原子—H 乙基—C2H5 羧基
遇石蕊试液 变红 不变红 不变红 不变红 变浅红
与Na反应 反应 反应 反应 反应 反应
与NaOH反应 反应 反应 不反应 不反应 反应
与NaHC O3反应 反应 不反应 不反应 不反应 不反应
与Na2 CO3反应 反应 反应 不反应 不反应 反应
酸性强弱 CH3 COOH> H2 CO3 >C6 H5 OH> H 2 O >C2 H5 OH
（2）羧酸的官能团—COOH是由羰基和羟基组成的，能否发生羰基碳氧双键的加成反应和羟基氢被活泼金属取代的反应？
从组成上看羰基是由羟基和羧基组成的，但二者的直接相连会导致彼此之间因相互影响而发生一些结构上的变化，故羧基的性质不是羧基性质和羟基性质的简单加和。如：羰基受羟基的影响，不再具有加成反应的性质；同理，羟基受羰基的影响，羟基氢更加活泼，已表现出明显的酸性，能与碱发生反应，因而不仅能被活泼金属取代，而且反应更加剧烈。
2．酯化反应
酸跟醇起反应成酯和水的反应，叫做酯化反应。
注意：①反应机理：用18O作为示踪原子，证明酯化反应的脱水方式是羧酸脱去羧基上的羟基。即羧酸分子里的羟基和醇分子里羟基上的氢原子结合成水，其余部分互相结合成酯。 ——“酸脱羟基醇脱氢“
②实验注意事项：
加入几片碎瓷片或少量小沸石的目的：如果该反应开始直接强热，将使乙酸和乙醇酯化应时挥发逸出，降低原料的利用率和产量，加入碎瓷片或沸石主要是防止溶液暴沸。
浓H2SO4的作用：
浓H2SO4主要起催化剂的作用，但同时起到脱水和吸水的作用，有利于酯化反应的反应速率极大提高，若无浓H2SO4的存在，酯化反应是一个非常缓慢的反应。
l 关于乙酸酯化反应的说明：
（1）实验室制取乙酸乙酯时，为什么要将其蒸汽通到饱和碳酸钠溶液的液面上？
实验室制取乙酸乙酯是将乙酸和乙醇混合，加入少量浓硫酸作催化剂，在加热条件下发生酯化反应而生成的。
CH3COOH+HOC2H5 CH3COO C2H5+H2 O
这个反应是可逆的，生成的乙酸乙酯如果留在反应混合液中将不利于平衡向正反应方向移动。加热的目的除了加快反应速度以外，同时也使生成的乙酸乙酯（沸点为77.1℃）变成蒸气与反应混合物及时分离。由于乙醇的沸点（78.5℃）和乙酸的沸点（117.9℃）都较低，当乙酸乙酯形成蒸气被导出时，其中会混有少量乙醇和乙酸的蒸气。冷却后的乙酸乙酯跟乙醇、乙酸混溶在一起而难于分离。
实验室用饱和碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯蒸气的原因是：一是利用碳酸钠溶液中的水溶解乙醇（乙醇在水中的溶解能力大于在乙酸乙酯中的溶解能力）。
二是碳酸钠能跟乙酸反应而被吸收，这样便利闻到乙酸乙酯的香味；三是降低乙酸乙酯在水中的溶解（低级酯在水中有所溶解，但在无机盐溶液中的溶解大大降低），便于分层。总之，这样可得到比较纯净的乙酸乙酯液体。导管口要在碳酸钠溶液的液面上，不能插入液体中，是为了防止倒吸。
（2）醇能否与无机酸形成酯？
醇不仅能与有机羧酸发生酯化反应形成酯类，也可与无机含氧酸发生酯化反应形成酯类。如：
注意：生成的酯类结构特征是—NO2通过氧原子与烃基结合，与硝基化合物的结构是不同的。
硝酸酯 硝基化合物
结构特征 R—O—NO2 R—NO2
与氮原子直接相连的原子 氧原子 碳原子
生成的反应类型 酯化反应 硝化反应
（四）乙酸的常见制法和用途
（1）实验室制法
如果加热，NaHSO4进一步作用生成Na2SO4。
（2）工业制法
①发酵法
日常食用醋酸如柿子醋、米醋等多是利用农作物果实中淀粉发酵而来的。
②乙烯氧化法
催化剂①PdCl2和CuCl2②为醋酸锰。
③烷烃直接氧化法
（3）用途 主要用于生产醋酸纤维、合成纤维（如维伦）、喷漆溶剂、香料、染料、医药及农药等。
二、酯
1、定义：酸和醇起反应生成的一类化合物叫酯
2、结构特点：
3、物理性质
大多数无色，低级酯有芳香气味的液态，高级酯为固态。难溶于水易溶于有机溶剂，密度一般比水小。
4、化学性质
酯在有酸或碱存在的条件下，能发生水解反应，生成相应的醇和羧酸。
CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+ C2H5OH这恰恰是酯化反应的逆反应。
5、命名：
按酸和醇的名称命名为某酸某酯
6、饱和一元酸与饱和一元醇生成的酯的通式为CnH2nO2(n≥2)
7、同分异构体(酯与酸为不同类别的异构)
【科学探究2】
乙酸乙酯在H+、OH-催化下，均能发生水解反应，其中在酸性条件下的水解是可逆的，在碱性条件下水解是不可逆的。
选取3支大小相同的试管（可选用细一些的试管，便于观察），在试管壁上用透明胶带贴上毫米刻度纸。分别向其中加入5 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4、 5 mL 蒸馏水和5 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液，再用滴管分别加入1 mL 乙酸乙酯（约20滴）。将3支试管放在同一烧杯中水浴加热，并记录下反应温度（一般控制在70 ℃左右）。
数据记录：每隔1 min记录一次酯层的高度，以此确定水解反应的速率，至酸溶液催化的试管中酯层消失时结束。
结果分析：比较乙酸乙酯在酸性、中性、碱性条件下水解的速率差异。
【思考与交流】
根据化学平衡原理，提高乙酸乙酯产率的措施有：①由于乙酸乙酯的沸点比乙酸、乙醇都低，因此从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，可提高其产率；②使用过量的乙醇，可提高乙酸转化为乙酸乙酯的产率。
【应用举例】
已知 在水溶液中存在平衡：
当 与CH3CH2OH酯化时，不可能生成的是
A．
B．
C．
D．H2O
答案：A
分析：
二．酯
1、定义：酸和醇起反应生成的一类化合物叫酯
2、结构特点：
3、物理性质
大多数无色，低级酯有芳香气味的液态，高级酯为固态。难溶于水易溶于有机溶剂，密度一般比水小。
4、化学性质
酯在有酸或碱存在的条件下，能发生水解反应，生成相应的醇和羧酸。
CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+ C2H5OH这恰恰是酯化反应的逆反应。酸做催化剂可逆，碱做催化剂水解彻底。
5、命名：
按酸和醇的名称命名为某酸某酯
6、饱和一元酸与饱和一元醇生成的酯的通式为CnH2nO2(n≥2)
7、同分异构体(酯与酸为不同类别的异构)
【教材习题答案】
1．A、C
【复习指导】
乙醇存在于食醋中，约占3～5%，由于它能改善和调节人体的新陈代谢，因此，作为饮食调料，它的需求量不断增长。更由于它的特殊的官能团（羰基与羟基相连），反映了有机物中原子团之间的相互影响。因而抓住羧基官能团，才能学好乙酸的化学性质。
【学习目标】
1． 了解乙酸的分子结构、主要性质和用途。
2． 了解酯化反应的实质以及乙酸乙酯的实验室制法。
3． 了解羧酸的分类、官能团的特征、主要化学通性及用途。
4． 了解甲酸的主要性质。
【本节重点】
①乙酸的结构、乙酸的化学性质和酯化反应的原理，乙酸的酸性强弱；②酯类的水解反应
【本节难点】
羧酸与酯的同分异构现象
制备乙酸乙酯的反应原理、操作。
【基础知识精讲】
一、 乙酸
（一） 乙酸的分子组成和结构
分子式为：C2H4O2 结构简式为CH3COOH 官能团—COOH
注意：官能团羧基的结构式
从组成上来看， 羧基是由羰基和羟基组成的，由于二者之间的相互影响，使得羧基的性质既不是羰基的性质，也不是羟基的性质，更不是两者的简单加和。
（二）乙酸的物理性质
乙酸又名醋酸，它是食醋的主要成分。
色味态 通常情况下，纯净的乙酸是无色、有强烈刺激性气味的液体。
溶解性 乙酸易溶于水和乙醇。
熔沸点 乙酸的熔点是16.6℃，沸点是117.9℃。当温度低于16.6℃时，乙酸就凝结成冰一样的晶体，故无水乙酸又叫冰醋酸。
（三）乙酸的化学性质
乙酸的官能团是—COOH，其化学性质主要是由羧基决定的，表现在羧基氢的酸性和羧基上羟基的取代两个方面。
1．羧基氢的酸性
乙酸有明显的酸性，在水溶液里能部分地电离，产生氢离子。
因此，乙酸具有酸的通性。
性质 化学方程式
与酸碱指示剂反应 乙酸能使紫色石蕊试液变红
与活泼金属反应 产生气泡Zn+2CH3COOH=(CH3COO)2Zn+H2
与碱反应 CH3COOH+NaOH=CH3COONa+ H2O
与碱性氧化物反应 CuO+ 2CH3COOH=( CH3COO) 2Cu+ H2O
与某些盐反应 C aCO3+2 CH3COOH=（CH3COO）2Ca+ H2O+ CO2
乙酸的酸性强于碳酸，而弱于盐酸。
【科学探究1】
参考如图3-2所示的实验装置。乙酸与碳酸钠反应，放出CO2气体，根据强酸制弱酸的原理，说明乙酸的酸性比碳酸强；将产生的CO2通入苯酚钠溶液中，生成苯酚，溶液变浑浊，说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下：
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa + CO2↑+ H2O
CO2+H2O+C6H5ONa→NaHCO3+C6H5OH
l 关于乙酸酸性说明：
（1）苯酚、水、乙醇、碳酸和乙酸的酸性强弱的比较
苯酚、水、乙醇、碳酸和分子结构中，都含有羟基，有相似的性质，如羟基氢能被活泼金属取代放出氢气。但与羟基相连的原子或原子团不同，它们对羟基的影响不同，使羟基呈现出的性质有所不同，酸性强弱不同。酸性由强到弱的顺序为：CH3COOH> H2CO3 > C6 H5 OH> H2 O> C2 H5 OH
乙酸 苯酚 水 乙醇 碳酸
分子结构 H—OH
与羟基直接相连的原子或原子团 乙酰基 苯基—C6H5 氢原子—H 乙基—C2H5 羧基
遇石蕊试液 变红 不变红 不变红 不变红 变浅红
与Na反应 反应 反应 反应 反应 反应
与NaOH反应 反应 反应 不反应 不反应 反应
与NaHC O3反应 反应 不反应 不反应 不反应 不反应
与Na2 CO3反应 反应 反应 不反应 不反应 反应
酸性强弱 CH3 COOH> H2 CO3 >C6 H5 OH> H 2 O >C2 H5 OH
（2）羧酸的官能团—COOH是由羰基和羟基组成的，能否发生羰基碳氧双键的加成反应和羟基氢被活泼金属取代的反应？
从组成上看羰基是由羟基和羧基组成的，但二者的直接相连会导致彼此之间因相互影响而发生一些结构上的变化，故羧基的性质不是羧基性质和羟基性质的简单加和。如：羰基受羟基的影响，不再具有加成反应的性质；同理，羟基受羰基的影响，羟基氢更加活泼，已表现出明显的酸性，能与碱发生反应，因而不仅能被活泼金属取代，而且反应更加剧烈。
2．酯化反应
酸跟醇起反应成酯和水的反应，叫做酯化反应。
注意：①反应机理：用18O作为示踪原子，证明酯化反应的脱水方式是羧酸脱去羧基上的羟基。即羧酸分子里的羟基和醇分子里羟基上的氢原子结合成水，其余部分互相结合成酯。 ——“酸脱羟基醇脱氢“
②实验注意事项：
加入几片碎瓷片或少量小沸石的目的：如果该反应开始直接强热，将使乙酸和乙醇酯化应时挥发逸出，降低原料的利用率和产量，加入碎瓷片或沸石主要是防止溶液暴沸。
浓H2SO4的作用：
浓H2SO4主要起催化剂的作用，但同时起到脱水和吸水的作用，有利于酯化反应的反应速率极大提高，若无浓H2SO4的存在，酯化反应是一个非常缓慢的反应。
l 关于乙酸酯化反应的说明：
（1）实验室制取乙酸乙酯时，为什么要将其蒸汽通到饱和碳酸钠溶液的液面上？
实验室制取乙酸乙酯是将乙酸和乙醇混合，加入少量浓硫酸作催化剂，在加热条件下发生酯化反应而生成的。
CH3COOH+HOC2H5 CH3COO C2H5+H2 O
这个反应是可逆的，生成的乙酸乙酯如果留在反应混合液中将不利于平衡向正反应方向移动。加热的目的除了加快反应速度以外，同时也使生成的乙酸乙酯（沸点为77.1℃）变成蒸气与反应混合物及时分离。由于乙醇的沸点（78.5℃）和乙酸的沸点（117.9℃）都较低，当乙酸乙酯形成蒸气被导出时，其中会混有少量乙醇和乙酸的蒸气。冷却后的乙酸乙酯跟乙醇、乙酸混溶在一起而难于分离。
实验室用饱和碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯蒸气的原因是：一是利用碳酸钠溶液中的水溶解乙醇（乙醇在水中的溶解能力大于在乙酸乙酯中的溶解能力）。
二是碳酸钠能跟乙酸反应而被吸收，这样便利闻到乙酸乙酯的香味；三是降低乙酸乙酯在水中的溶解（低级酯在水中有所溶解，但在无机盐溶液中的溶解大大降低），便于分层。总之，这样可得到比较纯净的乙酸乙酯液体。导管口要在碳酸钠溶液的液面上，不能插入液体中，是为了防止倒吸。
（2）醇能否与无机酸形成酯？
醇不仅能与有机羧酸发生酯化反应形成酯类，也可与无机含氧酸发生酯化反应形成酯类。如：
注意：生成的酯类结构特征是—NO2通过氧原子与烃基结合，与硝基化合物的结构是不同的。
硝酸酯 硝基化合物
结构特征 R—O—NO2 R—NO2
与氮原子直接相连的原子 氧原子 碳原子
生成的反应类型 酯化反应 硝化反应
（四）乙酸的常见制法和用途
（1）实验室制法
如果加热，NaHSO4进一步作用生成Na2SO4。
（2）工业制法
①发酵法
日常食用醋酸如柿子醋、米醋等多是利用农作物果实中淀粉发酵而来的。
②乙烯氧化法
催化剂①PdCl2和CuCl2②为醋酸锰。
③烷烃直接氧化法
（3）用途 主要用于生产醋酸纤维、合成纤维（如维伦）、喷漆溶剂、香料、染料、医药及农药等。
二、酯
1、定义：酸和醇起反应生成的一类化合物叫酯
2、结构特点：
3、物理性质
大多数无色，低级酯有芳香气味的液态，高级酯为固态。难溶于水易溶于有机溶剂，密度一般比水小。
4、化学性质
酯在有酸或碱存在的条件下，能发生水解反应，生成相应的醇和羧酸。
CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+ C2H5OH这恰恰是酯化反应的逆反应。
5、命名：
按酸和醇的名称命名为某酸某酯
6、饱和一元酸与饱和一元醇生成的酯的通式为CnH2nO2(n≥2)
7、同分异构体(酯与酸为不同类别的异构)
【科学探究2】
乙酸乙酯在H+、OH-催化下，均能发生水解反应，其中在酸性条件下的水解是可逆的，在碱性条件下水解是不可逆的。
选取3支大小相同的试管（可选用细一些的试管，便于观察），在试管壁上用透明胶带贴上毫米刻度纸。分别向其中加入5 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4、 5 mL 蒸馏水和5 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液，再用滴管分别加入1 mL 乙酸乙酯（约20滴）。将3支试管放在同一烧杯中水浴加热，并记录下反应温度（一般控制在70 ℃左右）。
数据记录：每隔1 min记录一次酯层的高度，以此确定水解反应的速率，至酸溶液催化的试管中酯层消失时结束。
结果分析：比较乙酸乙酯在酸性、中性、碱性条件下水解的速率差异。
【思考与交流】
根据化学平衡原理，提高乙酸乙酯产率的措施有：①由于乙酸乙酯的沸点比乙酸、乙醇都低，因此从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，可提高其产率；②使用过量的乙醇，可提高乙酸转化为乙酸乙酯的产率。
【应用举例】
已知 在水溶液中存在平衡：
当 与CH3CH2OH酯化时，不可能生成的是
A．
B．
C．
D．H2O
答案：A
分析：
二．酯
1、定义：酸和醇起反应生成的一类化合物叫酯
2、结构特点：
3、物理性质
大多数无色，低级酯有芳香气味的液态，高级酯为固态。难溶于水易溶于有机溶剂，密度一般比水小。
4、化学性质
酯在有酸或碱存在的条件下，能发生水解反应，生成相应的醇和羧酸。
CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+ C2H5OH这恰恰是酯化反应的逆反应。酸做催化剂可逆，碱做催化剂水解彻底。
5、命名：
按酸和醇的名称命名为某酸某酯
6、饱和一元酸与饱和一元醇生成的酯的通式为CnH2nO2(n≥2)
7、同分异构体(酯与酸为不同类别的异构)
【教材习题答案】
1．A、C