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高三专题复习教案乙酸羧酸
乙酸羧酸
一、目标要求:
1.掌握乙酸的酸性和能发生酯化反应等化学性质,理解酯化反应的概念。
2.了解酯的水解,并了解乙酸的酯化与乙酸乙酯的水解是一对可逆反应。
3.了解羧酸的简单分类、主要性质、用途以及甲酸的性质。
二、基础知识精讲
一)、羧酸的组成与结构
羧基
或-COOH
羧基中的=C=O不能加H2,-OH能电离出H+,故显酸性。
当R为烷基时,通式为CnH2nO2。
二、乙酸(冰醋酸)
1.物理性质
乙酸是一种有强烈刺激性气味的无色液体,沸点是117.9℃,熔点是16.6℃。
当温度低于16.6℃时乙酸就凝结成像冰样的晶体,所以无水乙酸又称为冰醋酸。
乙酸易溶于水和乙醇。
2.化学性质
乙酸从结构上可以看成是甲基和羧基-COOH相连而构成的化合物。
乙酸的化学性质主要由羧基决定。
(1)乙酸的酸性
实验:
向一盛有少量Na2CO3粉末的试管里,加入约3mL乙酸溶液,观察有什么现象发生。
现象:
试管里有气泡产生,生成的气体无色、无味。
结论:
乙酸有酸性,且酸性比碳酸强。
说明:
①乙酸显酸性,其实质是乙酸分子里的羧基电离出H+。
②虽然乙酸的酸性比H2CO3强,但乙酸仍属于弱酸,是弱电解质。
乙酸在水中电离的方程式为:
CH3COOH
CH3COO-+H+
③尽管是弱酸,但具有酸的通性。
如:
2CH3COOH+Na2CO3=2CH3COONa+H2O+CO2↑
④受CH3C=O的影响,CH3COOH中的-OH较CH3CH2OH中的-OH易电离出H+。
(2)乙酸的酯化反应
实验:
在一试管中加3mL乙醇,然后边摇动试管边慢慢加入2mL浓H2SO4和2mL
冰醋酸,连接好装置,用酒精灯小心加热试管3min~5min,产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上。
现象:
Na2CO3饱和溶液的液面上有透明的油状液体产生,并可闻到香味。
结论:
在有浓H2SO4存在、加热的条件下,乙酸与乙醇发生反应,生成无色、透明、不溶于水、有香味的油状液体。
解释:
(1)浓硫酸的作用:
催化剂和脱水剂(也有认为是吸水剂)。
(2)盛反应液的试管要上倾45°,这样液体受热面积大。
(3)导管末端不能插入Na2CO3溶液中,目的是防止受热不匀发生倒吸。
(4)不能用NaOH代替Na2CO3,因为NaOH溶液碱性很强,会使乙酸乙酯水解,重新变成乙酸和乙醇。
(5)实验中小火加热保持微沸,这样有利于产物的生成和蒸出。
(6)饱和Na2CO3溶液的作用是:
冷凝酯蒸气、减小酯在水中的溶解度(利于分层)、吸收蒸出的乙酸及乙醇。
说明:
①这种有香味的无色液体就是乙酸乙酯,反应的化学方程式如下:
②乙酸乙酯是酯类化合物的一种。
酸和醇起作用,生成酯和水的反应叫酯化反应。
这里的酸可以是像乙酸之类的有机酸和无机含氧酸。
③酯化反应的一般过程是羧酸分子里的羟基与醇分子里羟基上的氢原子结合成水,其余部分生成酯。
酯化反应属于取代反应。
④示踪原子法:
如果用含氧的同位素18O的乙醇与乙酸作用,可发现,所生成的乙酸乙酯(CH3CO18OC2H5)分子里含有18O原子,这说明酯化反应的过程一般是:
羧酸分子中羧基上的羟基与醇分子中羧基上的氢原子结合成水,其余部分互相结合成酯。
三、酯的简介
1.酯的概念
醇和含氧酸起反应生成的有机化合物叫做酯。
根据生成酯的酸的不同,酯可分为有机酸酯和无机酸酯。
2.酯的通式
酯的一般通式为RCOOR’,酯的特征性结构是-COO-。
在酯的通式中,“R”是任意的烃基或氢原子,而R’是碳原子数大于或等于1的任意烃基。
由此可以看出,R和R’可以相同,也可以不同。
如C6H5-OOCCH3也是一种酯。
介绍:
酯的命名
酯类化合物是根据生成酯的酸和醇的名称来命名的。
如:
HCOOCH3(甲酸乙酯)、C6H5-COOCH2CH3(苯甲酸乙酯)、CH3CH2OOC-COOCH2CH3(乙二酸二乙酯)、CH3COOCH2CH2OOCCH3(二乙酸乙二酯)、CH3CH2ONO2(硝酸乙酯)、三硝酸甘油酯:
3.酯的化学性质
实验:
在3支试管里各加入6滴乙酸乙酯,向第一支试管里加蒸馏水5.5mL;向第二支试管里加稀硫酸(1:
5)0.5mL、蒸馏水5mL;向第三支试管里加入30%的NaOH溶液0.5mL蒸馏水5mL。
振荡均匀后,把三支试管都放入70℃~80℃的水浴里加热。
现象:
几分钟后,第三支试管里乙酸乙酯的气味消失了;第二支试管里还有一点儿乙酸乙酯的气味;第一支试管里乙酸乙酯的气味没有多大变化。
[实验结论]第一支试管里乙酸乙酯未水解,第二支试管里大多数乙酸乙酯已水解,第三支试管里乙酸乙酯全部水解。
说明:
①由乙酸与乙醇的酯化反应可知,乙酸乙酯的水解反应是可逆反应,反应在一定条件下达到化学平衡状态。
②无机酸、碱都是乙酸乙酯水解的催化剂。
在无机酸催化下,乙酸乙酯的水解反应仍为可逆反应:
当用碱作催化剂时,碱与水解生成的乙酸发生中和反应,可使水解趋于完全:
③在水解反应中,乙酸乙酯分子里断裂的化学键是-COO-中的C-O键,即形成的是哪个键,断开的就是哪个键。
④乙酸乙酯的水解反应又属于取代反应。
其他酯也能发生这样的化学反应。
注酯化反应与水解反应的比较:
四、羧酸
1.羧酸的概念
在分子里烃基跟羧基直接连接的有机化合物叫做羧酸。
注①羧基-COOH是羧酸的官能团。
②甲酸HCOOH是分子组成结构最简单的羧酸。
甲酸的分子组成有特殊性,即甲酸分子里没有烃基,但有醛基,请看图示:
2.羧酸的分类
①根据分子里羧基的数目分类。
一元羧酸,如:
HCOOH、CH3COOH、CH2=CHCOOH、C5H5COOH
二元羧酸,如:
HOOC-COOH(乙二酸)、HOOC(CH2)4COOH(己二酸)
多元羧酸(略)
②根据分子里的烃基是否饱和分类。
饱和羧酸,如CH3CH2COOH、CH3COOH、HOOC-CH2-COOH
不饱和羧酸,如:
C6H5COOH、CH2=CHCOOH
③根据物质是否具有芳香性分类。
脂肪羧酸,如CH3COOH、HOOC-COOH
芳香羧酸,如:
C6H5COOH、C6H5-CH2COOH
3.羧酸的通式
若烃CnHm可衍变为x元羧酸,则该羧酸的分子式为CnHm-2xO2x,如乙烷的分子式为C2H6,乙酸的分子式为C2H4O2;甲苯的分子式为C7H8,苯甲酸的分子式为C7H6O2。
一元羧酸的通式为R—COOH。
饱和一元脂肪酸的通式为
(n=1,2,3...)
4.羧酸的化学性质
由于羧酸的分子里都含有羧基,羧基是羧酸的官能团,它决定着羧酸的主要性质,所以羧酸的主要化学性质为:
酸的通性,酯化反应。
注:
①羧酸都是比H2CO3酸性强的酸,但不同的羧酸酸性也不相同。
现介绍几种羧酸的酸性关系:
甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。
②羧酸的羧基中有羰基,此羰基不能发生一般的加成反应。
③羧酸在空气或氧气中能燃烧。
五、羟基(—OH)中氢原子活泼性比较
1.醇、醇、羧酸的结构中都含有—OH基。
可分别叫做“醇羟基”、“酚羟基”和“羧羟基”。
由于这些羟基相连的基团不同,使这些羧基中氢原子的活泼性也有所不同,表现在性质上也有明显差别,现比较如下:
运用上述不同的实验现象,可判断分子结构中含有的羟基类型。
2.醇、酚、羧酸与活泼金属完全反应时,羟基或羧基的物质的量与生成H2物质的量的关系:
2R-OH~H22C6H5-OH~H22R-COOH~H2
R-CH(OH)-CH(OH)-R’~H2R-CH(OH)-CR’(OH)-R’CH()OH~1.5H2HOOCCOOH~H2
运用这些量的关系式,可判断有关物质分子中羟基或羧基数目。
3.酚、羧酸与碱反应时,羟基或羧基的物质的量与消耗OH-离子物质的量的关系:
C6H5OH~OH-RCOOH~OH-HOOCCOOH~2OH-
运用这些量的关系式可判断酚或羧酸中的羟基或羧基数目。
六、典型例题:
例1、CH3CH2Br在碱性条件下水解可生成醇:
CH3CH2Br+H2O
CH3CH2OH+HBr
又知
试根据下列转化关系回答有关问题:
Cl—CH2COOK(溶液)
A(混合物)
B
C
E
(1)写出电极反应式:
阳极_________,阳极_________;
(2)写出下列反应方程式:
A
B__________________,B
C_________________;
(3)B和D在不同条件下发生反应会生成三种不同的E,它们的结构简式分别为①普通E._________,②环状E._________,③高分子E._________。
解析:
(1)根据题给CH3COOK溶液电解的信息可写出Cl—CH2COOK溶液电解的反应方程式:
其离子方程式为
2Cl—CH2COO-+2H2O
Cl-CH2CH2-Cl+2CO2↑+H2↑+2OH-
阳极的电极反应式为2Cl-CH2COO--2e→Cl-CH2CH2-Cl+2CO2↑
阴极的电极反应式为2H2O+2e→H2↑+2OH-
(2)根据题给卤代烃在碱性条件下水解的信息可知电解产物Cl-CH2CH2-Cl和KOH的水解反应(即A→B)为Cl-CH2CH2-Cl+2H2O
HO-CH2CH2OH+2HCl,B→C的反应为HO-CH2CH2-OH
OHC-CHO
C→D的反应为OHC-CHO→HOOC-COOH
(3)B(即HO-CH2CH2-OH)与D(即HOOC-COOH)的反应为酯化反应,条件不同,产物E也不同,普通E是HOOC-COOCH2CH2OH,
例2、盐酸普鲁卡因是外科常用药,其化学名称为对-氨基苯甲酸—β—二乙胺基乙酯盐酸盐,其结构式为
它的合成路线如下,请在方框内填入试剂、中间产物或反应条件。
解析这类题的解题程序一般是:
印象
猜测
验证
(具模糊性)(具意向性)(具验证性)
解题思路为:
选点突破,全面估计,顺展逆推,验证逼近。
产物是盐酸盐,苯环上含氨基。
从“还原”二字得到的启示是苯环上的硝基变为氨基,逆推的结果是条件(4)必为“Fe+HCl”,E应为
,B为HO—CH2—CH2—N(C2H5)2,D应为
。
对A的推断,似宜从正向得到
,但它与NH(C2H5)2的加成产物不符合B的结构。
由B逆推,具有唯一性的A的结构应为
(这就是创新能力)。
对C的确定,必须弄清C6H5-CH3是先氧化,还是先硝化?
从“分离”二字得到的提示是
(1)应先硝化,因为硝化的产物硝基甲苯难溶于水,易分离(若先氧化,其产物则为C6H5-COOH,它易溶于水,难以分离),条件为“浓H2SO4、浓HNO3,Δ”。
(3)的条件是“MnO4-+H+”,C的结构应为
。
例3、乙醇和乙酸乙酯组成的混合物中,若含碳的质量分数为54%,则此混合物中含氢的质量分数为
A.10.4%B.10%C.9.2%D.8.8%
本题直接进行求解,让人感到条件不足而难于下手,这时不妨退一步,对二者的化学式进行
解析乙醇的化学式为C2H6O,乙酸乙酯的化学式为C4H8O2,观察二者的化学式不难看出二者无论怎样混合,其中C、O元素的物质的量之比总为2∶1为定值。
可变换为(C2O)nHm来表示混合物的平均组成,再依据关系式,即可求出氢的质量分数。
解析过程如下:
设含氧的质量分数为x%,则:
(C2O)nH←m~2nC~nO
2n×12n×16
54%x%
2n×12×x%=n×16×54%,x%=36%
故氢元素的质量分为:
1-54%-36%=10%,故选答案(B)。
例4、A是一种邻位二取代苯,相对分子质量为180,有酸性。
A水解生成B和C两种酸性化合物。
B的相对分子质量为60。
C能溶于NaHCO3溶液,并能使FeCl3溶液显色(酸性大小:
羧酸>碳酸>酚>水)。
试写出A、B、C的结构简式。
A_________,B_________,C_________
解析解答这类有机推理题,应将定性推理与定量计算结合起来。
由于A能水解,所以A是酯,其水解产物是两种酸性化合物,则一种是羧酸,另一种物质具有两种官能团,根据题意是酚羟基(使FeCl3溶液显色)和—COOH(溶于NaHCO3)。
由于B的相对分子质量为60,是乙酸,C的相对分子质量为180+18-60=138,由此可确定C。
七、典型热点考题:
1、1mol分子式为CnHmO2的有机物在O2中完全氧化后,所产生的CO2和H2O(g)的体积相等,并消耗78.4L(标准状况)O2。
该有机物的碳原子数n是(B)(广东省高考题)
A.2B.3C.4D.6
2、某有机物的水溶液,它的氧化产物甲和还原产物乙都能与金属钠反应放出H2。
甲和乙反应生成丙。
甲、丙都能发生银镜反应。
这种有机物是(A)(广东省高考题)
A.甲醛B.乙醛C.甲酸D.甲醇
3、化合物的
中的—OH被卤原子取代所得化合物称为酰卤。
下列化合物中可以看作酰卤的是(AC)(全国高考题)
A.HCOFB.CCl4C.COCl2D.CH2ClCOOH
4、有以下一系列反应,最终产物为乙二酸。
已知B的相对分子质量比A的大97,请推测用字母代表的化合物的结构式。
C是_________,F是_________。
(天津市高考题)
答案:
CH2═CH2;OHC—CHO。
5、今有化合物
(1)请写出丙中含氧官能团的名称:
_________。
(2)请判别上述哪些化合物互为同分异构体:
_________。
(3)请分别写出鉴别甲、乙、丙三种化合物的方法(指明所选试剂及主要现象即可)。
鉴别甲的方法:
_________;鉴别乙的方法:
_________;鉴别丙的方法:
_________。
(4)请按酸性由强至弱排列甲、乙、丙的顺序:
_________。
(广东省、河南省高考题)
答案:
(1)醛基、羟基。
(2)甲、乙、丙互为同分异构体。
(3)与FeCl3溶液作用显色的是甲;与Na2CO3溶液作用有气泡生成的是乙;与银氨溶液共热发生银镜反应的是丙。
(4)乙>甲>丙。
6、某有机物的结构简式为
,它在一定条件下可能发生的反应有(C)(上海市高考题)
①加成、②水解、③酯化、④氧化、⑤中和、⑥消去。
A.②③④B.①③⑤⑥C.①③④⑤D.②③④⑤⑥
7、已知:
有机物A、B、C中碳、氢、氧三元素物质的量之比均为1∶2∶1;它们都发生银镜反应,但都不能发生水解反应;B1和B2是B的同分异构体。
又知:
A在常温下为气体,A+C6H5OH
Z(高分子化合物);
B在16.6℃以下凝为冰状晶体,B1+Na2CO3
X+CO2;
(最简单的烃)
B2为无色液体,也能发生银镜反应;1molC完全燃烧需要3mol氧气。
(1)B2的名称是_________。
结构简式:
A为_________;B为_________。
(2)写出X
Y的化学方程式:
_________________________。
(3)C的结构简式为_________,与C互为同分异构体,且属于乙酸类化合物的结构简式是_________,_________。
(上海市高考题)
答案:
(1)甲酸甲酯;HCHO;HO—CH2—CHO。
(2)CH3COONa+NaOH
Na2CO3+CH4↑。
HOCH2COOCH3;CH3COOCH2OH。
8、某烃A,相对分子质量为140,其中碳的质量分数为0.857。
A分子中有2个碳原子不与氢直接相连。
A在一定条件下氧化只生成G。
G能使石蕊试液变红。
已知:
(1)A的分子式为_________。
(2)写出化合物A和G的结构简式:
A_________;G_________。
(3)与G同类的同分异构体(含G)可能有_________种。
(上海市高考题)
答案:
(1)C10H20。
(2)
;
。
(3)4。
9、吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。
吗啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%,其余为O。
已知其分子量不超过300。
试求:
(1)吗啡的分子量;
(2)吗啡的分子式。
(3)已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。
海洛因的分子量和分子式。
解析此题是高考试题,以分子量的取值范围作限值讨论,倘按常规先求实验式,则运算量颇大。
此题中N的含量较低,以此为突破口是十分便利的。
若吗啡中只含有1个N原子时,则吗啡的分子量为:
=285<300
从题设限定条件看,此吗啡中只能含1个氮原子,否则,其分子量将大大超过题设分子量的最高限值。
故1个吗啡分子中含C原子和H原子分别为:
N(C)=
=17
N(H)=285×6.67%=19故分子式为C17H19NO3。
海洛因的分子量与分子式的求算,关键在于对二乙酸酯的理解,许多同学理解为乙二酸的酯化产物,就错了。
每一次乙酸酯化,其产物的分子量将增加42;两次乙酸酯化,则分子量增加84。
故海洛因的分子量为:
285+84=369故分子式为C21H23NO5。
10、一定量的某有机物与过量的钠反应,生成H2V1L,另取等量的该有机物与足量Na2CO3反应生成CO2V2L(同条件下),则V1和V2的关系不可能为(A)
A.V1
解析:
2ROH
H22R-COOH
CO2
若全部活泼H均为羧羟基上的H,则V1=V2。
若有醇或酚羟基存在,则V1>V2
11、酚酞的结构如下:
(1)酚酞的化学式为_________;
(2)1mol酚酞最多可消耗_________molNaOH,该反应的化学方程式为______________。
解析:
(1)C20H14O4;
12、酸牛奶中含有乳酸,其结构为CH3-CH(OH)-COOH,乳酸自身在不同条件下可形成不同的酯,其酯的式量由小到大的结构简式依次为_________、_________、_________。
解析:
13、某烃的衍生物A,其分子式为C6H12O2。
实验表明:
A和氢氧化钠溶液共热生成B和C;B和盐酸反应生成有机物D;C在铜催化和加热条件下氧化为E,其中D、E都不能发生银镜反应。
由此判断A的可能结构有(B)
A.6种B.4种C.3种D.2种
14、通式为C6H5—R(R为—H、—C2H5、—OH、—SO3H、—NO2和—COOH)的6种有机物,取等质量的6种物质分别混合于乙醚中,然后用苛性钠溶液进行萃取,振荡一段时间,静置后能进入水层的物质有(C)
A.1种B.2种C.3种D.4种
15、乙二酸俗称草酸,具有还原性。
用20mL0.1mol/L的草酸溶液恰好将4×10-3mol的VO2+还原,则在还原产物VOn+中,n值为(D)
A.5B.4C.3D.2
专题讲座:
有机合成的常规方法及解题思路
有机合成题是近几年来高考的难点题型之一。
有机合成题的实质是利用有机物的性质,进行必要的官能团反应。
要熟练解答合成题,必须掌握下列知识。
1.有机合成的常规方法
(1)官能团的引入
①引入羟基(—OH):
a.烯烃与水加成;b.醛(酮)与氢气加成;c.卤代烃碱性水解;d.酯的水解等。
②引入卤原子(—X):
a.烃与X2取代;b.不饱和烃与HX或X2加成;c.醇与HX取代等。
③引入双键:
a.某些醇或卤代烃的消去引入C═C;b.醇的氧化引入C═O等。
(2)官能团的消除
①通过加成消除不饱和键。
②通过消去或氧化或酯化等消除羟基(—OH)。
③通过加成或氧化等消除醛基(—CHO)。
(3)官能团间的衍变
根据合成需要(有时题目信息中会明示某些衍变途径),可进行有机物的官能团衍变,以使中间物向产物递进。
常见的有三种方式:
①利用官能团的衍生关系进行衍变,如伯醇
醛
羧酸;
②通过某种化学途径使一个官能团变为两个,如:
CH3CH2OH
CH2═CH2
Cl—CH2—CH2—Cl
HO—CH2—CH2—OH;
③通过某种手段,改变官能团的位置。
(4)碳骨架的增减
①增长:
有机合成题中碳链的增长,一般会以信息形式给出,常见方式为有机物与HCN反应以及不饱和化合物间的加成、聚合等。
②变短:
如烃的裂化裂解,某些烃(如苯的同系物、烯烃)的氧化、羧酸盐脱羧反应等。
2.有机合成路线的选择
有机合成往往要经过多步反应才能完成,因此确定有机合成的途径和路线时,就要进行合理选择。
选择的基本要求是原料价廉,原理正确,路线简捷,便于操作、条件适宜、易于分离,产率高,成本低。
中学常用的合成路线有三条。
(1)一元合成路线
R—CH═CH2
卤代烃
一元醇
一元醛
一元羧酸
酯
(2)二元合成路线
(3)芳香化合物合成路线
3.有机合成题的解题方法
解答有机合成题时,首先要正确判断合成的有机物属于哪一类有机物,带有何种官能团,然后结合所学过的知识或题给信息,寻找官能团的引入、转换、保护或消去的方法,尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。
基本方法有:
(1)正向合成法:
此法采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向目标合成有机物,其思维程序是:
原料
中间产物
产品。
(2)逆向合成法:
此法采用逆向思维方法,从目标合成有机物的组成、结构、性质入手,找出合成所需的直接或间接的中间产物,逐步推向已知原料,其思维程序是:
产品
中间产物
原料。
(3)综合比较法:
此法采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,得出最佳合成路线。
例题、在醛、酮中,其他碳原子按与羧基相连的顺序,依次叫α,β,γ,…碳原子,如:
。
在稀碱或稀酸的作用下,2分子含有α-氢原子的醛能自身加成生成1分子β-羟基醛,如:
巴豆酸(CH3—CH═CH—COOH)主要用于有机合成中制合成树脂或作增塑剂。
现应用乙醇和其他无机原料合成巴豆酸。
请写出各步反应的化学方程式。
解析用反推法思考:
评注本题合成涉及官能团的引入、消除、衍变及碳骨架增长等知识,综合性强,需要熟练掌握好各类有机物性质、相互衍变关系以及官能团的引进和消去等知识。
巩固练习:
1.水杨酸的结构和简式为
和下列物质的水溶液反应后生成一种分子式为C7H5O3Na的钠盐,该物质为:
A.NaOHB.Na2SC.NaHCO3D.NaCl
答案:
C
2.为实现以下各步的转化,请在括号内填入适当试剂的分子式
答案:
①NaHCO3②H2SO4或HCl③NaOH或Na2CO3④H2CO3⑤Na
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