人教版化学必修二3-3-2课件第三章 有机化合物 75页

高温季节，人体因睡眠不足、进食不香、出汗过多，自身免疫能力明显下降，常会有疲劳乏力之感，再加上受各种细菌感染影响，各种疾病特别是肠胃道疾病极易发作，高质量的酿造米醋对夏季保健有着特殊的功效食醋有着神奇的解毒功效。酿造醋中大量有机酸的存在，不仅使食醋的酸味醇厚、绵长、柔和、鲜美，且是各种细菌的天然 “ 杀手 ” ，能有效避免肠胃道病菌的传染。醋中的氨基酸、醋酸、乳酸、苹果酸、琥珀酸、甘油和醛类等化合物有利于肝脏自身排毒、解毒功能的增强。醋能够增进人的食欲，有助于防暑、消暑，高温季节食用优质食醋能起到开胃、增进食欲的作用。 厨师做鱼时常加醋并加点酒，这样鱼的味道就变得无腥、香醇、特别鲜美，原来是因为酒与醋在热锅里碰了头，就会起化学反应生成香料 —— 乙酸乙酯，因此鱼就有股香味了。那么，食醋的主要成分乙酸有哪些化学性质？这些性质又是由什么样的结构决定的呢？ ● 梳理导引 1 ．乙酸的分子式为 ________ ，结构简式为 ________ 或 ________ ，其官能团结构简式 ________ 名称 ________ 。 2 ．乙酸俗名 ________ ， ________ 色，有 ________ 气味的 ______ 体。沸点是 117.9 ℃ 易溶于 ______ 和 ________ ，熔点为 16.6 ℃ ，低于 16.6 ℃ 时，纯净乙酸凝结成晶体，又称 ________ 。 3 ．用醋酸可以除去水垢 ( 主要成分 CaCO 3 ) 原理： ( 用方程式表示 )______________________________________ 从该反应可说明酸性 ________ 强于 ________ 。 4 ． (1) 乙酸与乙醇发生反应的化学方程式为 ______________________________ ，产物中有香味的叫 ________ ，是 ________ 类物质中的一种。 (2)________ 反应生成 ________ 的反应叫酯化反应。酯化反应是可逆反应，反应进行的比较 ________ ，反应物不能 ________ 生成物，为提高反应速率，一般要 ________ 。 答案： 1.C 2 H 4 O 2 　 　 CH 3 COOH — COOH 　羧基 2 ．醋酸　无　强烈刺激性　液　水　乙醇　冰醋酸 3 ． 2CH 3 COOH ＋ CaCO 3 ―→ (CH 3 COO) 2 Ca ＋ H 2 O ＋ CO 2 ↑ 　 CH 3 COOH 　 H 2 CO 3 4(1)CH 3 COOH ＋ CH 3 CH 2 OH CH 3 COOC 2 H 5 ＋ H 2 O 　乙酸乙酯　酯 (2) 酸和醇　酯和水　缓慢　完全生成　加入浓 H 2 SO 4 做催化剂，并加热 ● 问题探究 1 ．标况下，如何从盛有冰醋酸的试剂瓶里取出少量乙酸？ 提示： 标准状况下，醋酸会凝结成冰一样的晶体，故将盛冰醋酸的试剂瓶浸泡在温水中，等冰醋酸熔化后再倾倒出少许即可。 2 ．暖水瓶，水壶内水垢的主要成分是 CaCO 3 和 Mg(OH) 2 ，能否用醋酸除去水垢？ 提示： 醋酸能与 CaCO 3 和 Mg(OH) 2 反应： CaCO 3 ＋ 2CH 3 COOH ―→ (CH 3 COO) 2 Ca ＋ H 2 O ＋ CO 2 ↑ 。 Mg(OH) 2 ＋ 2CH 3 COOH ―→ (CH 3 COO) 2 Mg ＋ H 2 O 3 ．为什么说用粮食酿造的酒，储存的时间越长，其香味越浓？ 提示： 在用粮食酿造饮用酒的过程中，除生成乙醇外，米浆水中的一些微生物如醋酸菌，乳酸菌等把少量的淀粉变成醋酸、乳酸等，这些酸性物质与乙醇作用便产生了具有香味的酯类物质，也就是说酒是陈的香。 ● 细品教材 1 ． 乙酸的分子组成和结构 (1) 分子式： C 2 H 4 O 2 温馨提示： 乙酸是由甲基和羧基组成的。羧基是由羰基和羟基组成的，这两个基团相互影响，结果不再是两个单独的官能团，而成为一个整体。 2 ．乙酸的物理性质 乙酸是有强烈刺激性气味的无色液体。沸点 117.9 ℃ ，熔点 16.6 ℃ 。当气温低于 16.6 ℃ 时，乙酸凝结成类似冰的晶体，所以纯净的乙酸又称冰醋酸。它易溶于水和乙醇。 乙酸又叫醋酸，普通食用醋中含有 3% ～ 5% 的乙酸。 ● 典例精析 【例 1 】　某同学拟用厨房用品进行如下化学实验，你认为他能实现的是 ( 　　 ) A ．验证鸡蛋壳中含有碳酸钙 B ．用白酒和食醋制取少量乙酸乙酯 C ．利用化学法除去菜刀上的铁锈及水壶中的水垢 D ．检验西红柿中含有维生素 C 【解析 】 　 A 中可使蛋壳与食醋反应，产生不支持燃烧的无色气体 (CO 2 ) ，从而证明蛋壳中含有碳酸钙； B 中由于制取乙酸乙酯的条件较高，设备也较复杂，且需要用浓硫酸做催化剂，故在厨房条件下难以实现； C 中由于食醋中含有乙酸，乙酸具有酸性，能与铁锈的主要成分 Fe 2 O 3 反应，故能达到去锈的作用，同理，乙酸也能与水垢的主要成分 [CaCO 3 、 Mg(OH) 2 ] 反应生成可溶性物质，从而除去水垢； D 中维生素 C 的结构复杂，中学生对其性质知之甚少，一般不能在厨房中实现有效检验。 【答案 】 　 A 、 C 【点拨】　 厨房化学必须是利用厨房里一般能找到的器皿、材料进行化学实验的过程。对于一些装置复杂、药品难觅、条件苛刻的实验，在厨房中是难以完成的。 【例 2 】　下图是某有机物分子的比例模型，有关该物质的推断不正确的是 ( 　　 ) A ．分子中可能含有羟基 B ．分子中可能含有羧基 C ．分子中可能含有氨基 D ．该物质的化学式可能为 C 3 H 6 O 3 【解析 】 　 先观察题给模型，可知该模型所表示的分子中有三种原子 ( 黑球 3 个、斜线球 3 个、小白球 6 个 ) ，再根据有机化合物中原子形成共价键的规律来分析处理观察结果，黑球应该是碳原子、斜线球是氧原子、小白球是氢原子。 【答案 】 　 C 用分液漏斗可以分离的一组混合物是 ( 　　 ) A ．乙醇和水　　　 B ．醋酸和水 C ．溴苯和水 D ．乙酸和乙醇 【解析 】 　 乙醇和水互溶、乙酸与水、乙醇互溶不分层，不能用分液漏斗分离，溴苯是一种密度比水大的油状液体，难溶于水，能用分液漏斗分离。 【答案 】 　 C 已知由 CH 4 、 CH 3 COOH 蒸气组成的混合体中，经测定其中氧元素的质量分数为 a % ，则碳元素的质量分数为 ________ 。 【点拨】　 当求元素质量分数时，混合物中两种分子表面上结构和组成无明显联系，但经过拆项变形后就容易使两者在组成上产生联系，据此求元素的质量分数。 ● 细品教材 1 ．乙酸的酸性 乙酸为弱酸，具有酸的通性，能使紫色石蕊试液变红。 Zn ＋ 2CH 3 COOH===Zn(CH 3 COO) 2 ＋ H 2 ↑ CuO ＋ 2CH 3 COOH===Cu(CH 3 COO) 2 ＋ H 2 O NaOH ＋ CH 3 COOH===CH 3 COONa ＋ H 2 O CaCO 3 ＋ 2CH 3 COOH===Ca(CH 3 COO) 2 ＋ H 2 O ＋ CO 2 ↑ 科学探究：证明酸性： CH 3 COOH ＞ H 2 CO 3 。 实验步骤：向盛少量 Na 2 CO 3 粉末的试管中加入一定量的乙酸溶液。如图所示。 实验现象：试管里有无色、无味的气泡生成。 反应方程式： Na 2 CO 3 ＋ 2CH 3 COOH===2CH 3 COONa ＋ H 2 O ＋ CO 2 ↑ 。 根据 “ 强酸制弱酸 ” 的规律，可知醋酸的酸性比碳酸强。 2 ．乙酸的酯化反应 定义：酸与醇反应生成酯和水的反应，叫酯化反应。 实验探究： (1) 实验装置 (2) 实验步骤 在试管中加 3mL 乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入 2mL 浓硫酸和 2mL 乙酸。按上图所示，连接好装置。 用酒精灯小心均匀地加热试管 Ⅰ 3min ～ 5min ，产生的蒸气经导管通到试管 Ⅱ 饱和碳酸钠溶液的液面上。 (3) 实验原理 CH 3 COOH ＋ C 2 H 5 OH CH 3 COOCH 2 CH 3 ＋ H 2 O( 酸去羟基醇去氢 ) (4) 实验现象 碳酸钠饱和溶液的液面上有透明的油状液体产生，可闻到香味。 (5) 实验结论 在有浓硫酸存在、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。 温馨提示： ① 浓硫酸溶于乙酸或乙醇，像溶于水一样放出大量的热。因此，将乙酸、乙醇、浓硫酸在试管内混合时，一定要先加醇，然后慢慢加入浓 H 2 SO 4 ，最后加乙酸，不然的话，就会导致液体迸溅，引发事故。 浓 H 2 SO 4 作用是催化剂和吸水剂，该反应是可逆反应，加入浓 H 2 SO 4 利于平衡正向移动。 ② 被加热的试管倾斜 45° ，其目的是增大受热面积。 ③ 导管兼起冷凝回流的作用。导管末端不能伸入到饱和 Na 2 CO 3 溶液中，主要是防止倒吸。 ④ 饱和 Na 2 CO 3 溶液的作用： a. 降低乙酸乙酯的溶解度，便于分层，得到酯。 b. 中和挥发出来的乙酸。 c. 溶解挥发出来的乙醇。 ⑤ 由于试管 Ⅰ 内既有易燃的乙醇，又有强腐蚀性的浓硫酸，所以该试管的炸裂是非常危险的。对试管 Ⅰ 进行加热时： (A) 加热前要先确定管的外壁是干燥的； (B) 务必先细心、慢慢地充分预热试管。 ⑥ 该实验需要加热较长的时间，乙酸和乙醇受热都易挥发，因此对试管 Ⅰ 正式加热时，用小火 ，眼瞅着管内液体，手控制着酒精灯，使液体的温度慢慢升高，勿使液体沸腾或剧烈跳动，持续约 3min ～ 5min 的时间。这样既可减少乙酸和乙醇的挥发，又能保证乙酸和乙醇有足够的温度和时间充分反应。 3 ．乙酸在化学反应中的断键方式 (1) 与金属反应断 ① 键 2CH 3 COOH ＋ 2Na ―→ 2CH 3 COONa ＋ H 2 ↑ (2) 与碱反应断 ① 键 CH 3 COOH ＋ NaOH ―→ CH 3 COONa ＋ H 2 O (3) 酯化反应断 ② 键。 4 ．醇与酸中羟基的比较 R — OH 钠 能反应 能反应 氢氧化钠 能反应 不反应 碳酸钠 能反应 不反应 碳酸氢钠 能反应 不反应 5. 乙酸的工业制法 ● 典例精析 【例 3 】　下列物质，都能与 Na 反应放出 H 2 ，其产生 H 2 的速率由快到慢的顺序是 ( 　　 ) ① C 2 H 5 OH 　 ② CH 3 COOH(aq) 　 ③ NaOH(aq ) A ． ① ＞ ② ＞ ③ 　　　 B ． ② ＞ ① ＞ ③ C ． ③ ＞ ① ＞ ② D ． ② ＞ ③ ＞ ① 【解析 】 　 NaOH(aq ) 中含 H 2 O ， Na 与 H 2 O 反应比与 C 2 H 5 OH 反应剧烈，故反应速率 ③ ＞ ① ，可排除 A 、 B 。 事实上 CH 3 COOH(aq) 中不仅含有 H 2 O ，而且含有 CH 3 COOH ， Na 与 CH 3 COOH 反应比与 H 2 O 反应剧烈得多，故可知反应速率排序为 ②③① 。 【答案 】 　 D 【点拨】　 氢原子活动性比较： 酸碱性 电离程度 与钠反应 与 NaOH 反应 与 NaHCO 3 反应 羟基氢原子的活泼性 乙醇 中性 极难电离 反应 不反应 不反应 CH 3 COOH ＞ H 2 O ＞ CH 3 CH 2 OH 水 中性 微弱电离 反应 不反应 不反应 乙酸 弱酸性 部分电离 反应 反应 反应 【例 4 】　已知下列数据： 物质 熔点 ( ℃ ) 沸点 ( ℃ ) 密度 (g · cm － 3 ) 乙醇 － 117.0 78.0 0.79 乙酸 16.6 117.9 1.05 乙酸乙酯 － 83.6 77.5 0.90 浓硫酸 (98%) — 338.0 1.84 学生在实验室制取乙酸乙酯的主要步骤如下： ① 在 30mL 的大试管 A 中按体积比 1:4:4 的比例配制浓硫酸、乙醇和乙酸的混合溶液； ② 按图连接好装置 ( 装置气密性良好 ) 用小火均匀地加热装有混合溶液的大试管 5 ～ 10min ； ③ 待试管 B 收集到一定量产物后停止加热，撤去试管 B 并用力振荡，然后静置待分层； ④ 分离出乙酸乙酯层、洗涤、干燥。 请根据题目要求回答下列问题： (1) 写出制取乙酸乙酯的化学方程式： ________ 。 (2) 上述实验中饱和碳酸钠溶液的作用是 ( 填字母 ) ： ________ 。 A ．中和乙酸和乙醇 B ．中和乙酸并吸收部分乙醇 C ．乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度比在水中更小，有利于分层析出 D ．加速酯的生成，提高其产率 (3) 步骤 ② 中需要小火均匀加热操作，其主要理由是： ________________________________________________________________________ 。 (4) 指出步骤 ③ 所观察到的现象： __________________________________________________________ 。 (5) 某化学课外小组设计了如图所示的制取乙酸乙酯的装置 ( 图中的铁架台、铁夹、加热装置已略去 ) 与上图装置相比，此装置的主要优点有 ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。 【解析 】 　 本题以教材内容为依托，从新的视角较全面地考查了学生分析、判断和解决化学问题的能力，以酯化反应的原理为核心，分析、评价并改进实验。 (1) 乙酸和乙醇反应生成乙酸乙酯的化学方程式为 CH 3 COOH ＋ HOCH 2 CH 3 CH 3 COOC 2 H 5 ＋ H 2 O 。 (2) 饱和碳酸钠溶液的作用主要有 3 个： ① 使混入乙酸乙酯中的乙酸与 Na 2 CO 3 反应而除去； ② 使混入的乙醇溶解； ③ 使乙酸乙酯的溶解度减少，减少其损耗及有利于它的分层和提纯。故选 BC 。 (3) 根据各物质的沸点数据可知，乙酸 (117.9 ℃ ) 、乙醇 (78.0 ℃ ) 的沸点都比较低，且与乙酸乙酯的沸点 (77.5 ℃ ) 比较接近，若用大火加热，反应物容易随生成物 ( 乙酸乙酯 ) 一起蒸出来，导致原料的大量损失；另一个方面，温度太高，可能发生其他副反应。 (4) 在步骤 ③ 中的主要现象是：试管 B 中的液体分成上下两层，上层油状液体无色 ( 可以闻到水果香味 ) ，下层液体 ( 浅 ) 红色，振荡后下层液体的红色变浅。 (5) 对比两个实验装置图结合乙酸乙酯制备过程中的各种条件控制，可以看出后者的三个突出的优点： ① 增加了温度计，便于控制发生装置中反应液的温度，减少副产物的产生； ② 增加了分液漏斗，有利于及时补充反应混合液，以提高乙酸乙酯的产量； ③ 增加了水冷凝装置，有利于收集产物乙酸乙酯。 【答案 】 　 (1)CH 3 COOH ＋ HOCH 2 CH 3  CH 3 COOC 2 H 5 ＋ H 2 O (2)BC (3) 乙酸乙醇的沸点都比较低且与乙酸乙酯的沸点比较接近，若用大火加热，反应物容易随生成物一起蒸发出来，导致原料大量损失；另一方面，温度太高，可能发生其它副反应。 (4) 试管 B 中的液体分成上下两层。上层油状液体无色，可闻到果香味。下层液体 ( 浅 ) 红色，振荡后下层液体红色变浅。 (5) ① 增加了温度计便于控制温度 ② 增加了分液漏斗　有利于及时补充反应混合液，以提高乙酸乙酯的产量。 ③ 增加了水冷凝装置，有利于收集产物乙酸乙酯。 关于乙酸的下列说法中不正确的是 ( 　　 ) A ．乙酸是一种重要的有机酸，是具有强烈刺激性气味的液体 B ．乙酸分子里含有 4 个氢原子，所以乙酸不是一元酸 C ．无水乙酸又称冰醋酸，它是纯净物 D ．乙酸易溶于水和乙醇 【解析 】 　 本题是对乙酸性质和结构的考查。乙酸是一种具有强烈刺激性气味的有机酸，熔点 16.6 ℃ ，低于 16.6 ℃ 可以凝固成冰一样的晶体，所以又叫 “ 冰醋酸 ” 有一个羧基是一元酸。 【答案 】 　 B 可用图示装置制取少量乙酸乙酯 ( 酒精灯等在图中均已略去 ) ，请填空： (1) 试管 a 中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各 2mL ，正确的加入顺序及操作是 ________________________________________________________________________ 。 (2) 为防止 a 中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是 _____________________________________________ 。 (3) 实验中加热试管 a 的目的是： ① ________________________________________________________________________ ； ② ________________________________________________________________________ 。 (4) 试管 b 中加有饱和 Na 2 CO 3 溶液，其作用是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。 (5) 反应结束后，振荡试管 b ，静置。观察到的现象是 ________________________________________________________________________ 。 【解析 】 　 该题的装置和操作均来源于教材中的实验，主要考查了乙酸乙酯制备的原理及基本操作，需要同学们具备扎实的基础知识以及观察分析问题的能力。 (1) 浓硫酸溶于乙醇和乙酸与溶于水时现象相似，放出大量的热，应先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加入冰醋酸； (2) 加热液体混合物时为防止出现暴沸现象，需在试管 a 中加入沸石 ( 或碎瓷片 ) ； (3) 加热试管 a 的目的之一是使反应进行更快，另外促进乙酸乙酯的挥发，有利于乙酸乙酯的生成。 【答案 】 　 (1) 先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加入冰醋酸 (2) 在试管 a 中加入几粒沸石 ( 或碎瓷片 ) (3) ① 加快反应速率　 ② 及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动 (4) 中和乙酸，溶解乙醇，降低乙酸乙酯的溶解度 (5)b 中的液体分层，上层是透明的油状液体 ● 细品教材 1 ．酯的概念及酯的一般通式 酸 ( 羧酸或无机含氧酸 ) 跟醇起反应生成的一类化合物叫酯。如： CH 3 COOH ＋ CH 3 OH CH 3 COOCH 3 ( 乙酸甲酯 ) ＋ H 2 O HO — NO 2 ＋ HO — C 2 H 5 ―→ C 2 H 5 O — NO 2 ( 硝酸乙酯 ) ＋ H 2 O 酯可表示为 R － COO － R ’ ，其官能团为酯基 — COO — 。如：甲酸甲酯 HCOOCH 3 ，甲酸乙酯 HCOOC 2 H 5 ，乙酸甲酯 CH 3 COOCH 3 ，丙烯酸甲酯 CH 2 ＝ CH — COOCH 3 等。 2 ．酯的存在与物理特性 酯广泛存在于自然界中。例如，乙酸乙酯、乙酸异戊酯存在于草莓、香蕉、梨等水果中，乙酸丁酯和异戊酸异戊酯存在于成熟的香蕉中，苯甲酸甲酯存在于丁香油中等等。以上这些酯的相对分子质量较小 ( 分子中碳原子数较小 ) ，它们都是具有芳香气味的液体。粮食酿的酒中含有具有香味的酯类物质。 3 ．酯的化学性质 酯在一定条件下容易发生水解反应，这是酯的一种重要性质。 在有酸和碱存在的条件下，酯跟水发生水解反应生成酸和醇。如： CH 3 COOCH 2 CH 3 ＋ H 2 O CH 3 COOH ＋ CH 3 CH 2 OH 酯的水解反应是酯化反应的逆反应。在碱存在的条件下水解生成的酸被碱中和掉，使酯的水解程度增大。 ● 典例精析 【例 5 】　在乙酸乙酯、乙醇、乙酸水溶液共存的化学平衡体系中加入含重氢的水，经过足够长的时间后，可以发现，除水外体系中含有重氢的化合物是 ( 　　 ) A ．只有乙醇　　　　 B ．只有乙酸 C ．只有乙酸乙酯 D ．乙醇、乙酸 【解析 】 　 此题主要考查了酯化反应的可逆性，解答时应抓住化学键形成和断裂的位置及方式，即键的生成和断裂位置相同。酯化反应的机理： “ 酸脱羟基醇脱氢 ” 即： 乙酸乙酯在水解时断键方式是 【答案 】 　 D 实验室用乙酸、乙醇、浓 H 2 SO 4 制取乙酸乙酯，应加热蒸馏，在饱和 Na 2 CO 3 溶液的上面得到无色油状液体，当振荡混合时，有气泡产生，原因是 ( 　　 ) A ．产品中有被蒸馏出的 H 2 SO 4 B ．有部分未反应的乙醇被蒸馏出来 C ．有部分未反应的乙酸被蒸馏出来 D ．有部分乙醇跟浓 H 2 SO 4 作用生成乙烯 【解析 】 　 首先明确酯化反应的原理，然后对实验过程中的仪器、试剂、操作也必须有充分的了解，同时应结合已有知识，学会对实验过程中可能出现的问题进行分析。 浓 H 2 SO 4 是难挥发性的酸，故 A 项错误； D 项中即使产生了乙烯，但由于乙烯难溶于水，振荡混合时不会出现上述现象；因此蒸出的物质只能是乙酸，振荡混合时发生： Na 2 CO 3 ＋ 2CH 3 COOH ―→ 2CH 3 COONa ＋ CO 2 ↑ ＋ H 2 O ，故只有 C 选项正确。 【答案 】 　 C 【点拨】　 本题考查了乙酸乙酯的制备的反应原理。 ● 资料备选 关于酯化反应 以下三位同学说法是否正确？说明理由。 甲生： 酯化反应是可逆反应，但不属于取代反应。 乙生： 只有羧酸才能与醇发生酯化反应，无机酸不可能发生酯化反应。 丙生： 只有一元酸与一元醇才能发生酯化反应，其他酸与醇不能发生酯化反应。 师：以上关于酯化反应的说法均不正确。 与 CH 3 CH 2 O — H 酯化时，可看作是 CH 3 COOH 中的 — OH 被 CH 3 CH 2 OH 中的乙氧基 ( — OC 2 H 5 ) 取代，属于取代反应，因此甲生说法不正确。 除一元羧酸与一元醇酯化外，还有很多类型的酯化反应，如： (1) 二元醇与一元羧酸酯化