2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：选修5第5节　醛、羧酸、酯

第5节　醛、羧酸、酯[考试说明]　1.掌握醛、羧酸、酯的典型代表物的组成、结构及性质。2.掌握醛、羧酸、酯与其他有机物的相互转化。3.了解有机分子中官能团之间的相互影响。[命题规律]　本部分内容在高考中具有极其重要的地位。高考对本部分内容的主要考查方向有：一是各官能团的性质；二是有机化学反应类型的判断；三是综合应用物质的性质进行检验、分离、提纯及有关化学实验；四是考查各种烃的含氧衍生物之间的转化关系。以新型的有机分子为载体，考查有机物的结构与性质，有机物的合成与推断，是常出现的题型。考点1　醛知识梳理1.醛的组成与结构醛是由烃基与醛基相连而构成的化合物。官能团为醛基(或—CHO)，可表示为R—CHO，饱和一元醛的通式为CnH2nO(n≥1)。2．常见醛的物理性质物质颜色气味状态密度溶解性甲醛(HCHO)无色刺激性气味气体—易溶于水乙醛(CH3CHO)无色刺激性气味液体比水小与水、乙醇互溶3．醛的化学性质(以乙醛为例)醛类物质氧化还原关系为：醇醛羧酸 4．在生产、生活中的作用和影响(1)35%～40%的甲醛水溶液称为福尔马林，具有杀菌消毒作用和防腐性能，常用作防腐剂和消毒剂，用于种子消毒和浸制生物标本。但甲醛有毒，不可用于食品保鲜。(2)劣质的装饰材料中挥发出的甲醛，对环境和人体健康影响很大，是室内主要污染物之一。 (1)醛基只能写成—CHO或，不能写成—COH。(2)通常状况下甲醛是烃的含氧衍生物中唯一的气体物质。(3) 属于一元醛，但具有二元醛的某些性质，如1 mol  与足量银氨溶液充分反应，可生成4 mol Ag。(4)醛类物质发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液反应均需在碱性条件下进行。(5)银镜反应口诀：反应生成羧酸铵，还有一水二银三个氨。(6)甲酸、甲酸盐、甲酸酯都能发生银镜反应，都能与新制Cu(OH)2反应。(7)醛基的检验 银镜反应与新制Cu(OH)2悬浊液反应反应现象产生光亮的银镜产生砖红色沉淀定量关系R—CHO～2AgHCHO～4AgR—CHO～2Cu(OH)2～Cu2OHCHO～4Cu(OH)2～2Cu2O注意事项①试管内壁必须洁净②银氨溶液随用随配，不可久置③水浴加热，不可用酒精灯直接加热④醛用量不宜太多，如乙醛一般滴3滴①新制Cu(OH)2悬浊液要随用随配，不可久置②配制Cu(OH)2悬浊液时，所用NaOH必须过量(8)配制银氨溶液的方法：向盛有AgNO3溶液的试管中逐滴滴加稀氨水，边滴边振荡，直到最初生成的沉淀恰好溶解为止。1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。(1)欲检验CH2===CH—CHO分子中的官能团，应先检验“”后检验“—CHO”。(×)错因：检验“”一般用溴水或KMnO4(H＋)溶液，而两试剂均可氧化“—CHO”，故应先检验“—CHO”，后检验“”。(2)凡是能发生银镜反应的有机物都是醛。(×)错因：甲酸、甲酸盐、甲酸酯都可发生银镜反应。(3)1 mol HCHO与足量银氨溶液充分反应，可生成2 mol Ag。(×)错因：1 mol HCHO与足量银氨溶液充分反应可生成4 mol Ag。(4)醛基的结构简式可以写成—CHO，也可以写成—COH。(×)错因：醛基的结构不可以写成—COH。(5)乙醛分子中的所有原子都在同一平面上。(×)错因：CH3CHO分子中甲基含有1个饱和碳原子，形成四面体构型，故所有原子不可能共平面。2．某有机物的结构简式为CHCHCH2CH3CHO，下列对其化学性质的判断中，不正确的是(　　)A．能被新制Cu(OH)2悬浊液氧化B．能使KMnO4酸性溶液褪色C．1 mol该有机物只能与1 mol Br2发生加成反应D．1 mol该有机物只能与1 mol H2发生加成反应答案　D题组训练1.某学生用2 mL 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液和4 mL 0.5 mol·L－1 NaOH溶液混合，然后加入40%的甲醛溶液0.5 mL，加热沸腾，未见红色沉淀产生，主要原因是(　　)A．甲醛的量太少  B．CuSO4的量太少C．NaOH的量太少  D．加热不充分答案　C2．下列操作不合适的是(　　)A．银镜反应采用水浴加热B．用通过盛溴水的洗气瓶的方法除去甲烷气体中含有的乙烯杂质C．在乙醛还原新制Cu(OH)2悬浊液的实验中，制Cu(OH)2 悬浊液时NaOH应过量，可直接加热D．配制银氨溶液时，将AgNO3溶液滴入氨水中答案　D考点2　羧酸　酯知识梳理1.羧酸(1)概念：由烃基与羧基相连构成的有机化合物，官能团为—COOH，可表示为R—COOH，饱和一元羧酸的分子式为CnH2nO2(n≥1)。(2)分类(3)羧酸的化学性质羧酸的性质取决于羧基，反应时的主要断键位置如图：①酸性(以乙酸为例)：乙酸是一种弱酸，其酸性比碳酸强，在水溶液里的电离方程式为CH3COOHCH3COO－＋H＋。可以与Na、NaOH、Na2CO3、NaHCO3反应。②酯化反应：酸脱羟基，醇脱氢。CH3COOH和CH3CHOH发生酯化反应的化学方程式为：CH3COOH＋C2HOHCH3CO18OCH2CH3＋H2O。(4)几种重要的羧酸①甲酸：俗名蚁酸，是最简单的饱和一元羧酸。结构：既有羧基，又有醛基，具有羧酸与醛的性质。银镜反应：HCOOH＋2Ag(NH3)2OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O。②乙二酸：，俗名草酸，属于还原性酸可用来洗去钢笔水的墨迹。③苯甲酸：，属于芳香酸，可作防腐剂。2．酯(1)结构：羧酸酯的官能团“”，可表示为，饱和一元羧酸与饱和一元醇所生成酯的通式为CnH2nO2。(2)物理性质(3)化学性质酯的水解反应原理无机酸只起催化作用，碱除起催化作用外，还能中和水解生成的酸，使水解程度增大。 (1)羧酸和酯的分子中都含有，羧基、酯基都不能与H2发生加成反应。(2)酯的水解反应为取代反应，酸性条件下为可逆反应，碱性条件下反应进行完全。1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。(1)完全燃烧等质量的乙醛和乙酸乙酯，消耗O2的质量不相等。(×)错因：乙醛和乙酸乙酯的最简式均为CH2O，等质量的二者完全燃烧时消耗O2的质量相等。(2)醛基、羧基和酯基中的碳氧双键均能与H2加成。(×)错因：羧基和酯基中的碳氧双键不能与H2加成。(3)在水溶液里CH3COOH中的—CH3可以电离出H＋，故CH3COOH是四元酸。(×)错因：烃基不能电离出H＋，故CH3COOH为一元酸。(4)乙酸乙酯中的少量乙酸可用饱和NaOH溶液除去。(×)错因：乙酸乙酯在NaOH溶液中会发生水解反应，除去少量乙酸应用饱和Na2CO3溶液。(5)用新制的银氨溶液可以区分甲酸甲酯与乙醛。(×)错因：HCOOCH3与CH3CHO分子结构中都含有—CHO，均可发生银镜反应。2．现有四种有机化合物：试回答下列问题：(1)甲、乙、丁都含有的官能团的名称是________，四种物质中互为同分异构体的是________(填编号，下同)。(2)相同物质的量的甲、乙、丁分别与足量Na反应，生成H2最多的是________。(3)丁与醋酸在催化剂作用下发生取代反应生成的酯有________种。(4)①写出甲与乙醇发生酯化反应的化学方程式：________________________________________________________________________。②写出乙与新制氢氧化铜反应的化学方程式：________________________________________________________________________。答案　(1)羟基　乙、丙　(2)甲　(3)3题组训练1.下列说法正确的是(　　)A．1 mol苯甲酸与足量乙醇反应可得1 mol苯甲酸乙酯B．对苯二甲酸()与乙二醇(HOCH2CH2OH)能通过加聚反应制取聚酯纤维()C．有机物HO—CH2—CH===CH—CH2—COOH既能发生加聚反应又能发生缩聚反应D．实验室制备乙酸乙酯时，向浓硫酸中缓慢加入乙醇和冰醋酸答案　C2．环丁基甲酸是重要的有机合成中间体，其一种合成路线如下：(1)A属于烯烃，其结构简式是________________________________________________________________________。(2)B→C的反应类型是________，该反应生成的与C互为同分异构体的副产物是______________(写结构简式)。(3)写出D→E的化学方程式：________________________________________________________________________。(4)H的一种同分异构体为丙烯酸乙酯(CH2===CH—COOC2H5)，写出丙烯酸乙酯在NaOH溶液中水解的化学方程式：______________________。答案　(1)CH2===CH—CH3(4)CH2===CHCOOCH2CH3＋NaOHCH2===CHCOONa＋CH3CH2OH羧酸与醇发生酯化反应的类型(1)一元羧酸与一元醇之间的酯化反应，如CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O(2)一元羧酸与多元醇之间的酯化反应，如2CH3COOH＋ ＋2H2O(3)多元羧酸与一元醇之间的酯化反应，如＋2CH3CH2OH＋2H2O(4)多元羧酸与多元醇之间的酯化反应，此类反应有三种情形，可得普通酯、环酯和高聚酯。如nHOOC—COOH＋nHOCH2CH2OH(5)羟基酸自身的酯化反应，此类反应有三种情形，可得到普通酯、环状交酯和高聚酯。如：高考真题实战1．(2019·江苏高考)(双选)化合物Y具有抗菌、消炎作用，可由X制得。下列有关化合物X、Y的说法正确的是(　　)A．1 mol X最多能与2 mol NaOH反应B．Y与乙醇发生酯化反应可得到XC．X、Y均能与酸性KMnO4溶液反应D．室温下X、Y分别与足量Br2加成的产物分子中手性碳原子数目相等答案　CD解析　由结构简式可知，X中能与NaOH反应的官能团有酚酯基和羧基，1 mol —COOH消耗1 mol NaOH，1 mol —COO—(酚酯基)消耗2 mol NaOH，故1 mol X最多能与3 mol NaOH反应，A错误；Y与乙酸发生酯化反应可得到X，B错误；X、Y中均有碳碳双键，能与酸性KMnO4溶液反应，C正确；X、Y分别与足量Br2加成后的产物分子中，手性碳原子用*标出，如下图所示：两者均含3个手性碳原子，D正确。2．(2017·江苏高考)萜类化合物广泛存在于动植物体内，关于下列萜类化合物的说法正确的是(　　)      a　                                         b　                                       cA．a和b都属于芳香族化合物B．a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上C．a、b和c均能使酸性KMnO4溶液褪色D．b和c均能与新制的Cu(OH)2反应生成红色沉淀答案　C解析　a中不含有苯环，不属于芳香族化合物，A错误；a和c分子中含有饱和碳原子，所有碳原子不可能处于同一平面上，B错误；a、b和c均能与酸性高锰酸钾溶液反应使其褪色，C正确；b中不含醛基，不能与新制的氢氧化铜反应生成红色沉淀，D错误。3.(2016·江苏高考)化合物X是一种医药中间体，其结构简式如图所示。下列有关化合物X的说法正确的是(　　)A．分子中两个苯环一定处于同一平面B．不能与饱和Na2CO3溶液反应C．在酸性条件下水解，水解产物只有一种D．1 mol化合物X最多能与2 mol NaOH反应答案　C解析　由于单键可以旋转，两个苯环不一定处于同一平面，A错误；X分子结构中含有—COOH，能与饱和Na2CO3溶液反应，B错误；X分子结构中只有酯基能水解，水解产物只有一种，C正确；X分子结构中的—COOH和酚酯基能与NaOH反应，1 mol X最多能与3 mol NaOH反应，D错误。4．(2015·全国卷Ⅱ)某羧酸酯的分子式为C18H26O5，1  mol 该酯完全水解可得到1 mol羧酸和2 mol乙醇，该羧酸的分子式为(　　)A．C14H18O5  B．C14H16O4C．C16H22O5  D．C16H20O5答案　A5.(2015·山东高考)分枝酸可用于生化研究，其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述正确的是(　　)A．分子中含有2种官能团B．可与乙醇、乙酸反应，且反应类型相同C．1 mol分枝酸最多可与3 mol NaOH发生中和反应D．可使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色，且原理相同答案　B6．(2019·全国卷Ⅰ)化合物G是一种药物合成中间体，其合成路线如下：回答下列问题：(1)A中的官能团名称是________。(2)碳原子上连有4个不同的原子或基团时，该碳称为手性碳。写出B的结构简式，用星号(*)标出B中的手性碳：__________________。(3)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式：____________________________________。(不考虑立体异构，只需写出三个)(4)反应④所需的试剂和条件是____________________。(5)⑤的反应类型是________。(6)写出F到G的反应方程式：________________________________________________________________________。(7)设计由甲苯和乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)制备的合成路线：________________________________________________________________________(无机试剂任选)。答案　(1)羟基　(2) 　 　(4)C2H5OH/浓H2SO4、加热　(5)取代反应解析　(3)由同分异构体的限定条件可知，分子中除含有六元环外，还含有1个饱和碳原子和—CHO。若六元环上只有一个侧链，则取代基为—CH2CHO；若六元环上有两个取代基，可能是—CH3和—CHO，它们可以集中在六元环的同一个碳原子上(1种)，也可以位于六元环的不同碳原子上，分别有邻、间、对3种位置。(5)由E、G的结构简式及F转化为G的反应条件可推知F为，反应⑤是与—COOC2H5相连的碳原子上的H原子被—CH2CH2CH3取代的反应。(6)反应⑥是酯基在碱性条件下水解再酸化的反应。(7)结合反应⑤的反应条件，甲苯先转化为，再与乙酰乙酸乙酯()发生取代反应生成在碱性条件下发生水解反应后再酸化即可得产物。7．(2018·全国卷Ⅱ)以葡萄糖为原料制得的山梨醇(A)和异山梨醇(B)都是重要的生物质转化平台化合物。E是一种治疗心绞痛的药物，由葡萄糖为原料合成E的过程如下：回答下列问题：(1)葡萄糖的分子式为____________。(2)A中含有的官能团的名称为________。(3)由B到C的反应类型为________。(4)C的结构简式为______________。(5)由D到E的反应方程式为________________________________________。(6)F是B的同分异构体，7.30 g的F与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2.24 L二氧化碳(标准状况)，F的可能结构共有________种(不考虑立体异构)，其中核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为3∶1∶1的结构简式为______________。答案　(1)C6H12O6　(2)羟基　(3)取代反应(4)(5)(6)9　解析　(6)F是B的同分异构体，7.30 g的F与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2.24 L二氧化碳(标准状况)，说明F分子中含有羧基，7.30 g F的物质的量是7.3 g÷146 g/mol＝0.05 mol，二氧化碳是0.1 mol，因此F分子中含有2个羧基，则F相当于是丁烷分子中的2个氢原子被羧基取代，如果是正丁烷，根据定一移一可知有6种结构。如果是异丁烷，则有3种结构，所以可能的结构共有9种(不考虑立体异构)，即、其中核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为3∶1∶1的结构简式为。8．(2017·全国卷Ⅰ)化合物H是一种有机光电材料中间体。实验室由芳香化合物A制备H的一种合成路线如下：已知：①RCHO＋CH3CHORCH=CHCHO+H2O回答下列问题：1A的化学名称是　　　　。2由C生成D和E生成F的反应类型分别是　　　　、　　　　。3E的结构简式为　　　　　　　　　。4G为甲苯的同分异构体，由F生成H的化学方程式为________________________________________________________________________。5芳香化合物X是F的同分异构体，X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2，其核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢，峰面积比为6∶2∶1∶1。写出2种符合要求的X的结构简式　　　　　　　　　　　　　。6写出用环戊烷和2­丁炔为原料制备化合物的合成路线____________________________________________________其他试剂任选。答案　1苯甲醛,2加成反应　取代反应解析　(1)由已知信息①，结合A转化为B的条件及B的分子式可推知A为，其名称为苯甲醛。(2)由合成路线可知，B的结构简式为，C为，C与Br2的CCl4溶液发生加成反应生成D，其在KOH的C2H5OH溶液中发生消去反应，酸化后生成的E为，E发生酯化反应生成F：。(4)结合信息②，由F、H的结构简式可推知G为，F和G反应的化学方程式为＋。(5)能与NaHCO3反应放出CO2，则同分异构体中含有羧基，且分子中含有4种氢原子，个数比为6∶2∶1∶1，符合条件的同分异构体有、。(6)与Cl2在光照条件下发生取代反应生成，在NaOH的乙醇溶液中发生消去反应生成，与2­丁炔反应可生成，与Br2的CCl4溶液反应可生成。