引入

为什么酒精能消毒,也能作为燃料?

为什么食醋有酸味,能用来除水垢?

为什么酒放久了会变酸?

乙醇和乙酸能发生什么反应?

乙醇和乙酸是生活中最常见的有机物之一。乙醇存在于酒精饮料、消毒液、燃料中,乙酸是食醋的主要成分,也是重要的化工原料。

理解乙醇和乙酸的结构、性质和反应,不只是记住几个方程式,而是理解醇和羧酸这两类有机物的共性,以及官能团对性质的决定作用。

正文

定义

乙醇是分子式为 的醇,结构简式为 ,含有羟基 官能团。

乙酸是分子式为 的羧酸,结构简式为 ,含有羧基 官能团。

乙醇

物理性质

性质数值或描述
分子式
结构简式
俗名酒精
颜色无色
气味特殊香味
物态液体(常温常压)
沸点
密度约
溶解性与水任意比例互溶,也能溶解多种有机物

乙醇能与水互溶,原因是乙醇分子中的羟基 能与水分子形成氢键。

医用酒精通常是 的乙醇水溶液,这个浓度既能渗透细菌细胞,又能使蛋白质变性,消毒效果最好。

结构特点

乙醇分子中含有羟基 ,这是醇类的官能团。

  • 羟基中的氢原子比较活泼,可以被取代
  • 羟基连接的碳原子也比较活泼,可以发生氧化反应

化学性质

与金属钠反应

乙醇中的羟基氢可以被金属钠取代,生成氢气。

现象:钠浮在乙醇液面上,放出气体,溶液变热。

这个反应和水与钠反应类似,但乙醇与钠反应比水慢,说明乙醇中的羟基氢不如水中的氢活泼。

氧化反应

乙醇能被氧化成乙醛,进一步氧化成乙酸。

催化氧化:

这是工业制乙醛的方法之一。

完全氧化(燃烧):

乙醇能燃烧,火焰呈淡蓝色,放出大量热。乙醇可以作为清洁燃料,用于酒精灯、燃料电池、汽车燃料添加剂。

被强氧化剂氧化:

乙醇遇到酸性高锰酸钾溶液或酸性重铬酸钾溶液,能被氧化成乙酸,同时氧化剂被还原,溶液颜色改变。

消去反应

乙醇在浓硫酸作用下加热到 ,能发生消去反应生成乙烯。

如果温度控制在 ,乙醇会发生分子间脱水生成乙醚:

温度控制是关键,不同温度产物不同。

酯化反应

乙醇能与乙酸发生酯化反应,生成乙酸乙酯。

这是合成酯的典型反应,后面会详细讨论。

乙醇的应用

应用说明
医用消毒 乙醇能使蛋白质变性,杀灭细菌病毒
工业溶剂乙醇能溶解多种有机物和无机物,用于提取、溶解和清洗
燃料乙醇燃烧热高且清洁,可用作燃料或燃料添加剂
饮料酒精饮料中的主要成分
化工原料制取乙醛、乙酸、乙酸乙酯等

乙酸

物理性质

性质数值或描述
分子式
结构简式
俗名醋酸
颜色无色
气味刺激性酸味
物态液体(常温常压)
沸点
熔点
溶解性与水任意比例互溶

纯乙酸在 以下会凝固成冰状晶体,所以纯乙酸又叫冰醋酸。

食醋中乙酸的质量分数约为 。

结构特点

乙酸分子中含有羧基 ,这是羧酸的官能团。

羧基可以看成由羰基 和羟基 组成,但羧基的性质不是两者的简单加和,而是表现出独特的酸性。

化学性质

酸性

乙酸是弱酸,能电离出 。

乙酸的酸性比碳酸强,所以乙酸能与碳酸盐反应放出 。

与碱反应:

与碳酸盐反应:

这个反应可以用来除水垢()、清洗水壶。

与活泼金属反应:

乙酸能与金属反应放出氢气,但反应比盐酸慢,因为乙酸是弱酸。

酯化反应

乙酸能与醇发生酯化反应,生成酯。

酯化反应的特点:

  • 是可逆反应,需要用 表示
  • 需要浓硫酸作催化剂和吸水剂
  • 需要加热
  • 反应慢,平衡转化率不高

酯化反应的断键方式:

通过同位素示踪实验,可以确定酯化反应的断键位置是:酸脱 ,醇脱 。

乙酸乙酯:

乙酸乙酯 是无色、有果香味的液体,密度比水小,难溶于水,常用作溶剂和香料。

实验室制取乙酸乙酯时,产物要用饱和碳酸钠溶液收集,原因是:

  1. 降低乙酸乙酯的溶解度
  2. 中和挥发出来的乙酸
  3. 溶解挥发出来的乙醇

乙酸的应用

应用说明
食品调味食醋的主要成分
化工原料制取乙酸乙酯、乙酸纤维、药物等
清洁剂除水垢、锈斑
防腐剂抑制微生物生长

醇和羧酸的通性

乙醇是醇类的代表,乙酸是羧酸的代表。它们的性质可以推广到同类物质。

醇的通性:

  • 含有羟基
  • 能与活泼金属反应放出氢气
  • 能被氧化成醛或酮,进一步氧化成羧酸
  • 能发生消去反应(前提是 -碳上有氢)
  • 能与羧酸发生酯化反应

羧酸的通性:

  • 含有羧基
  • 具有酸性,能与碱、碳酸盐、活泼金属反应
  • 能与醇发生酯化反应

酒精发酵和乙酸发酵

酒精发酵:

这是酵母菌在无氧条件下将葡萄糖转化为乙醇的过程,是酿酒的原理。

乙酸发酵:

这是醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化成乙酸的过程,是酿醋的原理,也解释了为什么酒放久了会变酸。

引出

为什么高级醇(如丙醇、丁醇)的水溶性比乙醇差?

如何鉴别乙醇和乙酸?

为什么酯化反应是可逆反应,如何提高产率?

羧酸的酸性强弱和结构有什么关系?