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乙醇与乙酸 ​

概览

乙醇和乙酸是两类最重要的烃的衍生物：乙醇含羟基（－OH），乙酸含羧基（－COOH），官能团决定了它们的化学性质。本笔记讲解乙醇的物理性质、与钠反应、氧化反应，乙酸的酸性，以及经典的酯化反应（乙醇与乙酸生成乙酸乙酯），并剖析酯化反应的实验原理与现象。

核心概念 ​

1. 官能团与衍生物 ​

  • 烃的衍生物：烃分子中的氢原子被其他原子或原子团取代而生成的化合物。
  • 官能团：决定有机物化学特性的原子或原子团。
    • 乙醇的官能团：羟基（－OH，写作 $\ce{-OH}$，注意与氢氧根 $\ce{OH^-}$ 区分）。
    • 乙酸的官能团：羧基（－COOH，含羰基和羟基）。

2. 乙醇与乙酸的分子结构 ​

物质分子式结构式结构简式官能团
乙醇$\ce{C2H6O}$$\ce{CH3-CH2-OH}$$\ce{CH3CH2OH}$羟基$\ce{-OH}$
乙酸$\ce{C2H4O2}$$\ce{CH3-COOH}$$\ce{CH3COOH}$羧基$\ce{-COOH}$

重点知识 ​

1. 乙醇的性质 ​

物理性质：无色、有特殊香味的液体，易挥发，密度比水小，能与水以任意比互溶，能溶解多种有机物和无机物。

（1）与钠反应（置换反应，比钠与水反应缓和）： $$\ce{2CH3CH2OH + 2Na -> 2CH3CH2ONa + H2 ^}$$

  • 现象：钠沉于乙醇底部，表面有气泡缓慢放出（乙醇密度比水小，钠密度比乙醇大，故沉底）。
  • 产物为乙醇钠（$\ce{CH3CH2ONa}$），不是 $\ce{NaOH}$。

（2）氧化反应

  • 燃烧：$\ce{CH3CH2OH + 3O2 ->[点燃] 2CO2 + 3H2O}$，火焰淡蓝色。
  • 催化氧化（生成乙醛）：$\ce{2CH3CH2OH + O2 ->[Cu,\ \Delta] 2CH3CHO + 2H2O}$
    • 现象：红热的铜丝在乙醇中"红→黑→红"循环（铜作催化剂），并有刺激性气味（乙醛）。
  • 乙醇可被酸性高锰酸钾等强氧化剂直接氧化成乙酸。

2. 乙酸的性质 ​

物理性质：有强烈刺激性气味的无色液体，易溶于水，纯乙酸（冰醋酸）常温下可凝结成晶体。

（1）酸性（乙酸是弱酸，但酸性强于碳酸）

  • 使紫色石蕊试液变红。
  • 与活泼金属反应：$\ce{2CH3COOH + Zn -> (CH3COO)2Zn + H2 ^}$。
  • 与碱中和：$\ce{CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O}$。
  • 与碳酸盐反应（证明酸性强于碳酸）：$\ce{2CH3COOH + Na2CO3 -> 2CH3COONa + H2O + CO2 ^}$

酸性比较

乙酸酸性 强于 碳酸：向 $\ce{NaHCO3}$或$\ce{Na2CO3}$中滴加乙酸，有$\ce{CO2}$ 放出。用此可检验乙酸。

（2）酯化反应（与乙醇）： $$\ce{CH3COOH + C2H5OH <=>[浓H2SO4,\ \Delta] CH3COOC2H5 + H2O}$$

3. 酯化反应实验（重点） ​

  • 试剂：乙醇、乙酸、浓硫酸（体积比约 3:2:1）。
  • 浓硫酸的作用：催化剂 + 吸水剂（吸水促使平衡正向移动，提高产率）。
  • 加热方式：水浴加热（或小火加热），温度控制在约 $60$–$80$ ℃，防止副反应、减少乙醇乙酸挥发。
  • 饱和 $\ce{Na2CO3}$ 溶液的作用（右侧导管口）：
    1. 吸收挥发出来的乙酸（中和）；
    2. 溶解挥发出来的乙醇；
    3. 降低乙酸乙酯在溶液中的溶解度，便于分层、收集。
  • 现象：饱和碳酸钠溶液液面上有无色透明油状液体（乙酸乙酯），有水果香味。
  • 导管口不能伸入液面以下，防止倒吸。

酯化反应的"断键规律"

酯化反应是酸脱羟基、醇脱氢：羧基中的 $\ce{-OH}$和醇羟基中的$\ce{H}$结合成水，其余部分结合成酯。即乙酸脱$\ce{-OH}$，乙醇脱 $\ce{-H}$。

典型例题 ​

例题 1：乙醇的催化氧化 ​

题目：写出乙醇催化氧化生成乙醛的化学方程式，说明铜丝在反应中的作用及现象变化。

分析：乙醇在铜催化下被氧气氧化为乙醛，铜在反应中作催化剂（先被氧化为 $\ce{CuO}$，再被乙醇还原为 $\ce{Cu}$）。

解答： $$\ce{2CH3CH2OH + O2 ->[Cu,\ \Delta] 2CH3CHO + 2H2O}$$ 铜丝灼烧后表面变黑（生成 $\ce{CuO}$），趁热伸入乙醇中，铜丝变红（$\ce{CuO}$被还原为$\ce{Cu}$），如此"红→黑→红"循环，铜是催化剂。

点评：催化氧化中铜（或银）是催化剂，实际参与中间过程但总量不变；产物乙醛有刺激性气味。乙醇"去氢"变成乙醛，属氧化反应。

例题 2：酯化反应实验 ​

题目：在乙酸乙酯的制备实验中，回答下列问题： (1) 浓硫酸的作用是什么？ (2) 饱和 $\ce{Na2CO3}$ 溶液的作用是什么？ (3) 导管口能否伸入液面以下？为什么？

分析：围绕酯化反应"催化、吸水"与收集装置的三层作用逐一作答。

解答： (1) 浓硫酸作催化剂和吸水剂。 (2) 饱和 $\ce{Na2CO3}$ 溶液用于：吸收乙酸、溶解乙醇、降低乙酸乙酯的溶解度，便于分层收集。 (3) 不能伸入液面以下，否则会发生倒吸。

点评：酯化反应实验是必修二的高频实验题，务必牢记"浓硫酸：催化+吸水"、"饱和碳酸钠：吸收乙酸+溶解乙醇+降低酯溶解度"、"导管口防倒吸"三个要点。

醇、酸、酯的转化链与实验拓展 ​

核心转化链 ​

$$\ce{CH2=CH2 ->[+\ce{H2O}] CH3CH2OH ->[催化氧化] CH3CHO ->[氧化] CH3COOH ->[酯化] CH3COOC2H5}$$

各步反应 ​

  1. $\ce{CH2=CH2 + H2O ->[催化剂] CH3CH2OH}$（加成）
  2. $\ce{2CH3CH2OH + O2 ->[Cu,Δ] 2CH3CHO + 2H2O}$（氧化）
  3. $\ce{2CH3CHO + O2 ->[催化剂,Δ] 2CH3COOH}$（氧化）
  4. $\ce{CH3COOH + C2H5OH <=>[浓H2SO4,Δ] CH3COOC2H5 + H2O}$（酯化）

乙醇、乙酸、乙酸乙酯的物理性质对比 ​

物质气味水溶性密度比水
乙醇特殊香味任意比互溶小
乙酸强烈刺激性易溶略大
乙酸乙酯水果香味难溶小（浮于水）

酯化反应实验细节回顾 ​

  • 药品添加顺序：先加乙醇，再沿壁加浓硫酸，冷却后再加乙酸（防飞溅）。
  • 加热方式：小火加热或水浴，防止乙醇、乙酸挥发损失。
  • 长导管作用：冷凝回流（兼防倒吸需导管口在液面上方）。

易错提醒 ​

常见错误

  • "乙醇与钠反应生成 $\ce{NaOH}$和$\ce{H2}$"❌ —— 生成乙醇钠 $\ce{CH3CH2ONa}$和$\ce{H2}$。
  • "羟基 $\ce{-OH}$就是氢氧根$\ce{OH^-}$"❌ —— 羟基是中性原子团，氢氧根是带负电的离子。
  • "乙酸是强酸，完全电离"❌ —— 乙酸是弱酸，但酸性强于碳酸。
  • "酯化反应中浓硫酸只作催化剂"❌ —— 浓硫酸还作吸水剂，促进平衡正向移动。
  • "酯化反应是醇脱羟基、酸脱氢"❌ —— 应为酸脱羟基、醇脱氢。
  • "乙酸乙酯的收集直接把导管伸入碳酸钠溶液中"❌ —— 会倒吸，导管口应在液面上方。

与其他知识关联 ​

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