# 羧酸

> Edexcel 国际GCSE 化学 · 4CH1 2017
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-carboxylic-acids/

本指南涵盖Edexcel IGCSE 化学（4CH1）大纲要求的全部羧酸相关内容，包括结构、命名、核心反应和食醋组成，所有内容仅针对试卷2C。

**先修:** [基础有机化合物的命名与绘制](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-introduction-to-organic-chemistry/); [酸与金属、碳酸盐的通性反应](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s2-acids-bases-salts/)

## 学习目标

- 将羧基 (-COOH) 官能团识别为羧酸的特征基团
- 命名并绘制碳原子数不超过4的无支链羧酸的结构式/展开式
- 写出带状态符号的配平化学方程式，描述羧酸与活泼金属、金属碳酸盐的反应
- 识记食醋是乙酸的水溶液

## 1. 羧酸的结构与官能团

**羧酸** — 由羧基(-COOH)官能团定义的有机化合物同系物，羧基位于碳链的末端。

*记法:* 无支链链的通式: $C_nH_{2n+1}COOH$ (n ≥ 0)

命名计算总碳链长度时，羧基本身的碳原子也计入总碳数。羧酸属于弱酸，在水溶液中部分电离释放 $H^+$ 离子，因此具备典型的酸性性质。

**例题:** 确定分子式为HCOOH的化合物的官能团和所属同系物。

1. 步骤1：在分子式中找到端基基团：-COOH，即羧基官能团。
2. 步骤2：含有羧基的化合物都属于羧酸同系物。

> **tip**
>
> 绘制展开结构式时，千万不要忘记羧基中碳原子与一个氧原子之间的双键。

*计算器:* allowed

## 2. 前四种无支链羧酸的命名与绘制

无支链羧酸的命名规则为：使用表示碳链总碳原子数（包含羧基碳）的前缀，后接后缀 *-酸*。

| 总碳原子数 | 名称 | 结构式 | 展开式简写 |
| --- | --- | --- | --- |
| 1 | 甲酸 | HCOOH | $H-C(=O)-OH$ |
| 2 | 乙酸 | $CH_3COOH$ | $CH_3-C(=O)-OH$ |
| 3 | 丙酸 | $CH_3CH_2COOH$ | $CH_3CH_2-C(=O)-OH$ |
| 4 | 丁酸 | $CH_3CH_2CH_2COOH$ | $CH_3CH_2CH_2-C(=O)-OH$ |

**例题:** 写出总碳原子数为3的无支链羧酸的正确名称，并绘制其展开结构式。

1. 步骤1：总碳原子数为3，使用前缀 *丙-*，搭配后缀 *-酸*，因此名称为丙酸。
2. 步骤2：末端羧基的碳原子与一个氧原子双键相连，与羟基单键相连，同时与3碳链中的第二个碳原子单键相连。
3. 步骤3：为剩余碳原子补充氢原子，满足其4键的价键要求。
4. $$\ce{CH3CH2COOH}$$

**概念自测**

1. $CH_3CH_2CH_2COOH$的正确名称是什么？

   - 丙酸
   - 丁酸
   - 乙酸
   - 甲酸

   *解析:* 该分子式总共有4个碳原子，因此使用前缀 *丁-* 搭配后缀 *-酸*。

*计算器:* allowed

## 3. 羧酸的反应

作为弱酸，羧酸与活泼金属、金属碳酸盐的核心反应模式与无机酸完全一致。生成的盐命名时使用后缀 *-酸盐*（例如乙酸生成乙酸盐）。

- 与活泼金属（例如镁、钠）反应：$$\text{羧酸} + \text{金属} \rightarrow \text{羧酸盐} + \text{氢气}$$
- 与金属碳酸盐（例如碳酸钠、碳酸钙）反应：$$\text{羧酸} + \text{金属碳酸盐} \rightarrow \text{羧酸盐} + \text{水} + \text{二氧化碳}$$

**例题:** 写出乙酸水溶液($CH_3COOH(aq)$)与固体碳酸钠($Na_2CO_3(s)$)反应的带状态符号的配平符号方程式。

1. 步骤1：确定产物：乙酸钠盐、水和二氧化碳。
2. 步骤2：写出未配平的方程式：$CH_3COOH(aq) + Na_2CO_3(s) \rightarrow CH_3COONa(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$
3. 步骤3：配平钠原子：产物侧有2个 $CH_3COONa$，因此反应物侧需要2个 $CH_3COOH$。
4. 步骤4：验证所有原子已配平：方程式两侧C=5，H=8，O=7，Na=2。
5. $$2CH_3COOH(aq) + Na_2CO_3(s) \rightarrow 2CH_3COONa(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$$

> **考试提示:** 书写这些反应的配平方程式时必须标注状态符号，Edexcel IGCSE 化学考试中会为正确的状态符号单独给分。

*计算器:* allowed

## 4. 乙酸与食醋

乙酸是最常见的家用羧酸。食醋是乙酸的稀水溶液，通常体积分数含5-20%的乙酸，可用于烹饪和清洁。

**例题:** 学生将一小段镁条加入食醋样品中，写出反应释放的气体名称和生成的盐的名称。

1. 步骤1：食醋中含有乙酸，乙酸与镁（活泼金属）反应生成氢气和乙酸镁盐。
2. 步骤2：气体=氢气；盐=乙酸镁。

> **note**
>
> 乙醇氧化生成乙酸的反应将在醇类小节（S4_T05）中讲解，本小节不需要识记该反应。

*计算器:* allowed

## 常见错误

- **错误做法:** 命名时将羧基碳算作额外的碳原子，例如将$CH_3COOH$命名为甲酸
  - 原因: 羧基本身含有一个碳原子，该碳原子属于命名前缀所依据的主碳链长度的一部分
  - 正确做法: 选择命名前缀时要统计所有碳原子，包括-COOH基团中的碳原子，因此$CH_3COOH$（共2个C原子）是乙酸。
- **错误做法:** 将乙酸钠的分子式写为$CH_3COONa_2$
  - 原因: 乙酸根离子带-1电荷，因此只需要1个+1价的钠离子即可平衡电荷
  - 正确做法: 书写盐的分子式时要平衡离子电荷：$CH_3COO^- + Na^+ = CH_3COONa$
- **错误做法:** 忘记与碳酸盐反应的产物中有$CO_2$，将其与金属反应生成的$H_2$混淆
  - 原因: 混淆了酸的通性反应产物模式
  - 正确做法: 使用助记口诀MASH（金属+酸→盐+氢气）和CASHWAC（碳酸盐+酸→盐+水+二氧化碳）来记忆产物组合。
- **错误做法:** 在展开结构式中将羧基绘制为-C-O-OH而非-C(=O)-OH
  - 原因: 忘记了羧基中碳原子与一个氧原子之间的双键
  - 正确做法: 绘制羧基官能团的展开结构式时，必须始终显示C=O双键。
- **错误做法:** 声称食醋是纯乙酸
  - 原因: 食醋是稀水溶液，不是纯酸
  - 正确做法: 识记食醋是以乙酸为主要酸性活性成分的水基水溶液。

## 速查表

| 概念 | 核心识记要点 |
| --- | --- |
| 官能团 | -COOH (羧基，计为1个C原子) |
| 命名规则 | 前缀（总C数）+ 酸：1C=甲酸，2C=乙酸，3C=丙酸，4C=丁酸 |
| 盐的命名 | 金属名+酸盐（例如乙酸钠） |
| 与金属的反应 | 酸 + 活泼金属 → 羧酸盐 + $H_2$ |
| 与碳酸盐的反应 | 酸 + 金属碳酸盐 → 羧酸盐 + $H_2O$ + $CO_2$ |
| 食醋组成 | 乙酸的稀水溶液 |

## 下一步

在掌握了羧酸的结构、命名和核心反应之后，你就可以继续学习Edexcel IGCSE 化学大纲中的相关有机化学子主题了。酯化反应，即羧酸与醇反应生成酯的反应，是下一个子主题，直接建立在你在此处学到的命名规则和官能团知识之上。你也可以回顾醇类子主题，复习乙醇氧化生成乙酸的过程，或者复习通用酸碱反应规则来巩固本指南中涵盖的反应模式。本小节的所有内容仅属于试卷2C的考点，如果你参加的是单科IGCSE化学考试，请将复习重点放在该试卷上。

- [醇类（S4_T05）](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-alcohols/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s4-carboxylic-acids/