2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3-3溶解性手性和無機(jī)含氧酸分子的酸性學(xué)案新人教版選修3

PAGE10-第三課時溶解性、手性和無機(jī)含氧酸分子的酸性[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過試驗(yàn)了解影響物質(zhì)溶解性的因素及相像相溶規(guī)律。2．通過生活現(xiàn)象對比理解手性分子并將其應(yīng)用于生命科學(xué)。3．了解無機(jī)含氧酸分子酸性強(qiáng)弱的緣由。一、溶解性1．外界條件對物質(zhì)溶解性的影響(1)影響固體溶解度的主要因素是溫度，大多數(shù)固體的溶解度隨溫度的上升而增大。(2)影響氣體溶解度的主要因素是溫度和壓強(qiáng)，氣體的溶解度隨溫度的上升而降低，隨壓強(qiáng)的增大而增大。2．相像相溶規(guī)律(1)含義：非極性溶質(zhì)一般溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。(2)①在極性溶劑里，假如溶劑和溶質(zhì)之間存在氫鍵，則溶解性好，且氫鍵作用力越大，溶解性越好。假如溶質(zhì)分子不能與水分子形成氫鍵，在水中溶解度就比較小，如NH3極易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能與水互溶，就是因?yàn)樗鼈兣c水形成了分子間氫鍵。②“相像相溶”還適用于分子結(jié)構(gòu)的相像性。例如，乙醇的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2—OH，其中的—OH與水分子中的—OH相像，因而乙醇能與水互溶(當(dāng)然，乙醇分子由于—OH的極性較大，易與水分子形成氫鍵也是其互溶的緣由)。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2—OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子中的—OH的相像因素小的多，因而它在水中的溶解度明顯減小。③假如溶質(zhì)與溶劑能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會增大溶質(zhì)的溶解度。如SO2與水發(fā)生的反應(yīng)生成H2SO3，而H2SO3可溶于水，因此，將增大SO2的溶解度。二、手性1．手性異構(gòu)體具有完全相同的組成和原子排列的一對分子，猶如左手與右手一樣互為鏡像，卻在三維空間里不能重疊，互稱手性異構(gòu)體。2．手性分子有手性異構(gòu)體的分子叫做手性分子。如：乳酸()分子。三、無機(jī)含氧酸分子的酸性1．酸性強(qiáng)弱對于同一種元素的含氧酸，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越強(qiáng)。2．緣由(1)含氧酸的通式可寫成(HO)mROn，假如成酸元素R相同，則n值越大，R的正電性越高，導(dǎo)致R—O—H中O的電子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越簡單電離出H＋，即酸性越強(qiáng)。(2)H2SO3可寫成(HO)2SO，n＝1；H2SO4可寫成(HO)2SO2，n＝2。所以，H2SO3酸性弱于H2SO4。(3)HClO、HClO2、HClO3、HClO4的酸性由弱到強(qiáng)的依次為HClO<HClO2<HClO3<HClO4。學(xué)問點(diǎn)一手性分子和手性碳原子的確定1．手性分子的確定(1)視察實(shí)物與其鏡像能否重合，假如不能重合，說明是手性分子。如圖：(2)視察有機(jī)物分子中是否有手性碳原子，假如有一個手性碳原子，則該有機(jī)物分子就是手性分子，具有手性異構(gòu)體。含有兩個手性碳原子的有機(jī)物分子不肯定是手性分子。2．手性原子的確定四個不同的原子或基團(tuán)連接在A原子上，形成的化合物存在手性異構(gòu)，則A原子稱為手性原子。如何理解手性分子，其有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？【點(diǎn)撥】手性分子，是結(jié)構(gòu)鏡像對稱而又不能完全重合的分子。由于一個碳原子在形成有機(jī)物分子時連接的四個原子或基團(tuán)不同，它會形成兩種分子結(jié)構(gòu)，這兩種分子具有相像的性質(zhì)，但是從分子的組成形態(tài)來看，它們依舊是兩種分子。這種情形像是鏡子里和鏡子外的物體那樣，看上去互為對應(yīng)，但由于是三維結(jié)構(gòu)，它們不管怎樣旋轉(zhuǎn)都不會重合，就像人的左手和右手那樣，故稱這兩種分子具有手性，又叫手性分子。因此，這兩種分子互為同分異構(gòu)體，這種形式的異構(gòu)稱為手性異構(gòu)。【提示】推斷某物質(zhì)是否具有手性，關(guān)鍵是看該分子中是否含有手性碳原子。當(dāng)其中的某個碳原子形成四個單鍵，且與四個不同的取代基相連時，該碳原子即為手性碳原子，該分子具有手性，否則該分子無手性。【解析】原有機(jī)物中與—OH相連的碳原子為手性碳原子，與H2加成后，該碳原子連有兩個乙基，不再具有手性；與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)后，該碳原子所連四個取代基不同，仍具有手性；發(fā)生水解反應(yīng)后，該碳原子所連四個取代基也不同，仍具有手性；當(dāng)發(fā)生消去反應(yīng)時，原手性碳原子生成雙鍵后不再具有手性。故選B?！敬鸢浮緽下列物質(zhì)中不具有手性碳原子的是(B)A．乳酸：CH3—CH(OH)—COOHB．氨基乙酸：H2N—CH2—COOHC．丙醛糖：CH2OH—CH(OH)—CHOD．α-氨基丙酸：CH3—CH(NH2)—COOH解析：有機(jī)分子中連接四個不同原子或原子團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子。A、C、D選項(xiàng)分子處于中間位置的碳原子均連有一個氫原子和三個不同的其他原子團(tuán)，具有手性，不符合題意；B項(xiàng)分子中間的碳原子連有兩個氫，不具有手性。學(xué)問點(diǎn)二無機(jī)含氧酸分子的酸性1．含氧酸分子的結(jié)構(gòu)在含氧酸分子中，氫離子是和酸根上的一個氧相連接。2．比較含氧酸分子的酸性強(qiáng)弱規(guī)律(1)對于同一種元素的含氧酸分子來說，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越強(qiáng)。如HClO<HClO2<HClO3<HClO4，HNO2<HNO3，H2SO3<H2SO4。(2)含氧酸分子的酸性隨著分子中連接在中心原子上的非羥基氧的個數(shù)增多而增加，即(HO)mROn中，n值越大，酸性越強(qiáng)。無機(jī)含氧酸可寫成通式(HO)mROn，假如成酸元素R相同，則n值越大，R的正電性越高，導(dǎo)致R—O—H中的O的電子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越簡單電離出H＋，即酸性越強(qiáng)。例如：(3)同主族元素或同周期元素最高價含氧酸的酸性依據(jù)元素非金屬性強(qiáng)弱比較。①同一主族自上而下，非金屬元素最高價含氧酸酸性漸漸減弱。②同一周期從左到右，非金屬元素最高價含氧酸酸性漸漸增加。(4)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)推斷：相對強(qiáng)酸可以制備相對弱酸。如：H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋H2O＋SO2↑，酸性：H2SO4>H2SO3。1.強(qiáng)酸溶液的酸性肯定強(qiáng)于弱酸溶液的酸性嗎？【點(diǎn)撥】不肯定。溶液的酸性取決于溶液中c(H＋)的大小，c(H＋)越大，溶液的酸性越強(qiáng)。2．無機(jī)含氧酸顯酸性的緣由是什么？【點(diǎn)撥】一般來說，含氧酸顯酸性的緣由有兩種類型：一是酸分子中的羥基(—OH)電離出H＋，如次氯酸(HClO)：HClOH＋＋ClO－；二是酸分子自身不能電離出H＋，但酸分子中的中心原子具有空軌道，能接受OH－中氧原子的孤電子對而加合一個OH－，使得水分子釋放出H＋而顯酸性，【例2】20世紀(jì)60年頭，美國化學(xué)家鮑林提出了一個閱歷規(guī)則：設(shè)含氧酸的化學(xué)式為HnROm，其中(m－n)為非羥基氧原子數(shù)。鮑林認(rèn)為含氧酸的酸性強(qiáng)弱與非羥基氧原子數(shù)(m－n)的關(guān)系如下表：試簡要回答下列問題：(1)按此規(guī)則推斷，H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由弱到強(qiáng)的依次為________。(2)H3PO3和H3AsO3的形式一樣，但酸性強(qiáng)弱相差很大。已知H3PO3為中強(qiáng)酸，H3AsO3為弱酸，試推斷H3PO3和H3AsO3的分子結(jié)構(gòu)：________。(3)按此規(guī)則推斷碳酸應(yīng)屬于________酸，與通常認(rèn)為的碳酸的強(qiáng)度是否一樣？________，其可能的緣由是__________________________?！咎崾尽勘容^無機(jī)含氧酸的酸性，關(guān)鍵是比較中心元素化合價的凹凸。如將含氧酸的通式寫為(HO)mROn，當(dāng)成酸元素R相同時，則n值越大，R的正電性越高，導(dǎo)致R—O—H中O的電子向R偏移，在水分子作用下就簡單電離出H＋，顯較強(qiáng)的酸性。【解析】(1)依據(jù)題中非羥基氧原子數(shù)與酸性強(qiáng)弱的關(guān)系可得：酸H3AsO4H2CrO4HMnO4m－n123酸性：H3AsO4<H2CrO4<HMnO4。(3)H2CO3中非羥基氧原子數(shù)為1，應(yīng)為中強(qiáng)酸，與通常認(rèn)為的碳酸是弱酸不一樣。其可能緣由是溶于水的那部分CO2并不能完全轉(zhuǎn)化為H2CO3?！敬鸢浮?1)H3AsO4<H2CrO4<HMnO4(3)中強(qiáng)不一樣溶于水的那部分CO2不能完全轉(zhuǎn)化為H2CO3下列無機(jī)含氧酸分子中酸性最強(qiáng)的是(D)A．HNO2 B．H2SO3C．HClO3 D．HClO4解析：本題考查無機(jī)含氧酸分子中酸性強(qiáng)弱的推斷。對于同一種元素的含氧酸，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越強(qiáng)。如：HNO2<HNO3，H2SO3<H2SO4，HClO3<HClO4。HNO2、H2SO3、HClO3中的中心元素N、S、Cl都未達(dá)到其最高價，其酸性不夠強(qiáng)；HClO4中的Cl為＋7價，是Cl元素的最高價，使Cl—O—H中O的電子向Cl偏移，在水分子作用下，簡單電離出H＋，酸性很強(qiáng)，故選D。1．推斷物質(zhì)在不同溶劑中的溶解性時，有一條閱歷規(guī)律：極性分子組成的溶劑易溶解極性分子組成的溶質(zhì)；非極性分子組成的溶劑易溶解非極性分子組成的溶質(zhì)。下圖的裝置中，不相宜用作HCl氣體尾氣汲取裝置的是(C)解析：C項(xiàng)易導(dǎo)致倒吸現(xiàn)象。2．下列說法不正確的是(D)A．互為手性異構(gòu)體的分子互為鏡像B．利用手性催化劑合成可主要得到一種手性分子C．手性異構(gòu)體分子組成相同D．手性異構(gòu)體性質(zhì)相同3．含有手性碳原子的物質(zhì)肯定具有光學(xué)活性，具有光學(xué)活性，則此有機(jī)物分子中手性碳原子的個數(shù)為(A)A．1B．2C．3D．4解析：依據(jù)手性碳原子的定義可知，手性碳原子肯定是飽和碳原子且所連接的四個原子或基團(tuán)是不同的，則中只有與醛基相連的碳原子為手性碳原子。4．已知含氧酸可用通式(HO)nXOm來表示，如X是S，m＝2，n＝2，則這個式子就表示H2SO4。一般而言，該式中m較大的是強(qiáng)酸，m較小的是弱酸。下列各含氧酸中，酸性最強(qiáng)的是(A)A．HClO3B．H2SeO3C．H3BO3D．H3PO4解析：依據(jù)題目所給通式，HClO3表示為(HO)ClO2，m＝2；H2SeO3表示為(HO)2SeO，m＝1；H3BO3表示為(HO)3B，m＝0；H3PO4表示為(HO)3PO，m＝1。HClO3的m值最大，酸性最強(qiáng)。5．下列分子為手性分子的是(B)解析：B項(xiàng)乳酸分子的中間碳原子連有—CH3、—H、—OH、—COOH四種不同的原子或原子團(tuán)，應(yīng)是手性分子。6．下列敘述中正確的是(C)A．無機(jī)含氧酸分子中含有幾個氫原子，它就屬于幾元酸B．同周期非金屬元素的氧化物對應(yīng)水化物的酸性從左到右依次增加C．同一元素的含氧酸，該元素的化合價越高，酸性越強(qiáng)D．H3PO4和H2CO3分子中非羥基氧的個數(shù)均為1，它們的酸性相近，均為中強(qiáng)酸解析：H3PO3的分子結(jié)構(gòu)為，它是二元酸，所以A項(xiàng)錯誤。B項(xiàng)所述規(guī)律對非金屬元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物才適合。C項(xiàng)是比較無機(jī)含氧酸酸性強(qiáng)弱的重要規(guī)律，C項(xiàng)正確。D項(xiàng)中H3PO4和H2CO3的非羥基氧原子數(shù)均為1，但H2CO3酸性弱于H3PO4，這是由于溶于水的CO2只有很少的一部分與水結(jié)合成碳酸。7．(1)CrO2Cl2常溫下為深紅色液體，能與CCl4、CS2等互溶，據(jù)此可推斷CrO2Cl2是非極性(填“極性”或“非極性”)分子。(2)在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五種有機(jī)溶劑中，碳原子實(shí)行sp2雜化的分子有①③(填序號)，CS2的立體結(jié)構(gòu)是直線形。CO2與CS2相比，CS2的熔點(diǎn)較高。解析：(1)CCl4、CS2是非極性溶劑，依據(jù)相像相溶規(guī)律，CrO2Cl2是非極性分子。(2)苯、CH3OH、HCHO、CS2、CCl4分子中碳原子的雜化方式分別是sp2、sp3、sp2、sp、sp3。CS2、CO2的立體結(jié)構(gòu)都是直線形，結(jié)構(gòu)相像，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高，CS2的熔點(diǎn)高于CO2。8．推斷含氧酸酸性強(qiáng)弱的一條閱歷規(guī)律是：含氧酸分子結(jié)構(gòu)中含非羥基氧原子數(shù)越多，該含氧酸的酸性越強(qiáng)。如下所示。含氧酸酸性強(qiáng)弱與非羥基氧原子數(shù)的關(guān)系：(1)H3PO3是中強(qiáng)酸，H2AsO3既有弱酸性又有弱堿性。則H3PO3和H3AsO3與過量的NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是：①H3PO3＋2NaOH=Na2HPO3＋2H2O，②H3AsO