2024-2025学年高中化学第二章分子结构与性质3-3溶解性手性和无机含氧酸分子的酸性学案新人教版选修3

PAGE10-第三课时溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性[学习目标]1.通过试验了解影响物质溶解性的因素及相像相溶规律。2．通过生活现象对比理解手性分子并将其应用于生命科学。3．了解无机含氧酸分子酸性强弱的缘由。一、溶解性1．外界条件对物质溶解性的影响(1)影响固体溶解度的主要因素是温度，大多数固体的溶解度随温度的上升而增大。(2)影响气体溶解度的主要因素是温度和压强，气体的溶解度随温度的上升而降低，随压强的增大而增大。2．相像相溶规律(1)含义：非极性溶质一般溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。(2)①在极性溶剂里，假如溶剂和溶质之间存在氢键，则溶解性好，且氢键作用力越大，溶解性越好。假如溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就比较小，如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水互溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键。②“相像相溶”还适用于分子结构的相像性。例如，乙醇的结构简式为CH3CH2—OH，其中的—OH与水分子中的—OH相像，因而乙醇能与水互溶(当然，乙醇分子由于—OH的极性较大，易与水分子形成氢键也是其互溶的缘由)。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2—OH中的烃基较大，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显减小。③假如溶质与溶剂能发生化学反应，也会增大溶质的溶解度。如SO2与水发生的反应生成H2SO3，而H2SO3可溶于水，因此，将增大SO2的溶解度。二、手性1．手性异构体具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，犹如左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体。2．手性分子有手性异构体的分子叫做手性分子。如：乳酸()分子。三、无机含氧酸分子的酸性1．酸性强弱对于同一种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。2．缘由(1)含氧酸的通式可写成(HO)mROn，假如成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越简单电离出H＋，即酸性越强。(2)H2SO3可写成(HO)2SO，n＝1；H2SO4可写成(HO)2SO2，n＝2。所以，H2SO3酸性弱于H2SO4。(3)HClO、HClO2、HClO3、HClO4的酸性由弱到强的依次为HClO<HClO2<HClO3<HClO4。学问点一手性分子和手性碳原子的确定1．手性分子的确定(1)视察实物与其镜像能否重合，假如不能重合，说明是手性分子。如图：(2)视察有机物分子中是否有手性碳原子，假如有一个手性碳原子，则该有机物分子就是手性分子，具有手性异构体。含有两个手性碳原子的有机物分子不肯定是手性分子。2．手性原子的确定四个不同的原子或基团连接在A原子上，形成的化合物存在手性异构，则A原子称为手性原子。如何理解手性分子，其有什么结构特点？【点拨】手性分子，是结构镜像对称而又不能完全重合的分子。由于一个碳原子在形成有机物分子时连接的四个原子或基团不同，它会形成两种分子结构，这两种分子具有相像的性质，但是从分子的组成形态来看，它们依旧是两种分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应，但由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像人的左手和右手那样，故称这两种分子具有手性，又叫手性分子。因此，这两种分子互为同分异构体，这种形式的异构称为手性异构。【提示】推断某物质是否具有手性，关键是看该分子中是否含有手性碳原子。当其中的某个碳原子形成四个单键，且与四个不同的取代基相连时，该碳原子即为手性碳原子，该分子具有手性，否则该分子无手性。【解析】原有机物中与—OH相连的碳原子为手性碳原子，与H2加成后，该碳原子连有两个乙基，不再具有手性；与乙酸发生酯化反应后，该碳原子所连四个取代基不同，仍具有手性；发生水解反应后，该碳原子所连四个取代基也不同，仍具有手性；当发生消去反应时，原手性碳原子生成双键后不再具有手性。故选B。【答案】B下列物质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：有机分子中连接四个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子。A、C、D选项分子处于中间位置的碳原子均连有一个氢原子和三个不同的其他原子团，具有手性，不符合题意；B项分子中间的碳原子连有两个氢，不具有手性。学问点二无机含氧酸分子的酸性1．含氧酸分子的结构在含氧酸分子中，氢离子是和酸根上的一个氧相连接。2．比较含氧酸分子的酸性强弱规律(1)对于同一种元素的含氧酸分子来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如HClO<HClO2<HClO3<HClO4，HNO2<HNO3，H2SO3<H2SO4。(2)含氧酸分子的酸性随着分子中连接在中心原子上的非羟基氧的个数增多而增加，即(HO)mROn中，n值越大，酸性越强。无机含氧酸可写成通式(HO)mROn，假如成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中的O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越简单电离出H＋，即酸性越强。例如：(3)同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性依据元素非金属性强弱比较。①同一主族自上而下，非金属元素最高价含氧酸酸性渐渐减弱。②同一周期从左到右，非金属元素最高价含氧酸酸性渐渐增加。(4)依据化学反应推断：相对强酸可以制备相对弱酸。如：H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋H2O＋SO2↑，酸性：H2SO4>H2SO3。1.强酸溶液的酸性肯定强于弱酸溶液的酸性吗？【点拨】不肯定。溶液的酸性取决于溶液中c(H＋)的大小，c(H＋)越大，溶液的酸性越强。2．无机含氧酸显酸性的缘由是什么？【点拨】一般来说，含氧酸显酸性的缘由有两种类型：一是酸分子中的羟基(—OH)电离出H＋，如次氯酸(HClO)：HClOH＋＋ClO－；二是酸分子自身不能电离出H＋，但酸分子中的中心原子具有空轨道，能接受OH－中氧原子的孤电子对而加合一个OH－，使得水分子释放出H＋而显酸性，【例2】20世纪60年头，美国化学家鲍林提出了一个阅历规则：设含氧酸的化学式为HnROm，其中(m－n)为非羟基氧原子数。鲍林认为含氧酸的酸性强弱与非羟基氧原子数(m－n)的关系如下表：试简要回答下列问题：(1)按此规则推断，H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由弱到强的依次为________。(2)H3PO3和H3AsO3的形式一样，但酸性强弱相差很大。已知H3PO3为中强酸，H3AsO3为弱酸，试推断H3PO3和H3AsO3的分子结构：________。(3)按此规则推断碳酸应属于________酸，与通常认为的碳酸的强度是否一样？________，其可能的缘由是__________________________。【提示】比较无机含氧酸的酸性，关键是比较中心元素化合价的凹凸。如将含氧酸的通式写为(HO)mROn，当成酸元素R相同时，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子作用下就简单电离出H＋，显较强的酸性。【解析】(1)依据题中非羟基氧原子数与酸性强弱的关系可得：酸H3AsO4H2CrO4HMnO4m－n123酸性：H3AsO4<H2CrO4<HMnO4。(3)H2CO3中非羟基氧原子数为1，应为中强酸，与通常认为的碳酸是弱酸不一样。其可能缘由是溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3。【答案】(1)H3AsO4<H2CrO4<HMnO4(3)中强不一样溶于水的那部分CO2不能完全转化为H2CO3下列无机含氧酸分子中酸性最强的是(D)A．HNO2 B．H2SO3C．HClO3 D．HClO4解析：本题考查无机含氧酸分子中酸性强弱的推断。对于同一种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如：HNO2<HNO3，H2SO3<H2SO4，HClO3<HClO4。HNO2、H2SO3、HClO3中的中心元素N、S、Cl都未达到其最高价，其酸性不够强；HClO4中的Cl为＋7价，是Cl元素的最高价，使Cl—O—H中O的电子向Cl偏移，在水分子作用下，简单电离出H＋，酸性很强，故选D。1．推断物质在不同溶剂中的溶解性时，有一条阅历规律：极性分子组成的溶剂易溶解极性分子组成的溶质；非极性分子组成的溶剂易溶解非极性分子组成的溶质。下图的装置中，不相宜用作HCl气体尾气汲取装置的是(C)解析：C项易导致倒吸现象。2．下列说法不正确的是(D)A．互为手性异构体的分子互为镜像B．利用手性催化剂合成可主要得到一种手性分子C．手性异构体分子组成相同D．手性异构体性质相同3．含有手性碳原子的物质肯定具有光学活性，具有光学活性，则此有机物分子中手性碳原子的个数为(A)A．1B．2C．3D．4解析：依据手性碳原子的定义可知，手性碳原子肯定是饱和碳原子且所连接的四个原子或基团是不同的，则中只有与醛基相连的碳原子为手性碳原子。4．已知含氧酸可用通式(HO)nXOm来表示，如X是S，m＝2，n＝2，则这个式子就表示H2SO4。一般而言，该式中m较大的是强酸，m较小的是弱酸。下列各含氧酸中，酸性最强的是(A)A．HClO3B．H2SeO3C．H3BO3D．H3PO4解析：依据题目所给通式，HClO3表示为(HO)ClO2，m＝2；H2SeO3表示为(HO)2SeO，m＝1；H3BO3表示为(HO)3B，m＝0；H3PO4表示为(HO)3PO，m＝1。HClO3的m值最大，酸性最强。5．下列分子为手性分子的是(B)解析：B项乳酸分子的中间碳原子连有—CH3、—H、—OH、—COOH四种不同的原子或原子团，应是手性分子。6．下列叙述中正确的是(C)A．无机含氧酸分子中含有几个氢原子，它就属于几元酸B．同周期非金属元素的氧化物对应水化物的酸性从左到右依次增加C．同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，酸性越强D．H3PO4和H2CO3分子中非羟基氧的个数均为1，它们的酸性相近，均为中强酸解析：H3PO3的分子结构为，它是二元酸，所以A项错误。B项所述规律对非金属元素的最高价氧化物对应的水化物才适合。C项是比较无机含氧酸酸性强弱的重要规律，C项正确。D项中H3PO4和H2CO3的非羟基氧原子数均为1，但H2CO3酸性弱于H3PO4，这是由于溶于水的CO2只有很少的一部分与水结合成碳酸。7．(1)CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可推断CrO2Cl2是非极性(填“极性”或“非极性”)分子。(2)在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五种有机溶剂中，碳原子实行sp2杂化的分子有①③(填序号)，CS2的立体结构是直线形。CO2与CS2相比，CS2的熔点较高。解析：(1)CCl4、CS2是非极性溶剂，依据相像相溶规律，CrO2Cl2是非极性分子。(2)苯、CH3OH、HCHO、CS2、CCl4分子中碳原子的杂化方式分别是sp2、sp3、sp2、sp、sp3。CS2、CO2的立体结构都是直线形，结构相像，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，CS2的熔点高于CO2。8．推断含氧酸酸性强弱的一条阅历规律是：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下所示。含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系：(1)H3PO3是中强酸，H2AsO3既有弱酸性又有弱碱性。则H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是：①H3PO3＋2NaOH=Na2HPO3＋2H2O，②H3AsO