化學(xué)人教選修3配套學(xué)案2.3.2溶解性手性和無(wú)機(jī)含氧酸分子的酸性

第2課時(shí)溶解性、手性和無(wú)機(jī)含氧酸分子的酸性激趣入題·情境呈現(xiàn)物質(zhì)內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)存在著對(duì)稱美。許多物質(zhì)形狀與結(jié)構(gòu)對(duì)稱統(tǒng)一于一體，如金剛石晶體(外形為正八面體，結(jié)構(gòu)為正四面體)，石英晶體(外形為兩端對(duì)稱的六角棱柱體，結(jié)構(gòu)為四面體)。它們都反映了物質(zhì)內(nèi)部多種(個(gè))原子之間有序的結(jié)合，多種(個(gè))原子在變化中趨于統(tǒng)一，在參差中趨于整齊，在“反復(fù)”中透著秩序，顯示著節(jié)奏，盡顯出化學(xué)中的對(duì)稱美。1828年苯就被發(fā)現(xiàn)了，所有的證據(jù)都表明苯分子非常對(duì)稱。很難想象6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子怎么能夠完全對(duì)稱地排列、形成穩(wěn)定的分子。四十年后的1864年冬，德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒坐在壁爐前的一次睡夢(mèng)，使他頓悟了苯分子是一個(gè)環(huán)——平面正六邊形。凱庫(kù)勒的苯分子結(jié)構(gòu)理論之所以美，不僅因?yàn)樗c實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合，也因?yàn)樗扇‰p軸對(duì)稱的幾何圖形，給人以對(duì)稱美的魅力。實(shí)際上，我們所感受的這種對(duì)稱性體現(xiàn)了相對(duì)于分界線或中央平面兩側(cè)物體各部分在大小、形狀或相對(duì)位置的對(duì)應(yīng)性。宏觀物體具有對(duì)稱性，那么，構(gòu)成它們的微觀粒子如分子也具有對(duì)稱性嗎？新知預(yù)習(xí)·自主探究一、物質(zhì)的溶解性1．“相似相溶”規(guī)律：非極性溶質(zhì)一般能溶于__非極性__溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于__極性__溶劑。2．影響物質(zhì)溶解性的因素：eq\x(外界條件)—有__溫度__、__壓強(qiáng)__等↓eq\x(分子結(jié)構(gòu))—“相似相溶”規(guī)律↓eq\x(氫鍵)—eq\a\vs4\al(如果溶質(zhì)與溶劑之間能形成__氫鍵__，則溶解度,增大，且__氫鍵__作用力越大，溶解度越大)↓eq\x(反應(yīng))—eq\a\vs4\al(溶質(zhì)與水發(fā)生反應(yīng)時(shí)可__增大__其溶解度，如,SO2與H2O生成H2SO3)二、手性與無(wú)機(jī)含氧酸的酸性1．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(duì)分子，如同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)體的分子叫作__手性分子__。如乳酸：()分子。2．無(wú)機(jī)含氧酸分子的酸性(1)對(duì)于同一種元素的含氧酸來(lái)說(shuō)，該元素的化合價(jià)越高，其含氧酸的酸性越__強(qiáng)__。如酸性強(qiáng)弱：HClO__<__HClO2__<__HClO3__<__HClO4。(2)如果把含氧酸的通式寫成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同時(shí)，則n值越大，酸性也就越__強(qiáng)__。預(yù)習(xí)自測(cè)·初試牛刀1．在相同條件下，SO2在水中的溶解度比CO2在水中的溶解度(A)A．大 B．小C．一樣 D．無(wú)法比較解析：SO2分子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)是3且含有對(duì)孤電子對(duì)，所以SO2是V形結(jié)構(gòu)，為極性分子，CO2是直線形結(jié)構(gòu)，為非極性分子，根據(jù)相似相溶原理知，SO2在水中的溶解度大于CO2在水中的溶解度，故選A。2.莽草酸的分子結(jié)構(gòu)模型如圖所示(分子中只有C、H、O三種原子)。其分子中手性碳原子的個(gè)數(shù)為(C)A．1 B．2C．3 D．43．碘單質(zhì)在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，這是因?yàn)?D)A．CCl4與I2分子量相差較小，而H2O與I2分子量相差較大B．CCl4與I2都是直線型分子，而H2O不是直線型分子C．CCl4和I2都不含氫元素，而H2O中含有氫元素D．CCl4和I2都是非極性分子，而H2O是極性分子解析：CCl4和I2都是非極性分子，而H2O是極性分子，根據(jù)相似相溶原理可知碘單質(zhì)在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，與相對(duì)分子質(zhì)量、是否是直線形分子、是否含有氫元素等沒(méi)有直接的關(guān)系，故選D。4．下列無(wú)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：根據(jù)無(wú)機(jī)含氧酸酸性強(qiáng)弱的判斷方法可知，HNO2和H2SO3是中強(qiáng)酸，HClO3是強(qiáng)酸，而HClO4是最強(qiáng)的酸。5．用萃取法從碘水中分離碘，所用萃取劑應(yīng)具有的性質(zhì)是(C)①不和碘或水起化學(xué)反應(yīng)②能溶于水③不溶于水④應(yīng)是極性溶劑⑤應(yīng)是非極性溶劑A．①②⑤ B．②③④C．①③⑤ D．①③④解析：本題主要考查“相似相溶”原理。非極性分子I2構(gòu)成的單質(zhì)易溶于非極性溶劑中。6．用“易溶”或者“不易溶”表示出下列幾種晶體在水和四氯化碳中的溶解情況：NaCl蔗糖硫酸碘萘水__易溶____易溶____易溶____不易溶____不易溶__四氯化碳__不易溶____不易溶____不易溶____易溶____易溶__解析：NaCl屬于離子化合物，可看作強(qiáng)極性物質(zhì)，因此易溶于水，蔗糖、硫酸和水分子都是極性分子，碘、萘和四氯化碳都是非極性分子，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律，可知食鹽、蔗糖、硫酸易溶于水，而碘和萘易溶于四氯化碳中。課堂探究·疑難解惑知識(shí)點(diǎn)一物質(zhì)的溶解性┃┃問(wèn)題探究__■1．什么是“相似相溶”規(guī)律？2．為什么乙醇與水互溶？而戊醇在水中溶解度明顯減??？┃┃探究提示__■1．提示“相似相溶”規(guī)律是指非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。2．提示乙醇中的—OH與水分子的—OH相近，因而乙醇能與水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多，故溶解度明顯減小。┃┃知識(shí)總結(jié)__■物質(zhì)相互溶解的性質(zhì)十分復(fù)雜，受到許多因素的制約，如溫度、壓強(qiáng)等。通過(guò)對(duì)許多實(shí)驗(yàn)的觀察與研究，人們得出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的“相似相溶”規(guī)律。1．“相似相溶”規(guī)律：非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。如蔗糖和氨易溶于水，難溶于CCl4，因?yàn)檎崽?、氨、水都是極性分子；而萘和碘易溶于CCl4，難溶于水，因?yàn)檩梁偷?、CCl4都是非極性分子。離子化合物是強(qiáng)極性物質(zhì)，很多易溶于水。2．溶劑和溶質(zhì)之間存在氫鍵，溶解性好，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、乙酸等能與水混溶，就是因?yàn)樗鼈兣c水形成了分子間氫鍵的原因。3．“相似相溶”還適用于分子結(jié)構(gòu)的相似性。如乙醇分子中的—OH與水分子中的—OH相近，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H2O分子形成氫鍵也是其互溶的原因。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烴基較大，烴基是非極性基團(tuán)，是疏水親油基團(tuán)。戊醇在水中的溶解度明顯減小，烴基越大的醇在水中的溶解度就越小。羧酸也是如此。4．如果溶質(zhì)與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)增大溶質(zhì)的溶解度。如SO2與水發(fā)生反應(yīng)生成H2SO3，而H2SO3可溶于水，因此SO2的溶解度增大。┃┃典例剖析__■典例1下列現(xiàn)象不能用“相似相溶”規(guī)律解釋的是(B)A．氯化氫易溶于水B．氯氣易溶于NaOH溶液C．碘易溶于CCl4D．碘難溶于水解析：根據(jù)“相似相溶”規(guī)律，極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑，非極性溶質(zhì)易溶于非極性溶劑。HCl為極性分子易溶于水，I2為非極性分子易溶于CCl4，難溶于水。Cl2易溶于NaOH溶液是因?yàn)镃l2與NaOH溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。┃┃變式訓(xùn)練__■1．氨在水中的溶解度在常見(jiàn)氣體中最大。下列因素與氨的水溶性沒(méi)有關(guān)系的是(D)A．NH3和H2O都是極性較強(qiáng)的分子B．NH3在水中易形成“O—H…N”鍵C．NH3溶于水建立了“NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－”的平衡D．氨是一種容易液化的氣體解析：A項(xiàng)符合“相似相溶”的規(guī)律，B項(xiàng)說(shuō)明了氫鍵的形成，C項(xiàng)表示了NH3溶于水建立了化學(xué)平衡，以上三項(xiàng)都充分反映了NH3易溶于水的原因。至于D項(xiàng)，氨液化是指它因加壓或降溫由氣態(tài)較易轉(zhuǎn)化成液態(tài)，這是與沸點(diǎn)相關(guān)而與溶解度不相關(guān)的變化。知識(shí)點(diǎn)二手性分子的判斷┃┃問(wèn)題探究__■1．什么是手性異構(gòu)體？2．什么是手性分子？┃┃探究提示__■1．提示具有完全相同的組成和原子排列的一對(duì)分子，如同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．提示有手性異構(gòu)體的分子叫手性分子。┃┃知識(shí)總結(jié)__■1．手性異構(gòu)體和手性分子如果一對(duì)分子，它們的組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對(duì)分子互稱手性異構(gòu)體，又叫對(duì)映異構(gòu)體、光學(xué)異構(gòu)體。有手性異構(gòu)體的分子稱為手性分子。如下圖所示的兩個(gè)分子，化學(xué)組成完全相同，但是無(wú)論如何旋轉(zhuǎn)都不能使二者重疊，它們具有不同的三維結(jié)構(gòu)。顯然，結(jié)構(gòu)不同的分子，性質(zhì)也不同。構(gòu)成生命體的有機(jī)分子絕大多數(shù)是手性分子，許多主要的生物活性是通過(guò)嚴(yán)格的手性匹配產(chǎn)生分子識(shí)別而實(shí)現(xiàn)的。2．手性碳原子連接四個(gè)互不相同的原子或基團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子。用*C來(lái)標(biāo)記。具有手性的有機(jī)物，是因?yàn)槠浜惺中蕴荚釉斐傻摹Ｈ鏡1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子團(tuán)。判斷一種有機(jī)物是否具有手性異構(gòu)體，就看其含有的碳原子是否連有四個(gè)互不相同的原子或原子團(tuán)。不飽和碳原子(如、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子。3．手性分子的用途(1)常見(jiàn)手性分子：構(gòu)成生命體的絕大多數(shù)分子為手性分子。兩個(gè)手性分子的性質(zhì)不同，且手性有機(jī)物中必含手性碳原子。(2)手性分子的應(yīng)用：生產(chǎn)手性藥物、生產(chǎn)手性催化劑(手性催化劑只催化或主要催化一種手性分子的合成)。┃┃典例剖析__■典例2下列化合物中含有手性碳原子的是(D)解析：中心原子連有四個(gè)不同的原子或基團(tuán)，化合物的分子才具有手性。A項(xiàng)中C只連有Cl、F2種原子，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；分子中兩個(gè)C分別連有2種和3種不同的原子或原子團(tuán)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；分子中①、③號(hào)C結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故②號(hào)C連有3種原子或原子團(tuán)，①、③號(hào)相同均連有3種不同原子或原子團(tuán)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；分子中②號(hào)C連有—CH3、—H、—COOH、—OH4種不同的原子或原子團(tuán)，故D項(xiàng)正確。規(guī)律方法指導(dǎo)：判斷手性分子，關(guān)鍵是找到手性碳原子，故分析手性碳原子是否存在是解這類題的關(guān)鍵。一般要分析目標(biāo)碳原子連接的原子或原子團(tuán)是否不同，所處的環(huán)境是否有差異。若是手性碳原子則連接的原子或原子團(tuán)所處的環(huán)境是不同的，即連在同一個(gè)碳原子上的四個(gè)原子或原子團(tuán)是互不相同的。┃┃變式訓(xùn)練__■2．下列物質(zhì)分子中不具有手性碳原子的是(B)A．B．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(gè)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(gè)氫原子和三個(gè)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(gè)氫，不具有手性。知識(shí)點(diǎn)三無(wú)機(jī)含氧酸分子的結(jié)構(gòu)與酸性強(qiáng)弱判斷┃┃問(wèn)題探究__■1．同一種元素的含氧酸的酸性與化合價(jià)有何關(guān)系？2．如果把含氧酸的通式寫成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同時(shí)，酸性強(qiáng)弱與n有何關(guān)系？┃┃探究提示__■1．提示同一種元素的含氧酸，該元素的化合價(jià)越高，其含氧酸的酸性越強(qiáng)。2．提示n值越大，酸性越強(qiáng)。┃┃知識(shí)總結(jié)__■1．無(wú)機(jī)含氧酸分子的酸性無(wú)機(jī)含氧酸分子之所以能顯示酸性，是因?yàn)槠浞肿又泻小狾H，而—OH上的H在水分子的作用下能夠轉(zhuǎn)化成H＋而顯示一定的酸性。如HNO3、H2SO4、H3PO4的結(jié)構(gòu)式分別為：。特別提醒：無(wú)機(jī)含氧酸和有機(jī)羧酸都是共價(jià)化合物而非離子化合物，它們?cè)谌廴跔顟B(tài)(即液態(tài))下不電離(如純硫酸中只含有H2SO4分子)，在水溶液中O—H鍵斷裂，全部或部分電離出H＋而顯酸性。2．比較無(wú)機(jī)含氧酸酸性強(qiáng)弱的方法無(wú)機(jī)含氧酸分子之所以顯酸性，是因?yàn)槠浞肿又泻小狾H，而—OH上的H在水分子的作用下能夠電離出H＋，而顯示一定的酸性。(1)對(duì)同一種元素的含氧酸來(lái)說(shuō)，該元素的化合價(jià)越高，其含氧酸的酸性越強(qiáng)。(2)含氧酸可表示為(HO)mROn，若R相同，n值越大，酸性越強(qiáng)。(3)同主族元素或同周期元素最高價(jià)含氧酸的酸性比較，根據(jù)非金屬性強(qiáng)弱去比較，如HClO4>H2SO4，H2SO4>H2SeO4。(4)根據(jù)羥基氧原子數(shù)判斷HnROm：m－n＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(0弱酸如HClO,1中強(qiáng)酸如H2SO3,2強(qiáng)酸如HNO3,3很強(qiáng)酸如HClO4))(5)根據(jù)電離度來(lái)判斷如：α(H3PO4)>α(HClO)，酸性H3PO4>HClO(6)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)判斷如H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋H2O＋SO2↑，酸性：H2SO4>H2SO3H2O＋CO2＋Ca(ClO)2=CaCO3↓＋2HClO，酸性：H2CO3>HClO┃┃典例剖析__■典例3無(wú)機(jī)含氧酸的化學(xué)式可用(HO)mROn來(lái)表示(R代表成酸元素，n代表ROn基中的氧原子數(shù)，m代表OH數(shù))，則n值越大，該酸的酸性就越強(qiáng)，硫酸、磷酸的結(jié)構(gòu)如下。則它們的酸性(C)A．硫酸和磷酸都是強(qiáng)酸B．硫酸是強(qiáng)酸，但是酸性比磷酸弱C．硫酸是強(qiáng)酸，且酸性比磷酸強(qiáng)D．磷酸和硫酸都是弱酸解析：硫酸可寫為(OH)2SO2，磷酸可寫為(OH)3PO，n值分別為2、1，m值分別為2、3。由于n值越大，該酸的酸性就越強(qiáng)，因此H2SO4的酸性強(qiáng)于H3PO4。規(guī)律方法：若酸為(HO)mROn，當(dāng)R相同時(shí)，則n值越大，R的正電性越高，導(dǎo)致R—O—H中O原子的電子向R偏移，在水分子作用下就容易電離出H＋，顯較強(qiáng)的酸性。┃┃變式訓(xùn)練__■3．下列各組物質(zhì)中，酸性由強(qiáng)到弱排列順序錯(cuò)誤的是(C)A．HClO4>H2SO4>H3PO4 B．HClO4>HClO3>HClO2C．HClO>HBrO4>HIO4 D．H2SO4>H2SO3>H2CO3解析：元素的非金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性越強(qiáng)，A項(xiàng)正確；無(wú)機(jī)含氧酸酸性強(qiáng)弱的判斷：同一元素的含氧酸，該元素價(jià)態(tài)越高，酸性越強(qiáng)，B項(xiàng)正確；HClO中的氯不是最高價(jià)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；酸性：H2SO4(強(qiáng)酸)>H2SO3(中強(qiáng)酸)>H2CO3(弱酸)，D項(xiàng)正確。核心素養(yǎng)·專家博客手性當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在碳原子(如CHBrClF)上時(shí)，這個(gè)碳原子是不對(duì)稱碳原子。這種分子和它在鏡中的像，就如同人的左手和右手，相