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

第2課時溶解性、手性和無機(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)存在著對稱美。許多物質(zhì)形狀與結(jié)構(gòu)對稱統(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)原子之間有序的結(jié)合，多種(個)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稱。很難想象6個碳原子和6個氫原子怎么能夠完全對稱地排列、形成穩(wěn)定的分子。四十年后的1864年冬，德國化學(xué)家凱庫勒坐在壁爐前的一次睡夢，使他頓悟了苯分子是一個環(huán)——平面正六邊形。凱庫勒的苯分子結(jié)構(gòu)理論之所以美，不僅因為它與實驗事實相符合，也因為它采取雙軸對稱的幾何圖形，給人以對稱美的魅力。實際上，我們所感受的這種對稱性體現(xiàn)了相對于分界線或中央平面兩側(cè)物體各部分在大小、形狀或相對位置的對應(yīng)性。宏觀物體具有對稱性，那么，構(gòu)成它們的微觀粒子如分子也具有對稱性嗎？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__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)時可__增大__其溶解度，如,SO2與H2O生成H2SO3)二、手性與無機(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．無機(jī)含氧酸分子的酸性(1)對于同一種元素的含氧酸來說，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越__強__。如酸性強弱：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，則n值越大，酸性也就越__強__。預(yù)習(xí)自測·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．無法比較解析：SO2分子中硫原子的價層電子對是3且含有對孤電子對，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，這是因為(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，與相對分子質(zhì)量、是否是直線形分子、是否含有氫元素等沒有直接的關(guān)系，故選D。4．下列無機(jī)含氧酸分子中酸性最強的是(D)A．HNO2 B．H2SO3C．HClO3 D．HClO4解析：根據(jù)無機(jī)含氧酸酸性強弱的判斷方法可知，HNO2和H2SO3是中強酸，HClO3是強酸，而HClO4是最強的酸。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·疑難解惑知識點一物質(zhì)的溶解性┃┃問題探究__■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、壓強等。通過對許多實驗的觀察與研究，人們得出了一個經(jīng)驗性的“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，因為蔗糖、氨、水都是極性分子；而萘和碘易溶于CCl4，難溶于水，因為萘和碘、CCl4都是非極性分子。離子化合物是強極性物質(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，就是因為它們與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溶液是因為Cl2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氣體中最大。下列因素與氨的水溶性沒有關(guān)系的是(D)A．NH3和H2O都是極性較強的分子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項符合“相似相溶”的規(guī)律，B項說明了氫鍵的形成，C項表示了NH3溶于水建立了化學(xué)平衡，以上三項都充分反映了NH3易溶于水的原因。至于D項，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)，這是與沸點相關(guān)而與溶解度不相關(guān)的變化。知識點二手性分子的判斷┃┃問題探究__■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。┃┃知識總結(jié)__■1．手性異構(gòu)體和手性分子如果一對分子，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，這對分子互稱手性異構(gòu)體，又叫對映異構(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。如下圖所示的兩個分子，化學(xué)組成完全相同，但是無論如何旋轉(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嚴(yán)格的手性匹配產(chǎn)生分子識別而實現(xiàn)的。2．手性碳原子連接四個互不相同的原子或基團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子。用*C來標(biāo)記。具有手性的有機(jī)物，是因為其含有手性碳原子造成的。如R1、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：中心原子連有四個不同的原子或基團(tuán)，化合物的分子才具有手性。A項中C只連有Cl、F2種原子，故A項錯誤；分子中兩個C分別連有2種和3種不同的原子或原子團(tuán)，故B項錯誤；分子中①、③號C結(jié)構(gòu)對稱，故②號C連有3種原子或原子團(tuán)，①、③號相同均連有3種不同原子或原子團(tuán)，故C項錯誤；分子中②號C連有—CH3、—H、—COOH、—OH4種不同的原子或原子團(tuán)，故D項正確。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，即連在同一個碳原子上的四個原子或原子團(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項分子中間的碳原子連有兩個氫，不具有手性。知識點三無機(jī)含氧酸分子的結(jié)構(gòu)與酸性強弱判斷┃┃問題探究__■1．同一種元素的含氧酸的酸性與化合價有何關(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，酸性強弱與n有何關(guān)系？┃┃探究提示__■1．提示同一種元素的含氧酸，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越強。2．提示n值越大，酸性越強。┃┃知識總結(jié)__■1．無機(jī)含氧酸分子的酸性無機(jī)含氧酸分子之所以能顯示酸性，是因為其分子中含有—OH，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：無機(jī)含氧酸和有機(jī)羧酸都是共價化合物而非離子化合物，它們在熔融狀態(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．比較無機(jī)含氧酸酸性強弱的方法無機(jī)含氧酸分子之所以顯酸性，是因為其分子中含有—OH，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)對同一種元素的含氧酸來說，該元素的化合價越高，其含氧酸的酸性越強。(2)含氧酸可表示為(HO)mROn，若R相同，n值越大，酸性越強。(3)同主族元素或同周期元素最高價含氧酸的酸性比較，根據(jù)非金屬性強弱去比較，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中強酸如H2SO3,2強酸如HNO3,3很強酸如HClO4))(5)根據(jù)電離度來判斷如：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無機(jī)含氧酸的化學(xué)式可用(HO)mROn來表示(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，硫酸、磷酸的結(jié)構(gòu)如下。則它們的酸性(C)A．硫酸和磷酸都是強酸B．硫酸是強酸，但是酸性比磷酸弱C．硫酸是強酸，且酸性比磷酸強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，因此H2SO4的酸性強于H3PO4。規(guī)律方法：若酸為(HO)mROn，當(dāng)R相同時，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＋，顯較強的酸性。┃┃變式訓(xùn)練__■3．下列各組物質(zhì)中，酸性由強到弱排列順序錯誤的是(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，其最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強，A項正確；無機(jī)含氧酸酸性強弱的判斷：同一元素的含氧酸，該元素價態(tài)越高，酸性越強，B項正確；HClO中的氯不是最高價，C項錯誤；酸性：H2SO4(強酸)>H2SO3(中強酸)>H2CO3(弱酸)，D項正確。核心素養(yǎng)·專家博客手性當(dāng)四個不同的原子或基團(tuán)連接在碳原子(如CHBrClF)上時，這個碳原子是不對稱碳原子。這種分子和它在鏡中的像，就如同人的左手和右手，相