化學(xué)人教版選修3學(xué)案2-3-3溶解性手性和無機(jī)含氧酸分子的酸性

第三課時(shí)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.通過實(shí)驗(yàn)了解影響物質(zhì)溶解性的因素及相似相溶規(guī)律。2．通過生活現(xiàn)象對(duì)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)弱的原因。一、溶解性1．外界條件對(duì)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升高而增大。(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升高而降低，隨壓強(qiáng)的增大而增大。2．相似相溶規(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，如果溶劑和溶質(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。如果溶質(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“相似相溶”還適用于分子結(jié)構(gòu)的相似性。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相似，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原因)。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2—OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子中的—OH的相似因素小的多，因而它在水中的溶解度明顯減小。③如果溶質(zhì)與溶劑能發(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(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(duì)于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．原因(1)含氧酸的通式可寫成(HO)mROn，如果成酸元素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，也就越容易電離出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)的順序?yàn)镠ClO<HClO2<HClO3<HClO4。知識(shí)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)觀察實(shí)物與其鏡像能否重合，如果不能重合，說明是手性分子。如圖：(2)觀察有機(jī)物分子中是否有手性碳原子，如果有一個(gè)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(gè)手性碳原子的有機(jī)物分子不一定是手性分子。2．手性原子的確定四個(gè)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(duì)稱而又不能完全重合的分子。由于一個(gè)碳原子在形成有機(jī)物分子時(shí)連接的四個(gè)原子或基團(tuán)不同，它會(huì)形成兩種分子結(jié)構(gòu)，這兩種分子具有相似的性質(zhì)，但是從分子的組成形狀來看，它們依然是兩種分子。這種情形像是鏡子里和鏡子外的物體那樣，看上去互為對(duì)應(yīng)，但由于是三維結(jié)構(gòu)，它們不管怎樣旋轉(zhuǎn)都不會(huì)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)?！咎崾尽颗袛嗄澄镔|(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(gè)碳原子形成四個(gè)單鍵，且與四個(gè)不同的取代基相連時(shí)，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?！窘馕觥吭袡C(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(gè)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(gè)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(gè)取代基也不同，仍具有手性；當(dāng)發(fā)生消去反應(yīng)時(shí)，原手性碳原子生成雙鍵后不再具有手性。故選B。【答案】B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(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)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(gè)氧相連接。2．比較含氧酸分子的酸性強(qiáng)弱規(guī)律(1)對(duì)于同一種元素的含氧酸分子來說，該元素的化合價(jià)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(gè)數(shù)增多而增強(qiáng)，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，如果成酸元素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，也就越容易電離出H＋，即酸性越強(qiáng)。例如：(3)同主族元素或同周期元素最高價(jià)含氧酸的酸性根據(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(jià)含氧酸酸性逐漸減弱。②同一周期從左到右，非金屬元素最高價(jià)含氧酸酸性逐漸增強(qiáng)。(4)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)判斷：相對(duì)強(qiáng)酸可以制備相對(duì)弱酸。如：H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋H2O＋SO2↑，酸性：H2SO4>H2SO3。1.強(qiáng)酸溶液的酸性一定強(qiáng)于弱酸溶液的酸性嗎？【點(diǎn)撥】不一定。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)含氧酸顯酸性的原因是什么？【點(diǎn)撥】一般來說，含氧酸顯酸性的原因有兩種類型：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(duì)而加合一個(gè)OH－，使得水分子釋放出H＋而顯酸性，【例2】20世紀(jì)60年代，美國化學(xué)家鮑林提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)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)則判斷，H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)開_______。(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)則判斷碳酸應(yīng)屬于________酸，與通常認(rèn)為的碳酸的強(qiáng)度是否一致？________，其可能的原因是__________________________。【提示】比較無機(jī)含氧酸的酸性，關(guān)鍵是比較中心元素化合價(jià)的高低。如將含氧酸的通式寫為(HO)mROn，當(dāng)成酸元素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?！窘馕觥?1)根據(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致。其可能原因是溶于水的那部分CO2并不能完全轉(zhuǎn)化為H2CO3。【答案】(1)H3AsO4<H2CrO4<HMnO4(3)中強(qiáng)不一致溶于水的那部分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)弱的判斷。對(duì)于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)。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(jià)，其酸性不夠強(qiáng)；HClO4中的Cl為＋7價(jià)，是Cl元素的最高價(jià)，使Cl—O—H中O的電子向Cl偏移，在水分子作用下，容易電離出H＋，酸性很強(qiáng)，故選D。1．判斷物質(zhì)在不同溶劑中的溶解性時(shí)，有一條經(jīng)驗(yàn)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，不適宜用作HCl氣體尾氣吸收裝置的是(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)一定具有光學(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(gè)數(shù)為(A)A．1B．2C．3D．4解析：根據(jù)手性碳原子的定義可知，手性碳原子一定是飽和碳原子且所連接的四個(gè)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(gè)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：根據(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(gè)氫原子，它就屬于幾元酸B．同周期非金屬元素的氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性從左到右依次增強(qiáng)C．同一元素的含氧酸，該元素的化合價(jià)越高，酸性越強(qiáng)D．H3PO4和H2CO3分子中非羥基氧的個(gè)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(cuò)誤。B項(xiàng)所述規(guī)律對(duì)非金屬元素的最高價(jià)氧化物對(duì)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)此可判斷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，碳原子采取sp2雜化的分子有①③(填序號(hào))，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，根據(jù)相似相溶規(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)相似，相對(duì)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．判斷含氧酸酸性強(qiáng)弱的一條經(jīng)驗(yàn)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，②H3AsO3