高中化学第二章分子结构与性质第三节分子的极性第2课时课时作业新人教版Word格式.docx
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(2)手性分子的应用:
生产手性药物、生产手性催化剂(手性催化剂只催化或主要催化一种手性分子的合成)。
三、无机含氧酸分子的酸性
1.对于同一种元素的含氧酸来说,该元素的化合价越高,其含氧酸的酸性越强。
2.含氧酸的通式可写成(HO)mROn,若成酸元素R相同,则n值越大,酸性越强。
3.强酸溶液的酸性一定强于弱酸溶液的酸性吗?
答案 不一定。
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。
一、手性分子
【例1】 下列物质中不存在手性异构体的是( )
A.BrCH2CHOHCH2OH
C.CH3CHOHCOOH
D.CH3COCH2CH3
答案 D
解析 若同一个碳原子上连接四个不同的原子或原子团,则该碳原子称为手性碳原子,含有手性碳原子的物质存在手性异构体,D项中不含手性碳原子,不存在手性异构体。
规律总结
1.手性碳原子
连接四个不同原子或原子团的碳原子,称为手性碳原子,常用*C表示:
如
R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。
具有完全相同的组成和原子排列的、互为镜像而不能重叠的一对分子互称手性异构体。
有手性异构体的分子叫做手性分子(虽然两个分子的结构从平面上看一模一样,但在空间上构成了实物和镜像的关系,可以比作左右手的关系,所以叫手性分子)。
手性分子中的不对称碳原子称为手性碳原子。
例如:
CHBrClF是一个简单的手性分子,如下图1所示的两个分子互为镜像。
又如,丙氨酸分子(手性碳原子上连接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性可表示为下图2。
变式训练1 有机物
具有手性,发生下列反应后,分子仍有手性的是( )
①与H2发生加成反应 ②与乙酸发生酯化反应 ③发生水解反应 ④发生消去反应
A.①②B.②③C.①④D.②④
答案 B
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。
二、无机含氧酸的酸性
【例2】 20世纪60年代美国化学家鲍林提出了一个经验规则:
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:
m-n
1
2
3
含氧酸酸性强弱
弱
中强
强
很强
实例
HClO
H3PO4
HNO3
HClO4
试简要回答下列问题:
(1)按此规则判断H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由弱到强的顺序为________。
(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)按此规则判断碳酸应属于________酸,与通常认为的碳酸的强度是否一致?
________,其可能的原因是___________________________________________
__________________________________________________________________。
答案
(1)H3AsO4<
H2CrO4<
HMnO4
(3)中强 不一致 溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3
解析
(1)根据题中非羟基氧原子数与酸性强弱的关系可得:
H3AsO4 H2CrO4 HMnO4
m-n123
酸性:
H3AsO4<
HMnO4。
(2)因为酸性H3PO3>
H3AsO3,则H3PO3中非羟基氧原子的数目应大于H3AsO3中非羟基氧原子的数目,且H3AsO3为弱酸,所以可推知H3AsO3中没有非羟基氧原子,它们的分子结构分别为
(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致。
其可能原因是溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3。
比较含氧酸酸性强弱的方法:
1.根据元素周期表判断:
元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物酸性越强。
2.根据化合价判断:
相同元素的含氧酸,成酸元素化合价越高,酸性越强。
3.根据非羟基氧原子数判断:
HnROm:
m-n=
利用(HO)mROn比较酸性强弱时,当n相同时,可参考R元素的电负性,例如H2CO3和H2SO3的n都是1,但电负性S>
C,非金属性S>
C,所以酸性H2SO3>
H2CO3。
4.根据化学反应判断:
相对强酸可以制备相对弱酸。
如:
H2SO4+Na2SO3===Na2SO4+H2O+SO2↑,酸性:
H2SO4>
H2SO3。
变式训练2 下列各组酸中,酸性依次增强的是( )
A.H2CO3、H2SiO3、H3PO4
B.HNO3、H3PO4、H2SO4
C.HI、HCl、H2S
D.HClO、HClO3、HClO4
解析 A项中非金属性C>
Si,故酸性H2CO3>
H2SiO3;
B项中非金属性N>
P,故酸性HNO3>
H3PO4;
C项中酸性HI>
HCl>
H2S;
D项中HClO、HClO3和HClO4的非羟基氧原子数逐渐增多,故酸性逐渐增强。
三、溶解性
【例3】 欲提取碘水中的碘,不能选用的萃取剂是( )
A.酒精B.四氯化碳C.直馏汽油D.苯
答案 A
解析 单质碘(I2)是含有非极性键的非极性分子,根据“相似相溶”规律,可知碘易溶于非极性溶剂。
而CCl4、直馏汽油(极性非常弱,可视为非极性分子)、C6H6等为非极性溶剂,且它们与水的密度差别较大,容易分层,所以B、C、D选项可以作为碘的萃取剂。
而酒精容易与水、碘互溶,不分层,故不能用作萃取剂。
1.“相似相溶”规律是从分子结构的角度,通过实验的观察和研究而得出的关于物质溶解性的经验规律,也有不符合此规律的例外情况,如CO、NO等极性分子难溶于水。
2.“相似相溶”规律可以解释一些物质在某些溶剂中溶解的情况。
3.氢键影响物质的溶解性。
如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶解度增大,且氢键作用力越大,溶解性越好。
如NH3极易溶于水、C2H5OH与水能以任意比混溶,上述事实分别与NH3和H2O分子间、C2H5OH和H2O分子间形成氢键密切相关。
变式训练3 碘单质在水溶液中溶解度很小,但在CCl4中溶解度很大,这是因为( )
A.CCl4与I2相对分子质量相差较小,而H2O与I2相对分子质量相差较大
B.CCl4与I2都是直线形分子,而H2O不是直线形分子
C.CCl4和I2都不含氢元素,而H2O中含有氢元素
D.CCl4和I2都是非极性分子,而H2O是极性分子
解析 根据相似相溶规律:
极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,难溶于非极性分子组成的溶剂;
非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂,难溶于极性分子组成的溶剂。
CCl4和I2都是非极性分子,而H2O是极性分子,所以碘单质在水溶液中溶解度很小,在CCl4中溶解度很大。
1.利用“相似相溶”这一经验规律可说明的事实是( )
①HCl易溶于水 ②I2微溶于水 ③Cl2能溶于水 ④NH3易溶于水
A.①②④B.②③C.①②③D.①②③④
解析 HCl、NH3、H2O均属于极性分子,I2、Cl2均属于非极性分子,根据“相似相溶”规律知HCl、NH3易溶于水,I2微溶于水,Cl2溶于水是因为Cl2与H2O反应生成HCl和HClO。
2.下列有机物分子具有手性异构体的是( )
A.CCl4B.CH3CH2Cl
C.
D.CH3CH2COOH
答案 C
解析 存在手性异构体的分子中一定存在至少一个连接着4个不同基团的碳原子,因此4个选项只有C项中
标有“*”的碳原子是手性碳原子,其余碳原子均不是手性碳原子。
3.无机含氧酸的化学式可以用XOn(OH)m表示,n值越大,m值越小,则该酸的酸性就越强。
硫酸和磷酸的结构分别为
,则下列叙述正确的是( )
A.硫酸和磷酸都是强酸
B.硫酸是强酸,但酸性比磷酸弱
C.磷酸是强酸,但酸性比硫酸弱
D.硫酸是二元酸,磷酸是三元酸
解析 硫酸是二元强酸,磷酸是三元中强酸。
4.下列物质易溶于水的是________,易溶于CCl4的是________(均填编号)。
①NH3 ②CH4 ③
④HCl ⑤C2H4 ⑥Br2 ⑦HNO3 ⑧SO2
答案 ①④⑦⑧ ②③⑤⑥
解析 根据“相似相溶”规律,水为极性溶剂,NH3、HCl、HNO3、SO2为极性分子,所以它们易溶于水。
CCl4为非极性溶剂,CH4、
、C2H4、Br2为非极性分子,易溶于CCl4。
5.含氧酸的通式可写为(HO)mROn,酸的强度与酸中的非羟基氧原子数n有关,n越大,酸性越强。
一般n=0为弱酸,n=1为中强酸,n=2为强酸,n=3为超强酸。
据实验事实可知硼酸(H3BO3)是弱酸,而亚磷酸(H3PO3)是中强酸。
(1)这两种酸的结构式分别为________、________。
(2)亚磷酸是________元酸,它和过量的NaOH反应的化学方程式为__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)次磷酸是一种一元酸,化学式为H3PO2,它的结构式为________。
解析 由题给信息可知,硼酸(H3BO3)是弱酸,故H3BO3分子中无非羟基氧原子,即3个O均以羟基形式存在,故其结构式为
,而亚磷酸是中强酸,说明分子中有两个羟基,则其结构式为
。
由结构式不难看出,亚磷酸分子中有两个羟基,故为二元酸,而次磷酸是一种一元酸,化学式为H3PO2,分子中含有一个羟基,故它的结构式为
6.双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂,已知H2O2分子的结构如右图所示:
H2O2分子不是直线形的,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上,书面夹角为93°
52′,而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°
52′。
试回答:
(1)H2O2分子的电子式为________,结构式为________。
(2)H2O2分子中存在________键和________键,为________(填“极性”或“非极性”)分子。
(3)H2O2难溶于CS2,其原因是_____________________________________。
(4)H2O2分子中氧元素的化合价为________,原因是___________________
________________________________________________________________。
答案
(1)
H—O—O—H
(2)极性 非极性 极性
(3)因为H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2
(4)-1 因为O—O键为非极性键,O—H键为极性键,共用电子对偏向于氧,故氧元素显-1价
解析
(1)H2O2分子的空间构型为不对称结构,应为极性分子,含有O—O非极性键和O—H极性键。
(2)根据“相似相溶”规律可知,H2O2难溶于非极性溶剂CS2。
(3)共用电子对的偏移决定了元素在化合物中的化合价。
[经典基础题]
1.下列化合物中含有手性碳原子的是( )
A.CCl2F2B.CH3CH2OH
D.
解析 中心原子连有四个不同的原子或原子团,化合物的分子才具有手性。
A中C原子只连有Cl、F两种原子,故A项错误;
CH3CH2OH分子中两个C原子分别连有2种和3种不同的原子或原子团,故B项错误:
分子中1、3号C原子结构对称,故2号C原子连有3种原子或原子团,1、3号相同连有2个氢原子,3种不同原子或原子团,故C项错误;
2.下列无机含氧酸分子中酸性最强的是( )
A.HNO2B.H2SO3C.HClO3D.HClO4
解析 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+3<
HNO3+5;
H2SO3+4<
H2SO4+6;
HClO3+5<
HClO4+7。
观察A、B、C、D四个选项,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,只有D选项HClO4中的Cl为+7价,是Cl元素中最高价,使H—O—ClO3中O的电子向Cl偏移,在水分子作用下,容易电离出H+,酸性很强,故答案为D。
3.关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是( )
A.CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子
B.SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子
C.CS2为非极性分子,所以在三种物质中熔、沸点最低
D.NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子为极性分子
解析 根据“相似相溶”规律,水是极性分子,CS2是非极性分子,SO2和NH3都是极性分子,故A错误,B正确;
由于CS2常温下是液体,SO2和NH3常温下是气体,故C错;
NH3在水中溶解度很大,除了由于NH3分子为极性分子外,还因为NH3分子和H2O分子之间可形成氢键,故D错。
4.下列现象不能用“相似相溶”解释的是( )
A.氯化氢易溶于水B.氯气易溶于NaOH溶液
C.碘易溶于CCl4D.碘难溶于水
解析 因为HCl为极性分子,水分子也为极性分子,故根据“相似相溶”,氯化氢易溶于水,A正确;
碘分子为非极性分子,易溶于非极性溶剂,如苯、CCl4等,而难溶于水等极性溶剂,故C、D正确;
氯气易溶于NaOH溶液,是与其发生了化学反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,而不单纯是溶解过程,故选B。
5.经验规律(“相似相溶”规律):
一般来说,由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂。
以下事实中不能用“相似相溶”规律说明的是( )
A.HCl易溶于水B.I2易溶于CCl4中
C.Cl2可溶于水D.NH3难溶于苯中
解析 HCl、NH3是极性分子,I2、Cl2是非极性分子,H2O是极性溶剂,CCl4、苯是非极性溶剂,所以选C。
6.如下图中两分子的关系是( )
A.互为同分异构体B.是同一种物质
C.是手性分子D.互为同系物
解析 本题很容易看成镜面对称结构而选择手性分子,但根据手性分子的判断方法,根本找不到手性碳原子,所以不是手性分子;
分子相同,构型相同,是同一种物质。
7.根据“相似相溶”规律,你认为下列物质在水中溶解度较大的是( )
A.乙烯B.CO2C.SO2D.氢气
8.小明同学在学习钠的化合物性质时,记录了以下四个化学反应方程式:
①Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓
②Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑
③Na2CO3+H2SO3===Na2SO3+H2O+CO2↑
④Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑
请你根据学过的知识判断4个反应中有4种含氧酸,其中酸性最强的是( )
A.H2SO4B.H2SO3C.H2SiO3D.H2CO3
9.对X—O—H型化合物,X是除去H、O外的其他元素时,下列说法正确的是
( )
A.当X是活泼的金属元素时,它一定是强碱
B.当X是非金属性很强的元素时,它一定是强酸
C.X—O—H为酸时不可能有强氧化性
D.X—O—H的分子构型一定是直线形
解析 对元素X分两种情况进行讨论:
非金属元素和金属元素。
当X为非金属性很强的元素时,X吸引电子对的能力较强,使O—H间的电子对偏向氧原子,O—H键易断裂,电离出H+而显酸性,但不一定是强酸,如HClO具有强氧化性和弱酸性;
当X为活泼的金属元素时,X—O—H易从X——OH⋮ 处断键,电离出OH-而显碱性,如NaOH、KOH等。
X—O—H为共价化合物时,其结构不对称,且氧原子上有孤电子对,分子构型不可能为直线形。
10.下列对分子的性质的解释中,不正确的是( )
次氯酸
Cl—OH
磷酸
A.水很稳定(1000℃以上才会部分分解)是因为水中含有大量的氢键所致
B.乳酸(CH3CHOHCOOH)分子中含有一个手性碳原子
C.碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释
D.由上图知酸性:
H3PO4>
HClO,因为H3PO4中非羟基氧原子数大于次氯酸中非羟基氧原子数
解析 水分子稳定的原因是因为水分子中H—O键牢固,而与氢键无关。
11.下列说法中正确的是( )
A.CH4、C2H2、HCN都是含有极性键的非极性分子
B.CO2与SO2的立体构型相似,都是非极性分子
C.CHCCHCH3CH===CH—CH3分子中含有1个手性碳原子
D.无机含氧酸分子中有几个氢原子,它就属于几元酸
解析 HCN是极性分子,SO2是极性分子(V形),A、B错;
C中第3个(连—CH3)碳原子是手性碳原子;
H3BO3、H3PO3中均有3个氢原子,但前者为一元酸,后者为二元酸。
[能力提升题]
12.
(1)CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是________(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五种有机溶剂中,碳原子采取sp2杂化的分子有________(填序号),CS2分子的立体构型是________。
CO2与CS2相比,________的熔点较高。
答案
(1)非极性
(2)①③ 直线形 CS2
解析
(1)CCl4、CS2是非极性溶剂,根据“相似相溶”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分子的立体构型都是直线形,根据结构相似,相对分子质量越大范德华力越大,熔、沸点越高,故CS2的熔点高于CO2。
13.短周期的5种非金属元素,其中A、B、C的外围电子排布可表示为:
A:
asa,B:
bsbbpb;
C:
csccp2c,A与B在不同周期,D与B同主族,E在C的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题:
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子,下列分子①BC2 ②BA4 ③A2C2 ④BE4中属于极性分子的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下一周期同族元素的氢化物沸点还要高,其原因是_________________________________________________________________。
(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂,其分子式分别为________、________。
DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高以低的顺序为________(填化学式)。
(5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸,如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等,以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为________(填化学式)。
答案
(1)③
(2)H2O分子间形成氢键
(3)C6H6 H2O 大于 (4)SiCl4>
CCl4>
CH4
(5)HClO4>
HClO3>
HClO2>
解析 由s轨道最多可容纳2个电子,且A与B在不同周期可得:
a=1,b=c=2,即A为H,B为C,C为O,由D与B同主族,且为非金属元素得D为Si;
由E在C的下一周期且E为同周期元素中电负性最大的元素可知E为Cl。
(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4,其中H2O2为极性分子,其他为非极性分子。
(2)C的氢化物为H2O,H2O分子间可形成氢键是其沸点较高的主要原因。
(3)B、A两元素组成苯,C、A两元素组成水,两者都为常见的溶剂,SiCl4为非极性分子,易溶于非极性溶剂(苯)中。
(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4,三者结构相似,相对分子质量逐渐增大,分子间作用力逐渐增强,故它们的沸点顺序为SiCl4>
CH4。
(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4,含氧酸的通式可写为(HO)mClOn(m≥1;
n≥0),n值越大,酸性越强,故其酸性由强到弱的顺序为HClO4>
HClO。
14.均由两种短周期元素组成的A、B、C、D化合物分子,都含有18个电子,它们分子中所含原子的数目依次为2,3,4,6。
A和C分子中两种元素的原子个数比均为1∶1,B和D分子中两种元素的原子个数比均为1∶2。
D可作为火箭推进剂的燃料。
请回答下列问题:
(1)A、B、C、D分子中相对原子质量较大的四种
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