人教版化学选修三讲义第2章+第3节+第2课时 溶解性手性无机含氧酸分子的酸.docx
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人教版化学选修三讲义第2章+第3节+第2课时溶解性手性无机含氧酸分子的酸
第2课时 溶解性、手性、无机含氧酸分子的酸性
目标与素养:
1.了解影响分子溶解性的因素。
(宏观辨识与微观探析)2.了解简单手性分子的判断方法。
(微观探析与模型认知)3.掌握常见含氧酸酸性强弱的判断方法。
(宏观辨识与模型认知)
一、分子的溶解性
1.“相似相溶”规律
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,如蔗糖和氨易溶于水,难溶于四氯化碳;萘和碘易溶于四氯化碳,难溶于水。
2.影响物质溶解性的因素
(1)外界因素:
主要有温度、压强等。
(2)氢键:
溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好(填“好”或“差”)。
(3)分子结构的相似性:
溶质和溶剂的分子结构相似程度越大,其溶解性越大,如乙醇与水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
(4)溶质是否与水反应:
溶质与水发生反应,溶质的溶解度会增大,如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水,故SO2的溶解度增大。
NH3极易溶于水的原因有哪些?
[答案] ①NH3与水均为极性分子,相似相溶。
②NH3与水分子间形成氢键。
③NH3与水反应生成NH3·H2O。
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,如同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.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。
如酸性:
HClO<HClO2<HClO3<HClO4(填“>”或“<”)。
2.同主族相同化合价的不同种元素,中心原子R的原子半径越小,酸性越强,如原子半径:
Cl<Br<I,故酸性:
HClO3>HBrO3>HIO3。
3.同周期从左到右,最高价含氧酸的酸性逐渐增强,如H3PO4<H2SO4<HClO4。
4.酸分子中不与氢原子相连的氧原子的数目越多,酸性越强。
含氧酸通式[(HO)mROn]中,n为非羟基氧原子(即不与氢相连的氧原子)的数目,n值越大,酸性越强,如酸性:
H3BO3<H2SO3<H2SO4<HClO4。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)根据相似相溶原理,可以得出CH4难溶于水,NH3易溶于水( )
(2)HOCH2CH2OH比CH3OH在水中的溶解度小( )
(3)
有手性异构体( )
(4)HMnO4为强酸( )
[答案]
(1)√
(2)× (3)× (4)√
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
[答案] D
3.将几种物质在水和四氯化碳中的溶解情况填入下表:
蔗糖
磷酸
碘
苯
水
四氯化碳
[答案]
蔗糖
磷酸
碘
苯
水
易溶
易溶
难溶
难溶
四氯化碳
难溶
难溶
易溶
易溶
物质溶解性的影响因素
1.内因
(1)“相似相溶”规律:
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂。
如蔗糖和氨易溶于水,难溶于CCl4,因为蔗糖、氨、水都是极性分子;而萘和碘易溶于CCl4,难溶于水,因为萘、碘和CCl4都是非极性分子。
离子化合物是强极性物质,很多易溶于水。
(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。
如低级羧酸(甲酸、乙酸等)可以与水以任意比例互溶,而高级脂肪酸(硬脂酸、软脂酸和油酸等)不溶于水。
(3)氢键:
溶剂与溶质之间存在氢键,溶解性好,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、乙酸等能与水混溶,就是因为它们与水形成了分子间氢键的原因。
(4)化学反应——溶质与溶剂发生反应可增大其溶解度。
如SO2与H2O反应生成H2SO3,SO3与H2O反应生成H2SO4,NH3与H2O反应生成NH3·H2O。
2.外因
(1)温度——一般来说,温度升高,固体物质的溶解度增大,气体物质的溶解度减小。
(2)压强——压强越大,气体的溶解度越大。
1.下列现象不能用“相似相溶规则”原理解释的是( )
A.氯化氢易溶于水
B.氯气易溶于氢氧化钠溶液
C.碘易溶于四氯化碳
D.碘难溶于水
B [Cl2与NaOH反应而使Cl2易溶于NaOH溶液。
]
2.PtCl2(NH3)2可以形成两种固体,一种为淡黄色,在水中的溶解度较小,另一种为黄绿色,在水中的溶解度较大。
已知PtCl2(NH3)2是平面四边形结构,Cl-、NH3为配体,Pt为中心离子。
则淡黄色固体的空间结构为________,黄绿色固体的空间结构为________。
[解析] 淡黄色的PtCl2(NH3)2在水中溶解度小,根据相似相溶规律,应为非极性分子,其立体构型为
。
黄绿色的PtCl2(NH3)2在水中溶解度较大,应为极性分子,其立体构型为
。
[答案]
手性异构体与含氧酸的酸性
1.分子是否表现为手性的判断
有机物具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。
如果1个碳原子所连接的4个原子或基团各不相同,那么该碳原子为手性碳原子,用*C来表示。
如:
是互不相同的原子或基团。
所以,判断一种有机物是否具有手性异构体,就看其含有的碳原子是否连有4个不同的原子或基团。
例如,
中含有1个手性碳原子(标“*”号的碳原子)。
2.无机含氧酸酸性比较
(1)同一元素的不同含氧酸的酸性强弱规律
无机含氧酸分子(HO)mROn中,对于同一种元素的含氧酸来说,R元素的化合价越高,其含氧酸的酸性越强。
如HClO (2)无机含氧酸酸性与非羟基氧原子数的关系 无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn,其中含有n个非羟基氧原子。 非羟基氧原子数越多,酸性越强,见下表: 次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸 含氧酸 Cl—OH 非羟基氧原子数 0 1 2 3 酸性 弱酸 中强酸 强酸 超强酸 规律: n=0时为弱酸;n=1时为中强酸;n=2时为强酸;n=3时为超强酸。 3.酸性变化原因 如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn,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,也就越容易电离出H+,即酸性越强。 3.下列分子为手性分子的是( ) B [B项, 分子的中间碳原子连接—CH3、—H、—OH、—COOH四种不同的原子或原子团,应是手性分子。 ] 4.已知无机含氧酸[(HO)mROn]中,当n=0时为弱酸;当n=1时,为中强酸;当n=2时,为强酸。 根据无机含氧酸[(HO)mROn]与非羟基氧原子数(n)的关系回答下列问题: (1)按此规则判断H3AsO4、H2CrO4、HMnO4的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,试根据所给信息推断H3PO3和H3AsO3的分子结构。 H3PO3: ________;H3AsO3: ________。 (3)按此规则判断H2CO3应属于________酸,与通常认为的H2CO3的酸性强弱是否一致? ________,其可能的原因是_______________。 [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 n 1 2 3 酸性: H3AsO4<H2CrO4<HMnO4。 (2)H3PO3为中强酸,H3AsO3为弱酸,结合信息可知,H3PO3分子中有1个非羟基氧原子,H3AsO3中有0个非羟基氧原子。 据此来写出结构简式。 (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。 其可能的原因是溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3。 [答案] (1)H3AsO4<H2CrO4<HMnO4 (2) (3)中强 不一致 溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3 判断物质酸性强弱的方法 (1)根据元素周期表判断 ①同一主族元素最高价含氧酸的酸性从上到下逐渐减弱,如HClO4>HBrO4>HIO4;HNO3>H3PO4;H2CO3>H2SiO3。 ②同一周期元素最高价含氧酸的酸性从左向右逐渐增强,如H3PO4 (2)根据化合价判断 同一元素的含氧酸,中心原子的化合价越高,酸性越强。 如H2SO4>H2SO3;HClO4>HClO3>HClO2>HClO。 (3)根据非羟基氧原子数判断 HnROm: m-n= (4)根据电离常数来判断 如K(H3PO4)>K(HClO),酸性H3PO4>HClO。 (5)根据化学反应判断 如H2SO4+Na2SO3===Na2SO4+H2O+SO2↑, 酸性: H2SO4>H2SO3; H2O+CO2+Ca(ClO)2===CaCO3↓+2HClO, 酸性: H2CO3>HClO。 1.下列说法中正确的是( ) A.极性分子构成的溶质一定易溶于极性分子构成的溶剂之中,非极性分子构成的溶质一定易溶于非极性分子构成的溶剂中 B.溴分子和水分子是极性分子,四氯化碳分子是非极性分子,所以溴难溶于水而易溶于四氯化碳 C.白磷分子是非极性分子,水分子是极性分子,而二硫化碳是非极性分子,所以白磷难溶于水而易溶于二硫化碳 D.水分子是极性分子,二氧化碳可溶于水,因此二氧化碳是极性分子 C [很多有机物分子都是极性分子,但因为极性很弱,所以大部分难溶于水,而有机物之间的溶解度却很大,所以A项错误。 溴分子是非极性分子,故B项错误。 二氧化碳(O===C===O)是非极性分子,D项错误。 ] 2.下列对分子及其性质的解释中,不正确的是( ) A.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 B.乳酸[CH3CH(OH)COOH]中存在一个手性碳原子 C.H2O比H2S稳定是由于水分子间可以形成氢键 D.已知酸性: H3PO4>HClO,是因为H3PO4分子中有1个非羟基氧原子,而HClO分子中非羟基氧原子数目为0 C [碘是非极性分子,易溶于非极性溶剂四氯化碳,甲烷属于非极性分子,难溶于极性溶剂水,所以都可用“相似相溶”规律解释,A正确;碳原子连接四个不同的原子或原子团时,该碳原子为手性碳原子,所以 中加“*”的碳原子为手性碳原子,B正确;H2O的沸点比H2S高是由于水分子间可以形成氢键,H2O比H2S稳定是由于水分子中的H—O键比硫化氢分子中的H—S键强,C错误;H3PO4的非羟基氧原子数大于HClO的非羟基氧原子数,所以磷酸的酸性大于次氯酸,D正确。 ] 3.当一个碳原子连接四个不同的原子或原子团时,该碳原子叫“手性碳原子”。 下列化合物中含有2个手性碳原子的是( ) C [由题意可知,A项、B项与D项中各有1个手性碳原子;C项中有2个手性碳原子。 ] 4.下列无机含氧酸分子中酸性最强的是( ) A.HNO2B.H2SO3 C.HClO3D.HClO4 D [本题考查无机含氧酸分子中酸性强弱的判断。 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 上述四个选项中,HNO2、H2SO3、HClO3中的中心元素N、S、Cl均未达到其最高价,其酸性不够强,只有HClO4中的Cl化合价为+7,是Cl的最高价,使Cl—O—H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,故选D。 ] 5.二氯化二硫(Cl—S—S—Cl)是一种琥珀色液体,是合成硫化染料的重要原料。 (1)写出它的电子式________。 (2)指出它分子内的化学键类型__________。 (3)指出硫元素的化合价为________。 [解析] 二氯化硫分子中由于Cl的电负性比S的强,且原子间又以单键相结合,故氯元素显-1价,S元素显+1价。 [答案] (1) (2)S—S是非极性共价键,S—Cl是极性共价键 (3)+1
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