2018版高中化学人教版选修3教案：第3节-第2课时-溶解性、手性、无机含氧酸分子的酸性-Word版

第2课时溶解性、手性、无机含氧酸分子的酸性1．了解物质的溶解性与分子结构的关系。2．能够辨认简单的手性分子，了解“手性分子”在生命科学等方面的应用。3．掌握常见含氧酸酸性强弱的判断方法。(重点)溶解性[基础·初探]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。(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。[探究·升华][思考探究]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。问题思考：(1)PtCl2(NH3)2是平面四边形结构还是四面体结构？【提示】根据PtCl2(NH3)2可以形成两种固体，即其有两种同分异构体，可知其结构应为平面四边形结构，若为四面体结构则无同分异构体。(2)淡黄色的PtCl2(NH3)2是极性分子还是非极性分子？其空间构型是怎样的？【提示】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，其空间构型为。(3)黄绿色的PtCl2(NH3)2是极性分子还是非极性分子？其空间构型是怎样的？【提示】黄绿色的PtCl2(NH3)2在水中溶解度较大，应为极性分子，其空间构型为。[认知升华]物质溶解性的判断与比较1．依据“相似相溶”规律非极性溶质一般易溶于非极性溶剂，难溶于极性溶剂；极性溶质一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。2．依据溶质与溶剂之间是否存在氢键如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶质溶解度增大且氢键作用力越大，溶解性越好。如：NH3、HF极易溶于水；甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、氨基乙酸、乙胺等易溶于水，就是因为它们与水形成分子间氢键。3．依据分子结构的相似性溶质与溶剂分子结构的相似程度越大，其溶解度越大。如烃基越大的醇(羧酸、醛)在水中的溶解度越小。[题组·冲关]1．在相同条件下，SO2在水中的溶解度比CO2在水中的溶解度()A．大B．小C．一样D．无法比较【解析】水为极性溶剂，SO2为极性分子，而CO2为非极性分子，根据“相似相溶原理”，可知相同条件下，SO2在水中的溶解度大于CO2在水中的溶解度。【答案】A2．从碘水中提取碘，可供选择的有机溶剂是()【导学号：90990057】A．苯、酒精B．汽油、甘油C．四氯化碳、汽油D．二硫化碳、乙醇【解析】从碘水中提取碘要求碘在该有机溶剂(萃取剂)中的溶解度比在水中的溶解度大，且有机溶剂与水互不相溶，只有这样才能使碘转移到有机溶剂中与水分离。碘属于非极性分子，易溶于苯、汽油、CCl4、乙醇等有机溶剂，但甘油、酒精由于分子中存在—OH，能与水互溶，所以不能用作萃取剂，故答案为C。【答案】C3．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【解析】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。【答案】C4．用“易溶”或者“不易溶”表示出下列几种晶体在水和四氯化碳中的溶解情况：食盐蔗糖硫酸碘萘水四氯化碳【解析】蔗糖、硫酸和水分子都是极性分子，碘、萘和四氯化碳都是非极性分子，根据相似相溶原理，可知蔗糖、硫酸易溶于水，而碘和萘易溶于四氯化碳中。【答案】食盐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手性[基础·初探]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。[探究·升华][思考探究](1)中有几个手性碳原子？【提示】1个。(2)有机物具有手性，其与H2发生加成反应后，其产物还有手性吗？【提示】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。[认知升华]手性分子的判断方法1．观察实物与其镜像能否重合，如果不能重合，说明是手性分子。如图：2．观察有机物分子中是否有手性碳原子，如果有一个手性碳原子，则该有机物分子就是手性分子，具有手性异构体。含有两个手性碳原子的有机物分子不一定是手性分子。[题组·冲关]1．莽草酸的分子结构模型如图所示(分子中只有C、H、O三种原子)。其分子中手性碳原子的个数为()A．1B．2C．3D．4【解析】由图中的分子结构模型可以看出莽草酸的结构简式为，故连有羟基的三个碳原子都是手性碳原子。【答案】C2．下列分子中，不含手性碳原子的是()【导学号：90990058】【解析】如果一个碳原子连接四个不同的原子或原子团，这样的碳原子叫手性碳原子，B选项中的物质不含这样的碳原子。【答案】B3．丙氨酸[CH3CH(NH2)COOH]分子为手性分子，它存在对映异构，如图所示。下列关于丙氨酸[CH3CH(NH2)COOH]的两种对映异构(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ结构和性质完全不相同B．Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性C．Ⅰ和Ⅱ都属于非极性分子D．Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目完全相同【解析】当四个不同的原子或原子团连接在同一个C原子上时，这个C原子称为手性C原子。但是，这种对称只对物理性质有较大影响，无论是化学键还是分子的极性都是相同的。【答案】D4．已知3­氯­2­丁氨酸的结构简式为，请回答：(1)3­氯­2­丁氨酸分子中含有________个手性碳原子。(2)3­氯­2­丁氨酸的一对对映异构体可用简单的投影式表示为，则另一对对映异构体的简单投影式应为和________。【解析】根据手性碳原子周围连接四个不同的基团或原子这一规律可以判断出该物质的中间两个碳原子为手性碳原子；参照例子可以知道对映异构体关系就像我们照镜子一样，某物质的对映异构体就是该物质在镜子中的“形象”。【答案】2无机含氧酸分子的酸性[基础·初探]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。[探究·升华][思考探究]无机含氧酸的化学式可以用(HO)mXOn来表示(X代表成酸元素，n代表XO基中的氧原子数，m代表OH数)，则n值越大，m值越小，该酸的酸性就越强。问题思考：(1)硫酸、磷酸的结构为，，则它们的酸性强弱是怎样的？【提示】硫酸可写为(HO)2SO2，磷酸可写为(HO)3PO，n值分别是2、1，m值分别是2、3，由n值越大、m值越小，该酸的酸性就越强，因此硫酸的酸性强于磷酸。(2)HClO3、H2SeO3、H2BeO2、HMnO4四种含氧酸中酸性最强的是哪种酸？【提示】HClO3可写成(HO)ClO2，n＝2；H2SeO3可写成(HO)2SeO，n＝1；H2BeO2可写成(HO)2Be，n＝0；HMnO4可写成(HO)MnO3，n＝3，因此酸性最强的为HMnO4。[认知升华]无机含氧酸酸性强弱的比较1．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。例如，酸性：HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。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。例如，原子半径：Cl＜Br＜I，故酸性：HClO3＞HBrO3＞HIO3。3．结构相似的含氧酸，中心原子吸引电子的能力(氧化性)越强，其相应酸的酸性越强。例如，酸性：H2SO3＞H2SeO3＞H2TeO3。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。如含氧酸通式[(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：n＝0，极弱酸，如硼酸(H3BO3)；n＝1，中强酸，如亚硫酸(H2SO3)；n＝2，强酸，如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)；n＝3，极强酸，如高氯酸(HClO4)。5．同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性可根据元素非金属性的强弱进行比较。(1)同一主族，自上而下，非金属元素最高价含氧酸的酸性逐渐减弱。(2)同一周期，从左向右，非金属元素最高价含氧酸的酸性逐渐增强。[题组·冲关]1．下列各组酸中，酸性依次增强的是()A．H2CO3、H2SiO3、H3PO4B．HNO3、H3PO4、H2SO4C．HI、HCl、H2SD．HClO、HClO3、HClO4【解析】将酸写成通式：(HO)mROn，R相同，n值越大，酸性越强；再根据元素非金属性强弱进行判断。A项非金属性：C＞Si，酸性：H2CO3＞H2SiO3，错误；B项非金属性：N＞P，酸性：HNO3＞H3PO4，错误；C项HCl是强酸，H2S是弱酸，错误；D项由通式(HO)mClOn，可得n值依次为0、2、3，从而得酸性强弱关系正确。【答案】D2．无机含氧酸酸性的强弱规律为成酸元素的化合价越高，酸性越强。下列说法正确的是()【导学号：90990059】①根据这一规律高氯酸是强酸②H3PO4的酸性比盐酸的酸性强③碳酸和亚硫酸的酸性不好比较④硝酸与磷酸的酸性强度一样A．①②B．③④C．①③D．②④【解析】一般认为，成酸元素的化合价越高其酸性越强。盐酸为非含氧酸，不适用此规律，②错；硝酸与磷酸非同一元素的含氧酸，分别为一元强酸和三元中强酸，④错。【答案】C3．下列物质的酸性强弱比较正确的是()A．HBrO4＜HIO4B．H2SO4＜H3PO4C．HClO3＜HClOD．H2SO4＞H2SO3【解析】同一主族从上到下非金属性依次减弱，最高价含氧酸的酸性依次减弱，A项错；同一周期从左到右非金属性依次增强，最高价含氧酸的酸性依次增强，所以B项错；同一元素不同价态的含氧酸中非羟基氧原子越多，酸性越强，所以C项错，D项正确。【答案】D4．20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－n0123含氧酸酸性强弱弱中强强很强实例HClOH3PO4HNO3HClO4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)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__________________________________________________________________________________________。【解析】(1)根据题中非羟基氧原子数与酸性强弱的关系可得：H3AsO4H2CrO4HMnO4m－n123酸性：H3AsO4＜H2CrO4＜HMnO4。(2)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。【答案】(1)H3AsO4＜H2CrO4＜HMnO4(2)中强不一致溶于水的那部分CO