高中化学物质结构手性 无机含氧酸分子的酸性.docx

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高中化学物质结构手性无机含氧酸分子的酸性

第3课时　手性　无机含氧酸分子的酸性

[学习目标定位]　1.能够根据“相似相溶”规律会分析物质在不同溶剂中的溶解性的变化。

2.认识手性异构体和手性分子，会判断手性碳原子。

3.学会常见无机含氧酸酸性的判断方法。

一　手性分子

1.观察比较下图所示两种分子的结构

（1）相同点是分子组成相同，都是CHFClBr；从平面上看相似。

（2）不同点是在空间上完全不同，它们构成实物和镜像关系。

（3）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，互称为手性异构体。

有手性异构体的分子叫做手性分子。

2.手性分子的判断

判断一种有机物是否具有手性异构体，关键是看其含有的碳原子是否连有4个不同的原子或基团，即有机物分子中是否存在手性碳原子。

如，R1、R2、R3、R4互不相同，含有手性碳原子，该有机物分子具有手性。

[归纳总结]

（1）手性同分异构体（又称对映异构体、光学异构体）的两个分子互为镜像关系，即分子形式的“左撇子和右撇子”。

（2）构成生命体的有机物绝大多数为手性分子。

两个手性分子的性质不同，且手性有机物中必定含手性碳原子。

[活学活用]

1.下列化合物中含有手性碳原子的是（　　）

A.CCl2F2B.CH3CH2OH

C.D.

答案　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；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C原子相同，连有2个氢原子，即连有3种不同原子或原子团，故C项错误；分子中2号C原子连有—CH3、—H、—COOH、—OH四种不同的原子或原子团，故D项正确。

2.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（　　）

答案　C

解析　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。

二　无机含氧酸分子的酸性

1.已知无机含氧酸分子中的氢原子多与酸根上的氧原子相连，形成羟基。

请完成下表：

含氧酸

次氯酸

磷酸

硫酸

高氯酸

结构简式

Cl—OH

非羟基氧原子数

0

1

2

3

酸性

弱酸

中强酸

强酸

最强酸

由上表分析可知：

含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。

2.氯元素能形成多种价态的含氧酸，通过计算它们分子中非羟基氧原子数，比较它们酸性的强弱：

含氧酸

HClO

HClO2

HClO3

HClO4

氯元素价态

＋1

＋3

＋5

＋7

非羟基氧原子数

0

1

2

3

酸性

弱酸

中强酸

强酸

最强酸

由上表分析可知：

同种元素的含氧酸中，成酸元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。

3.根据元素周期律比较含氧酸的酸性强弱

（1）同一主族，自上而下，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐减弱。

（2）同一周期，从左到右，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐增强。

[归纳总结]

（1）利用（HO）mROn比较酸性强弱时，n值越大酸性越强，当n相同时，可参考R元素的非金属性，如H2CO3和H2SO3的n相同，但非金属性：

S>C，所以酸性：

H2SO3>H2CO3。

（2）酸性强弱与—OH数目即m数值大小无关。

[活学活用]

3.下列无机含氧酸分子中酸性最强的是（　　）

A.HNO2B.H2SO3

C.HClO3D.HClO4

答案　D

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<；<；<。

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，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。

4.20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

0

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

（2）

（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－n　　1　　　　　2　　　　　3

酸性：

H3AsO4

（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。

当堂检测

1.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

答案　B

解析　根据“相似相溶”原理，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。

2.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、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。

3.下列叙述中正确的是（　　）

A.无机含氧酸分子中含有几个氢原子，它就属于几元酸

B.同周期非金属元素的氧化物对应水化物的酸性从左到右依次增强

C.同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，酸性越强

D.H3PO4和H2CO3分子中非羟基氧的个数均为1，它们的酸性相近，均为中强酸

答案　C

解析　H3PO3的分子结构为，它是二元酸，所以A项错误；B项所述规律对非金属元素的最高价氧化物对应的水化物才适合；C项是比较无机含氧酸酸性强弱的重要规律，C项正确；D项中H3PO4和H2CO3的非羟基氧原子数均为1，但H2CO3酸性弱于H3PO4，这是由于溶于水的CO2只有很少的一部分与水结合成碳酸。

4.下列分子为手性分子的是（　　）

A.CH2Cl2B.

C.D.CH3CH2COOCH2CH3

答案　B

解析　B项乳酸分子的中间碳原子连—CH3、—H、—OH、—COOH四种不同的原子或原子团，为手性分子。

5.已知白磷（P4）的结构如图所示，可知每个磷原子以______个共价键与另外的______个磷原子结合成正四面体形结构，它应该是__________（填“极性”或“非极性”）分子，在CS2中________（填“能”或“不能”）溶解，磷原子的杂化方式为________。

答案　3　3　非极性　能　sp3杂化

40分钟课时作业

[基础过关]

一、物质的溶解性规律

1.以下事实中不能用“相似相溶”原理说明的是（　　）

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

答案　C

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。

二、手性分子及其判断方法

2.判断物质在不同溶剂中的溶解性时，有一条经验规律：

极性分子组成的溶剂易溶解极性分子组成的溶质；非极性分子组成的溶剂易溶解非极性分子组成的溶质。

下图的装置中，不适宜用作HCl气体尾气吸收装置的是（　　）

答案　C

解析　C项易导致倒吸现象。

3.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

答案　B

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。

4.含手性碳原子的分子称手性分子，手性分子具有光学活性。

如下图有机物具有光学活性（式中标有*号的为手性碳原子），也能发生下列反应，请问发生哪种反应后，该有机物仍然一定具有光学活性（　　）

A.消去反应B.水解反应C.银镜反应D.酯化反应

答案　C

解析　银镜反应使该物质中的—CHO转化成—COOH，带*号的碳原子所连四个原子或原子团仍不相同。

该物质仍然是手性分子，仍具有光学活性。

三、无机含氧酸的酸性强弱比较

5.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

答案　D

解析　硫酸是二元强酸，磷酸是三元中强酸。

6.已知含氧酸可用通式XOn（OH）m表示，如X是S，n＝2，m＝2，则这个式子表示为H2SO4。

一般而言，该式中n大的是强酸，n小的是弱酸。

下列各含氧酸中酸性最强的是（　　）

A.HClO3B.H2SeO3C.H2BO2D.HMnO4

答案　D

解析　HClO3可写成ClO2（OH），n＝2；H2SeO3可写成SeO（OH）2，n＝1；H2BO2可写成B（OH）2，n＝0；HMnO4可写成MnO3（OH），n＝3，故选D。

7.某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个反应中的4种含氧酸，其中酸性最强的是（　　）

A.H2SO4B.H2SO3C.H2SiO3D.H2CO3

答案　A

8.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