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()
l2F2
B.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：
OH
1 2 3
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：
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)m RO n 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H 2CO 3和H 2SO 3的n 相同，但非金属性：S>C ，所以酸性：H 2SO 3>H 2CO 3。

(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.HNO 2 B.H 2SO 3 C.HClO 3 D.HClO 4
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HNO 2
＋3
<HNO 3＋5
；H 2SO 3＋4
<H 2SO 4＋6
；HClO 3＋5
<HClO 4＋7。

观察A 、B 、C 、D 四个选项，HNO 2、H 2SO 3、HClO 3中的中心元素N 、S 、Cl 都未达到其最高价，只有D 选项HClO 4中的Cl 为＋7价，是Cl 元素中最高价，使H —O —ClO 3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H n RO m ，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：
(1)按此规则判断H 3AsO 4、H 2CrO 4、HMnO 4酸性由弱到强的顺序为_______________。

(2)H 3PO 3和H 3AsO 3的形式一样，但酸性强弱相差很大。

已知H 3PO 3为中强酸，H 3AsO 3为弱酸，试推断H 3PO 3和H 3AsO 3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
(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：
H3AsO4H2CrO4HMnO4
m－n12 3
酸性：H3AsO4<H2CrO4<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。

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.CH2Cl2
B.
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33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XO n(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XO n(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.HClO3
B.H2SeO3
C.H2BO2
D.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.H2SO4
B.H2SO3
C.H2SiO3
D.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为酸时不可能有强氧化性
D.X—O—H的分子构型一定是直线形
答案 A
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。

[能力提升]
9.下列对分子的性质的解释中，不正确的是()
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()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”原理解释
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
答案 A
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。

10.含氧酸的通式可写为(HO)m RO n，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。

根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H3PO2，它的结构式为________。

答案(1)
(2)二H3PO3＋2NaOH===Na2HPO3＋2H2O
(3)
解析由题目所给出的信息可知，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，故其结构为，而亚磷酸是中强酸，说明分子中
只有两个羟基存在，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。

11.(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”原理，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。

12.短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的最外层电子排布可表示为A：a s a，B：b s b b p b，C：c s c c p2c，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①BC2②BA4③A2C2
④BE4，其中属于极性分子的是______(填序号)。

(2)C的氢化物比下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的沸点从高到低的顺序为___________________(填化学式，下同)。

(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_____________________________________________。

答案(1)③(2)H2O分子间形成氢键
(3)C6H6H2O大于
(4)SiCl4>CCl4>CH4
(5)HClO4>HClO3>HClO2>HClO
解析由s轨道最多可容纳2个电子可得：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重要原因。

(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>CCl4>CH4。

(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4，含氧酸的通式可写为(HO)m RO n(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>HClO3>HClO2>HClO。

[拓展探究]
13.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。

请回答下列问题：
(1)PtCl2(NH3)2是平面正方形结构，还是四面体结构______________________。

(2)请在以下横线上画出这两种固体分子的立体构型图：淡黄色固体__________，黄绿色固体____________。

(3)淡黄色固体物质由__________组成，黄绿色固体物质由__________组成(填“极性分子”或“非极性分子”)。

(4)黄绿色固体在水中溶解度比淡黄色固体大，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案(1)平面正方形结构
(2)
(3)非极性分子极性分子
(4)黄绿色固体是由极性分子构成的，而淡黄色固体是由非极性分子构成的，根据“相似相溶”原理可知前者在水中的溶解度大于后者
解析(1)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正方形结构，若为四面体结构则无同分异构体。

(2)PtCl2(NH3)2的两种同分异构体的结构分别为
①②。

由于淡黄色固体在水中的溶解度较小，因此其分子无极性，其结构为①，则黄绿色固体为极性分子，其结构为②。

(3)根据“相似相溶”原理可知：黄绿色固体是由极性分子构成的，故其在水中的溶解度要大于由非极性分子构成的淡黄色固体。