高中化学第二章第三节分子的性质第3课时溶解性、手性、无机含氧酸分子的酸性教案新人教版选修3

第3课时溶解性、手性、无机含氧酸分子的酸性

[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：能从微观角度理解分子的手性、分子的溶解性及无机含氧酸分子的酸性，并能进行微观解释。2.证据推理与模型认知：在理解微观结构对分子性质影响的基础上，形成分析、推理分子性质的思维模型，并能利用该模型解释一些问题。

一、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。

2．影响物质溶解性的因素

(1)外界条件——温度、压强等。

(2)分子结构——“相似相溶”规律。

(3)氢键——如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。

(4)反应——溶质与水发生反应时可增大其溶解度，如SO2与H2O反应生成H2SO3，NH3与H2O反应生成NH3·H2O等。

“相似相溶”规律的应用

根据“相似相溶”规律，可以判断溶质在溶剂中的溶解度的大小、萃取剂的选择以及物质之间分离提纯方法的确立。

例1碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl 4中溶解度很大，这是因为( )

A．CCl4和I2都不含氢元素，而H2O中含有氢元素

B．CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子

C．CCl4与I2都是直线形分子，而H2O不是直线形分子

D．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

【考点】溶解性

【题点】依据“相似相溶”规律比较物质的溶解性

答案 B

解析CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子，根据“相似相溶”规律可知碘单质在

水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，与相对分子质量、是否是直线形分子、是否含有氢元素等没有直接的关系，B正确。

二、手性

1．概念

(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，互称为手性异构体。

(2)手性分子：具有手性异构体的分子。

2．手性分子的判断

(1)判断方法：有机物分子中是否存在手性碳原子。

(2)手性碳原子：有机物分子中连有四个各不相同的原子或原子团的碳原子。如

，R1、R2、R3、R4互不相同，即*C是手性碳原子。

手性分子的理解

(1)手性异构体(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。

例2手性分子往往具有一定光学活性。乳酸分子是手性分子，如图。乳酸中的手性碳原子是( )

A．①B．②C．③D．②③

【考点】手性分子与手性碳原子的判断

【题点】手性碳原子及个数的判断

答案 B

解析②号碳原子连接CH3—、—H、—COOH、—OH四种不同的基团。

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)m RO n，若成酸元素R相同，则n值越大，酸性越强。

(1)利用元素周期律中的非金属性强弱比较的是最高价含氧酸的酸性，元素的非金属性越强，其最高价含氧酸的酸性越强。低价态的含氧酸不符合此规律。

(2)酸(HO)m RO n的酸性强弱与m的大小无关。

(3)含氧酸在水中电离出的H＋来源于酸分子中的—OH原子团，与中心原子相连的氢原子不能电离成H＋。

例3下列各组物质中，酸性由强到弱排列错误的是( )

A．HClO4H2SO4H3PO4

B．HClO4HClO3HClO2

C．HClO HBrO4HIO4

D．H2SO4H2SO3H2CO3

【考点】无机含氧酸分子的结构与酸性

【题点】根据非羟基氧原子个数判断酸性强弱

答案 C

解析不同中心元素的酸性比较时，中心元素非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，A项正确；无机含氧酸酸性强弱的判断：中心元素为同一元素时，价态越高，酸性越强，B项正确；HClO中的氯不是最高价，C项错误；酸性：H2SO4(强酸)＞H2SO3(中强酸)＞H2CO3(弱酸)，D项正确。

方法规律——根据非羟基氧原子数判断无机含氧酸(H n RO m)的酸性

(1)当m－n＝0时，为弱酸，如HClO；

(2)当m－n＝1时，为中强酸，如H2SO3；

(3)当m－n＝2时，为强酸，如HNO3；

(4)当m－n＝3时，为最强酸，如HClO4。

例4(2019·遵义高二调研)已知磷酸分子中三个氢原子都可以跟重水(D2O)中D原子发生交换，又知次磷酸(H3PO2)也能跟D2O中的D原子发生交换，次磷酸钠(NaH2PO2)却不能跟D2O中的D原子发生交换，由此推断出次磷酸分子的结构是( )

【考点】无机含氧酸的结构与酸性

【题点】无机含氧酸分子结构的推断

答案 B

解析由题意知，无机含氧酸分子中—OH上的氢原子才能与D2O中的D原子发生交换。H3PO2分子中只有一个氢原子能与D2O中的D原子发生交换，说明H3PO2是一元酸，只有一个羟基。

1．下列现象中，不能用“相似相溶”规律解释的是( )

A．乙醇与水以任意比例互溶

B．用纯碱洗涤油脂

C．氨易溶于水

D．用苯将溴水中的溴萃取出来

【考点】物质溶解性的判断与比较

【题点】“相似相溶”规律的判断与比较

答案 B

解析乙醇与水分子均为极性分子，且二者可形成分子间氢键，A正确；Na2CO3水解使溶液显碱性，油脂在碱性条件下水解，B错误；NH3与H2O均是极性分子，且二者还能形成分子间氢键，增大了NH3的溶解性，C正确；苯与Br2均为非极性分子，D正确。

2．(2019·阜阳高二检测)下列分子为手性分子的是( )

A．CBr2F2B．CH3CH2OH

C．CH3CH2CH3D．CH3CH(OH)COOH

【考点】手性分子与手性碳原子的判断

【题点】手性分子的判断

答案 D

解析D项，CH3CH(OH)COOH的中间碳原子连有甲基、羟基、氢原子、羧基四个不同的原子或基团，则该碳原子是手性碳原子，故CH3CH(OH)COOH为手性分子。

3．无机含氧酸的化学式可以用(HO)m XO n表示，n值越大，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

【考点】无机含氧酸的结构与酸性

【题点】根据非羟基氧原子个数判断酸性强弱

答案 D

解析硫酸是二元强酸，磷酸是三元中强酸。

4．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”规律解释

D．由下图知酸性：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

【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案 A

解析水分子稳定的原因是水分子中H—O键牢固，而与氢键无关。

5．数十亿年来，地球上的物质不断地发生变化，大气的成分也发生了变化。下表是原始大气和目前空气的成分：

空气的成分N2、O2、CO2、水蒸气及稀有气体He、Ne等

原始大气的成分CH4、NH3、CO、CO2等

用上表中所涉及的分子填写下列空白。

(1)含有10个电子的分子有________________________(填化学式，下同)。

(2)由极性键构成的非极性分子有________。

(3)与H＋可直接形成配位键的分子有________。

(4)沸点最高的是________，用所学知识解释其沸点高的原因：_____________________。

(5)分子中不含孤电子对的分子(除稀有气体外)有________，它的立体构型为________。

(6)_______极易溶于水，它之所以极易溶于水是因为它的分子和水分子之间可形成________。【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案(1)H2O、Ne、CH4、NH3(2)CH4、CO2

(3)NH3、H2O (4)H2O 液态水分子间存在氢键，使分子间作用力增强，沸点升高

(5)CH4正四面体(6)NH3氢键

解析(3)H＋有空轨道，与它形成配位键的分子应有孤电子对。根据和

知，NH3和H2O可以和H＋以配位键结合成NH＋4和H3O＋。(5)甲烷的电子式为，不存在孤电子对，且中心碳原子为sp3杂化，故其立体构型为正四面体。

题组一物质溶解性的判断与比较

1．(2018·临汾一中高二月考)溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大，这是因为( ) A．溴单质和四氯化碳中都含有卤素原子

B．Br2是单质，CCl4是化合物

C．Br2是非极性分子，CCl4也是非极性分子，而水是极性分子

D．Br2、CCl4都是有机物，而H2O是无机物

【考点】物质溶解性的判断与比较

【题点】“相似相溶”规律的判断和比较

答案 C

解析CCl4和Br2都是非极性分子，而H2O是极性分子，根据“相似相溶”规律可知溴单质在水中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大。

2．一般来说，由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，由非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，这就是“相似相溶”规律。以下事实不能用“相似相溶”规律解释的是( )

A．HCl易溶于水B．I2易溶于CCl4

C．Cl2可溶于水D．NH3难溶于苯

【考点】物质溶解性的判断与比较

【题点】“相似相溶”规律的判断和比较

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，C项符合题意。

3．下列化合物在水中的溶解度，排列次序正确的是( )

a．HOCH2CH2CH2OH b．CH3CH2CH2OH

c．CH3CH2COOCH3d．HOCH2CH(OH)CH2OH

A．d＞a＞b＞c B．c＞d＞a＞b

C．d＞b＞c＞a D．c＞d＞b＞a

【考点】物质溶解性的判断与比较

【题点】由氢键比较物质的溶解性

答案 A

解析a．HOCH2CH2CH2OH，b.CH3CH2CH2OH，c.CH3CH2COOCH3，d.HOCH2CH(OH)CH2OH，这些物质中CH3CH2COOCH3不能与水形成氢键，则溶解度最小，分子中含有羟基数目越多，与水形成的氢键越多，则溶解度越大，所以溶解度：HOCH2CH(OH)CH2OH＞HOCH2CH2CH2OH＞CH3CH2CH2OH＞CH3CH2COOCH3，即d＞a＞b＞c。

题组二手性分子与手性碳原子的判断

4．(2019·连云港高二月考)下列分子中，不含手性碳原子的是( )

A．B．

C．D．CH3CHClCH2CHO

【考点】手性分子与手性碳原子的判断

【题点】手性碳原子及个数的判断

答案 B

解析在有机物分子中，连接着四个不同的原子或基团的碳原子就是手性碳原子。A、C、D 中均有碳原子连有四个不同的原子或基团，B中不含有手性碳原子。

5．含有手性碳原子的物质一定具有光学活性，具有光学活性，则此有机物分子中手性碳原子的个数为( )

A．1B．2C．3D．4

【考点】手性分子与手性碳原子的判断

【题点】手性碳原子及个数的判断

答案 A

解析根据手性碳原子的定义可知，手性碳原子一定是饱和碳原子且所连接的四个原子或基

团是不同的，则中只有与醛基相连的碳原子为手性碳原子。

6．下图中两分子所表示的物质间的关系是( )

A．互为同分异构体B．为同一种物质

C．互为手性异构体D．互为同系物

【考点】手性分子与手性碳原子的判断

【题点】手性分子的判断

答案 B

解析题图中的分子不含手性碳原子，所以两分子不是手性分子；两分子的分子式相同，结构相同，故两分子表示的物质是同一种物质。

题组三无机含氧酸的结构与酸性

7．(2019·湖北孝感期中)下列含氧酸中酸性最弱的是( )

A．HClOB．HNO3C．H2SO4D．HIO4

【考点】无机含氧酸的结构与酸性

【题点】由非羟基氧原子个数比较酸性强弱

答案 A

解析含氧酸的通式可写为(HO)m RO n，酸的强弱与酸中的非羟基氧原子数n有关，n值越大，酸性越强。一般n＝0时为弱酸，n＝1时为中强酸，n＝2时为强酸，n＝3时为最强酸。选项中各种酸可依次写为(HO)Cl、(HO)NO2、(HO)2SO2、(HO)IO3，即n分别为0、2、2、3，所以分别为弱酸、强酸、强酸、最强酸。

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个反应中的4种含氧酸，其中酸性最强的是( )

A．H2SO4B．H2SO3

C．H2SiO3D．H2CO3

【考点】无机含氧酸的结构与酸性

【题点】由反应事实比较酸性强弱

答案 A

9．下列叙述正确的是( )

A．能电离出H＋的化合物除水外都是酸。酸的分子中含有几个氢原子，它就是几元酸

B．无机含氧酸分子中含有几个羟基，它就属于几元酸

C．同种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，含氧酸的酸性越强，氧化性也越强

D．H3PO4和H2CO3分子中非羟基氧原子的个数均为1，但它们的酸性强弱不同，H3PO4是中强酸而H2CO3是弱酸

【考点】无机含氧酸的结构与酸性

【题点】无机含氧酸的结构与酸性的综合

答案 D

解析由NaHSO4、CH3COOH、H3BO3等可判断A、B均错误；由HClO的酸性很弱而氧化性很强可判断C错误；D项中H3PO4和H2CO3的非羟基氧原子数均为1，但H2CO3的酸性比H3PO4弱很多，这是因为溶于水的CO2只有很少一部分与水结合成H2CO3。

题组四分子结构与性质的综合考查

10．(2019·西宁高二调研)丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子，它存在手性异构体，如下图所示：

下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是( )

A．Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子

B．Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性

C．Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子，只含有极性键，不含非极性键

D．Ⅰ和Ⅱ的化学键相同，但分子的性质不同

【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案 D

解析Ⅰ和Ⅱ分子中都只含有1个手性碳原子，都是极性分子，分子中都含有极性键和非极性键，二者互为手性异构体，具有不同的性质。

11．X、Y、Z是三种短周期元素，其中X、Y位于同一主族，Y、Z位于同一周期，X原子的最外层电子排布式是2s22p4，Z原子的核外电子数比Y原子少1。下列说法不正确的是( ) A．CX2(C是原子核内含有6个质子的原子)分子是非极性分子

B．ZH3分子的立体构型为平面三角形

C．Z4分子是非极性分子

D．H2YO4的酸性比H3ZO4强

【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案 B

解析X原子的最外层电子排布式是2s22p4，即X是氧元素，它在第二周期ⅥA族。Y是与氧同主族的短周期元素，则Y在第三周期ⅥA族，是硫元素。Z与Y在同一周期且Z原子的核外电子数比Y原子少1，则Z在第三周期ⅤA族，是磷元素。磷元素与氮元素同主族，PH3分子与NH3分子的立体构型相似，均为三角锥形。

12．(2018·西工大附中高二阶段检测)毒奶粉事件曾一度震惊全国，主要是奶粉中含有有毒

的三聚氰胺()。下列关于三聚氰胺分子的说法中正确的是( )

A．所有氮原子均采取sp3杂化

B．一个三聚氰胺分子中共含有15个σ键

C．属于极性分子，故极易溶于水

D．三聚氰胺分子中同时含有极性键和非极性键

【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案 B

解析三聚氰胺分子中，处于环上的氮原子采取sp2杂化，A选项错误；由三聚氰胺分子的结构知，它是对称结构，为非极性分子，而水为极性溶剂，故三聚氰胺在水中的溶解度不大，C 选项错误；三聚氰胺分子中不存在由同种元素原子形成的共价键，故不存在非极性键，D选项错误。

13．双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂，已知H2O2分子的结构如下图所示。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)下列关于H2O2的说法中正确的是________(填字母)。

a．分子中有极性键

b．分子中有非极性键

c．氧原子的轨道发生sp2杂化

d．分子是非极性分子

(2)H2O2分子间易形成氢键，该氢键的表示式是_________________________________。

(3)H2O2难溶于CS2，主要原因是______________________________________________。

(4)H 2O 2易溶于水，主要原因是_______________________________________________。 (5)H 2O 2分子中氧元素的化合价为________，原因是____________________________ ________________________________________________________________________。【考点】分子结构与性质的综合考查【题点】分子结构与性质的综合考查

答案 (1)①ab (2)O —H…O (3)H 2O 2为极性分子，CS 2为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知H 2O 2难溶于CS 2 (4)H 2O 2易与H 2O 分子间形成氢键且H 2O 和H 2O 2均为极性分子 (5)－1 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)在H 2O 2中H —O 键为极性键，O —O 键为非极性键；根据H 2O 2的立体构型可知，H 2O 2为极性分子；O 原子价层电子对数为6＋22＝4，O 原子为sp 3

杂化。(2)H 2O 2中含有H —O 键，故

分子间能形成氢键，表示为O —H…O。

(3)H 2O 2为极性分子，CS 2为非极性分子，根据“相似相溶”规律知H 2O 2难溶于CS 2。 (4)H 2O 2和H 2O 分子均为极性分子，且H 2O 2与H 2O 分子之间易形成氢键，因此H 2O 2易溶于水。 (5)共用电子对的偏移决定元素在化合物中的化合价。

14．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为最强酸。根据实验事实可知硼酸(H 3BO 3)是弱酸，而亚磷酸(H 3PO 3)是中强酸。

(1)这两种酸的结构简式为____________、____________。

(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，化学式为H 3PO 2，它的结构简式为______________。【考点】无机含氧酸结构与酸性【题点】无机含氧酸结构与酸性的综合

答案 (1)

(2)二 H 3PO 3＋2NaOH===Na 2HPO 3＋2H 2O

(3)

解析由题目所给出的信息可知，硼酸(H 3BO 3)是弱酸，故H 3BO 3分子中无非羟基氧原子，即3

个O 均以羟基形式存在，故其结构简式为，而亚磷酸是中强酸，说明分子中只有

一个非羟基氧原子存在，则其结构简式为。由结构简式不难看出，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，

故它的结构简式为。

15．(2018·唐山一中校级期末)均由两种短周期元素组成的A、B、C、D四种化合物分子都含有18个电子，四种化合物分子中所含原子的数目依次为2、3、4、6。A和C分子中各元素原子的个数比均为1∶1，B和D分子中各元素原子的个数比均为1∶2。D可作为火箭推进剂的燃料。请回答下列问题：

(1)A与HF相比，其熔、沸点较低，原因是____________________________________。

(2)B分子的立体构型为________形，该分子属于______(填“极性”或“非极性”)分子。

(3)A、B两种化合物分子的非氢元素原子的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为_________________________________________________________________(用化学式表示)，设A分子的非氢元素原子为X，B分子的中心原子为Y，比较下列物质的酸性强弱：HXO________(填“>”“<”或“＝”，下同)HXO3________HXO4，H2YO3______H2YO4。

(4)D分子中心原子的杂化方式是________，由该原子组成的一个单质分子中包含________个π键，与该单质分子互为等电子体的常见分子的分子式为________________________。

【考点】分子结构与性质的综合考查

【题点】分子结构与性质的综合考查

答案(1)HF分子间存在氢键(2)V 极性

(3)HClO4>H2SO4< < < (4)sp3杂化 2 CO(合理即可)

解析根据四种18电子化合物分子中的原子个数及其他已知条件可推知A、B、C、D四种化合物分别为HCl、H2S、H2O2、N2H4。(1)A为HCl，因为HF的分子之间存在氢键和范德华力，而HCl分子之间只存在范德华力，所以HF的熔、沸点高于HCl。(2)B为H2S，其结构类似于H2O，因为H2O的立体构型为V形，所以H2S分子的立体构型也为V形，属于极性分子。(3)A、B分子的非氢元素原子分别为Cl和S，它们的最高价氧化物对应的水化物分别为HClO4和H2SO4，因为非金属性：Cl>S，所以酸性：HClO4>H2SO4；X、Y的化合价越高，对应含氧酸的酸

性越强，所以酸性：HClO