2016 - 2017学年高中化学第二章分子结构与性质2.3分子的性质第2课时分子的性质2新人教版

第二章 分子结构与性质 第三节 分子的性质

第2课时 分子的性质（2）

知识归纳

一、溶解性

1．“相似相溶”规律

物质相互溶解的性质十分复杂，受到许多因素制约，如温度、压强等。通过对许多实验的观察和研究，人们得出了一个经验性的“相似相溶”的规律。非极性溶质一般能溶于___________溶剂，极性溶质一般能溶于______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。离子化合物可以看作极强的极性溶质，很多易溶于水。

2．影响溶解度的因素

（1）内因

①“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，而高级脂肪酸如硬脂酸、软脂酸和油酸等不溶于水。

②如果溶剂和溶质之间存在氢键，则溶解度较大。如果溶质分子不能与水分子形成氢键，则在水中的溶解度就比较小。

③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_______，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。

注意：a．影响固体溶解度的主要因素是温度。

b．影响气体溶解度的主要因素是温度和压强。

二、手性

1．手性异构体与手性分子

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________。

互为镜像的两个分子 左右手互为镜像

左手和右手不能重叠

2．手性分子的成因

当4个不同的原子或基团连接在碳原子上时，这个碳原子是不对称原子。这种分子和它“在镜中的像”就不能重叠，因而表现为“________”。手性分子中的不对称碳原子称为手性碳原子。例如，CHBrClF是一个简单的手性分子，如下图所示的两个分子互为镜像。

CHBrClF手性分子

又如，丙氨酸分子(手性碳原子上连接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性如下图所示。

手性分子

3．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___________。如果1个碳原子所连接的4个原子或基团各不相同，那么该碳原子称为手性碳原子，用*C来表示。例如：，R1、R2、R3、R4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)。

4．手性分子的应用

（1）手性药物

如图所示的分子，是由一家德国制药厂在1957年10月1日上市的高效镇静剂，中文药名为“反应停”，它就是典型的手性药物。这种药物能迅速止痛并能够减轻孕妇的妊娠反应。然而，不久就发现世界各地相继出现了一些畸形儿，后被科学家证实，是孕妇服用了这种药物导致的。随后的药物化学研究证实，在这种药物中，只有一种手性异构体(右旋)是有效的镇静剂，而另一种异构体(左旋)则对胚胎有很强的致畸作用。所以，有选择地生成手性异构体，以及分离出单一的(左旋或右旋)异构体，对人类的健康生活具有重要意义。

“反应停”

（2）手性合成

2001年，诺贝尔化学奖授予三位用手性催化剂生产手性药物的化学家。用他们的合成方法，可以只得到一种或者主要只得到一种手性分子，不得到或者基本上不得到它的手性异构分子，这种独特的合成方法称为手性合成。手性合成为药物生产带来巨大的经济效益。手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成，可以比喻成握手——手性催化剂像迎宾的主人伸出右手，被催化合成的手性分子像客人，总是伸出右手去握手(如图)。

手性催化剂的手性传递

三、无机含氧酸分子的酸性

1．无机含氧酸的分子结构

无机含氧酸分子之所以能显示酸性，是因为其分子中含有—OH，而—OH中的氢原子在水分子的作用下能够变成________而显示一定的酸性。如HNO3、H2SO4和H2CO3的结构式分别是、和。因此，根据其组成的结构特点，无机含氧酸可以写成(HO)mROn。

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_______。如HClO234，HNO23，H2SO32SO4。

（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______，见下表：

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。

知识重点

【答案】一、1． 非极性 极性 2．（2）增大 二、1．手性分子 2．手性 3．手性碳原子

三、1．H+ 2．（1）越强 （2）越强

一、判断手性分子的方法
1．判断手性分子，关键是找到手性碳原子，故分析手性碳原子是否存在是解答这类题的关键。
2．一般要分析目标碳原子连接的原子或基团是否不同，所处的环境是否有差异。
3．若是手性碳原子则连接的原子或基团所处的环境是不同的，即连在同一个碳原子上的四个原子或基团是互不相同的。

3-氯-2-丁氨酸的结构简式为，1个3-氯-2-丁氨酸分子中含有_______个手性碳原子，它的其中一对手性异构体用简单投影式表示为和，则另一对手性异构体的简单投影式为和_________________。

【解析】根据手性碳原子周围连接4个互不相同的原子或基团这一规律可以判断该物质的手性碳原子个数；参照例子可知手性异构体的关系就像照镜子一样，故所求异构体就是原异构体在镜子中的“镜像”。

【答案】2

二、无机含氧酸酸性的判断方法
1．比较无机含氧酸的酸性，关键是比较中心元素化合价的高低。如将含氧酸的通式写为(HO)mROn，当成酸元素R相同时，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，在水分子作用下就容易电离出H+，显示出较强的酸性。
2．同种元素的不同价态：一般化合价越高，无机含氧酸的酸性越强；同周期不同元素的最高价态：一般越向右，无机含氧酸的酸性越强；同主族不同元素的最高价态：一般越向上，无机含氧酸的酸性越强(O、F除外)。

注意：（1）无机含氧酸的酸性与其溶解度无关，并非溶解度越大，酸性越强。如HClO、H3PO4均易溶于水，但它们均不是强酸。

（2）无机含氧酸分子中有几个氢原子，该酸不一定就是几元酸。例如H3PO3的结构式为，为二元酸。

（3）碳酸(H2CO3)为弱酸的原因：碳酸[(HO)2CO]中非羟基氧的个数为1，理论上应是强度与亚硝酸[(HO)NO]和磷酸[(HO)3PO]相近的中强酸，但事实上它是弱酸，这是由于溶于水的CO2分子中只有几百分之一与水结合成碳酸。

（4）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的非金属性强弱比较。

（5）无氧酸酸性强弱的规律：若用RHn表示无氧酸，其酸性强弱主要取决于R的电负性，R的电负性越大，则其对氢原子的束缚力越强，其酸性越弱。

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：

好题

试简要回答下列问题：

（1）按此规则判断H3AsO4、H2CrO4、HMnO4的酸性由弱到强的顺序为___________________________。

（2）按此规则判断碳酸应属于___________酸，与通常认为的碳酸的酸性是否一致?__________________，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

m-n 1 2 3

酸性： H3AsO42CrO44。

（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。其可能的原因是溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3。

【答案】（1）H3AsO42CrO44

（2）中强 不一致 溶于水的那部分CO2并不能完全转化为H2CO3

三、对含氧酸的元数、酸性、氧化性的认识的易错点

1．由HNO3、H2SO4、H3PO4的相关知识而误认为有几个H或几个羟基的酸就属于几元酸；由氧化性：HNO3>HNO2、H2SO4>H2SO3而混淆酸的酸性与氧化性，误认为酸性越强的酸其氧化性也越强。

2．误认为羟基数就是含氧酸的元数。如磷元素的几种含氧酸的名称、分子式、结构式、磷的化合价、酸的元数如下表：

3．同种元素的含氧酸，中心原子的价态越高，含氧酸的氧化性不一定越强。如酸性：HClO4>HClO3>HClO，氧化性：HClO43

下列叙述正确的是

A．能电离出H+的化合物除水外都是酸，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．同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其酸性越强，氧化性也越强

D．H3PO4和H2CO3分子中非羟基氧的个数均为1，但它们的酸性不相近，H3PO4是中强酸而H2CO3是弱酸

【解析】由NaHSO4、CH3COOH、H3BO3等示例可判断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。

【答案】D

【易错诊断】错选A、B项是由于只考虑到了HNO3、H2SO4、H3PO4等个例，而忽略了酸式盐、CH3COOH、H3BO3等例外；错选C项是由于只考虑到了HNO3与HNO2、H2SO4与H2SO3的酸性与氧化性符合酸性强的氧化性也强，而忽略了HClO与HClO4等例外。

真题

1．利用“相似相溶”这一经验规律可说明的事实是

①HCl易溶于水 ②NH3易溶于水 ③N2难溶于水 ④HClO4是强酸

⑤盐酸是强酸 ⑥氢氟酸是弱酸 ⑦HF很稳定

A．①②③ B．④⑤⑥ C．⑥⑦ D．④⑤

2．二甘醇可作溶剂、纺织助剂等，一旦进入人体会导致急性肾衰竭，危及生命。二甘醇的结构简式是HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。下列有关二甘醇的叙述正确的是

A．符合通式CnH2nO3 B．分子间能形成氢键

C．分子间不存在范德华力 D．能溶于水，不溶于乙醇

3．下列分子为手性分子的是

A．CH2Cl2 B． C． D．CH3CH2COOCH2CH3

4．下列化合物中含2个手性碳原子的是

A． B．

C． D．

5．下列分子中，不含手性碳原子的是

A． B． C． D．CH3CHClCH2CHO

6．下列物质的酸性强弱比较中，错误的是

A．HClO4>HBrO4>HIO4 B．HClO4>H2SO4>H3PO4

C．HClO4>HClO3>HClO D．H2SO3>H2SO4>H2S2O3

7．如图所示，下列有关两分子的说法正确的是

A．互为同分异构体 B．二者是同一物质

C．二者是手性分子 D．互为同系物

8．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_____。

9．物质的物理性质与化学键、分子间作用力有密切关系。请回答下列问题：

Ⅰ．如图所示每条折线表示周期表ⅣA~ⅦA族中某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是_______________，b点代表的是_______________。

Ⅱ．如图是Na、Cu、Si、H、C、N等元素单质的熔点高低的顺序，其中c、d均是热和电的良导体。

（1）请写出如图中d单质对应元素原子的电子排布式：____________________。

（2）单质a、b、f对应的元素以原子个数比1∶1∶1形成的分子中含_____个σ键，_____个π键。

（3）a与b对应的元素形成的10电子中性分子X的空间构型为__________；将X溶于水后形成的溶液

滴入到含有d元素高价离子的溶液中直至过量，生成的含d元素的离子的化学式为__________，其中X

与d的高价离子之间以_____键结合。

（4）上述六种元素中的一种元素形成的含氧酸的结构为，请简要说明该物质易溶于水的原因： ____________________。

Ⅲ．研究人员最近发现，在一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，在20 ℃、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”的计算机模拟图，图中小球代表水分子中的原子。

图1 图2

（1）图中较大的球代表_____原子，其原子结构示意图是_____。水分子中氢氧原子间的化学键是_____ (填“共价键”或“离子键”)。

（2）用球棍模型表示的水分子结构是_____ (填序号)。

（3）已知水分子中氧原子一端带部分负电荷，氢原子一端带部分正电荷，在外加电场作用下，水结成冰。如图中模拟“热冰”的示意图是_____ (填“图1”或“图2”)，理由是____________________。

参考答案

1．A【解析】“相似相溶”原理是指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。HCl、NH3均为极性溶质，H2O为极性溶剂，因此二者均易溶于水，而N2是非极性溶质，故难溶于水；酸性强弱与“相似相溶”原理没有联系，稳定性与键能有关，故①②③符合题意。

2．B【解析】二甘醇的分子式为C4H10O3，符合通式CnH2n+2O3。二甘醇分子之间能形成O—H···O氢键，也存在范德华力。由“相似相溶”可知，二甘醇能溶于水和乙醇。

3．B【解析】手性分子中应含有手性碳原子，根据手性碳原子的定义，可知手性碳原子上连有四个不同的原子或基团。B项分子中，中间碳原子上连有—CH3、—H、—NH2、—COOH四种不同的原子或基团，故该分子是手性分子。

4．B【解析】根据有机化合物中手性碳原子的判断方法：碳原子是否连有4个互不相同的原子或原子团可知，A含1个手性碳原子；B含2个手性碳原子；C含3个手性碳原子；D不含手性碳原子。B正确。

5．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。

6．D【解析】同一主族元素从上到下，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐减弱，A正确。同一周期元素从左到右，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐增强，B正确。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，C正确。H2SO4的酸性大于H2SO3，D不正确。

7．B【解析】手性分子中应含有手性碳原子，即同一个碳原子上连有四个不同的原子或基团，所以二者不是手性分子；二者的分子式相同，结构也相同，故二者是同一物质。

8．（1）HF分子间存在氢键 （2）V 极性

（3）HClO4>H2SO4 < < < （4）sp3 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的分子构型为V形，所以H2S分子也为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：HClO34，H2SO32SO4。（4）D为N2H4，其结构式为，N原子采取sp3杂化。N2的结构式为N≡N，其中含有1个σ键，2个π键。

9．Ⅰ．SiH4 H2Se

Ⅱ．（1）1s22s22p63s23p63d104s1

（2）2 2

（3）三角锥形 [Cu(NH3)4]2+ 配位

（4）HNO3是极性分子，易溶于极性溶剂水中；HNO3分子易与水分子之间形成氢键

Ⅲ．（1）氧(或O) 共价键 （2）B （3）图1　分子有序排列

【解析】要熟练掌握物质的共性与特性。

Ⅰ．第二周期ⅣA~ⅦA族元素分别是C、N、O、F，其氢化物的沸点由高到低的顺序是H2O>HF>NH3>CH4，因此从上至下4条折线分别代表ⅥA、ⅦA、ⅤA、ⅣA族元素的氢化物的沸点变化。那么b点代表的物质是H2Se，a点代表的物质是SiH4。

Ⅱ．（1）根据熔点的高低顺序，可判断出a是H2，b是N2，c是Na，d是Cu，e是Si，f是C。

（2）单质a、b、f对应的元素以原子个数比1∶1∶1形成的分子为HCN，含有2个个σ键，2个π键。

Ⅲ．（1）N原子与P原子的结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同种元素原子之间形成的共价键，为极性键。

（2）由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律可知，N的非金属性比P强。由元素的非金属性与对应氢化物热稳定性之间的关系可知，NH3的热稳定性比PH3强。

（3）“易液化”属于物质的物理性质，NH3与PH3都是共价化合物，其物理性质与化学键无关。按照相对分子质量与范德华力的关系，范德华力与物质的物理性质的关系分析，应该是PH3的沸点比NH3高，PH3比NH3易液化。现实是NH3比PH3易液化，这种反常现象是由于NH3分子之间存在特殊的分子间作用力——氢键。

Ⅳ．氧原子半径比氢原子大，故大球代表氧原子。水分子中含极性共价键，两个O—H键之间的夹角为105°，呈V形结构。“热冰”中的水分子有序排列。

【备注】分子内氢键除必须具备形成氢键的条件外，还必须具备特定的条件：形成平面环(五元环或六元环最为稳定)、形成的环没有任何扭曲等。氢键的形成使物质在熔点、沸点、电离度、溶解度等方面表现出一些特殊性质。由于分子间氢键的作用，形成了“缔合分子”，增大了分子间作用力，使物质的熔、沸点升高(如水)，溶解度增大(如氨)，电离度降低(如氢氟酸为弱酸)等；由于分子内的氢键作用，形成具有“环状结构”的物质，减小了分子间的作用力，使物质的熔、沸点降低，溶解度减小等。

电子层结构

人生有许多东西，其实就像最外层电子，都是身外之物，得失乃瞬间之事。慷慨如钠者，贪婪如氟者，所差只不过几个微不足道的电子。生命短暂，何必要争得你死我活，被几个电子压得喘不过气来。钠原子也罢，钠离子也罢，只要守住自己的“核”，就不会在充满诱惑的世界里迷失自我。

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