2.含氧酸含氧酸的酸性强弱情况比较复杂,主要有以下几条规律:
(1)相同化合价的不同元素作中心原子,中心原子的原子半径越小,非金属性越强,其酸性越强。
例如,次卤酸(HXO)酸性:
HClO>HBrO>HIO;亚卤酸(HXO2)酸性:
HClO2>HBrO2>HIO2;卤酸(HXO3)酸性:
HClO3>HBrO3>HIO3。
(2)同种元素作中心原子,中心元素的化合价越高,酸性越强。
例如,酸性:
HClO4>HClO3>HClO2>HClO,H2SO4>H2SO3。
(3)非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强。
例如,酸性:
HClO4>H2SO4>H3PO4>H4SiO4。
(4)酸分子中不与氢原子相连的氧原子数目越多,酸性越强。
美国化学家鲍林从实验中总结出一条经验规律,他把含氧酸用通式表示为(HO)mROn,其中n为非羟基氧原子(即不与氢相连的氧原子)的数目,n越大,酸性越强.例如:
HClO4 (HO)ClO3 n=3很强酸
HClO3 (HO)ClO2 n=2强酸
H2SO3 (HO)2SOn=1中强酸
HNO2 (HO)NOn=1中强酸
H3BO3 (HO)3Bn=0弱酸
HClO(HO)Cln=0弱酸
事实证明:
鲍林的经验规律对于大多数含氧酸都是适用的。
事实上,以上诸点是相互联系、不可分割的。
例如,某中心原子的化合价较高,就可能与更多的原子形成配位键;中心原子所带的正电荷越多,中心原子的半径越小,一般来说其吸引电子的能力就越强,其酸性也越强,反之越弱。
3.羧酸的酸性
乙酸极其同系物的酸性变化规律是:
碳原子数越多,酸性越弱。
三、酸的强弱规律的应用
根据中学化学的要求,高三化学总复习时,学生必须理解并熟练地记住以下粗略的酸性强弱变化规律:
H2SO4 >HF>H4SiO4
HNO3 >H2SO3 >CH3COOH>H2CO3 >HClOAl(OH)3
HCl>H3PO4 >C6H5OH
下面谈谈这一规律的重要应用。
1.离子浓度比较型
利用酸的强弱规律可以比较一定的条件下酸溶液PH值的大小、导电能力的强弱和化学
反应速率大小等问题,其本质都是要根据酸的强弱规律确定溶液中相应离子浓度的大小。
例1.PH值相同的等体积的两份溶液(A为盐酸、B为醋酸)分别和锌反应,若最后有一份溶液中锌有剩余,且放出的氢气一样多,则正确的判断为()
①反应所需要的时间A>B ②开始时反应速率A>B
③参加反应的锌的质量A=B, ④整个反应阶段平均速率B>A
⑤盐酸里锌有剩余 ⑥醋酸溶液里锌有剩余。
A、③④⑤B、①③⑥C、②③⑥D、②③⑤⑥
解析:
两份溶液的pH相同,即开始时溶液中的氢离子浓度相同,反应的起始速率相等;醋酸为弱酸,与
锌反应过程中能不断电离出氢离子,氢离子浓度比盐酸中的大,平均反应速率大,放出等量的氢气所需时间比盐酸少;放出气体一样多,消耗锌的量必定相等;根据酸性HCl>CH3COOH,在PH值相同时,两种酸的物质的量浓度大小关系为[CH3COOH]>[HCl],两种溶液的体积又相同,所有锌只能剩余在盐酸中,应选A。
2.强弱互换利用型
化学反应中有一条重要的规律:
强酸制弱酸,需要注意的是,此处的“强”和“弱”具有相对性。
实验室用盐酸和石灰石反应制取二氧化碳、用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫、用稀硫酸或盐酸与硫化亚铁反应制取硫化氢都是利用这条规律。
这条规律还有很多重要的应用,如判断酸和盐之间的反应能否发生、实现指定物质间的转化等。
例2.向下列溶液中通入过量的CO2,最终会产生沉淀的是()
A、Na2SiO3饱和溶液B、苯酚钠饱和溶液
C、CH3COONa饱和溶液D、CaCl2饱和溶液
解析:
硅酸和苯酚的酸性比碳酸的酸性弱,在Na2SiO3饱和溶液和苯酚钠饱和溶液中通入过量的CO2会析出硅酸沉淀和苯酚沉淀;而CH3COOH和HCl的酸性比碳酸强,CO2通入CH3COONa饱和溶液和CaCl2饱和溶液中不会产生沉淀,选A、B。
3.逆向思维应用型
酸越弱,即酸越难电离出氢离子和酸根离子,反过来思考就意味着电离出的酸根就越容易结合氢离子,反映在弱酸的盐容易水解,且酸越弱,其对应的盐水解能力越强(相同条件下)。
弱酸都较难电离,所以在书写离子方程式时,弱酸分子不能拆成离子,在溶液中,氢离子和弱酸酸根也不能大量共存。
例3.在Na2SO4、Na2SO3、Na2CO3三种溶液中,已知[SO42-]=[SO32-]=[CO32-],试比较三种溶液中钠离子浓度的大小。
解析:
酸性:
H2SO3>H2CO3,相同条件下,CO32-水解的程度比SO32-的大,而SO42-不水解,所以当三种溶液中[SO42-]=[SO32-]=[CO32-]时,必有[Na2CO3]>[Na2SO3]>[Na2SO4],答案即可求出。
4.综合运用设计型
酸的强弱规律还可以广泛地运用在实验设计类的综合题中,如混合物的分离和提纯、物质的检验、实验证明等。
例4、试设计一个实验方案,分离乙酸、苯酚和苯的混合液。
解析:
分析三种物质的性质,采用以退为进的思路,确定先加NaOH溶液,使乙酸和苯酚转化为易溶于水的离子化合物,分液可得苯。
然后通入足量的CO2,利用碳酸的酸性强于苯酚,使苯酚钠转化为苯酚,分液后提取。
最后在余液中加入浓硫酸,蒸馏可得乙酸。