化学拉分必备干货 | 酸的强弱规律及其应用

2021-02-19 22:01 评论

一、常见酸按酸性强弱的分类

  习惯上,按照酸的电离能力的大小,可将酸大致分为以下三类:

  1.强酸:如盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、硝酸、高氯酸等。

  2.中强酸:如亚硫酸、磷酸、氢氟酸等。

  3.弱酸:如醋酸、碳酸、氢硫酸、次氯酸等。


二、酸的强弱变化规律

  酸的强弱是由酸本身的组成和结构决定的,表现在其电离能力的大小上。

  1.无氧酸 中心元素的原子半径越大,非金属性越弱,对氢原子的吸引能力就越弱,酸就越容易电离出氢离子,酸性越强。例如,氢卤酸的酸性:HF<HCL<HBR<HI。 


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  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)2SO n=1 中强酸

  HNO2 (HO)NO n=1 中强酸

  H3BO3 (HO)3B n=0 弱酸

  HClO (HO)Cl n=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 > HClO Al(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、③④⑤ B、①③⑥ C、②③⑥ D、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。

  下面几题留给同学们去练习:

  1.如何除去CO2中少量的HCl和SO2气体?

  2.用实验证明苯酚有弱的酸性。

  3.只用蒸馏水和PH试纸,区别PH=2盐酸和乙酸两瓶无色溶液。

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