无机含氧酸分子的酸性与结构——高三复习
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含氧酸的酸性强弱比较规律含氧酸一般是指,除了成酸元素外,分子组成中还含有羟基,这样的一类物质。
由于这种羟基上的氢原子能以氢离子的形式被电离出来,而使水溶液表现出酸性,所以它也被称之为“羟基酸”。
成酸元素不同、或其价态不同的含氧酸,在酸性强弱方面是有区别的。
含氧酸的组成与其酸性强弱间的关联,在中学化学及无机化学教学中,都占有一定的位置,也是一些化学工作者的关注点之一。
以至于在某些无机化学教材及文献中,也会出现相关讨论。
笔者在这里的工作,只是试图把这些不同层次教学中,有关含氧酸酸性强弱的内容,归纳起来,并使其能有一些关联性及系统性而已。
含氧酸的酸性一般存在如下规律:(1)同一成酸元素若能形成几种不同氧化态的含氧酸,其酸性依氧化数递增而递增;如〔原因:从HClO到HClO4非羟基氧原子逐渐增多,羟基-O-H键的极性增强,质子转移程度增强,故酸性增强〕(2)在同一主族中,处于相同氧化态的成酸元素,其含氧酸的酸性随原子序数递增,自上而下减弱。
如〔原因:同主族元素自上而下,成酸元素的电负性逐渐减小,原子半径增大,吸引羟基氧原子的能力依次减小,羟基-O-H键的极性依次减小,所以酸性依次减弱。
〕(3)在同一周期中,处于最高氧化态的成酸元素,其含氧酸的酸性随原子序数递增,自左至右增强。
如〔原因:同一周期中,从左至右元素的非金属性逐渐增强,成酸元素的电负性逐渐增大,吸引电子对的能力逐渐减小,电子偏向成酸元素R一方的程度增大,含氧酸分子中的氢原子的极化程度增大,所以酸性增强〕•无机含氧酸:•可以的分子式为H m RO n,其通式可以写成(HO)m RO n,也可写成RO m-,其中R称为成酸元素,无机含氧酸在水溶液中的酸强度取决于酸n OH n分子中羟基-O-H的电离程度,也可以用Pka值来衡量。
酸分子羟基中的质子在电离过程中脱离氧原子,转移到水分子中的孤对电子对上,其转移的难易程度取决于成酸元素R吸引羟基氧原子电子的能力。
无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸分子是有机化学中至关重要的一类物质,具有独特的特性和性质。
它们被广泛用于医学、农业、材料科学和其他领域。
本文将就无机含氧酸分子的酸性及其影响因素进行分析和研究。
无机含氧酸分子的酸性是指其具有质子交换性的特性。
因此,它们具有很高的溶解性,能与其他物质形成溶液。
此外,它们能将氢离子与其他离子结合起来,帮助生物体构建细胞结构、维持酸-碱平衡等。
然而,由于无机含氧酸分子的酸性特性,它们也可能引起环境污染、腐蚀金属和引发人体皮肤疾病。
无机含氧酸分子的酸性受到多种因素的影响,其中包括电子结构、氧化态、元素组成和分子结构等。
首先,电子结构是影响无机含氧酸分子酸性最主要的因素。
通过仔细检查它们的电子结构,能够识别它们是否是碱性或酸性。
其次,氧化态是影响无机含氧酸分子酸性的重要因素。
当无机含氧酸分子的氧化态发生变化时,它们的性质也会发生变化,从而影响它们的酸性。
此外,化学元素的组成也会影响无机含氧酸分子的酸性。
如果包含有碱性元素,则其有机含氧酸分子会产生较高的酸性。
最后,无机含氧酸分子的分子结构也会影响它们的酸性。
如果分子结构更加紧凑,则分子的酸性就更强。
无机含氧酸分子的酸性是有机化学重要的一个方面,它们不仅可以用于多种应用,而且还可能引发环境污染和人体疾病。
因此,研究无机含氧酸分子的酸性和它们的影响因素是非常重要的。
通过研究无机含氧酸分子的酸性,我们可以更好地利用它们,并避免它们对环境
和人体健康的不良影响。
无机含氧酸的酸性与分子结构已知元素有不同化合价的多种含氧酸,从理论上讲,几乎没有什么指导性原理能帮助我们理解这些含氧酸的相对强度。
但是,如果把所有的含氧酸用通式(HO)mXOn来表示,则很快就可以看到一些规律性,式中m和n取决于中心原子的化合价。
例如,氯的含氧酸,即HClO、HClO2 、HClO3 、HClO4可以表示為(OH)Cl、(OH)ClO、(OH)ClO2、(OH)ClO3。
在这个系列中,m 是常数,n从0增加到3,这反映了氯的化合价从+1增加到+7。
当n值从0增加到3时,含氧酸酸性逐渐变强。
在考虑这些含氧酸的酸强度时,OH基团的数目也有一定的影响,但在酸性的强弱方面不起决定性的作用。
含氧酸电离时形成的阴离子的相对稳定性也是影响含氧酸的酸性的重要因素。
含氧酸所形成阴离子上的电荷可以分散到这个非羟基的氧原子上。
因此,非羟基氧原子的数目越大(n值越大),电荷越容易分散。
根据上述理论和已知磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)均为中强酸,亚砷酸(H3AsO3)是一个极弱酸。
试写出H3PO3、H3PO4、H3AsO3的结构式________、________、________;并指出它们各是几元酸________、________、________。
解析:这道概念、理论、元素综合试题的特点是:理论是大纲和教材里没有的,是试题题干中提供的,要求考生通过自学理解给出的理论知识;亚磷酸、亚砷酸的结构和性质,对于考生而言是全新的。
对于本题而言,理解含氧酸的有关规律至关重要。
写出HC1O、H2SO3、H2SO4、HCIO4的结构式有助于理解和运用理论。
HC1O的结构式为H——O——Cl,其分子中有一个——OH,是一元酸,非羟基氧原子数是0,HC1O是极弱酸;H2SO3的结构简式为,在H2SO3分子中有2个——OH,所以H2SO3是二元酸,H2SO3分子中有一个非羟基氧原子,H2SO3是一个中强酸;H2SO4的结构式为:,在H2SO4分子中有2个——OH,所以,是二元酸。
考点41 分子结构与性质1.共价键(1)共价键⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧特征:方向性和饱和性键参数⎩⎪⎨⎪⎧键长、键能决定共价键稳定程度键长、键角决定分子立体结构类型⎩⎪⎨⎪⎧成键方式⎩⎪⎨⎪⎧σ键:电子云“头碰头”重叠π键:电子云“肩并肩”重叠极性⎩⎪⎨⎪⎧极性键:不同原子间非极性键:同种原子间配位键:一方提供孤电子对,另一方提供空轨道(2)σ键和π键的判定①⎩⎪⎨⎪⎧共价单键:σ键共价双键:1个σ键,1个π键共价三键:1个σ键,2个π键②ss 、sp 、杂化轨道之间一定形成σ键;pp 可以形成σ键,也可以形成π键(优先形成σ键,其余只能形成π键)。
2.与分子结构有关的两种理论(1)杂化轨道理论①基本观点:杂化轨道成键满足原子轨道最大重叠原理;杂化轨道形成的共价键更加牢固。
②杂化轨道类型与分子立体构型的关系杂化轨道类型杂化轨道数目分子立体构型 实例sp 2 直线形 CO 2、BeCl 2、HgCl 2 sp 23平面三角形BF 3、BCl 3、CH 2O考点导航一轮回顾:强基固本专题18 物质结构与性质V 形 SO 2、SnBr 2 sp 34四面体形CH 4、CCl 4、CH 3Cl 三角锥形 NH 3、PH 3、NF 3 V 形H 2S 、H 2O注意:杂化轨道数=与中心原子结合的原子数+中心原子的孤电子对数。
(2)价层电子对互斥理论①基本观点:分子的中心原子上的价层电子对(包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对)由于相互排斥,尽可能趋向彼此远离。
②价层电子对数的计算中心原子的价层电子对数=σ键电子对数(与中心原子结合的原子数)+中心原子的孤电子对数=σ键电子对数+12(a -xb )其中a 为中心原子的价电子数,x 、b 分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H 为1,其他原子为“8-该原子的价电子数”)。
微粒为阳离子时,中心原子的价电子数要减去离子所带电荷数;微粒为阴离子时,中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。
酸性强弱与分子结构的关系一、含氧酸的酸性与分子结构的关系含氧酸的分子中,原子的排列顺序是H—O—R,(有的含氧酸有配位键H—O—R→O)。
含氧酸的酸性强弱主要取决于结构中的两个因素:1.比较中心原子跟氧的化学键的极性和氢氧键的极性,如果R—O键的极性越小,对于氢氧键来说极性就越大,就越容易发生H—O键的断裂,酸性就越强。
我们知道,同周期元素中,随R的电荷数的增大,半径变得越小,R—O键的极性就越小,R—O间的引力加大,含氧酸的酸性就越强。
因此,Si、P、S、Cl的电荷数从4到7,而原子半径减小,所以H4SiO4、H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性依次增强。
2.含氧酸分子中未被氢化的氧原子数越多,含氧酸的酸性就越强。
因为,未被氢化的氧原子数越多,因氧的电负性大,中心原子电向未被氢化的氧原子转移,中心原子从O—H键中吸引的电子也就越多,更易离解出H+。
所以,酸性HClO4> HClO3> HClO,因为HClO4分子中有三个未被氢化的氧原子,而次氯酸分子中没有未被氢化的氧原子。
二、无氧酸的酸性强度无氧酸的酸性强度是指氢化物水溶液的酸性强度。
同主族元素的氢化物水溶液的酸性自上而下增强。
如酸性HF<HCl<HBr<HI,H2O<H2S<H2Se<H2Te。
同主族自左至右酸性增强,如H2O<HF,H2S<HCl。
那么又该如何理解?从热力学循环计算可知无氧酸的酸性强度。
无氧酸HX的离解过程分解为:HX 电离过程的总能量可表示为:ϑϑϑϑ321ΔH Y ΔH I D ΔH H +++++=∆从以上分解可知,HX 的电离程度主要与以下因素有关:①离解能D ;②电子亲合能Y ;③阴离子水合能ϑ3ΔH 。
在HF 、HCl 、HBr 、HI 分子中,HF 分子的化学键极性最强,因此,离解能D 特别大,说明吸热多,虽然F 原子的电子亲合能Y 和F 离子水合能ϑ3ΔH 也稍大,但总的热效应仍以离解能D 为主,因此,HF 更难电离,酸性也在同类中最弱。