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更新:2013/12/6

1 #
倒序看帖 dgqjj 发表于 2013年12月6日 12:53:45 周五 [只看该作者]

单质子酸的化学特性概述 monoprotic acids

常见的单质子酸的Ka值:

公式       名称          Ka值
HSO4-     硫酸氢根离子 1.2×10-2
HClO2      亚氯酸       1.2×10-2
HC2H2ClO2  单氯醋酸     1.35×10-3
HF         氢氟酸       7.2×10-4
HNO2       亚硝酸       4.0×10-4
HC2H3O2    醋酸         1.8×10-5
[Al(H2O)6]3+水基铝离子(Ⅲ)1.4×10-5
HOCl       次氯酸       3.5×10-8
HCN        氢氰酸       6.2×10-10
NH4+       铵离子       5.6×10-10
HOC6H5     酚           1.6×10-10

上表是“单质子酸monoprotic acids”和它们的平衡常数Ka值。(酸性强度由下而上增强)特别留意表中没有列举出强酸。
1.像HCl这样的强酸分子被放到水中,解离的平衡位置会如何呢?
HCl(aq)←→H+(aq)+Cl-(aq)
2.由于平衡位置大幅地移往右边,所以,原本HCl的浓度几乎测不出来。这种情况让我们几乎无法精确地计算出Ka值;Ka=[H+][Cl-]/[HCl] 分母[HCl]数值非常小而且不确定。
3.【例题7.1】利用单质子酸的酸性强度表,判断这些碱的强度,并根据碱性强度来排列:H2O、F-、Cl-、NO2和CN-。
4.【解题】还记得前面的课文说,“水”的碱性,跟“强酸的共轭碱”相比是更强的碱,但是跟“弱酸的共轭碱”相比是更弱的碱。这个规则可达到下列的顺序:
Cl-<H2O<弱酸的共轭碱
弱碱——→强碱
5.其馀共轭碱的碱性强度大小,依据一个原则:酸的强度与它共轭碱的强度相反(酸的强度愈强,共轭碱的碱性愈弱,酸的强度愈弱,共轭碱的碱性愈强)。依照表的顺序
HF的Ka>HNO2的Ka>HCN的Ka
6.所以,这些酸的共轭碱,碱性强度顺序应该是
F-<NO2-<CN-
7.把以上判断出来的顺序整合起来,得到碱性强弱顺序
Cl-<H2O<F-<NO2-<CN-

翻译编写Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
 
徐弘毅:
1.“单质子酸monoprotic acids”的平衡常数Ka值愈大,代表单质子酸愈容易吐出的质子,解离后的“质子浓度”与“共轭碱浓度”愈高,酸性较强。
2.但是,“氯化氢HCl”的情况特殊,“HCl”是强酸,溶解于水中几乎完全解离,造成原本“HCl”的浓度几乎测不出来,造成Ka值趋近于“零”。
3.虽然“HCl”的数值小到几乎测不出来,但是它的酸性比“硫酸氢根离子HSO1-”、“亚氯酸HClO2”、“单氯醋酸HC2H2ClO2”等等更酸。
4.“氯化氢HCl”的“共轭碱Cl-”和“水H2O”,谁的碱性比较强?“氯化氢HCl”溶于水几乎完全解离,解离之后的“共轭碱Cl-”完全没有能力跟“水”争夺“质子H+”,显示“水”的碱性比较强。
5.为什么酸的强度愈强,共轭碱的碱性愈弱,酸的强度愈弱,共轭碱的碱性愈强?
6.“酸acid”的强度愈强,代表它愈有能力解离出“质子H+”,“质子H+”被扮演碱性角色的“水H2O”夺走得愈多,“共轭碱”从“水H3O+”抢回“质子H+”的能力愈弱。
7.“氟离子F-”、“亚硝酸根离子NO2-”、“氰根离子CN-”谁的碱性比较强?
8.“氢氟酸HF”的平衡常数Ka值是7.2×10-4,数值最大,酸性最强;“亚硝酸HNO2”的平衡常数ka是4.0×10-4,数值居中,酸性居中;“氢氰酸HCN”的平衡常数Ka是6.2×10-10,数值最小,酸性最小。
9.所以,“氢氟酸HF”的共轭碱“氟离子F-”碱性最弱,“亚硝酸HNO2”的共轭碱“亚硝酸根离子NO2-”碱性稍强,“氢氰酸HCN”的共轭碱“氰根离子CN-”碱性最强。
10.  由于这些“酸”都没有完全解离,代表它们的“共轭碱”都有相当的能力从“水”手中抢回“质子”,所以,这些“共轭碱”的碱性都比“水”强。
11.  所以,碱性由弱而强的顺序是,Cl-<H2O<F-<NO2-<CN-。
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