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试论中强酸

2017-01-03 15:42阅读：

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试论中强酸
按照电离理论，以能否“完全”电离为标准，人们通常都将酸分为强酸和弱酸，这样的两类物质。如，HCl、H2SO4等属于强酸，它们在水溶液中会完全电离。而HAc、H2S、H3PO4等属于弱酸，它们在水溶液中仅部分地电离（有酸分子存在）。
一、中强酸
其实，弱酸还是可以按某些标准，再加以细分，而成不同的层次。
较早期一种分类方法是，以电离度的大小为标准对弱酸进行分类（见下表）：
类别
 强电解质
 中强电解质
 弱电解质
电离度/α
 30%以上
30-5%
5%以下
虽然电离度α的物理意义简单，直观。但明显的不足是，α还要受溶液浓度的影响。如，在0.10 mol•L-1 HAc（其Ka= 1.8×10-5）溶液中，HAc的电离度是1.3%，属于弱酸；而在0.0010 mol•L-1 HAc溶液中，其电离度已近13%（差不多增大至10倍），够得上是中强酸了。
故，这种按电离度来对强弱酸来进行分类的方法，现在已很少被采用。
还有一种分类方法，依据的是酸的解离常数（见下表）：
类别
 中强酸
 弱酸
 极弱酸
Ka范围
 1 - 10-4
 10-4 - 10-7
 < 10-7
也就是说，弱酸还可以按照其解离常数的大小而分为三类。中强酸是其中酸性最强的一类弱酸。
如常见酸中的，H3PO4（Ka1= 7.4×10-3）、H2SO3（Ka1= 1.3×10-2）、HF（Ka=6.7×10-4）、HNO2（亚硝酸，Ka= 7.2×10-4）、H2C2O4（草酸，Ka1= 5.6×10-2）、甲酸（Ka= 1.8×10-4）、NH2CH2COOH（氨基乙酸，Ka1=4.5×10-3），都是中强酸。
水合金属离子中的，Fe3+（Ka1= 6.8×10-3）、Cr3+（Ka1= 1.1×10-4），也是中强酸。
还有一些不常见的，如H3PO3（亚磷酸，Ka1=2.5×10-2）、H2SeO3（亚硒酸，Ka1= 2.4×10-3）、H3AsO4（砷酸，Ka1=6.5×10-3），也属于中强酸[1]。
还可以具体地计算出，在0.1 mol•L-1溶液中，H2SO3（Ka1= 1.3×10-2）的电离度约为33%；在0.1 mol•L-1溶液中，H3PO4（Ka1= 7.4×10-3）的电离度约为24%。可见，无论从上述的那个标准来看，将这两个酸确认为是中强酸，这都是可以为人们所接受的。
二、中强酸与强酸的区别
虽然中强酸这个名称中也有一个“强”字，虽然在实践中也很难在中强酸与强酸间画出一条很明确的分界线。但是从化学基本原理的角度来看，这是有本质差别的两类物质。
所谓强酸，由于溶剂水的拉平效应，它们在水中是完全电离的（分子已不复存在），也没有酸分子的电离平衡。其电导率及摩尔电导率随浓度的变化关系，与弱酸有显著地差别。即便也可以测出强酸的电离度，但那是由于正负离子间还有相互吸引的作用和影响，即“离子氛”的存在而造成的。
而弱酸在一般浓度的水溶液中是不能完全电离的（还有分子存在）。其解离的情况，要用电离平衡常数来描述。中强酸就是这样的一类酸，它本质上属于弱酸。
人们一定不要被“中强酸”中的这个“强”字所迷惑，千万不要“忘记”其弱酸的本质及属性。
三、中强酸与弱酸的区别
中强酸既然本质上就是弱酸，那为什么还要将它与另外一些弱酸区别开，而另外划出一个酸的类别呢？
可能就是为了讨论与区别它们盐溶液酸碱性的某些不同。人们最容易想到的，是否就是为了记忆NaH2PO4与NaHSO3溶液的酸性。而更弱酸的相应酸式盐NaHCO3溶液是显碱性的。
为此可定量地讨论如下。酸式盐作为两性物质，其溶液中氢离子浓度的一般计算公式为
试论中强酸……（1）
这样对NaH2PO4溶液有 试论中强酸( mol•L-1)。
对NaHSO3溶液有 试论中强酸( mol•L-1)。两者都为酸性。
而对NaHCO3溶液则有 试论中强酸( mol•L-1)。呈碱性。
上面的计算启发我们，这个多元含氧弱酸被中和掉一个氢离子所得的酸式盐，其溶液的酸碱性，是可以更一般地定量讨论如下的：
设，多元弱酸的第一级和第二级解离常数分别为Ka1和Ka2。根据鲍林规则，对多元含氧酸近似的有Ka1;Ka2=1;10-5。
将;Ka2=10-5×Ka1，代入式（1），则有
试论中强酸……（2）
令式（2）中的[H+]=1×10-7。从式（2）可解出Ka1=3.2×10-5。
即，如果有Ka2=10-5×Ka1，且Ka1>3.2×10-5，那么该酸式盐溶液就显酸性。当Ka1<3.2×10-5时，该酸式盐溶液就显碱性。
这个数字是不好记忆的。如果要取整数，1×10-5，显然是比“3.2×10-5”小了，而不能保证这个盐溶液呈酸性。如果取1×10-4，则有保证溶液呈酸性的适当余量。
这可能就是规定中强酸要有Ka1>1×10-4的原因。就是为了判断出，哪些多元弱酸，其氢离子的一元取代盐溶液，会显酸性。
有了这个中强酸的概念，才便于将盐溶液的酸碱性讨论，结论性地归纳为这样的两句话：弱酸的强碱盐溶液一般呈碱性。但特殊的是，多元中强酸的一个氢离子被取代后的酸式盐，其溶液显酸性。
这个特殊的情况，是需要三个条件来支撑的：多元酸、中强酸、失去一个氢离子后的酸根离子。这三个条件缺一不可。
按照这三个条件，并不会得出KF溶液显酸性，这样的判断。因为HF虽然是中强酸，但它不是多元酸，F-不是酸式盐酸根。它不属于“特殊”情况，溶液是碱性的。
按照这三个条件，也不会得出Na2HPO4和(NH4)2HPO4溶液显酸性，这样的判

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