高中化学 无机含氧酸分子的酸性比较

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。如果成酸无素R的电负性越大，R周围的非羟基氧原子数目越多，则其酸性越强。原因是成酸元素R的电负性越大，则其偏移O的电子越少，从而减小了O原子周围的电子密度增大的趋势，使得其对质子的吸引减弱，有利于质子的转移；非羟基氧原子越多，则分子周围越易形成离域π键，这种键将成酸R原子及O原子包裹在其中，一方面增强了羟基-O-H键的极性，有利于质子的转移，其次使得整个酸基团周围的空间减小，阻碍了质子与O原子上孤对电子的结合，从而使得酸性增强。

一、元素周期表与含氧酸酸性的关系

在中学化学有关元素周期表的教学中，为进行元素间非金属性强弱的比较，特别提出了一个判据。那就是，如果元素的非金属性越强，那

么其最高价氧化物的水化物（也就是含氧酸）的酸性也就会越强。

从而，据元素周期表，可以得出这样的两条，分别适用于不同场景的、含氧酸酸性强弱的判据。

一是，对某主族元素的诸最高价含氧酸来说，自上而下、随原子序数增大，其酸性要减弱。这是同主族元素的非金属性在减弱的一种表现。

二是，对同周期主族元素的最高价含氧酸，从左到右、随原子序数的增大，酸性要增强。这也是元素的非金属性在增强的表现。

据此，就可以进行如下的一些含氧酸酸性强弱的比较：

如，第A族由上而下的HClO4、HBrO4、H5IO6。其酸性是逐渐减弱的。原因是，在同一主族中，随原子序数增大，成酸元素的非金属性要不断减弱。

又如，第三周期后几个非金属元素的最高价含氧酸H4SiO4、H3PO4、H2SO4、HClO4。随原子序数增大，有酸性逐渐增强的趋势。这是由于，它们位于同一周期，这些成酸元素的非金属性是在不断增强的。

作为必要的条件，“判据”是严格限制在，同周期、或同主族的主族元素间；并且比较的只能是非金属元素的最高价含氧酸。只有满足这两个条件，才可以使用这个“元素周期表”判据。

二、电负性与含氧酸酸性的关系

如果学生想知道，“在这两个（同主族、或同周期）序列中，为什么非金属性的强弱，与其含氧酸的酸性相关”。为此，从学生所掌握化学知识的有限性来考虑，教师最好还是用“电负性”概念，来进行这个解释才好。

一方面，电负性可以被看作是，元素非金属性的一种定量表述。电负性大的元素，也就是其非金属性强。

其次，在元素周期表的这些区域，电负性的变化趋势，与元素非金属性的变化趋势，本来也是一致的。

再者，电负性的内涵就是“元素的原子在分子中吸引电子能力”。用它来解释完全是由共价键构成的含氧酸分子的性质，也是最为合适和贴切不过的了。

具体的解释方法为：

首先，要找出含氧酸的结构特点。从HClO、HNO3、H2CO3、H2SO4、H3PO4等这些含氧酸的结构式（分别如下图一中的（a）（b）（c）（d）（e）图），不难归纳出，它们都包含有一个或多个“R-O-H”（如图一中的（f）图）这样的结构部分。

在上图一中，作为一元酸的（a）与（b），都只有1个“R-O-H”结构。在二元酸（c）与（d）中，各有2个“R-O-H”结构。而在三元酸（e）中，有3个“R-O-H”结构。其中的R原子，作为成酸原子，可能会关联到多个“R-O-H”结构，所以也可以被认为是中心原子、或成酸原子。

在这个共有的结构“R-O-H”中，有两个极性键。一个是“R-O”键，一个是“O-H”键（实际上也是一个羟基），且这些键中的共用电子对都是偏向于O原子（它表现为-2价）。

这类含氧酸（也可以看做是三元化合物）在水溶液中之所以能表现

出酸性，是由于其羟基中的O-H键易断裂，而能给出氢离子。含氧酸分子所表现出来的酸性，几乎都是源于酸分子中羟基的电离。

当成酸原子R的电负性越大，通过“R-O”键，对O原子的电子云吸引越强时。就会导致“O-H”键的共用电子对要更偏向于O原子一端，使O-H键的极性变大（如下图二）。这个极性更大的“O-H”键，在水分子的作用下也就更容易电离，而给出氢离子，表现出更强的酸性。

这样，在教学中需要比较含氧酸酸性强弱时，在“元素周期表判据”的基础上，人们又有了一个“电负性判据”。

当然，这个判据还是要限定在，最高价含氧酸，成酸原子需是同周期、或同主族的非金属，这样的范围内才好用。

三、离子势与含氧酸酸性的关系

在无机化学中一般要先从离子极化理论的角度，来讨论含氧酸的结构特点，及其与酸性强弱间的关系。

离子极化理论认为，含氧酸与氢氧化物类型的碱，都有一个共同的结构母体。其最简单的物理模型如下图三（这里只画出了R+的情况），这是共同结构的最基本模型。

这个模型告诉我们，含氧酸分子及氢氧化物类的碱，作为三元化合物都是由带有正电荷的中心离子Rn+（n可以是1、2、3……），O2-离子和位于端基的H+离子（中心离子的n不等于1时，O2-离子和H+离子也就不止1个了），共同组成的。

这样，该结构与水分子间的作用的情况，要由中心离子Rn+与H+离子极化能力的相对大小来决定了。