内容正文:
高中化学,影响物质酸性的4种因素
1.有机羧酸的酸性比较:
有机物中表现出酸性的基团一般是羧基、酚羟基、磺酸基等,主要是羧基。而羧基的酸性强弱与有机物中吸电子基团和推电子基团有很大的关系。
核心逻辑:吸电子基团使酸性增强,推电子基团使酸性减弱;
键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如,羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸,羧基可电离出H+而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量,pKa越小,酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关,如下表所示:
不同羧酸的pKa
羧酸
pKa
丙酸(C2H5COOH)
4.88
乙酸(CH3COOH)
4.76
甲酸(HCOOH)
3.75
氯乙酸(CH2ClCOOH)
2.86
二氯乙酸(CHCl2COOH)
1.29
三氯乙酸(CCl3COOH)
0.65
三氟乙酸(CF3COOH)
0.23
①羧基中羟基的极性越大,越容易电离出H+,则羧酸的酸性越大。
②与羧基相邻的共价键的极性越大,羧酸的酸性越大。
③常见的给电子基团和吸电子基团:
基团是吸电子还是给电子,主要取决于电子效应。而电子效应是诱导效应和共轭效应的综合结果。综合结果如下:
A常见给电子基(即推电子):—R、-OR等;
B.常见吸电子基(即拉电子):—X(X为F 、Cl 、Br 、I);-CHO、-COR、-CN、-NO2、-COOH、-CF3等;
C.烃基(—R)是推电子基团,烃基越长推电子效应越大;
D.—NH2、—OH到底是吸电子基团还是给电子基团需要分情况而论:
(a)在苯环 / 共轭体系里:—NH2、—OH都是推电子基(给电子基):
原因:诱导效应表现吸电子(-I),共轭效应表现推电子(+C),综合结果:推电子效应大于吸电子效应,整体表现推电子;
(b)在只有单键的饱和烃链里(无共轭):只表现诱导效应,—NH2、—OH都是吸电子基。
2.无机含氧酸分子的酸性比较:
①元素非金属性:元素非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,HClO₄>H₂SO₄>H₃PO₄;
②无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使R—O—H中O的电子向R偏移,在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越强,如酸性:HClO<HClO2<HClO3<HClO4;
3、 无机无氧酸分子的酸性比较:
无机无氧酸(又称氢化物酸,如 HCl、HBr、HI、H₂S 等)的酸性比较,核心取决于酸分子电离出 H⁺的难易程度。
同主族元素,原子序数越大,其阴离子(酸根)的半径越大,对 H+的吸引能力越弱,H+越容易电离,酸性越强。
举例:卤族无氧酸酸性:HF < HCl < HBr < HI;
4、氢键的影响:
分子间氢键或者分子内氢键通常情况下影响物质的物理性质,比如溶解性或者熔沸点等,但是在一些特定的条件下,分子内氢键或者分子间氢键氢键也会影响到物质的酸性;
①比如对羟基苯甲酸、苯甲酸、邻羟基苯甲酸这三个物质,对羟基苯甲酸能够形成分子间氢键,邻羟基苯甲酸可形成分子内氢键(也可形成分子间氢键),因此
酸性大小:Ka1丙>乙>Ka1甲;
溶解性大小:甲>乙>丙;
熔沸点大小:甲>乙>丙;
②邻羟基苯甲酸Ka1和Ka2分别是羧基的电离和酚羟基的电离平衡常数,因为邻羟基苯甲酸存在分子内氢键(羧基的氧与酚羟基的氢之间)所以:
酸性:邻羟基苯甲酸Ka1 邻羟基苯甲酸> K苯甲酸(分子内氢键增强了酸性);
Ka2邻羟基苯甲酸<Ka苯酚(分子内氢键减弱了酸性);
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