你这个问题很刁钻啊……通过实验得到是HCl最强,其次是H2SO4的一级电离的酸性,然后是HNO3,然后是H2SO4的二级电离(即HSO4-)。
如果是在不是很浓的溶液中,它们几乎都是完全电离的,差距很小,酸性相差也很小。在浓的溶液中,他们不会完全电离(不要惊讶,我知道你们老师讲,强酸是完全电离的,在稀溶液中可以这么认为,但事实上并不是,在浓溶液中就不是)。在浓溶液中,由于电离不全,就能判断他们的酸性强弱了。在相同浓度下(注意不是以质量为标准,是以
物质的量为标准。即酸分子数为标准),HCl电离出的H+更多,H2SO4的一级电离其次,HNO3更差,而H2SO4的二级电离HSO4-,电离是很少的。
你要问为什么?只能说个大概。HCl是无氧酸,和有氧酸难以比较。他酸性强的原因是氯原子较大,而且容易得到电子变成8电子稳定结构。由于HCl中的氢原子很小,难以与氯原子结合得很紧密,而
水分子中的氧原子较小,而且氧原子
电负性强,将水分子中的氢原子的电子向自己拉拢,氧原子略带负电,又有成对电子可以形成配位键,氢原子本来在与氯原子的分享电子的过程中就失利,带部分正电,就丢弃原来的电子,形成H+,在氧原子负电荷的吸引下,找到氧原子,“寄居”在它的一对成对电子旁。相当于H+自己不提供电子,却白白地到氧原子的一对电子旁,与氧原子共享这两个电子,这样它周围就有了两的电子,达到饱和结构了。
也就是说,在溶液中电离出的并不是单独的质子H+而是水合质子H3O+。H2O结合之子的能力远比Cl-强,HCl自然就将H+电力给H2O了。
至于H2SO4,你首先的明白它的结构,他是硫原子上接了两个双键的氧(=O)和两个羟基(-OH),双键氧由于与硫原子共价了两对电子(氧原子出两个,硫原子出两个),而氧原子的电负性比硫强很多,于是将硫原子的电子拉向自己的一方,硫原子变略带正电,带正电的硫吸引电子的能力增强,便设法吸电子,对于双键氧没有办法,于是就吸引羟基中的氧原子与它共价的电子(总的来说羟基氧还是带负电),羟基氧一边的电子受到较强的吸引,所带的负电荷减弱,对与氢原子共享的那对电子吸引加强了,由于电子对大幅向氧原子靠近,虽然氧原子较小,氢原子也难以与它紧密结合了,于是便放弃电子,与水分子中氧原子结合。
总的来说,含氧酸的酸性就是因为其中的非金属元素的电子受到双键氧原子的强烈吸引,,加强了对羟基氧电子的吸引,将羟基中的负电荷中心远离氢原子,让氢原子带的正电越来越多,容易变成质子跑走,最后在水分子的吸引下,变成质子离开羟基;即电离出H+。
而含氧酸中非金属非金属性越强,周围的
氧元素越多,非金属元素的电子缺失情况越糟,吸电子能力越强,对羟基氧的影响越大,使其中的氢原子越容易脱离,即酸性越强。
你可能要问N的非金属性比S强,为什么HNO3酸性不如H2SO4,那是因为H2SO4是二元酸,它的两个羟基之间也会相互影响,实际上对于其中的一个羟基,有3个氧原子在跟它抢电子(而HNO3中只有两个)。当电离出一个氢离子后,它的第二个氢离子实际上没那么容易电离了。(可能你们老师会说H2SO4两个氢离子都会完全电离,实际上并不是那么回事,等你上高中学了竞赛就知道了,即使在稀溶液中硫酸的第二个氢离子电离也很难超过90%)
其实你说的没错,你们学的
离子反应都是在稀溶液中进行的,这几种酸都可以认为是完全电离,酸性差距不大。因为水是一种较强的质子受体,稀溶液中,能够将它们几乎完全电离,但浓溶液中就不能完全电离,就能看出谁的电离能力强(即酸性强)。而在弱的质子受体溶剂中,如液态HF等(很多)中,弱的质子受体不能将它们完全电离,他们在HF中便是不同电离程度的弱酸,也能分出强弱。相反如果是比水强的质子受体,如液态NH3,一些弱酸,如HF、
醋酸,就会几乎完全电离,表现出跟强酸一样,而在液态NH3中,很难区分HF、醋酸、H2SO4、HNO3的酸性强弱,因为它们都电离得很充分。