浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸

文章编号:1005-6629(2009)07-0070-02中图分类号:G632.479文献标识码:B

分析近几年全国各地化学高考模拟试题,我们不难发现有关王水――超酸――超氧酸――魔酸的内容成为考查同学们能力的一大亮点。下面我们摘其几例,品味其神奇功效。

王水:浓硝酸与浓盐酸按体积1∶3配制而成的混合酸叫作“王水”。因此,在很长的一段时间内,人们认为王水就是酸中之王,是最强的酸了,因为即使是黄金或金属铂,遇到王水也会像“泥牛入海”一样很快变得无影无踪。

例1.浓硝酸与浓盐酸按体积1∶3配制而成的混合酸叫作“王水”。“王水”中浓硝酸与浓盐酸可发生HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O;“王水”可溶解度Au、Pt等极不活泼金属,其反应为:Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO+2H2O;3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO+8H2O。当有高浓度的Cl-时,Cl-与金属离子形成稳定的络离子,从而使Au、Pt的还原性增强,有利于金属“溶解”。下列说法正确的是()

A.Cl-在Au、Pt与“王水”反应中作还原剂

B.Cl-在Au、Pt与“王水”反应中作氧化剂

C.Cl-在Au、Pt与“王水”反应中既不是氧化剂也不是还原剂

D.Cl-使HNO3的氧化性增强

解析:从HClHAuCl4或H2[PtCl6]可知,氯元素的化合价没有变化,所以,Cl-在Au、Pt与“王水”反应中既不作氧化剂,又不作还原剂,故A、B都不正确;当有高浓度的Cl-时,Cl-与金属离子形成稳定的络离子,从而使Au、Pt的还原性增强,有利于金属“溶解”。故C正确;HNO3的氧化性强弱与Cl-无关,而与HNO3的浓度和温度等有关,故D不正确。本题正确选项为C。

超酸:酸强度超过100% H2SO4的一个酸或酸性介质叫做超酸(超强酸)。超酸具有极强的质子化能力,极高的酸度,比硝酸、硫酸的浓溶液的酸性强106～1010倍。目前,超强酸在化学和化工上极有应用价值,它既是无机物及有机物的质子化试剂,又是活性极高的催化剂。过去很多在普通环境下极难实现或根本无法实现的化学反应在超强酸环境中却能异常顺利地完成。比如正丁烷,在超强酸的作用下,可以发生碳氢键的断裂生成氢气,也可以发生碳碳键的断裂生成甲烷,还可以发生异构化生成异丁烷。超强酸能够分解蜡烛中的蜡。

例2.最近科学家用一种称为“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反应, 使C60获得一个质子,得到一种新型离子化合物[HC60]+[CB11H6Cl6]-。该反应看起来很陌生,其实在反应类型上可以跟中学化学里某个熟悉的化学反应相类似。该化学反应是()

A.H2O+CH3COOHH3O++CH3COO-

B.Zn+2HCl ZnCl2+H2

C.CO2+2NH3 CO(NH2)2+H2O

D.NH3+HNO3 NH4NO3

解析:H(CH11H6Cl6)+C60=[HC60]+[CB11H6Cl6]-化合反应中,C60获得一个质子,表现出碱性;H(CB11H6Cl6)提供一个质子,表现出酸性。中学化学与该反应相类似是: NH3+酸=铵盐, 所以该反应是NH3+HNO3

NH4NO3。本题正确选项为D。

超氧酸: HO2称为超氧酸,结构式为:,超氧酸分子中含有未成对电子,具有顺磁性。超氧

酸中元素化合价为:。超氧酸是一种弱

酸,也是一种自由基,具有极高的活性。超氧酸常温存在时间极短,很快分析成水和氧气(4HO2=2H2O+3O2)所以,超氧酸是很强的氧化剂。超氧化合物与冷水或稀酸反应可生成超氧酸。

例3.2007年据世界卫生组织统计,最常用的避孕环是含金属铜的。金属铜的避孕机理是之一是:铜与人体分泌物中的盐酸以及子宫内的空气反应:Cu+HCl+O2=CuCl+HO2,HO2(超氧酸)不仅是一种弱酸而且也是一种自由基,具有极高的活性。下列有关该反应的说法正确的是

A.氧化产物是HO2

B.HO2在碱中能稳定存在

C.氧化剂是O2

D.1 mol Cu参加反应有2 mol电子发生转移

解析:在Cu+HCl+O2=CuCl+HO2反应中,CuCuCl时Cu元素化合价升高1价,O2HO2时氧元素化合价降低。所以,Cu是还原剂,O2是氧化剂;CuCl是氧化产物,HO2是还原产物。故A不正确,C正确。HO2是一种弱酸,在碱中不能稳定存在,故B不正确。1 mol Cu参加该反应时有1 mol电子发生转移,故D不正确。本题正确选项为C。

魔酸:由两种或两种以上的含氟化合物组成的最强的超酸溶液叫作魔酸。常见的魔酸是HSO3F―SbF5。许多物质在魔酸中可获得质子。

例4.超酸是指酸性比普通浓HNO3、浓H2SO4酸性强106～1010倍的酸, 魔酸(HSO3F―SbF5)是已知超酸中最强的,许多物质如H2SO4在魔酸中可获得质子。则硫酸溶于魔酸中所表现出的这种性质是()

A.碱性B.酸性C.还原性D.氧化性

解析:由酸碱质子理论可知(给出质子的化合物是酸,接受质子的化合物是碱):H2SO4在魔酸中可获得质子(H+),表现出碱性,答案为A。

例5.20世纪60年代,化学家发现了一类比100%的硫酸还要强的酸,称为超酸。超酸大多由强路易斯酸和强质子酸混合而成。

1.氟磺酸 (HSO3F) 是一种重要的强酸性溶剂。 用SbF5 与氟磺酸反应后, 可得到一种魔酸H[SbF5(OSO2F)]。写出该魔酸在氟磺酸中电离的方程式。

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2.魔酸的重要用途是向链烷烃供给质子,使其质子化产生碳正离子。例如:

(1)写出CH5+的中心原子杂化类型, 并指明该

结构式中键的名称。

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(2)写出CH3+的中心原子杂化类型,并指明该结构中C―H共价键的夹角。

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(3)写出乙烷与魔酸反应生成的C2H7+离子的可能结构式。

解析: 1.H[SbF5(OSO2F)]是一种魔酸,物质在魔酸中可获得质子, H[SbF5(OSO2F)]+HSO3F=H2SO3F++[SbF5(OSO2F)]-

2.(1)CH5+的中心碳原子与氢原子形成的化学键有4个,而碳原子的最外层电子排布为2s22p2,故

CH5+的中心C原子为sp3杂化;为三中心二电子键

(2)CH3+中心碳原子与氢原子形成的化学键有3个,故CH3+中心C原子为sp2杂化;C―H共价键的夹角为120°

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