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）：

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）： 

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

……（1）

这样对NaH₂PO₄溶液有( mol•L^-1)。

对NaHSO₃溶液有( mol•L^-1)。两者都为酸性。

而对NaHCO₃溶液则有( 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

……（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，这样的判断。因为Na₂HPO₄虽然是中强酸的酸式盐，但它们是两个氢离子被碱取代后的酸式盐，也不属于“特殊”情况，溶液是碱性的。

按照这三个条件，可得出NH₄H₂PO₄溶液显酸性，这样的判断。因为，H₂PO₄^-离子是多元中强酸失去一个氢离子后的酸根离子，属于“特殊”的情况，溶液是酸性的。

参考文献

[1] [澳]G.H.艾尔沃德. T.J.V.芬得利编. 周宁怀译. SI化学数据表. 高等教育出版社.1985年