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氢卤酸(HX,X = F、Cl、Br、I)的酸性强弱顺序为:HI > HBr > HCl > HF。以下是具体分析:
键能因素:
H-X键的键能越弱,越容易断裂释放H⁺,酸性越强。键能顺序为:H-F > H-Cl > H-Br > H-I。随着卤素原子半径增大(F到I),原子核与H的吸引力减弱,键能逐渐降低,因此HI的H-I键最弱,易于离解,酸性最强。
阴离子稳定性:
阴离子X⁻的稳定性与原子半径有关。半径越大,电荷越容易分散,阴离子越稳定。原子半径顺序为:I > Br > Cl > F,I⁻的电荷分散最佳,稳定性最高,从而HI的酸性最强;而F⁻半径小,电荷高度集中,稳定性差,导致HF酸性极弱。
溶剂化效应:
阴离子X⁻与水分子相互作用释放的能量(水合能)越高,体系越稳定,酸性越强。水合能顺序大致为:F⁻ > Cl⁻ > Br⁻ > I⁻。但F⁻的水合能虽高,却被H-F极高的键能所抵消,导致HF离解度低;对于Cl⁻、Br⁻、I⁻,键能减弱的趋势主导了酸性顺序。
HF的特殊性:
HF分子间形成强氢键,甚至在水溶液中以二聚体(H₂F₂)或多聚体形式存在,显著抑制其离解。同时,H-F键能极高(约565 kJ/mol),远超其他H-X键,使得HF在稀溶液中表现为弱酸,但当浓度大于5 mol/L时,氢键增强,会生成缔合离子促使HF进一步解离,酸性增强。
综上,氢卤酸的酸性强弱是键能、阴离子稳定性及溶剂化效应共同作用的结果,而非单一因素决定。
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