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浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 超酸 王水

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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 。 一、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,

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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 。

一、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 “泥牛人海 ”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HNO的氧化性增强

解 析 :从 HCl→HAuCl4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。

二、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(CB11H6C16)和C60反应 ,使C60获得一个质子,得到一种新型离子化 合物 [HC60][CB11 H6Cl6]。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+CH3COOH 浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸H3O +CH3COO

B.Zn+2HCl==ZnCl2+H2

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

D.NH3+HNO3===NH4NO3

解 析 :H (CB11H6C16)+C60=[HC60][CB11H6C16]化合 反 应 中 ,C60获 得一个质子 ,表现出碱性 ;H(CB11 H6C16) 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。 .

三、超 氧酸 :

HO2称为超氧酸 ,结构式 为 :

浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸, 

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 :

浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸

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.1mol Cu参 加反应 有2mol 电子 发生转 移

解 析 :在 Cu+HCl+O2=CuCl+HO2反 应 中 ,Cu →CuCl时Cu元 素化 合 价 升 高 1价 ,O2→HO2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 1mol Cu参加该反应时有 1mol 电 子发生 转移 ,故 D不正确 。本题正确选项 为C。

四、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

                                       

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 :

浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸

(1)写 CH5的中心原子杂化类型              , 并指明该H结构式 中 浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸键的名称            

(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             

(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 ;

浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸 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sp杂化 ;C— H共价键的夹角 为120°

(3)

浅析王水 超酸 超氧酸 魔酸

(责任编辑:化学自习室)
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