Номер 58, страница 198 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.58. Выпишите формулы четырёх кислородсодержащих кислот хлора, дайте им названия, укажите названия солей. Как меняются кислотные и окислительные свойства этих кислот с ростом степени окисления? Объясните наблюдаемые закономерности.

Решение

Формулы четырёх кислородсодержащих кислот хлора, их названия и названия солей

Хлор образует четыре кислородсодержащие кислоты, в которых он проявляет разные степени окисления:

1. Формула: $HClO$ (или $HOCl$)
Степень окисления хлора: $+1$
Название кислоты: Хлорноватистая кислота
Название солей: Гипохлориты (например, гипохлорит натрия $NaClO$)

2. Формула: $HClO_2$
Степень окисления хлора: $+3$
Название кислоты: Хлористая кислота
Название солей: Хлориты (например, хлорит натрия $NaClO_2$)

3. Формула: $HClO_3$
Степень окисления хлора: $+5$
Название кислоты: Хлорноватая кислота
Название солей: Хлораты (например, хлорат калия $KClO_3$)

4. Формула: $HClO_4$
Степень окисления хлора: $+7$
Название кислоты: Хлорная кислота
Название солей: Перхлораты (например, перхлорат калия $KClO_4$)

Изменение кислотных и окислительных свойств с ростом степени окисления

В ряду кислородсодержащих кислот хлора $HClO \rightarrow HClO_2 \rightarrow HClO_3 \rightarrow HClO_4$ с ростом степени окисления хлора от $+1$ до $+7$ наблюдаются следующие закономерности:

1. Кислотные свойства усиливаются. Хлорноватистая кислота ($HClO$) — очень слабая кислота, слабее угольной. Хлористая кислота ($HClO_2$) — слабая кислота. Хлорноватая кислота ($HClO_3$) — сильная кислота. Хлорная кислота ($HClO_4$) — одна из самых сильных неорганических кислот.
Ряд усиления кислотных свойств: $HClO < HClO_2 < HClO_3 < HClO_4$.

2. Окислительные свойства ослабевают. Все эти кислоты являются окислителями, так как хлор в них находится в положительной степени окисления. Однако их окислительная активность уменьшается с ростом степени окисления хлора и, соответственно, с увеличением устойчивости кислоты.
Ряд ослабления окислительных свойств: $HClO > HClO_2 > HClO_3 > HClO_4$.

Объяснение наблюдаемых закономерностей

Усиление кислотных свойств объясняется двумя факторами:

• С увеличением числа атомов кислорода, связанных с центральным атомом хлора, возрастает поляризация связи $O-H$. Электроотрицательные атомы кислорода оттягивают электронную плотность от атома хлора, а тот, в свою очередь, оттягивает ее от атома кислорода в группе $O-H$. Это делает связь $O-H$ более полярной и облегчает диссоциацию кислоты с отщеплением протона $H^+$.
• С ростом числа атомов кислорода увеличивается стабильность образующегося аниона (сопряженного основания). В анионе $ClO_n^-$ отрицательный заряд рассредоточен (делокализован) между всеми атомами кислорода. Чем больше атомов кислорода, тем эффективнее делокализация, и тем стабильнее анион. Например, в перхлорат-ионе $ClO_4^-$ заряд равномерно распределен между четырьмя атомами кислорода, что делает его очень стабильным. Чем стабильнее сопряженное основание, тем сильнее кислота.

Ослабление окислительных свойств связано с увеличением термодинамической устойчивости кислот и их анионов в ряду от $HClO$ к $HClO_4$. Хлорноватистая кислота $HClO$ и ее соли гипохлориты наименее устойчивы и легко разлагаются, проявляя высокую окислительную активность (они стремятся восстановиться до более стабильной степени окисления, например, -1). Напротив, хлорная кислота $HClO_4$ и особенно перхлорат-ион $ClO_4^-$ являются очень устойчивыми частицами, поэтому в обычных условиях (в разбавленных холодных растворах) они проявляют слабые окислительные свойства.

Ответ:

Четыре кислородсодержащие кислоты хлора: $HClO$ (хлорноватистая, соли — гипохлориты), $HClO_2$ (хлористая, соли — хлориты), $HClO_3$ (хлорноватая, соли — хлораты), $HClO_4$ (хлорная, соли — перхлораты).
С ростом степени окисления хлора в ряду $HClO \rightarrow HClO_2 \rightarrow HClO_3 \rightarrow HClO_4$:
• Кислотные свойства усиливаются из-за увеличения поляризации связи $O-H$ и роста стабильности аниона.
• Окислительные свойства ослабевают из-за увеличения термодинамической устойчивости молекул кислот и их анионов.