非含氧酸的酸性強度判斷與酸與鹼教學上的問題研究   施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學教育部高中化學學科中心schemistry0120@gmail.com  n  前言 酸與鹼是高中化學重要的章節，其中酸鹼性強度的比較是必要學習的一個單元。含氧酸（HxEOy）酸性強度的解說，通常是將HxEOy改寫為E(OH)mOn，n=0者為極弱酸，例如硼酸（H3BO3）；n=1者為弱酸或中強酸，例如碳酸（H2CO3）、亞硫酸（H2SO3）；n≧2者為強酸，例如硝酸（HNO3）、過氯酸（HClO4），這部份學生的接受度與理解度很高，教學上沒有困難。但是非含氧酸（HxA）的酸性強度比較則在教學上很難像含氧酸有明確的判斷方法，造成教學上的困擾，師生只能含混帶過，彼此在心中都留存疑惑。此一專欄名稱為「高中化學教學疑難問題與解題」，顯然解決「高中化學教學的疑難問題」是重要的宗旨，為此，我個人一直留意是否有比較好的解說方式。去年在美國停留一段很長的時間，特地到當地大學圖書館借了一本Miessler & Tarr(2004)無機化學的書來看，看到此書第六章（Acid-Base and Donor-Acceptor Chemistry）使用一個不同的論點來解說非含氧酸的酸性強度比較，這個論點解決了我個人多年來於「非含氧酸酸性強度比較」這個單元教學上的困惑，故想藉此專欄與高中化學教師們分享。此一論點也擴及多元酸Ka1>Ka2>Ka3的特性，論點明確且直覺，是非常理想的解說方式。另外也將於本文中一併向高中化學教師們介紹幾個酸與鹼常遇到的問題與解說的方式。 n  從不同觀點判斷非含氧酸的酸性強度 非含氧酸（HxA）的酸性強度決定於H−A的鍵能，而影響鍵能的兩個重要因素是該非金屬元素之原子半徑與電負度。若該非金屬元素之原子半徑較大，則其與氫原子間之共價鍵較弱，在水中解離度較大，亦即其酸性較強；若該非金屬元素之電負度較大，則其吸引與氫原子形成的鍵結電子對的能力較強，使氫原子趨向帶正電，亦即其酸性也會較強。但這兩個因素會因為比較的對象是同一週期或同一族的非金屬元素構成的非含氧酸而相抵斥。同一週期的非金屬元素由左至右原子半徑漸減而電負度漸增(見1)，前者使酸性漸減，後者則使酸性漸增；同一族的非金屬元素由上而下原子半徑漸增而電負度漸減(見表2)，前者使酸性漸增，後者則使酸性漸減。 表1 第二週期部分非金屬元素的原子半徑與電負 元素 性質 N O F 原子半徑（pm） 75 73 71 電  負  度 3.0 3.5 4.0 表2 第17族（鹵素）的原子半徑與電負度 元素 性質 F Cl Br I 原子半徑（pm） 71 99 114 133 電  負  度 4.0 3.0 2.8 2.5 高中化學的教師們如何向學生解說呢？一般是將表1與表2的數據呈現給學生看，再告訴學生，同一週期的非金屬元素之原子半徑差距不大，電負度是影響酸性強度的主要因素，所以酸性強度：HF > H2O […]