大問Ⅲ　17族元素無機化学・難易度 基礎　単体の状態／塩素の同位体の存在比と Cl₂ 分子の組成／オキソ酸の酸性度と酸化数

問1

　分子量が大きいほど分子間力が強く，常温での状態が気体→液体→固体と変わる。

問2

　$^{35}\mathrm{Cl}$ の存在比を $x$ とすると $35.0x+37.0(1-x)=35.5$，$x=0.75$。

問3

　$^{35}\mathrm{Cl}{-}^{37}\mathrm{Cl}$ は「1個目が35で2個目が37」と「その逆」の2通りあるので，$2\times\dfrac34\times\dfrac14=\dfrac38=0.375$。

問4

〈考え方〉オキソ酸の強さは「$\mathrm{O{-}H}$ の $\mathrm{H}$ がどれだけ $\mathrm{H^+}$ として離れやすいか」で決まる。4つとも $\mathrm{H{-}O{-}Cl}$ の骨格は同じで，違うのは塩素に直接結合している酸素（$\mathrm{Cl{=}O}$）の数だけである。

　$\mathrm{HClO}$：$\mathrm{H{-}O{-}Cl}$（0個）　$\mathrm{HClO_2}$：$\mathrm{H{-}O{-}Cl{=}O}$（1個）　$\mathrm{HClO_3}$：2個　$\mathrm{HClO_4}$：3個

① 電子の引っぱり：酸素は電気陰性度が大きい。塩素に結合する酸素が増えるほど塩素の電子が酸素側に引かれ，塩素は $\mathrm{O{-}H}$ の酸素からさらに電子を引く。すると $\mathrm{O{-}H}$ 結合の電子が酸素側にかたより，$\mathrm{H}$ が $\mathrm{H^+}$ として離れやすくなる。塩素の酸化数が $+1\to+3\to+5\to+7$ と大きくなるのは，この引っぱりが強くなっていることの表れである。

② 離れたあとの陰イオンの安定さ：$\mathrm{H^+}$ が離れてできる陰イオンの負電荷は，塩素に結合した酸素全体に広がる。$\mathrm{ClO^-}$ では1個の酸素に集中するが，$\mathrm{ClO_4^-}$ では4個の酸素に均等に分散するので安定である。陰イオンが安定なほど電離平衡は電離する向きに偏り，強い酸になる。

①②より $\mathrm{HClO}<\mathrm{HClO_2}<\mathrm{HClO_3}<\mathrm{HClO_4}$。$\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ はおよそ $7.5$，$2.0$，$-1$ 前後，$-10$ で，過塩素酸は硫酸・硝酸よりも強い。

〈同じ考え方で判定できるもの〉中心原子が同じなら，酸素が多いほど強い（$\mathrm{H_2SO_3}<\mathrm{H_2SO_4}$，$\mathrm{HNO_2}<\mathrm{HNO_3}$）。酸素の数が同じなら，中心原子の電気陰性度が大きいほど強い（$\mathrm{HIO}<\mathrm{HBrO}<\mathrm{HClO}$）。

〈注意〉酸化力の強さは逆で，$\mathrm{HClO}$ が最も強い（殺菌・漂白に使う次亜塩素酸）。「酸として強い」と「酸化剤として強い」を混同しない。