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強(qiáng)電解質(zhì)

一般有:強(qiáng)酸強(qiáng)堿,活潑金屬氧化物和大多數(shù)鹽,如:碳酸鈣(CaCO3)、硫酸銅(CuSO4)。也有少部分鹽不是強(qiáng)電解質(zhì)。

弱電解質(zhì)

(溶解的部分在水中只能部分電離的化合物,弱電解質(zhì)是一些具有極性鍵的共價(jià)化合物)一般有:弱酸、弱堿,如;醋酸、一水合氨(NH3·H2O),以及少數(shù)鹽,如:醋酸鉛(CH3COOPb)、氯化汞(HgCl2)。另外,水(H2O)是極弱電解質(zhì)。

1、電解質(zhì)的鍵型不同,電離程度就不同。已知典型的離子化合物,如強(qiáng)堿〔NaOH、KOH、Ba(OH)2〕、大部分鹽類(lèi)(NaCl、CaCl2等)以及強(qiáng)極性化合物(如HCl、H2SO4等),在極性水分子作用下能夠全部電離,導(dǎo)電性很強(qiáng),我們稱(chēng)這種在水溶液中能夠完全電離的物質(zhì)為強(qiáng)電解質(zhì)。而弱極性鍵的共價(jià)化合物,如CH3COOH、HCN、NH3·H2O等,在水中僅部分電離,導(dǎo)電性較弱,我們稱(chēng)這種在水溶液中只能部分電離的物質(zhì)為弱電解質(zhì)。所以,從結(jié)構(gòu)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,強(qiáng)、弱電解質(zhì)的區(qū)分是由于鍵型的不同所引起的。但是,僅從鍵型來(lái)區(qū)分強(qiáng)、弱電解質(zhì)是不全面的,即使強(qiáng)極性共價(jià)化合物也有屬于弱電解質(zhì)的情況,HF就是一例。因此,物質(zhì)在溶液中存在離子的多少,還與其他因素有關(guān)。

2、相同類(lèi)型的共價(jià)化合物由于鍵能不同,電離程度也不同。例如,HF、HCl、HBr、HI就其鍵能來(lái)說(shuō)是依次減小的,這可從它們的電負(fù)性之差或氣體分子的偶極矩來(lái)說(shuō)明。

從它們分子內(nèi)核間距的依次增大,分子的鍵能依次減小來(lái)看,HF的鍵能最大,分子結(jié)合得最牢固,在水溶液中電離最困難。再加上HF分子之間由于形成氫鍵的緣故而有締合作用,雖然在水分子的作用下一部分HF離子化,離解為H3O和F,但離解出來(lái)的F很快地又和HF結(jié)合成為HF2、H2F3、H3F4等離子。在1 mol/L HF溶液中,F僅占1%,HF2占10%,而大部分都是多分子聚合的離子:H2F3、H3F4……這樣就使HF成為一種弱酸,而HCl、HBr、HI都是強(qiáng)酸。從HCl→HI,它們分子內(nèi)的核間距依次增大,鍵能依次減小,所以它們的電離度逐漸略有所增大。但是,僅從鍵能大小來(lái)區(qū)分強(qiáng)、弱電解質(zhì)也是片面的,有些鍵能較大的極性化合物也有屬于強(qiáng)電解質(zhì)的情況。例如,H-Cl的鍵能(431.3 kJ/mol)比H-S的鍵能(365.8 kJ/mol)大,在水溶液中HCl卻比H2S容易電離。

3、電解質(zhì)的溶解度也直接影響著電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力。有些離子化合物,如BaSO4、CaF2等,盡管它們?nèi)苡谒畷r(shí)全部電離,但它們的溶解度很小,使它們的水溶液的導(dǎo)電能力很弱,但它們?cè)谌廴跔顟B(tài)時(shí)導(dǎo)電能力很強(qiáng),因此仍屬?gòu)?qiáng)電解質(zhì)。

4、電解質(zhì)溶液的濃度不同,電離程度也不同。溶液越稀,電離度越大。因此,有人認(rèn)為如鹽酸和硫酸只有在稀溶液中才是強(qiáng)電解質(zhì),在濃溶液中,則是弱電解質(zhì)。由蒸氣壓的測(cè)定知道10 mol/L的鹽酸中有0.3%是共價(jià)分子,因此10 mol/L的鹽酸中HCl是弱電解質(zhì)。通常當(dāng)溶質(zhì)中以分子狀態(tài)存在的部分少于千分之一時(shí)就可認(rèn)為是強(qiáng)電解質(zhì),當(dāng)然在這里"強(qiáng)"與"弱"之間是沒(méi)有嚴(yán)格界限的。

5、溶劑的性質(zhì)也直接影響電解質(zhì)的強(qiáng)弱。例如,對(duì)于離子化合物來(lái)說(shuō),水和其他極性溶劑的作用主要是削弱晶體中離子間的引力,使之解離。根據(jù)庫(kù)侖定律,離子間的引力為:

式中k為靜電力常量,Q1、Q2為離子的電量,r為離子間距離,ε為溶劑的介電常數(shù)。從上式可以看出,離子間引力與溶劑的介電常數(shù)成反比。水的介電常數(shù)ε=81,所以像LiCl、KCl這些離子化合物,在水里易于電離,表現(xiàn)出強(qiáng)電解質(zhì)的性質(zhì)。而乙醇和苯等介電常數(shù)較小(乙醇ε=27,苯ε=2),離子化合物在其中難于電離,表現(xiàn)出弱電解質(zhì)的性質(zhì)。

因此弱電解質(zhì)和強(qiáng)電解質(zhì),并不是物質(zhì)在本質(zhì)上的一種分類(lèi),而是由于電解質(zhì)在溶劑等不同條件下所造成的區(qū)別,彼此之間沒(méi)有明顯的界限。

水的電解就是在外電場(chǎng)作用下將水分解為H2(g)和O2(g)。電解是一種非常強(qiáng)有力的促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的手段,許多很難進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),都可以通過(guò)電解來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如:可將熔融的氟化物在陽(yáng)極上氧化成單質(zhì)氟,熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用,許多有色金屬和稀有金屬的冶煉及金屬的精煉,基本化工產(chǎn)品的制備,還有電鍍、電拋光、陽(yáng)極氧化等,都是通過(guò)電解實(shí)現(xiàn)的。

常見(jiàn)的酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。如:碳酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸(醋酸)都是酸,氫氧化鋇、一水合氨、氫氧化銅都是堿,碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸氫鈉、硫酸銅晶體都是鹽,它們都是電解質(zhì)。在上述兩種情況下都不能導(dǎo)電的化合物稱(chēng)為非電解質(zhì),蔗糖、乙醇等都是非電解質(zhì)(大多數(shù)的有機(jī)物都是非電解質(zhì))。

判斷一些氧化物是否為電解質(zhì),要具體分析。非金屬氧化物,如SO2、SO3、P2O5、CO2等,它們是共價(jià)型化合物,液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電,所以不是電解質(zhì)。有些氧化物在水溶液中即便能導(dǎo)電,但也不是電解質(zhì)。因?yàn)檫@些氧化物與水反應(yīng)生成了新的能導(dǎo)電的物質(zhì),溶液中導(dǎo)電的不是原氧化物,如SO2本身不能電離,而它和水反應(yīng),生成亞硫酸,亞硫酸為電解質(zhì)。金屬氧化物,如Na2O,MgO,CaO等是離子化合物,它們?cè)谌廴跔顟B(tài)下能夠?qū)щ?因此是電解質(zhì)。

大多數(shù)鹽類(lèi)是強(qiáng)電解質(zhì),少數(shù)的鹽有形成共價(jià)鍵的傾向,電離度很小,屬于弱電解質(zhì)。例如,氯化汞、碘化鎘等雖然也是由離子組成的,但是Hg和Cd容易被陰離子所極化,而Cl、I等又是容易極化的陰離子,由于陽(yáng)、陰離子間的相互極化作用,電子云產(chǎn)生較大的變形,引起了鍵的性質(zhì)的改變,它們的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)不如離子晶體那樣高。實(shí)驗(yàn)證明,HgCl2的水溶液幾乎不導(dǎo)電,即使在很稀的溶液中,它的電離度也不超過(guò)0.5%。這說(shuō)明HgCl2在溶液里主要是以分子形式存在的,只有少量的HgCl、Hg和Cl離子。過(guò)渡金屬的鹽在水溶液中常出現(xiàn)類(lèi)似情況。

硫酸鋇難溶于水,溶液中離子濃度很小,其水溶液不導(dǎo)電,似乎為非電解質(zhì)。但熔融的硫酸鋇卻可以導(dǎo)電。硫酸鋇難溶于水(20 ℃時(shí)在水中的溶解度為2.4×10-4 g),溶液中離子濃度很小,其水溶液不導(dǎo)電,但溶于水的那小部分硫酸鋇卻幾乎完全電離(20 ℃時(shí)硫酸鋇飽和溶液的電離度為97.5%)。因此,硫酸鋇是電解質(zhì)。碳酸鈣和硫酸鋇具有相類(lèi)似的情況,也是電解質(zhì)。從結(jié)構(gòu)看,對(duì)其他難溶鹽,只要是離子型化合物或強(qiáng)極性共價(jià)型化合物,盡管難溶,但溶的那部分是完全電離的,所以也是電解質(zhì)。因?yàn)槿芙馐墙^對(duì)的,不溶是相對(duì)的。沒(méi)有絕對(duì)不溶的物質(zhì)。

氫氧化鐵的情況則比較復(fù)雜,Fe3+與OH-之間的化學(xué)鍵帶有共價(jià)性質(zhì),它的溶解度比硫酸鋇還要小;而溶于水的部分,其中少部分又有可能形成膠體,其余亦能電離成離子。但氫氧化鐵也是電解質(zhì)。

氨氣不是電解質(zhì),液氨也不是電解質(zhì)。液氨是純凈物,是處于液態(tài)的純凈物,不是溶解氨氣在水中形成的水溶液-氨水,所以說(shuō)即使液氨存在NH3+NH3=NH4+ + NH2-這種電離,它也不是電解質(zhì)。氨水是混合物,也不是電解質(zhì)(不能納入電解質(zhì)范疇),上面所說(shuō)的是一水合氨。氯氣水溶液能導(dǎo)電的原因是:氯氣與水作用,生成HCl和HClO,而HCl和HClO都是電解質(zhì),在水溶液中可以發(fā)生電離產(chǎn)生陰陽(yáng)離子使溶液能導(dǎo)電。其中HCl可以完全電離,是強(qiáng)電解質(zhì),HClO只能部分電離,是弱電解質(zhì)。

注意:單質(zhì)、混合物不管在水溶液中或熔融狀態(tài)下是否能夠?qū)щ?都不是電解質(zhì)或非電解質(zhì)。如所有的金屬既不是電解質(zhì),也不是非電解質(zhì)。因它們并不是化合物,不符合電解質(zhì)的定義。