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电解质

电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合物。根据其水溶液或熔融状态下导电性的强弱,可分为强电解质弱电解质

电解质都是以离子键极性共价键结合的物质。化合物在溶解于水中或受热状态下能够解离成自由移动的离子。离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电;某些共价化合物也能在水溶液中导电,但也存在固体电解质,其导电性来源于晶格中离子的迁移。

强电解质(strong electrolyte)是在水溶液中或熔融状态中几乎完全发生电离的电解质,完全电离,不存在电离平衡。弱电解质(weak electrolyte)是在水溶液中或熔融状态下不完全发生电离的电解质。强弱电解质导电的性质与物质的溶解度无关。

一般有:强酸、强碱,活泼金属氧化物和大多数盐,如:硫酸、盐酸、碳酸钙、硫酸铜等。

一般有:弱酸弱碱,少部分盐,如:醋酸、一水合氨(NH3H2O)、醋酸铅氯化汞。另外,水是极弱电解质。

决定强、弱电解质的因素较多。下面从键型、键能、溶解度、浓度和溶剂等方面来讨论这些因素对电解质电离的影响。

(1)键型

电解质的键型不同,电离程度就不同。已知典型的离子化合物,如强酸、强碱和大部分盐类,在极性水分子作用下能够全部电离,导电性很强,我们称这种在水溶液中能够完全电离的物质为强电解质。而弱极性键共价化合物,如弱酸、弱碱和少数盐类,在水中仅部分电离,导电性较弱,我们称这种在水溶液中只能部分电离的物质为弱电解质。所以,从结构的观点来看,强、弱电解质的区分是由于键型的不同所引起的。但是,仅从键型强弱来区分强、弱电解质是不全面的,强极性共价化合物也有属于弱电解质的情况,HF就是一例。因此,物质在溶液中存在离子的多少,还与其他因素有关。

(2)键能

相同类型的共价化合物由于键能不同,电离程度也不同。例如,HF、HCl、HBr、HI就其键能来说是依次减小的,它们分子内核间距的依次增大。从分子的键能依次减小来看,HF的键能最大,分子结合得最牢固,在水溶液中电离最困难。再加上HF分子之间由于形成氢键的缘故而有缔合作用,虽然在水分子的作用下一部分HF离子化,离解为H3O+和F-,但离解出来的F-很快地又和HF结合成为HF2-、H2F3-、H3F4-等离子。在1 mol/L HF溶液中,F-仅占1-,HF2占10-,而大部分都是多分子聚合的离子:HF2-、H2F3-、H3F4-,这样就使HF成为一种弱酸,而HCl、HBr、HI都是强酸。从HCl→HI,它们分子内的核间距依次增大,键能依次减小,所以它们的电离度逐渐略有所增大。但是,仅从键能大小来区分强、弱电解质也是片面的,有些键能较大的极性化合物也有属于强电解质的情况。例如,HCl的键能(431.3 kJ/mol)比HS的键能(365.8 kJ/mol)大,在水溶液中HCl却比H2S容易电离。

(3)溶解度

电解质的溶解度也直接影响着电解质溶液的导电能力。有些离子化合物,如BaSO4、CaF2等,尽管它们溶于水时全部电离,但它们的溶解度很小,使它们的水溶液的导电能力很弱,但它们在熔融状态时导电能力很强,因此仍属强电解质。

(4)浓度

电解质溶液的浓度不同,电离程度也不同。溶液越稀,电离程度越大。盐酸和硫酸只有在稀溶液中才是强电解质,在浓溶液中,则是弱电解质。由蒸气压的测定知道10 mol/L的盐酸中有0.3-是共价分子,通常当溶质中以分子状态存在的部分少于千分之一时就可认为是强电解质,因此10 mol/L的盐酸中HCl是弱电解质。

(5)溶剂

溶剂的性质也直接影响电解质的强弱。对于离子化合物来说,水和其他极性溶剂的作用主要是削弱晶体中离子间的引力,使之解离。根据库仑定律,离子间的引力为:

式中k为静电力常量,Q1、Q2为离子的电量,r为离子间距离,ε为溶剂的介电常数。从上式可以看出,离子间引力与溶剂的介电常数成反比。水的介电常数ε=81,所以像LiCl、KCl这些离子化合物,在水里易于电离,表现出强电解质的性质。而乙醇和苯等介电常数较小(乙醇ε=27,苯ε=2),离子化合物在其中难于电离,表现出弱电解质的性质。

因此弱电解质和强电解质,并不是物质在本质上的一种分类,而是由于电解质在溶剂等不同条件下所造成的区别,彼此之间没有明显的界限。

电解是使电流通过电解质溶液或熔融状态的电解质,而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。这一过程是将电能转变为化学能的过程。电解的条件是外加电源、电解质溶液或熔融的电解质、闭合回路。

例如,水的电解,电解槽中阴极为铁板,阳极为镍板 ,电解液为氢氧化钠溶液。通电时,在外电场的作用下,电解液中的正、负离子分别向阴 、阳极迁移,离子在电极 - 溶液界面上进行电化学反应。在阳极上进行氧化反应,在阴极上进行还原反应。水的电解就是在外电场作用下将水分解为H2(g)和O2(g)。电解是一种非常强有力的促进氧化还原反应的手段,许多很难进行的氧化还原反应,都可以通过电解来实现。例如:可将熔融的氟化物在阳极上氧化成单质氟,熔融的锂盐在阴极上还原成金属锂电解工业在国民经济中具有重要作用,许多有色金属和稀有金属的冶炼及金属的精炼,基本化工产品的制备,还有电镀、电抛光、阳极氧化等,都是通过电解实现的。

电解质和非电解质的区别:

电解质是在水溶液或熔融状态下可以导电的化合物;非电解质是在水溶液或熔融状态下都不能导电的化合物单质混合物不管在水溶液中或熔融状态下是否能够导电,都不是电解质或非电解质。如所有的金属既不是电解质,也不是非电解质。因它们并不是化合物,不符合电解质的定义。

1、是否能电离(本质区别):电解质是在一定条件下可以电离的化合物,而非电解质不能电离。

2、常见物质类别:电解质一般为酸、碱、盐、典型的金属氧化物和某些非金属氢化物。非电解质通常为非金属氧化物、某些非金属氢化物和绝大多数有机物。

3、化合物类别:电解质为离子化合物和部分共价化合物,非电解质全部为共价化合物。

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