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    【化学学习】强、弱电解质概念辨析

    发布日期:2021-11-09 01:47    点击次数:150

        本篇发表于《高中数理化》杂志,是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》中的一篇。

    1.同样的弱电解质分子,为什么有的电离有的不电离?

    “弱电解质只发生部分电离”的说法,只是从宏观上给出的判断。

    前已述及,在水溶液里,电解质在H2O分子的作用下不断发生着电离、离子水合的过程。但是,弱电解质的阴离子结合H+的能力很强,它们在溶液中遇到H3O+时,有可能从H3O+中把H+夺取回来,与之重新结合形成弱电解质的分子。

    在温度、电解质浓度一定的情况下,上述电离过程、离子结合重新形成分子的过程速率相等的时候,达到弱电解质的电离平衡。

    达到电离平衡时,电离和离子结合的过程都在不停地进行,只是从宏观上看,溶液里电解质分子及各种离子的浓度不改变了,好像弱电解质只发生了“部分电离”一样,并非有的电离、有的不电离。

    2.多元弱酸分步电离的方程式为什么不可以合并?多元碱是不是分步电离的?

    我们常常看到这样的电离方程式:

    H2CO3≒H+ + HCO3-,

    HCO3-≒H+ + CO32-。

    通常不允许把这两步合并书写为:

    H2CO3≒2H+ + CO32-。

    这是因为通常情况下,第一步电离产生的HCO3-中,只有极少、极少的会接着发生第二步电离。从数学的角度看,二者相加时,第一步产生的HCO3-与第二步电离掉的HCO3-数目不等,不可能抵消。

    但在有拉动平衡的因素存在,发生连续电离时,为计算方便,也可以把各级电离方程式加和处理。

    而对于Cu(OH)2、Fe(OH)3等多元弱碱的电离方程式,则往往直接写成:

    Cu(OH)2≒Cu2+ + 2OH-。

    这种写法是历史沿袭下来的习惯,并不说明多元弱碱就是一次性电离出多个OH-。事实上,Cu(OH)2也是分步电离的:

    Cu(OH)2≒Cu(OH)+ + OH-

    Cu(OH)+≒Cu2+ + OH-。

    3.乙醇也能电离出H+,为什么它是非电解质?

    科学上约定俗成的认识是,水是最弱的电解质。也可以说,水是衡量化合物是否属于电解质的一个标准。

    如果一种化合物比H2O容易电离,它就属于电解质的范畴。否则,像C2H5OH、NH3(液氨)等物质,虽然也可以电离出H+,因其电离程度比H2O弱,就属于非电解质了。

    4.H2O分子中的两个H应该是等价的,那它能不能发生第二步电离,产生O2-?

    在中性的H2O分子中,两个H的确是等价的。故H2O发生第一步电离时,两个H+都有电离掉的可能性。

    但我们要知道,当H2O电离掉一个H+后,剩余的部分OH-带有负电荷,要从这带负电荷的OH-上再电离掉H+正离子,显然就困难多了。

    所以,一般不认为水溶液里存在O2-。

    5. 硫酸和高氯酸在水溶液里都完全电离,怎么还会有强弱之分呢?

    根据元素周期律,高氯酸的酸性强于硫酸。

    但电解质理论告诉我们,它俩都是强电解质,在水中会完全电离。这如何理解呢?同样,HNO3和HCl也是常见的强酸,那么它们之间的强弱又是怎样的呢?

    酸在溶剂分子的作用下发生电离的程度,除了和酸本身的固有性质有关,还与溶剂的性质有关。酸在水溶液中的电离,事实上是溶质分子和溶剂水分子之间争夺质子的过程。

    HA + H2O = H3O++ A-

    在水溶液中,高氯酸、硝酸和盐酸都是强酸,是因为水分子对质子的吸引能力较强,这些质子传递过程都进行得很彻底:

    HNO3 +H2O = H3O+ + NO3-  

     HCl + H2O = H3O+ +Cl-

    如果换一种结合质子能力相对较弱的溶剂,例如把这些酸溶解在醋酸中,则它们都不能完全电离。

    HNO3+ CH3COOH≒CH3COOH2++ NO3-

    HCl+ CH3COOH≒CH3COOH2++ Cl-

    这样,根据它们在醋酸溶剂中电离程度的大小就可以区分其酸性的强弱。经实验测定,HNO3、H2SO4、HClO4等强酸在醋酸溶剂中的酸性强度之比为HNO3:H2SO4:HClO4= 1:30:400。

    这种利用溶剂把不同酸的酸性区分开来的效应就叫做“区分效应”,对应的溶剂叫做“区分试剂”。醋酸就是H2SO4和HClO4的区分试剂,而水则是HCl和CH3COOH的区分试剂。

    反之,换一种吸引质子能力强的溶剂,例如液氨,在液氨溶剂中HCl和CH3COOH都能完全电离(发生类似于水溶液里的质子传递过程):

    HCl+ NH3 = NH4+ + Cl-    

    CH3COOH + NH3 = NH4++ CH3COO-

    所以说,在液氨溶剂里,HCl、CH3COOH都属于“强酸”,这两种酸被拉到了同一水平,这种效应叫做“拉平效应”,对应的溶剂液氨就是盐酸和醋酸的“拉平试剂”。

    同样道理,水是高氯酸、硫酸、盐酸、硝酸的“拉平试剂”。