电解质与离子反应

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电解质的电离

在最开始看看离子反应发生的前后:

溶液 -> 电离 -> 阴阳离子吸引 -> 离子反应 -> 脱离

电解质

定义: 在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物

定义四要素

• 溶于水或熔融
• 自身电离
• 产生阴阳离子（也就是自由离子；不同于导电）
• 化合物

常见电解质: $\mathrm{HCl}$ 、 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$ 、 $\mathrm{NaOH}$ 、 $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$ 、 $\mathrm{NaCl}$ 、 $\mathrm{KNO}{\phantom{A}}_3$ .

导电原因: 电解质中存在能够自由移动的、带电荷的粒子.

非电解质

定义: 在水溶液里和熔融状态下都不导电的化合物

新增分类方式

• 化合物
  • 电解质
  • 非电解质

导电与电离

导电

初中物理我们学习过电流形成的条件，可知，在存在电压的情况下，导体需含有大量自由电子或自由离子，且构成一个封闭回路才能形成电流。

• 自由电子

  • 导电：金属单质、石墨

• 自由离子（需定性与定量）

  • 不明显导电：离子浓度小（ $\underset{\text{H⁺与OH⁻微溶}}{\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}}$、$\underset{\text{难溶≠完全不溶}}{\mathrm{CaCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{\mathrm{aq}}}$ ）
  • 明显导电：离子浓度大（ $\mathrm{NaCl}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}$ ……）

定性: 是否有导电微粒

定量: 离子浓度是否过小

TIP

是否导电与是否为电解质无直接关系

• 电离能力: 电解质在水中的比例
• 导电能力(离子): 电荷浓度
• 电荷浓度=电荷数×相应的离子浓度; 电离浓度取决于投入的物质的种类与溶液质量分数

若存在物质在水溶液中与熔融状态均不导电，则它一定不是电解质，但若又存在某种物质在某种情况下可以导电，该物质不一定是电解质。

eg：石墨能导电，但不是电解质；水是电解质，但电离的离子浓度太小，不明显导电；$\mathrm{NaCl}{\phantom{A}}_{(\mathrm{s})}$ 不能导电，但处于熔融状态的 $\mathrm{NaCl}$ 或溶于水的 $\mathrm{NaCl}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}$ 可以导电

电离

原因

电离过程：分子或复杂离子在水分子的拉扯或高温下电离成阴阳离子。

$$\mathrm{分}\mathrm{子}/\mathrm{复}\mathrm{杂}\mathrm{离}\mathrm{子}\stackrel{\mathrm{水}\mathrm{分}\mathrm{子}\mathrm{拉}\mathrm{扯}/\mathrm{高}\mathrm{温}}{\to }\mathrm{阴}\mathrm{阳}\mathrm{离}\mathrm{子}\stackrel{\text{过滤}}{\to }\{\begin{array}{l}\text{电离度}\alpha =100\mathrm{\%}\mathrm{强}\mathrm{电}\mathrm{解}\mathrm{质}\\ \text{电离度}\alpha <100\mathrm{\%}\mathrm{弱}\mathrm{电}\mathrm{解}\mathrm{质}\\ \text{电离度}\alpha =0\mathrm{\%}\mathrm{非}\mathrm{电}\mathrm{解}\mathrm{质}\end{array}$$

电离度（电离程度，$\alpha$ ），表示弱电解质在溶液中电离的程度的物理量，弱电解质在溶液里达 电离平衡 时，已电离的电解质分子数占原来总分子数（包括已电离的和未电离的）的百分数

补充分类方式

• 化合物
  • 电解质
    • 强电解质 $\alpha =100\mathrm{\%}$
    • 弱电解质 $\alpha <100\mathrm{\%}$
  • 非电解质 $\alpha =0\mathrm{\%}$

条件

前文我们知道电解质指在溶液里或熔融状态下能够导电的化合物，这里解释一下“或”，以下情况才会发生导电

• 离子类：溶于水和熔融状态下均导电。
• 分子类：溶于水导电，熔融状态下不导电。

电解质	溶于水	熔融
离子类	导电	导电
分子类	导电	不导电
* 熔融: 固态 -> 液态

TIP

熔融和高温没有必然联系，物体熔融不一定需要高温

• 离子类物质
  • 多数由“金属元素+非金属元素”组成的物质 eg: $\mathrm{NaCl}$、$\mathrm{KOH}$ .
  • 铵盐（$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}$）eg: $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4\mathrm{Cl}$、$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4\mathrm{NO}{\phantom{A}}_3$ .
• 分子类物质
  • 多数由非金属元素组成的物质 eg: $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{HCl}$ .
  • 反例 $\mathrm{AlCl}{\phantom{A}}_3$ 、$\mathrm{FeCl}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{MgCl}{\phantom{A}}_2$.

自身电离

$$\begin{array}{c}\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}_{(\mathrm{g})}\stackrel{\mathrm{融}\mathrm{解}\mathrm{于}\mathrm{水}\mathrm{中}}{\to }\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}\stackrel{\text{过滤}}{\to }\{\begin{array}{l}\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}\text{自身不电离}\\ \text{生成}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3)\text{电离出}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}、\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}、\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\end{array}\\ \mathrm{CO}{\phantom{A}}_2\mathrm{熔}\mathrm{融}\mathrm{不}\mathrm{电}\mathrm{离}\end{array}\}\Rightarrow \mathrm{CO}{\phantom{A}}_2\text{为非电解质}$$

不自身电离三兄贵♂: $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$ .

溶解与电离

注意

溶解与电离没有必然关系

难溶易电离：$\mathrm{CaCO}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{BaSO}{\phantom{A}}_4$ -> 强电解质

易溶难电离：$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$、$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ -> 弱电解质

易溶不电离：蔗糖($\mathrm{C}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{H}{\phantom{A}}_{22}\mathrm{O}{\phantom{A}}_{11}$)、酒精($\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{OH}$) -> 强电解质

归纳: 物质分类

强电解质	弱电解质	非电解质
强酸、强碱	弱酸、弱碱	非金属氧化物 $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$
大多数盐	$(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}){\phantom{A}}_2\mathrm{Pd}$、$\mathrm{CrI}{\phantom{A}}_3$	非酸性有机物 酒精 蔗糖
中强碱 $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$	中强酸 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$ 草酸 磷酸	$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$
金属氧化物	非电解质特例 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$
酸性有机物	酸性有机物 $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$
注意，这个表格只进行了简单的的归类，实际情况可能更加复杂，因为有些物质在不同的条件下可能会表现出不同的电离行为。

补充：酸性强弱与电解质强弱

“酸性”的含义

1. 某个物质电离能力的大小
   • 化合物 eg: $\mathrm{HCl}$ 、$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$ 的酸性
2. 一种物质在 溶剂 中能向其它物质提供 氢离子 的能力 (水溶液中 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$ 的浓度大小)
   • 混合物溶液 eg: $\mathrm{HCl}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}$ 的酸性

注意

比较两份溶液的酸性强弱时，不能直接通过溶剂判断两份溶液其酸性强弱, 还要看溶液的质量分数（浓度）. 不谈浓度而直接比较溶液的酸性强弱是没有意义的.

酸性强弱、碱性强弱与电解质强弱

酸性强弱：指水溶液中 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$ 的浓度大小 影响因素: 1. 电离程度（主要） 2. 溶解程度（酸的溶解性通常较好）

碱性强弱：指水溶液中 $\mathrm{HO}{\phantom{A}}^{-}$ 的浓度大小 影响因素: 1. 电离程度 2. 溶解程度（需要注意一些碱的溶解性可能不是很好）

电解质强弱：指电解质在水溶液中电离的比例大小 完全电离 -> 强电解质 -> ɑ=100% 部分电离 -> 弱电解质 -> ɑ<100%

H₂SO₄ -> 强酸 ɑ~100% -> 强电解质 H₂SO₃ -> 中强酸 ɑ~10% -> 弱电解质 CH₃COOH -> 弱酸 ɑ~1% -> 弱电解质

电解质强弱对溶液酸碱性的影响

化合物溶液中 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$ \ $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 的浓度会使溶液表现出不同的酸\碱性 电解质强弱（电离比例）会影响溶液中的 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$ \ $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 浓度，从而影响了溶液表现的不同的酸\碱性质

中强酸: 溶解高 电离差 => 弱电解质

中强碱: 溶解差 电离强 => 强电解质

离子反应

概念：电解质在溶液中的反应实质上是离子之间的反应，有自由离子参加的化学反应称为离子反应。 本质：离子反应总是向着某种离子浓度减小的方向进行。（如复分解反应会产生气体或沉淀或水，这时这些物质脱离了反应体系，导致离子浓度减小） 发生条件：产生的新物质脱离自由离子状态（或者说反应体系）

Title

变价：

• 电压
• 转移 $\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}$

不变价：

• 气体
• 沉淀
• 弱电解质 $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$
• 非电解质 $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$
• 配合物

离子方程式书写

电离方程式书写

强电解质电离 (完全电离)

$$\begin{array}{l}\mathrm{NaCl}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}+\mathrm{Cl}{\phantom{A}}^{-}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}\\ \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4=2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}\end{array}$$

弱电解质电离 (部分转化电离, 即不完全电离)

$$\begin{array}{l}\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}\\ \mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}\end{array}$$

特例:

$$\begin{array}{l}\{\begin{array}{c}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\\ \mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}\end{array}\end{array}$$

这两式不能合并为 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}$ .

在反应 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}$ 中,由于其过程中副反应太多，可以简化。

两种情况同时存在

$\mathrm{NaHCO}{\phantom{A}}_3$ 是弱酸酸式盐，两步电离，一强一弱；分类看第一步 (该反应第一步完全电离, 故属于强电解质电离)

$$\begin{array}{l}\{\begin{array}{c}\mathrm{NaHCO}{\phantom{A}}_3=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\text{强电解质电离}\\ \mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}\text{弱电解质电离}\end{array}\end{array}$$

该式不可合并为 $\mathrm{NaHCO}{\phantom{A}}_3=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}$ .

$\mathrm{NaHSO}{\phantom{A}}_4$ 是强酸酸式盐，两步完全电离

$$\begin{array}{l}\{\begin{array}{c}\mathrm{NaHSO}{\phantom{A}}_4=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{HSO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}\\ \mathrm{HSO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}\end{array}\end{array}$$

该式可以合并为 $\mathrm{NaHSO}{\phantom{A}}_4=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}$ .

贡献者

Kesager

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