【化学学习】强、弱电解质概念辨析

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⁺ + CO₃^2-。

通常不允许把这两步合并书写为：

H₂CO₃≒2H⁺ + CO₃^2-。

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O^2-？

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O^2-。

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”。