小化修复了转化之桥后,秘境深处突然传来一阵刺耳的嗡鸣。古灵脸色一变:“不好!能量水晶的核心正在碎裂,混沌之力正在吞噬它!”两人赶到水晶前,只见原本璀璨的水晶黯淡无光,表面布满裂纹。古灵说:“要修复它,必须收集四块电离之石。第一块,藏在一瓶‘电解质饮料’里。”
小化走进便利店,货架上摆满了五颜六色的饮料。他拿起一瓶“水特”,瓶身写着“电解质饮料”。他好奇地问:“电解质到底是什么?为什么它能补充人体流失的电解质?”古灵神秘一笑:“别急,跟我去实验室做个实验,你就明白了。”
实验室里,古灵准备了三个烧杯,分别放入干燥的NaCl固体、KNO₃固体和蒸馏水。他连接好装置,将石墨电极依次放入三个烧杯中,接通电源。小化屏住呼吸——灯泡不发光。他有些失望:“都不导电?”
古灵不慌不忙:“接下来,取上述烧杯中的NaCl固体、KNO₃固体各少许,分别加入另外两个盛有蒸馏水的烧杯中,用玻璃棒搅拌,使固体完全溶解形成溶液。再将石墨电极依次放入NaCl溶液、KNO₃溶液中,接通电源。”小化眼睛一亮——灯泡亮了!他激动地跳起来:“导电了!导电了!”
古灵点头:“实验结论是:干燥的NaCl固体、KNO₃固体、蒸馏水不导电;NaCl溶液、KNO₃溶液能够导电。严格来说,蒸馏水也能导电,只是导电能力非常弱,用上述实验装置测不出来。这是因为水是一种极弱的电解质,能微弱电离出H⁺和OH⁻。”
小化恍然大悟:“原来电解质就是在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物!那非电解质呢?”古灵说:“非电解质就是在水溶液里和熔融状态下都不导电的化合物。注意,电解质和非电解质都是化合物,单质和混合物既不是电解质,也不是非电解质。电解质在‘水溶液’里或‘熔融状态’下能导电,二者具备其一即可;非电解质在‘水溶液’里和‘熔融状态’下不能导电,二者需同时满足。”
小化又问:“那金属Cu、稀盐酸能导电,它们属于电解质吗?”古灵摇头:“都不属于,因为金属Cu是单质,稀盐酸是混合物,两者都不是化合物。CO₂、NH₃的水溶液能导电,但它们自身不能电离,也不属于电解质。CO₂溶于水生成H₂CO₃,H₂CO₃电离出离子,所以H₂CO₃才是电解质。”
古灵总结:“判断一种物质是否为电解质,可以通过物质类别来判断:电解质包括酸、碱、盐、金属氧化物、金属氢化物、水;非电解质包括大部分有机化合物、非金属氧化物。注意,AgCl、BaSO₄等难溶盐在水中的溶解度极小,不能导电,但这些物质在熔融状态下能导电,在水中溶解的部分也能完全电离,故属于电解质。电解质与溶解性无关!”
小化握紧第一块电离之石,感觉一股暖流涌入体内:“原来如此!那第二块电离之石在哪里?”古灵指向远处:“在电解质与非电解质的迷宫深处,那里有无数物质等着你去分类。”
小化拿着第一块电离之石,来到电解质与非电解质的迷宫。古灵说:“这里有许多物质,你需要把它们分类。注意,单质和混合物既不是电解质,也不是非电解质。”小化深吸一口气,踏入了迷宫。
迷宫入口处列出了几种物质:(1)Cu (2)熔融NaCl (3)NaHSO₄ (4)CO₂ (5)H₂SO₄ (6)酒精 (7)KHCO₃溶液 (8)BaSO₄ (9)NaOH。他思考:“Cu是单质,不是电解质;熔融NaCl是电解质;NaHSO₄是电解质;CO₂是非电解质;H₂SO₄是电解质;酒精是非电解质;KHCO₃溶液是混合物,不是电解质;BaSO₄是难溶盐,但熔融状态下能导电,是电解质;NaOH是碱,是电解质。”
突然,迷宫中升起一道石门,上面刻着:“属于酸的是哪些?属于难溶性盐的是哪些?属于非电解质的是哪些?能导电的是哪些?”小化回答:“属于酸的是H₂SO₄;属于难溶性盐的是BaSO₄;属于非电解质的是CO₂和酒精;能导电的是Cu、熔融NaCl和KHCO₃溶液。”石门缓缓打开。
古灵的声音在迷宫中回荡:“小心!前方有一道陷阱题。CO₂、NH₃的水溶液能导电,那么CO₂、NH₃属于电解质吗?”小化摇头:“都不属于,因为电解质必须是自身能电离成自由移动离子的化合物。CO₂溶于水生成H₂CO₃,H₂CO₃电离出离子,所以H₂CO₃才是电解质。NH₃溶于水生成NH₃·H₂O,NH₃·H₂O电离出离子,所以NH₃·H₂O才是电解质。”
古灵满意地说:“你掌握了电解质与非电解质的判断方法。记住,电解质与溶解性无关:AgCl、BaSO₄等难溶盐在水中的溶解度极小,不能导电,但这些物质在熔融状态下能导电,在水中溶解的部分也能完全电离,故属于电解质。”小化点头,拿到了第二块电离之石。
小化集齐了第二块电离之石,来到电离方程式的试炼场。古灵说:“电离是电解质在水溶液中或熔融状态下解离成自由移动离子的过程。电离方程式是用化学式和离子符号表示物质电离过程的式子。你先写出氯化钠的电离方程式。”
小化思考:“将氯化钠加入水中,在水分子的作用下,钠离子和氯离子脱离NaCl晶体表面,形成了能够自由移动的Na⁺和Cl⁻。电离方程式为:NaCl = Na⁺ + Cl⁻。”
古灵点头:“很好!再写出下列物质的电离方程式:HCl、KHCO₃、NH₄HCO₃、KHSO₄(熔融)。”小化逐一写出:HCl = H⁺ + Cl⁻;KHCO₃ = K⁺ + HCO₃⁻;NH₄HCO₃ = NH₄⁺ + HCO₃⁻;KHSO₄(熔融)= K⁺ + HSO₄⁻。
古灵补充:“注意!KHSO₄在水溶液中的电离方程式与熔融状态下不同。在水溶液中,KHSO₄完全电离:KHSO₄ = K⁺ + H⁺ + SO₄²⁻;在熔融状态下,只断裂K⁺与HSO₄⁻之间的离子键:KHSO₄(熔融)= K⁺ + HSO₄⁻。同理,NaHSO₄在水溶液中:NaHSO₄ = Na⁺ + H⁺ + SO₄²⁻;熔融态:NaHSO₄ = Na⁺ + HSO₄⁻。”
小化恍然大悟:“原来如此!那从电离的角度看,酸、碱、盐的实质是什么?”古灵说:“酸是电离时产生的阳离子全部是H⁺的化合物,如HCl、H₂SO₄;碱是电离时产生的阴离子全部是OH⁻的化合物,如NaOH、Ca(OH)₂;盐是电离时能产生金属阳离子(或NH₄⁺)和酸根离子的化合物,如NaCl、Na₂CO₃、NH₄HCO₃。”
小化又问:“物质导电的本质是什么?”古灵解释:“金属单质和石墨导电靠的是自由移动的电子;电解质溶液或熔融液导电靠的是自由移动的阴、阳离子,其导电的前提是电离。没有电离,就没有自由移动的离子,也就没有导电性。”
古灵再问:“电解质一定可以导电吗?”小化摇头:“不一定。对于NaOH、KCl等可溶性的碱和盐,水溶液和熔融状态都可以导电;对于难溶性的碱、盐、金属氧化物,如Mg(OH)₂、BaSO₄、Fe₂O₃,因为它们难溶于水,所以它们只能熔融状态才可以导电;像HCl、H₂SO₄等酸只能在水溶液才可以导电。”
古灵总结:“电解质与导电性之间没有必然关系:电解质不一定都能导电,如NaCl固体、HCl气体;能导电的物质不一定是电解质,如石墨、金属单质、溶液。”小化点头,拿到了第三块电离之石。
小化集齐了三块电离之石,来到能量水晶的核心。古灵说:“最后一关,用你学过的知识判断物质能否导电,以及它们是否为电解质。”小化看到面前有四种物质:A. 液态HCl B. 熔融MgO C. CO₂气体 D. 固体Cu。
古灵问:“属于电解质且在指定的条件下不导电的是哪个?”小化思考:“A. 液态HCl是电解质,但液态HCl不导电,因为HCl只有在水溶液中才能电离出自由移动的离子;B. 熔融MgO是电解质,且熔融状态下能导电;C. CO₂气体是非电解质,不导电;D. 固体Cu是单质,能导电,但不是电解质。所以答案是A。”
古灵点头:“非常准确!你通过了所有考验,能量水晶修复了!”小化将四块电离之石嵌入水晶,水晶顿时光芒四射,整个秘境恢复了生机。小化看着重新亮起的水晶,心中充满了成就感。
口诀总结:电解质,化合物,水溶液或熔融导电;非电解质,化合物,水溶液熔融都不导电;单质混合物,两者都不是;酸、碱、盐、金属氧化物、水,都是电解质;大部分有机物、非金属氧化物,都是非电解质;电离方程式,写清离子和系数;导电靠离子或电子,电离是前提;电解质不一定导电,导电的不一定是电解质。