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電解質
鎖定
電解質分類
強電解質(strong electrolyte)是在水溶液中或熔融狀態中幾乎完全發生電離的電解質,完全電離,不存在電離平衡。弱電解質(weak electrolyte)是在水溶液中或熔融狀態下不完全發生電離的電解質。強弱電解質導電的性質與物質的溶解度無關。
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電解質強電解質
電解質弱電解質
電解質電解原理
例如,水的電解,電解槽中陰極為鐵板,陽極為鎳板,電解液為氫氧化鈉溶液。通電時,在外電場的作用下,電解液中的正、負離子分別向陰、陽極遷移,離子在電極-溶液界面上進行電化學反應。在陽極上進行氧化反應,在陰極上進行還原反應。
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水的電解就是在外電場作用下將水分解為H2(g)和O2(g)。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應的手段,許多很難進行的氧化還原反應,都可以通過電解來實現。例如:可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟,熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業在國民經濟中具有重要作用,許多有色金屬和稀有金屬的冶煉及金屬的精煉,基本化工產品的製備,還有電鍍、電拋光、陽極氧化等,都是通過電解實現的。
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電解質影響因素
(1)鍵型
電解質的鍵型不同,電離程度就不同。已知典型的離子化合物,如強鹼和大部分鹽類,在極性水分子作用下能夠全部電離,導電性很強,我們稱這種在水溶液中能夠完全電離的物質為強電解質。而弱極性鍵的共價化合物,如弱酸、弱鹼和少數鹽類,在水中僅部分電離,導電性較弱,我們稱這種在水溶液中只能部分電離的物質為弱電解質。所以,從結構的觀點來看,強、弱電解質的區分是由於鍵型的不同所引起的。但是,僅從鍵型強弱來區分強、弱電解質是不全面的,強極性共價化合物也有屬於弱電解質的情況,HF就是一例。因此,物質在溶液中存在離子的多少,還與其他因素有關。
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(2)鍵能
相同類型的共價化合物由於鍵能不同,電離程度也不同。例如,HF、HCl、HBr、HI就其鍵能來説是依次減小的,它們分子內核間距的依次增大。從分子的鍵能依次減小來看,HF的鍵能最大,分子結合得最牢固,在水溶液中電離最困難。再加上HF分子之間由於形成氫鍵的緣故而有締合作用,雖然在水分子的作用下一部分HF離子化,離解為H3O+和F-,但離解出來的F-很快地又和HF結合成為HF2-、H2F3-、H3F4-等離子。在1 mol/L HF溶液中,F-僅佔1%,HF2佔10%,而大部分都是多分子聚合的離子:HF2-、H2F3-、H3F4-,這樣就使HF成為一種弱酸,而HCl、HBr、HI都是強酸。從HCl→HI,它們分子內的核間距依次增大,鍵能依次減小,所以它們的電離度逐漸略有所增大。但是,僅從鍵能大小來區分強、弱電解質也是片面的,有些鍵能較大的極性化合物也有屬於強電解質的情況。例如,H-Cl的鍵能(431.3 kJ/mol)比H-S的鍵能(365.8 kJ/mol)大,在水溶液中HCl卻比H2S容易電離。
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(3)溶解度
電解質的溶解度也直接影響着電解質溶液的導電能力。有些離子化合物,如BaSO4、CaF2等,儘管它們溶於水時全部電離,但它們的溶解度很小,使它們的水溶液的導電能力很弱,但它們在熔融狀態時導電能力很強,因此仍屬強電解質。
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(4)濃度
電解質溶液的濃度不同,電離程度也不同。溶液越稀,電離程度越大。因此,有人認為如鹽酸和硫酸只有在稀溶液中才是強電解質,在濃溶液中,則是弱電解質。由蒸氣壓的測定知道10 mol/L的鹽酸中有0.3%是共價分子,因此10 mol/L的鹽酸中HCl是弱電解質。通常當溶質中以分子狀態存在的部分少於千分之一時就可認為是強電解質,當然在這裏“強”與“弱”之間是沒有嚴格界限的。
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(5)溶劑
式中,k為靜電力常量,Q1、Q2為離子的電量,r為離子間距離,ε為溶劑的介電常數。從上式可以看出,離子間引力與溶劑的介電常數成反比。水的介電常數ε=81,所以像LiCl、KCl這些離子化合物,在水裏易於電離,表現出強電解質的性質。而乙醇和苯等介電常數較小(乙醇ε=27,苯ε=2),離子化合物在其中難於電離,表現出弱電解質的性質。
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電解質判斷方法
電解質和非電解質的區別:
電解質是在水溶液或熔融狀態下可以導電的化合物;非電解質是在水溶液和熔融狀態下都不能導電的化合物。單質、混合物不管在水溶液中或熔融狀態下是否能夠導電,都不是電解質或非電解質。如所有的金屬既不是電解質,也不是非電解質。因它們並不是化合物,不符合電解質的定義。
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2、常見物質類別:電解質一般為酸、鹼、鹽、典型的金屬氧化物和某些非金屬氫化物。非電解質通常為非金屬氧化物、某些非金屬氫化物和絕大多數有機物。
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電解質應用
電解質電解質在人體中的作用及平衡調節
電解質在人體中具有重要作用。水和電解質廣泛分佈在細胞內外,參與體內許多重要的功能和代謝活動,並且電解質對正常生命活動的維持起着非常重要的作用。人體內電解質分佈情況是這樣的:在正常人體內,鈉離子佔細胞外液陽離子總量的92%,鉀離子佔細胞內液陽離子總量的98%左右。鈉、鉀離子的相對平衡,維持着整個細胞的功能和結構的完整。水、電解質代謝紊亂可使全身各器官系統,特別是心血管系統、神經系統的生理功能和機體的物質代謝發生相應的障礙,嚴重時常可導致死亡。
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1、維持體液滲透壓和水平衡
鈉離子、氯離子是維持細胞內液滲透壓的主要無機鹽離子。正常人體細胞內、外液滲透壓基本相等,由此維持細胞內、外液水的動態平衡。
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2、維持體液的酸鹼平衡
3、維持神經、肌肉的應激性
4、維持細胞正常的物質代謝
電解質固體電解質應用
電解質高分子電解質的應用
1、絮凝劑
高分子電解質具有絮凝作用,是有效的高分子絮凝劑,其帶電部位能中和膠體粒子電荷,破壞膠體粒子在水中穩定性,促使其碰撞,通過高分子長鏈架橋把許多細小顆粒纏結在一起,聚集成大粒子,從而加速沉降。其絮凝和沉降速度快、污泥脱水效率高,對某些廢水的處理有特效。高分子電解質的絮凝能力,比無機絮凝劑如明礬、氯化鐵等大數倍至數十倍,而且具有許多無機絮凝劑所沒有的獨特性能。
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2、在造紙工業的應用
隨着合成高分子工業的發展,高分子電解質作為造紙助劑在造紙工業中的應用日益廣泛,併發揮重要作用。例如,季鏤化聚丙烯酰胺、陽離子澱粉、聚乙烯亞胺等可用作乾濕增強劑,以提高紙張的乾濕強度;羧甲基纖維素、陽離子澱粉是紙張表面的施膠劑,同時亦可增加填料及增白劑的留着率;陽離子聚丙烯酰胺可絮凝沉降水中懸浮的微細纖維,具有絮凝捕集作用,以達到回收紙機排放水中流失的纖維素和填料及澄清水的目的。
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3、在石油工業的應用
電解質含氟電解質
- 參考資料
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- 1. 電解質的應用 .Chemical Book[引用日期2020-06-14]
- 2. 2019年軍隊院校招生(大專畢業生士兵)文化科目《化學》:”電解質"考試內容(參考) .準準教育[引用日期2020-06-14]
- 3. 中國科學技術信息研究所,鋼鐵研究總院,中國工程院,漢語科技詞系統.有色金屬卷:科學技術文獻出版社,2017.04:363
- 4. 申少華,陳希軍主編;嶽明,劉紅纓,李桂芬.普通化學:中國礦業大學出版社,2012.08:114
- 5. 墨彩書坊編委會.中國少年兒童百科全書 科學 技術:旅遊教育出版社,2014.01:122
- 6. 人民教育出版社化學室.中等師範學校化學 試用本 教學參考書 第2冊:人民教育出版社,2001.07:24
- 7. 李文超.冶金與材料物理化學:冶金工業出版社,2001:449
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- 9. 不怕天寒地凍,不會着火,含氟電解質帶來四季適用汽車電池 .科技日報.2023-05-20[引用日期2023-05-20]
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