由兩種或兩種以上元素組成的純凈物稱為化合物。酸、堿、鹽、氧化物是最常見的化合物。酸在水中能產(chǎn)生H+,能與堿、堿性氧化物、活潑金屬、某些鹽反應(yīng);堿在水中能產(chǎn)生OH-,能與酸、酸性氧化物、某些鹽反應(yīng);鹽在水中能產(chǎn)生金屬陽離子(或銨根離子)和酸根離子,酸、堿、鹽在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步和社會的可持續(xù)發(fā)展。
地球上含碳的化合物非常多,在已發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)中含碳的化合物占絕大部分,人們把像葡萄糖這類含碳的化合物叫做有機(jī)化合物,簡稱有機(jī)物;組成中不含碳的化合物一般叫做無機(jī)化合物,如水、氧化銅、氫氧化鈉、硫酸、氯酸鉀、氯化鈉、硝酸銨等都屬于無機(jī)化合物。我們熟悉的一氧化碳、二氧化碳、碳酸鈣等少數(shù)含碳化合物,由于它們的組成和性質(zhì)與無機(jī)化合物很相似,人們就將它們歸入無機(jī)化合物來研究。
我們知道活潑金屬(如K、Ca、Na、Mg等)原子結(jié)構(gòu)最外層電子數(shù)較少,有失去電子達(dá)到8電子相對穩(wěn)定構(gòu)型的傾向;而活潑非金屬(如F、O、Cl等)原子結(jié)構(gòu)最外層電子數(shù)較多,有得到電子達(dá)到8電子相對穩(wěn)定構(gòu)型的傾向。因此,當(dāng)活潑金屬與活潑非金屬化合時,活潑金屬原子失去最外層上的電子形成陽離子,活潑非金屬原子結(jié)合電子形成陰離子,陰、陽離子間通過物理靜電作用形成了穩(wěn)定化合物,我們把這種由陰陽離子構(gòu)成的化合物稱為離子化合物。
除活潑金屬與活潑非金屬會形成離子化合物外,帶正電荷的原子團(tuán)(如銨根)與帶負(fù)電荷的酸根離子(如Cl-、NO3-、SO42-、CO32-)也會形成離子化合物。大部分堿和鹽、活潑金屬氧化物等都是離子化合物,在固體狀態(tài)下,陰、陽離子間因為有較強(qiáng)的靜電作用,這些離子均不能自由移動。
在目前已知化合物中,許多化合物并不存在金屬元素,而是全部由非金屬元素組成的。當(dāng)非金屬元素與非金屬元素相化合時,因為非金屬原子都有得到電子的傾向,不容易失去電子,也就不會形成陰、陽離子,它們構(gòu)成的化合物一般被稱為共價化合物,如HCl、H2O、CH4、CO2、HClO(次氯酸)、C2H5OH(乙醇)。一般來說,酸、非金屬氧化物、大部分有機(jī)物等都屬于共價化合物。共價化合物大都是由分子構(gòu)成的,如HCl、HClO,也有極少部分是由原子構(gòu)成的,如石英SiO2、金剛砂SiC。
[想一想] 1.非金屬元素形成的化合物一定是共價化合物嗎?
[試一試] 1.下列物質(zhì)中,哪些是離子化合物,哪些是共價化合物?
氯化氫(HCl)、硝酸鈉(NaNO3)、氫氧化鉀(KOH)、葡萄糖(C6H12O6)、硫酸(H2SO4)、氯化銨(NH4Cl)、二氧化碳(CO2)、碳酸鈣(CaCO3)、氨氣(NH3)、生石灰(CaO)。
在離子化合物固體狀態(tài)中,陰陽離子間因靜電作用而不能自由移動。對可溶性離子化合物而言,將其溶于水中時,固體會溶解消失,其本質(zhì)是水分子在陰陽離子間滲透,不斷拆散陰陽離子,使它們形成能夠自由移動的離子。水分子對離子化合物的這種破壞作用,尤如堤壩因洪水沖刷而倒塌,水是值得我們每個人都必須敬畏的一種物質(zhì)。
[想一想] 2.食鹽是一種典型的離子化合物,設(shè)計簡單實驗證明在食鹽固體中的離子不能自由移動,而在食鹽水溶液中的離子可以自由移動。(提示:可在家中選用電池、鉛筆芯、賀卡中的發(fā)光二極管和導(dǎo)線等設(shè)計實驗)
由陰陽離子構(gòu)成的化合物,除在水中可被拆散為自由移動的離子外,用加熱熔融的方式,也可以破壞陰陽離子間的靜電作用,使其成為自由移動的離子。
在“火”的作用下,固體氯化鈉可被強(qiáng)拆為自由移動的Na+和Cl-,這一過程是工業(yè)電解熔融氯化鈉制備金屬鈉的前提;固體氧化鋁(加入冰晶石,降低氧化鋁的熔點)可以被強(qiáng)拆為自由移動的Al3+和O2-,這一過程是工業(yè)電解熔融氧化鋁制備金屬鋁的前提;鹗侨祟愇拿鬟M(jìn)步的象征,也是引發(fā)化學(xué)變化的一種重要方法。
大部分共價化合物在水中和熔融狀態(tài)都不能被直接拆分為自由移動的離子,只有極少部分的共價化合物如酸分子,可以在水中被拆分為自由移動的陰陽離子,如HCl分子可被水“拆散”為H+和Cl-,H2SO4分子可被水“拆散”為H+和SO42-。
在水中或熔融狀態(tài)下,化合物被拆散成自由移動離子的過程,被稱為電離。離子化合物既可以在水中發(fā)生電離,也可以在熔融狀態(tài)下發(fā)生電離;共價化合物中一般只有酸分子可以直接在水中發(fā)生電離。也就是酸只在水中發(fā)生電離,而堿和鹽既可在水中,也可在熔融狀態(tài)下發(fā)生電離。電離過程可用電離方程式表示,不寫條件一般就是指在水中發(fā)生電離。
H2SO4===2H++SO42-
NaOH===Na++OH-
NaCl===Na++Cl-
[想一想] 3.判斷下列化合物是否可以發(fā)生電離,如果能夠電離,則用電離方程式表示電離過程。
氯化氫、氫氧化鋇、氫氧化鉀、硫酸鈉、碳酸鈉、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、葡萄糖。
通常,我們把能發(fā)生電離的化合物稱為電解質(zhì),不能發(fā)生電離的化合物稱為非電解質(zhì),也就是酸、堿、鹽和金屬氧化物屬于電解質(zhì),而非金屬氧化物、大部分有機(jī)物屬于非電解質(zhì)。
蔗糖、酒精、一氧化碳等化合物,無論是在水溶液中還是在熔融狀態(tài)下均以分子形式存在,因而不能導(dǎo)電;酸、堿、鹽和金屬氧化物可以在水中或熔融狀態(tài)下發(fā)生電離,可以導(dǎo)電。習(xí)慣上,在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物叫做電解質(zhì),在水溶液和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電的化合物叫做非電解質(zhì)。
正確地分析和判斷物質(zhì)在水溶液中是否電離、電離生成哪些離子,有助于研究物質(zhì)在水溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。
[想一想] 4.金屬銅能導(dǎo)電,那么銅是不是屬于電解質(zhì)?
[試一試] 2.請用干電池、鉛筆芯、音樂賀卡中的發(fā)光二極管及導(dǎo)線等,設(shè)計實驗證明食鹽、醋酸是電解質(zhì),而蔗糖是非電解質(zhì)。
[試一試] 3.下列物質(zhì)中,哪些是電解質(zhì),哪些是非電解質(zhì)?
氯化氫(HCl)、硝酸銨(NH4NO3)、氫氧化鋇[Ba(OH)2]、葡萄糖(C6H12O6)、硫酸(H2SO4)、氯化鋇(BaCl2)、碳酸鈣(CaCO3)、明礬[KAl(SO4)2·12H2O](一種可溶性鹽)、Al2O3、CO2。
[試一試] 4.到目前為止,你能從哪些角度對化合物進(jìn)行分類。
在相同條件下把相同濃度、相同體積的鹽酸溶液、CH3COOH溶液、NaOH溶液、NaCl溶液和氨水分別倒入五只燒杯中,接通電源后燈泡亮度如圖所示(現(xiàn)象:接鹽酸、NaOH溶液、NaCl溶液的燈泡很明亮,而接CH3COOH溶液、氨水的燈泡相對較暗)。我們知道,燈泡亮度不同代表著溶液中存在的離子濃度不同,對于相同組成(AB型)的電解質(zhì)而言,表明水拆解這些化合物成為自由移動離子的能力不同,燈泡亮度越大,被拆解成為自由移動離子的程度越大,不同電解質(zhì)在水中的電離程度就不同。根據(jù)精確實驗表明HCl、NaOH、NaCl等化合物在水中幾乎全部可以發(fā)生電離,而CH3COOH、氨水(NH3·H2O)在水中只能部分發(fā)生電離,大部分仍以分子的形式存在,存在離子數(shù)量很少,濃度很低。通常我們把在水中完全電離成離子的電解質(zhì)稱為強(qiáng)電解質(zhì),電離方程式用“===”表示;而在水中部分發(fā)生電離的電解質(zhì)稱為弱電解質(zhì),電離方程式用“??”表示。
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強(qiáng)電解質(zhì)
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弱電解質(zhì)
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相同點
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都是化合物,在水溶液中都能電離、導(dǎo)電
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電離
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程度
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完全
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極小部分電離
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溶質(zhì)
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形式
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離子
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主要是分子,小部分為離子
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物質(zhì)類別
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強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、大多數(shù)鹽類
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弱酸、弱堿、水等
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實例
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HCl、NaOH 、KCl、NaHSO4、NaHCO3、BaSO4
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CH3COOH、H2CO3、NH3·H2O、H2O
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電離表示
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NaCl===Na++Cl-
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CH3COOH??CH3COO-+H+
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[試一試] 5.在下列物質(zhì)中,哪些是電解質(zhì),哪些是非電解質(zhì),哪些是強(qiáng)電解質(zhì),哪些是弱電解質(zhì),寫出對應(yīng)的電離方程式?
、貼aNO3、贔e ③H2SO4、蹸O2 ⑤Ba(OH)2
、轈H3COOH、逳H3、郚H3·H2O ⑨AgCl、釮2CO3
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