化学自习室移动版

一、问题的提出

由于离子化合物如氯化钠其自身就含有离子，不论在熔融状态还是在水溶液中都能产生自由移动的离子，这些自由离子在外加电场的作用下能定向移动，因而能导电。液态氯化氢由于自身没有离子的存在故不能导电，只有在水溶液中才能产生自由离子而导电。因此人们常误认为共价化合物其液态一定不能导电。更有甚者，在化学教学的习题分析时一提到不导电的化合物就立马指出：液态共价化合物都不能导电，一定要把纯硫酸、纯硝酸连同液态氯化氢一起排除掉！并反复强调这是“题眼”。然而，所有纯液态共价化合物都一定不能导电吗？或者说能导电的液态化合物一定不是共价化合物吗？

二、问题分析

1.纯硫酸导电的原因

大家知道，纯H₂SO₄是无色液体，它是从98%的商品酸首先补加SO₃或发烟硫酸，然后用水滴定到正确的比电导或熔点而制得。尽管H₂SO₄是共价型分子，在其纯晶态中，具有S－O之间的距离为0.142、0.143、0.1 52和0.155nm的

SO₄四面体，它们以强的氢键相连接。但液态纯H₂SO₄却表现出强烈的自电离作用，结果产生很高的电导性，即纯H₂SO₄是具有较强导电性能的。原因可用下列平衡式表示：

上式只是一个因素，由于脱水作用，因而还有几个附加的平衡存在：

从而能估算出在100%H₂SO₄中存在的其它组分H₃O^＋、HsO₄^－、H₃SO₄^＋、HS₂O₇^－和H₂S₂O₇的浓度。有报道，在 25℃时，HSO₄^－为0.023mol·L^－1。因此，液态纯硫酸能导电，反复实验中也能明显观察到这种实验现象。

2.纯硝酸导电的原因

纯硝酸是无色液体或白色晶态固体。在0℃时用100%H₂SO₄处理KNO₃，用真空蒸馏法抽走HNO₃能制得纯硝酸。

HNO₃是共价化合物，但实验中也能观察到纯硝酸的导电现象。这是什么原因呢？

事实上，纯硝酸是液体纯酸中自电离最高的酸，其起始质子迁移作用为：

由于强烈自电离的存在，纯硝酸能导电是勿容置疑的。

3.纯五卤化磷导电的原因

PCl₅是一种白色固体，加热到160℃不经过液态阶段就变成蒸气。虽然PCl₅也是一种共价化合物，但在加压下于148℃液化，可形成一种能导电的熔体。那么如何理解和解释这种现象呢？

实际上，人们进一步测得这种熔体存在两种P－Cl键长，它们分别为198pm和206pm。于是可推断该熔体中存在下列平衡：

PBr₅气态分子结构与PCl₅相似，它的熔体也能导电，但经测定其中只存在一种P－Br键长。为什么PBr₅熔体也能导电呢？

由实验事实可推断PbR₅熔体存在的平衡如下：

没有PBr₆^－离子的存在，可能是Br^－离子半径太大，P原子周围容纳不了6个Br原子的原因。

4.纯卤氟化物导电的原因

某些卤氟化物，特别是ClF、BrF₃和IF₅，具有高的气化熵，这反映出它们在液态存在某种缔合。

BrF₃和IF₅也呈现有明显的导电性。其自电离过程为：

三、结论

通过上述分析不难看出，尽管纯硫酸、纯硝酸及五氯化磷等化合物都属于共价化合物，但由于它们都存在强烈的自电离作用，使其液态都存在较高浓度的自由离子因而具有导电性能。因此，将所有纯液态共价化合物一概排除在能导电的化合物之外是欠妥的。