实验：离子与共价化合物的导电性

导电性是把离子键与共价键区分开来的最清楚的单项检验，因此它处在化学键一章的核心。通过对同样的物质在固态、以及熔融或溶解后各测一次，你就能说明导电取决于可自由移动的离子，并把一个物理观察直接连到成键的模型。

本指南列出方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能。

目的

研究离子化合物与共价化合物在固态、以及熔融态或水溶液态下的导电性，并把结果与可自由移动的离子的存在联系起来。

仪器与材料

• 碳（石墨）电极
• 干电池或低压电源
• 灯泡或电流计，以及带鳄鱼夹的连接导线
• 坩埚与本生灯，配三脚架与泥三角
• 溴化铅（离子固体）
• 萘（共价固体）
• 硫酸铜晶体与蒸馏水
• 烧杯

步骤

1. 用两个碳电极、电池、灯泡或电流计与连接导线搭一个简单电路，留出放置待测样品的空隙。
2. 放入固体溴化铅，使电极浸入其中，接通电路，记下灯泡是否点亮。
3. 把溴化铅移入坩埚加热至熔化，然后把电极浸入熔融的化合物，记下灯泡是否点亮。
4. 用固体萘重复固态检验，再在轻轻熔化后重复，每次都记下灯泡的情况。
5. 用电极检验干燥的硫酸铜晶体，记下结果。
6. 把硫酸铜溶于蒸馏水，用电极检验该溶液，记下结果。
7. 作为对照，单独检验蒸馏水。
8. 对每份样品记下它是否导电（灯泡点亮）或不导电（灯泡不亮）。

预期观察

固体溴化铅不导电：灯泡不亮。当溴化铅熔融时，灯泡点亮，电极上可能见到气泡或沉积物。

固体萘不导电，熔融的萘也不导电：两种状态下灯泡都不亮。干燥的硫酸铜晶体不导电，但硫酸铜溶液导电、灯泡点亮。

单独的蒸馏水不会明显点亮灯泡。

推断与结论

离子化合物，溴化铅与硫酸铜，只有在熔融或溶解时才导电，而不是作为干燥固体。这是因为在固体中离子被固定在晶格的位置上、不能移动，但当化合物被熔化或溶解时，离子变得可自由移动、能载运电荷。

共价化合物萘在任何状态下都不导电，因为它由中性分子构成，没有可自由移动的离子或电子。因此导电取决于可移动离子的存在，而这是离子键、而非共价键的特征。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 离子化合物在熔融或溶液中导电、但作为固体不导电，而共价化合物在任何状态下都不导电。

辨认变量。 操纵变量是化合物及其状态（固态、熔融或水溶液）；反应变量是化合物是否导电；固定变量包括电压、电极与电极之间的距离。

列表记录数据。 画一张表，每种化合物一行，列为固态与熔融或水溶液态，在每格填入「导电」或「不导电」。

作出推断。 由溴化铅只有熔融时才导电这一事实，推断需要可自由移动的离子；由萘从不导电，推断它没有可自由移动的离子。

操作性定义。 一种物质用操作方式定义为导电，即当它接通电路并点亮灯泡（或使电流计有读数）时。

安全须知

• 在通风橱内加热溴化铅，因为熔融的溴化铅在电解时放出有毒的溴蒸气。
• 戴安全护目镜，用坩埚钳处理烫的坩埚，以免烫伤。
• 换样品前先关闭电源，以免短路或触电。
• 尽可能在水浴上轻轻熔化萘，因为它的蒸气易燃。

常见错误

• 只检验固体。 因固体不导电就断言离子化合物从不导电；还必须检验熔融或溶液状态。
• 「干燥」样品受潮。 晶体上的水分让少量电流流过、混淆固体的结果；要用真正干燥的样品。
• 电极接触不良。 夹子松动或电极未接触样品会给出假的「不导电」结果。
• 溶解共价化合物。 萘不溶于水，所以应检验熔融态，而不是水溶液。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用这个实验把一个简单观察与成键模型绑在一起：能解释溴化铅为什么只有熔融时才导电的学生，就能答好在 SPM化学 里反复出现的结构与成键题。因为导电性是区分离子与共价化合物的标准方法、也是经典的试卷三实验（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里把结果和原因都弄懂，能支撑整个化学键课题。