| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.1.A |
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物质与混合物的性质
AP 化学 · 第 3 主题
10:54
Properties of Substances and Mixtures
Boiling water. To make steam you must reach one hundred degrees Celsius. Methane has almost the same mass, and boils at minus one hundred and sixty-two.…
英文讲解 · 内嵌中英文字幕
3.1
分子间与粒子间作用力
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
分子间作用力(intermolecular forces)(IMFs)是分子之间的吸引——比键弱得多,但它们设定熔点/沸点。从最弱到最强:


- 伦敦色散力(London dispersion forces):存在于所有分子里;它源于瞬时的、涨落的偶极之间的库仑吸引,对更大、更可极化的电子云更强 —— 在大分子之间往往是最强的净作用力。
- 偶极-偶极(dipole–dipole):在极性分子之间。它的强度取决于偶极的大小以及它们的相对取向 —— 一个 $\delta+$ 端与相邻分子的 $\delta-$ 端对齐就会吸引,所以它是在色散之上额外起作用的,这让极性分子比大小相近的非极性分子更"黏"。
- 氢键(hydrogen bonding):当 H 键合到 N、O 或 F 时的一个强的偶极力。
- 离子-偶极(ion–dipole):在一个离子和一个极性分子之间(离子拉住偶极中带相反电荷的那一端)。它是这里四者中最强的(甚至强于氢键),正是它让水能溶解一种离子固体 —— 每个 $\text{Na}^+$ 都被水分子的 $\delta-$ 氧端所包围。
整个强度阶梯都可以定性地通过看部分电荷的正负号来理解:部分电荷越大、对齐得越好,或者是一个完整的离子电荷,吸引就越强。更强的 IMFs 意味着更高的沸点和更低的蒸气压。这就是为什么水($18\ \text{g/mol}$,氢键合)在 $100\,{}^{\circ}\text{C}$ 沸腾,而甲烷($16\ \text{g/mol}$,只有色散)在 $-162\,{}^{\circ}\text{C}$ 沸腾。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Intermolecular forces | 分子间作用力 | fèn zǐ jiàn zuò yòng lì |
| London dispersion forces | 伦敦色散力 | lún dūn sè sàn lì |
| Dipole–dipole | 偶极-偶极 | ǒu jí - ǒu jí |
| Ion–dipole | 离子-偶极 | lí zi - ǒu jí |
| Hydrogen bonding | 氢键 | qīng jiàn |
3.2
固体的性质
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.2.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个固体的性质反映维系它的粒子和作用力:离子、共价网络(covalent-network)(像金刚石这样的三维网络非常硬、高熔点;石墨是一个分层的例外——高熔点但软,因为它的二维层能相互滑动)、金属,和分子固体(由弱的 IMFs 维系、软、低熔点)。把一个固体的性质匹配到它的结构是一个常见的考试任务。
金属固体导电导热,并且是可锻的(malleable)和可延展的(ductile),这全都是因为它的自由价电子(free valence electrons)易于移动,并让金属离子在不破坏键合的情况下彼此滑过。固体还分为晶体(crystalline)(粒子排成规则、重复的三维排列)或非晶体(amorphous)(没有长程有序,像玻璃)。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| malleable | 可锻的 | kě duàn de |
| ductile | 可延展的 | kě yán zhǎn de |
| free valence electrons | 自由价电子 | zì yóu jià diàn zi |
| crystalline | 晶体 | jīng tǐ |
| amorphous | 非晶体 | fēi jīng tǐ |
3.3
固体、液体与气体
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.3.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
三种状态在粒子被维系得多紧上不同。上升的温度(temperature)提高平均动能;当它克服吸引时,物质熔化或沸腾。气体大多是空的空间,所以它们可压缩并填满它们的容器。


Melt and boil by adding heat
Temperature sets the average kinetic energy of the particles. Warm a solid and the particles break their fixed pattern (melt), then spread right out (boil).
3.4
理想气体定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.4.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个理想气体(ideal gas)遵循

Worked example. 在 $300\ \text{K}$ 和 $1.5\ \text{atm}$ 下多少摩尔气体填满一个 $2.0\ \text{L}$ 容器?用 $R=0.0821\ \text{L atm/(mol K)}$,
Compress a gas and watch the pressure
$PV = nRT$. At fixed temperature, squeezing the gas into a smaller volume packs the molecules closer, so they hit the walls more often and the pressure rises.
3.5
分子运动论
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.5.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
分子运动论(kinetic molecular theory)解释气体行为:粒子微小、处于不断的随机运动、体积可忽略而没有吸引,而碰撞是弹性的。温度与平均动能成比例,所以在一个给定温度下更轻的分子移动得更快(格雷姆逸散定律)。

Heat a gas and watch the speed spread
Gas molecules have a range of speeds. Raising the temperature shifts the whole distribution to higher speeds and flattens it, so more molecules move fast.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Kinetic molecular theory | 分子运动论 | fēn zǐ yùn dòng lùn |
3.6
偏离理想气体定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.6.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
真实气体(real gases)在高压和低温下偏离理想行为,那里分子足够近以致它们的真实体积和它们的吸引重要。吸引把压力降到理想以下;分子体积把它提高。
3.7
溶液与混合物
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.7.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个溶液(solution)是溶解在一个溶剂(solvent)里的一个溶质(solute)的均相混合物。浓度通常是摩尔浓度(molarity):
Worked example. 你必须向 $50\ \text{mL}$ 的 $6.0\ \text{M}$ HCl 加多少体积的水来使它成为 $2.0\ \text{M}$?HCl 的摩尔不变,所以 $M_1V_1=M_2V_2$ 给出最终体积 $V_2=\dfrac{M_1V_1}{M_2}=\dfrac{6.0\times50}{2.0}=150\ \text{mL}$。因此你加 $150-50=100\ \text{mL}$ 的水。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| solution | 溶液 | róng yè |
| solute | 溶质 | róng zhì |
| solvent | 溶剂 | róng jì |
| molarity | 摩尔浓度 | mó ěr nóng dù |
3.8
溶液的表示方法
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.8.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个微粒图(particulate diagram)显示溶质和溶剂粒子。对于一个离子溶质,把它显示为完全解离(dissociated)成被溶剂围绕的分开的离子;数粒子以推理浓度和导电性。
3.9
溶液与混合物的分离
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.9.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
因为一个混合物的组分保持它们的性质,物理方法分离它们:过滤(filtration)(按粒子大小)、蒸馏(distillation)(按沸点),和色谱法(chromatography)(按每个组分多强地粘附在一个固定相上与随一个溶剂移动)。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| chromatography | 色谱法 | sè pǔ fǎ |
3.10
溶解度
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.10.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
溶解度(solubility)是多少溶质溶解。"相似相溶":极性(和离子)溶质在极性溶剂里溶解;非极性在非极性里。溶解发生在溶质-溶剂吸引与被破坏的吸引相当时。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Solubility | 溶解度 | róng jiě dù |
3.11
光谱学与电磁波谱
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.11.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
光谱学(spectroscopy)研究物质如何吸收或发射光。电磁谱(electromagnetic spectrum)的不同区域探测不同的变化:微波(转动)、红外(键振动)、紫外-可见(电子跃迁)。吸收的光揭示结构。
Scan across the electromagnetic spectrum
Light is a wave with a range of wavelengths. Shorter wavelength means higher frequency and more energy per photon, from radio waves up to gamma rays.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Spectroscopy | 光谱学 | guāng pǔ xué |
3.12
光子的性质
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.12.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
光由光子(photons)携带,每个带能量 $E=h\nu=\dfrac{hc}{\lambda}$。更高的频率(更短的波长)意味着更高的能量。一个分子只在它的能量匹配一个允许的能隙时才吸收一个光子。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| photons | 光子 | guāng zi |
3.13
比尔-朗伯定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.13.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
比尔-朗伯定律(Beer–Lambert law)把一个溶液吸收多少光与它的浓度关联:
Worked example. 一种染料有摩尔吸光系数 $\varepsilon=2000\ \text{L/(mol cm)}$;在一个 $1.0\ \text{cm}$ 的比色皿里一个样本读吸光度 $A=0.40$。它的浓度是 $c=\dfrac{A}{\varepsilon b}=\dfrac{0.40}{2000\times1.0}=2.0\times10^{-4}\ \text{M}$。因为 $A\propto c$,一个浓度两倍的溶液会读 $A=0.80$ ——一条校准曲线的基础。
Link absorbance to concentration
The Beer-Lambert law says absorbance $A = \varepsilon b c$: absorbance is proportional to concentration, so a calibration line lets you read an unknown concentration.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Beer–Lambert law | 比尔-朗伯定律 | bǐ ěr - lǎng bó dìng lǜ |
3.13
考试技巧
- 分子间作用力(色散 < 偶极-偶极 < 氢键)设定沸点——它们比一个分子里面的键弱得多。
- 沸腾破坏分子之间的作用力,不是它们里面的共价键。
- 用 $PV=nRT$,温度以开尔文计而 $R$ 匹配你的压力/体积单位。
- 对溶液用摩尔浓度 $M=\text{mol}/\text{L}$;稀释守恒摩尔,所以 $M_1V_1=M_2V_2$。
- "相似相溶"——极性/离子溶质在极性溶剂里溶解,非极性在非极性里。
本主题的互动课程
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