Алмап плавится при трех тысячах пятистах пятидесяти градусах Цельсия. Йод плавится при ста четырнадцати. Оба состоят только из атомов неметаллов, и в…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
4.1
The gaseous state · Газообразное состояние
Syllabus · Программа
English
explain the origin of pressure in a gas in terms of collisions between gas molecules and the wall of the container
understand that ideal gases have zero particle volume and no intermolecular forces of attraction
state and use the ideal gas equation$pV = nRT$ in calculations, including in the determination of $M_r$
Русский
объяснять происхождение давления газа с точки зрения столкновений между молекулами газа и стенками сосуда
понимать, что идеальные газы имеют нулевой объем частиц и не имеют межмолекулярных сил притяжения
формулировать и использовать уравнение состояния идеального газа$pV = nRT$ в расчетах, включая определение $M_r$
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Where gas pressure comes from
Gas molecules move fast in all directions. They keep hitting — colliding 碰撞 with — the walls of their container. Each hit gives the wall a tiny push. The pressure 压强 of the gas is the overall result of these many collisions on the walls.
Ideal gases
An ideal gas 理想气体 is a simple model. We assume two things:
the particles themselves take up zero volume.
there are no intermolecular forces 分子间作用力 of attraction between the particles.
A real gas 实际气体 follows this model closely at low pressure and high temperature. It behaves least like an ideal gas at high pressure and low temperature, when the particles are squeezed close together and the forces between them start to matter.
The ideal gas equation
The ideal gas equation 理想气体方程 links pressure, volume, amount and temperature:
$$pV = nRT$$
where $p$ is the pressure in Pa, $V$ is the volume in $\text{m}^3$, $n$ is the amount in moles, $T$ is the temperature in kelvin 开尔文 (K), and $R$ is the gas constant 气体常量 ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).
Always change the units first: °C to K (add 273), and $\text{cm}^3$ or $\text{dm}^3$ to $\text{m}^3$.
Worked example. Find the volume of $0.50\ \text{mol}$ of an ideal gas at $27\ ^{\circ}\text{C}$ and $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
You can also use the equation to find a molar mass 摩尔质量. Since $n = m/M$:
$$pV = \frac{m}{M}RT \qquad\Rightarrow\qquad M = \frac{mRT}{pV}$$
This lets you work out $M_r$ from the mass (or the density) of a gas.
Worked example. A flask holds $0.96\ \text{g}$ of a gas in $600\ \text{cm}^3$ at $100\ \text{kPa}$ and $27\ ^{\circ}\text{C}$. Find the molar mass of the gas. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Кипение превращает жидкую воду в пар — это переход между агрегатными состояниями.
Откуда берется давление газа
Молекулы газа быстро движутся во всех направлениях. Они постоянно ударяются о стенки сосуда — сталкиваются с ними. Каждый удар придает стенке крошечный толчок. Давление газа — это совокупный результат этих многочисленных столкновений со стенками.
Давление газа: быстрые молекулы движутся во всех направлениях и сталкиваются со стенками; множество крошечных толчков складываются в давление
Идеальные газы
Идеальный газ — это простая модель. Мы предполагаем следующее:
сами частицы занимают нулевой объем.
между частицами нет межмолекулярных сил притяжения.
Реальный газ следует этой модели близко при низком давлении и высокой температуре. Он ведет себя наименее как идеальный газ при высоком давлении и низкой температуре, когда частицы сближаются и силы между ними начинают играть роль.
Идеальный газ — это модель: точечные частицы без сил между ними. Реальный газ ведет себя наименее подобно этому при высоком давлении и низкой температуре, когда частицы расположены тесно, и их реальный размер и притяжения начинают иметь значение
Уравнение идеального газа
Уравнение идеального газа связывает давление, объем, количество вещества и температуру:
$$pV = nRT$$
где $p$ — давление в Па, $V$ — объём в $\text{m}^3$, $n$ — количество вещества в молях, $T$ — температура в кельвинах (К), а $R$ — газовая постоянная ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).
Всегда сначала переводите единицы: °C в К (прибавьте 273), а $\text{cm}^3$ или $\text{dm}^3$ в $\text{m}^3$.
Разбор примера. Найдите объём $0.50\ \text{mol}$ идеального газа при $27\ ^{\circ}\text{C}$ и $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Сначала переведите: $T = 300\ \text{K}$, $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$. Затем
Вы также можете использовать уравнение для нахождения молярной массы. Поскольку $n = m/M$:
$$pV = \frac{m}{M}RT \qquad\Rightarrow\qquad M = \frac{mRT}{pV}$$
Это позволяет вычислить $M_r$ по массе (или плотности) газа.
Разбор примера. Колба содержит $0.96\ \text{g}$ газа в $600\ \text{cm}^3$ при $100\ \text{kPa}$ и $27\ ^{\circ}\text{C}$. Найдите молярную массу газа. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
Bonding and structure · Химическая связь и строение
Syllabus · Программа
English
describe, in simple terms, the lattice structure of a crystalline solid which is: (a) giant ionic, including sodium chloride and magnesium oxide (b) simple molecular, including iodine, buckminsterfullerene $\text{C}_{60}$ and ice (c) giant molecular, including silicon(IV) oxide, graphite and diamond (d) giant metallic, including copper
describe, interpret and predict the effect of different types of structure and bonding on the physical properties of substances, including melting point, boiling point, electrical conductivity and solubility
deduce the type of structure and bonding present in a substance from given information
Русский
описывать простыми словами кристаллическую решеткукристаллического твердого тела, которая является: (a) гигантской ионной, включая хлорид натрия и оксид магния (b) простой молекулярной, включая йод, бакминстерфуллерен $\text{C}_{60}$ и лед (c) гигантской молекулярной, включая диоксид кремния(IV), графит и алмаз (d) гигантской металлической, включая медь
описывать, интерпретировать и предсказывать влияние различных типов структур и связей на физические свойства веществ, включая температуру плавления, температуру кипения, электропроводность и растворимость
определять тип структуры и связей в веществе на основе заданной информации
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
How a substance behaves depends on how its particles are joined. There are four main structures of a crystalline solid 晶体.
Giant ionic
A giant ionic 离子晶体 structure is a huge regular lattice 晶格 of positive and negative ions 离子, held together by strong attraction in every direction. Examples are sodium chloride and magnesium oxide.
Simple molecular
A simple molecular 分子晶体 structure is made of small molecules 分子. The bonds inside each molecule are strong, but the intermolecular forces between the molecules are weak. Examples are iodine ($\text{I}_2$), fullerene 富勒烯 ($\text{C}_{60}$) and ice.
Giant molecular
A giant molecular 原子晶体 structure (also called giant covalent) is a huge network of atoms joined by strong covalent bonds 共价键. Examples are silicon(IV) oxide 二氧化硅, graphite 石墨 and diamond 金刚石.
Giant metallic
A giant metallic 金属晶体 structure is a lattice of positive metal ions in a "sea" of delocalised electrons 离域电子. An example is copper.
Physical properties
The structure decides the physical properties:
Structure
Melting/boiling point
Conducts electricity?
Solubility in water
giant ionic
high
only when molten or dissolved
usually soluble
simple molecular
low
no
usually low
giant molecular
very high
no (except graphite)
insoluble
giant metallic
high
yes (solid and molten)
insoluble
melting point 熔点 and boiling point 沸点 are high when strong forces (ionic, covalent or metallic) must be broken, and low when only weak intermolecular forces break.
electrical conductivity 导电性 needs charged particles that can move — ions that are free (when molten or dissolved) or delocalised electrons. Graphite conducts because some of its electrons are delocalised.
solubility 溶解度 in water is usually high for ionic solids and low for molecular and giant covalent solids.
You can work backwards too: from the melting point, conductivity and solubility of an unknown substance, deduce the type of structure and bonding it has.
Русский
Кварц представляет собой гигантскую ковалентную структуру из кремния и кислорода.
Поведение вещества зависит от того, как связаны его частицы. Существует четыре основных типа структуры кристаллического твердого тела.
Четыре типа структуры кристаллического твердого тела — именно структура определяет температуру плавления, проводимость и растворимость
Гигантская ионная
Гигантская ионная структура — это огромная правильная решетка положительных и отрицательных ионов, удерживаемых вместе сильным притяжением во всех направлениях. Примеры: хлорид натрия и оксид магния.
Простая молекулярная
Простая молекулярная структура состоит из малых молекул. Связи внутри каждой молекулы прочные, но межмолекулярные взаимодействия между молекулами слабые. Примеры: йод ($\text{I}_2$), фуллерен ($\text{C}_{60}$) и лед.
Гигантская молекулярная
Гигантская молекулярная структура (также называемая гигантской ковалентной) — это огромная сеть атомов, соединенных прочными ковалентными связями. Примеры: оксид кремния(IV), графит и алмаз.
Два гигантских ковалентных формы углерода: алмаз — жесткая 3D сетка (очень твердый); графит имеет скользящие слои и свободные электроны, которые проводят токНастоящий алмаз в породе, в которой он образовался. Весь этот кристалл — одна гигантская молекула, единая неразрывная сеть атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя другими. Разрушить его означает разорвать бесчисленное множество прочных ковалентных связей, поэтому алмаз является самым твердым природным материалом
Гигантская металлическая
Гигантская металлическая структура — это решетка положительных металлических ионов в «море» делокализованных электронов. Пример: медь.
Кусок чистого металла меди. Блеск, а также то, что металлы проводят ток и деформируются, обусловлены этой гигантской решеткой ионов меди, погруженной в общее море делокализованных электронов
Физические свойства
Структура определяет физические свойства:
Структура
Температура плавления/кипения
Проводит ли электричество?
Растворимость в воде
гигантская ионная
высокая
только в расплаве или растворе
обычно растворима
простая молекулярная
низкая
нет
обычно низкая
гигантская молекулярная
очень высокая
нет (кроме графита)
нерастворима
гигантская металлическая
высокая
да (твердом и жидком состоянии)
нерастворима
температура плавления и температура кипения высоки, когда необходимо преодолеть сильные силы (ионные, ковалентные или металлические), и низки, когда разрушаются лишь слабые межмолекулярные взаимодействия.
электропроводность требует наличия заряженных частиц, способных к движению — ионов, которые являются свободными (в расплаве или растворе), или делокализованных электронов. Графит проводит ток, потому что часть его электронов делокализована.
растворимость в воде обычно высока для ионных твердых тел и низка для молекулярных и гигантских ковалентных твердых тел.
Можно рассуждать и в обратном направлении: зная температуру плавления, электропроводность и растворимость неизвестного вещества, определить тип его структуры и химической связи.
Explore · Исследовать
Giant structure lab · Лабораторная работа по гигантским структурам
Compare giant structures by particles and bonding. · Сравнивайте гигантские структуры по частицам и типу связей.
Use SI units in $pV = nRT$: pressure in Pa, volume in $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), temperature in K ($^\circ\text{C} + 273$).
State the ideal-gas assumptions (negligible molecular volume, no intermolecular forces) and when real gases deviate (high pressure, low temperature).
Link each property to structure: giant ionic (high m.p., conducts molten), giant covalent (very high m.p.), simple molecular (low m.p.), giant metallic (conducts, malleable).
Graphite conducts because each carbon has a delocalised electron; diamond does not — a favourite comparison.
Русский
Используйте систему СИ в $pV = nRT$: давление в Па, объем в $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), температура в К ($^\circ\text{C} + 273$).
Укажите допущения об идеальном газе (пренебрежимо малый объем молекул, отсутствие межмолекулярных взаимодействий) и условия, при которых реальные газы отклоняются от идеальных (высокое давление, низкая температура).
Свяжите каждое свойство со структурой: гигантская ионная (высокая t°пл., проводит в расплаве), гигантская ковалентная (очень высокая t°пл.), простая молекулярная (низкая t°пл.), гигантская металлическая (проводит, пластична).
Графит проводит ток, потому что у каждого атома углерода есть делокализованный электрон; алмаз не проводит — это любимое сравнение.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
