- describe and explain qualitatively the trend in the thermal stability of the nitrates and carbonates including the effect of ionic radius on the polarisation of the large anion
- describe and explain qualitatively the variation in solubility and of enthalpy change of solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, of the hydroxides and sulfates in terms of relative magnitudes of the enthalpy change of hydration and the lattice energy
第2族
A-Level 化学 · 第 27 主题
27.1
第2族金属（镁到钡）及其化合物性质的相似性与变化趋势 to barium, and their compounds
大纲
来源:剑桥国际大纲
第 2 族硝酸盐(nitrates)和碳酸盐(carbonates)的热稳定性(thermal stability)沿族向下增大。这里是原因,用离子如何相互影响来说明。
一个离子半径(ionic radius)小的小阳离子(cation)有高的电荷密度。它吸引附近阴离子的电子并扭曲它的形状——这是极化(polarisation)。扭曲大的阴离子(anion,碳酸根或硝酸根离子)削弱它内部的一个键,所以化合物更容易分解。
沿族向下,阳离子变大。它的电荷密度下降,所以它对阴离子极化得更少。阴离子扭曲得较少,所以化合物更难分解——它热稳定性更高,需要更高的温度才能分解。
例题。 沿第 2 族向下,氢氧化物变得更易溶,而硫酸盐变得更难溶。解释为什么这两个趋势方向相反。溶解度是把固体结合在一起的晶格能与奖励离子溶解的水合能之间的一场较量。随着阳离子变大,两者放热都变少,所以下降更快的那一个决定趋势。对于小的氢氧根离子,晶格能强烈依赖阳离子的大小,所以它比水合能下降得更快:晶格相对更容易被破坏,溶解度上升。对于大的硫酸根离子,晶格能已经由这个大阴离子主导,沿族向下几乎不变,而阳离子的水合能仍在下降 - 所以溶解度下降。要把两种能量都点出来,并说明哪一个下降得更快;只是把趋势复述一遍,是拿不到解释分的。
探索
Group 2 thermal stability ladder
Move down Group 2 and see why carbonates become harder to decompose.
探索
Group 2 solubility lab
Classify Group 2 compounds by solubility trend.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| thermal stability | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| nitrate | 硝酸盐 | xiāo suān yán |
| carbonate | 碳酸盐 | tàn suān yán |
| cation | 阳离子 | yáng lí zi |
| ionic radius | 离子半径 | lí zi bàn jìng |
| polarisation | 极化 | jí huà |
| anion | 阴离子 | yīn lí zi |
27.1
氢氧化物与硫酸盐的溶解度
当一个离子固体溶解时,两个能量变化相互竞争。溶解焓变(enthalpy change of solution)是它们之和:
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
- 你必须先把晶格拆开(这需要晶格能(lattice energy))。
- 然后水包围离子(这释放水合焓变(enthalpy change of hydration))。
如果水合时释放的能量大致匹配(或超过)断裂晶格所需的能量,固体就容易溶解。
沿族向下,晶格能和水合焓都变小(不那么负),因为阳离子较大。但它们以不同的速率缩小,这解释了相反的趋势:
| 化合物 | 沿族向下溶解度(solubility)的趋势 | 为什么 |
|---|---|---|
| 氢氧化物(hydroxides) | 增大 | $\text{OH}^-$ 离子小,所以晶格能沿族向下下降很多;这个变化超过水合能的下降 |
| 硫酸盐(sulfates) | 减小 | $\text{SO}_4^{2-}$ 离子大,所以晶格能几乎不变;水合能的下降随即占主导,所以溶解变得不那么有利 |
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| enthalpy change of solution | 溶解焓变 | róng jiě hán biàn |
| lattice energy | 晶格能 | jīng gé néng |
| enthalpy change of hydration | 水合焓变 | shuǐ hé hán biàn |
| solubility | 溶解度 | róng jiě dù |
| hydroxide | 氢氧化物 | qīng yǎng huà wù |
| sulfate | 硫酸盐 | liú suān yán |
27.1
考试技巧
- 碳酸盐和硝酸盐的热稳定性沿族向下增大——较大的阳离子对阴离子极化得更少。
- 给出分解产物:碳酸盐 → 氧化物 + $\text{CO}_2$;硝酸盐 → 氧化物 + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$(棕色气体)。
- 沿族向下,氢氧化物变得更可溶,硫酸盐更不可溶。
- 用**阳离子电荷密度(极化能力)**解释趋势,而不只是大小。
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