| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.1.A |
|
原子结构与性质
AP 化学 · 第 1 主题
1.1
摩尔与摩尔质量
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
因为原子太小无法计数,化学家以摩尔(moles)计数。一摩尔是阿伏伽德罗常数(Avogadro's number)个粒子,$N_A=6.022\times10^{23}$。摩尔质量(molar mass)(每摩尔的克数,从周期表读出)在质量和摩尔之间转换:

Worked example. $36.0\ \text{g}$ 的水($M=18.0\ \text{g/mol}$)里有多少摩尔,以及多少分子?
Link mass, moles and molar mass
Molar mass $M$ is the bridge between the mass you weigh and the number of moles: $m = M \times n$. Because $M$ is fixed for a substance, mass is proportional to moles — double the moles, double the mass.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| moles | 摩尔 | mó ěr |
| Avogadro's number | 阿伏伽德罗常数 | ā fú gā dé luó cháng shù |
| molar mass | 摩尔质量 | mó ěr zhì liàng |
1.2
元素的质谱
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.2.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一台质谱仪(mass spectrometer)按质量分开原子,给出一个质谱(mass spectrum):在每个同位素(isotope)(相同元素,不同中子数)处有峰,峰高显示它们的相对丰度(relative abundance)。元素的平均原子质量是它同位素质量的丰度加权平均。


Worked example. 氯是 $75.8\%$ 氯-35 和 $24.2\%$ 氯-37。它的平均原子质量是
Explore isotopes — same element, different mass
Keep the protons fixed but change the neutrons to build the two chlorine isotopes ($^{35}$Cl and $^{37}$Cl). Same element, different mass — exactly the peaks a mass spectrum shows.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| mass spectrometer | 质谱仪 | zhì pǔ yí |
| mass spectrum | 质谱 | zhì pǔ |
| isotope | 同位素 | tóng wèi sù |
| relative abundance | 相对丰度 | xiāng duì fēng dù |
1.3
纯净物的元素组成
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.3.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个化合物的百分组成(percent composition)是每个元素的质量分数。从它你通过把每个元素的质量转换成摩尔并除以最小的来求实验式(empirical formula)(原子的最简整数比)。分子式(molecular formula)是实验式的一个整数倍,从摩尔质量求出。

Worked example. 一个化合物按质量是 $40.0\%$ C、$6.7\%$ H 和 $53.3\%$ O。假设 $100\ \text{g}$,把每个质量转换成摩尔并除以最小的:
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| percent composition | 百分组成 | bǎi fēn zǔ chéng |
| empirical formula | 实验式 | shí yàn shì |
| molecular formula | 分子式 | fēn zǐ shì |
1.4
混合物的组成
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
与一个纯化合物不同,一个混合物(mixture)有可变的组成——它的各部分保持它们自己的身份。用每个组分的质量或摩尔分数来描述一个混合物;这些不遵循一个固定的公式。光谱学(像 PES 或吸收)能测量每个组分存在多少。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| mixture | 混合物 | hùn hé wù |
1.5
原子结构与电子排布
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.5.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个原子是一个微小的原子核(nucleus)(质子和中子),被在壳层(shells)和亚层(subshells)(s、p、d、f)里的电子围绕。电子排布(electron configuration)列出电子如何填充这些,最低能量优先(例如 $1s^2\,2s^2\,2p^6$)。最外层、最高能量的电子——价电子(valence electrons)——控制化学。库仑定律(Coulomb's law)解释它们的能量:更接近原子核、被更少屏蔽的电子被更紧地束缚。


Worked example. 写硫($Z=16$)的电子排布。按顺序填充亚层直到 $16$ 个电子被放置:$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$。$3s$ 和 $3p$ 电子(总共六个)是价电子,所以硫倾向于获得两个电子来完成它的八隅体。

Explore how electrons fill the shells
Change the atomic number $Z$ and watch the electrons fill the shells lowest-energy-first (the Aufbau principle 构造原理). The outermost electrons are the valence electrons that drive bonding.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| nucleus | 原子核 | yuán zǐ hé |
| electron configuration | 电子排布 | diàn zi pái bù |
| valence electrons | 价电子 | jià diàn zi |
1.6
光电子能谱
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.6.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
光电子能谱(photoelectron spectroscopy)(PES)测量从每个亚层移除电子所需的能量。每个峰是一个亚层:它的位置给出结合能(束缚得多紧)而它的高度给出其中电子的数量。PES 数据让你直接读一个元素的电子排布并确认壳层结构。


| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Photoelectron spectroscopy | 光电子能谱 | guāng diàn zi néng pǔ |
1.7
周期性变化趋势
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.7.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
周期表上的趋势由核电荷(nuclear charge)和屏蔽(shielding)决定:

- 原子半径(atomic radius)在一个周期上减小(更强的拉力)而在一个族上增大(更多壳层)。
- 电离能(ionization energy)(移除一个电子的能量)横向增大、向下减小——与半径相反。
- 电负性(electronegativity)(对共享电子的拉力)横向和向上增大,朝向氟。

Explore atomic radius across a period
Step across Period 3 and watch the atomic radius shrink — each added proton raises the effective nuclear charge and pulls the same shell in tighter.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Atomic radius | 原子半径 | yuán zi bàn jìng |
| Ionization energy | 电离能 | diàn lí néng |
| Electronegativity | 电负性 | diàn fù xìng |
1.8
价电子与离子化合物
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.8.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
原子获得、失去或共享价电子以达到稳定的排布。金属(低电离能)失去电子形成阳离子(cations);非金属获得电子形成阴离子(anions)。带相反电荷的离子吸引成一个离子化合物(ionic compound),它的公式平衡电荷使整体呈中性。例如,铝($3+$)和氧化物($2-$)结合成 $\text{Al}_2\text{O}_3$,所以 $+6$ 和 $-6$ 抵消。
Watch an ionic bond form by electron transfer
A metal gives up its valence electron(s) and a non-metal takes them, so both reach a full shell. The atoms become oppositely charged ions that attract — that electrostatic pull is the ionic bond.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| cations | 阳离子 | yáng lí zi |
| anions | 阴离子 | yīn lí zi |
| ionic compound | 离子化合物 | lí zi huà hé wù |
1.8
考试技巧
- 用摩尔作为枢纽:用 $n=m/M$ 转换克↔摩尔,用阿伏伽德罗常数转换摩尔↔粒子。
- 相对原子质量是同位素的丰度加权平均——它更接近更丰富的那个,不是中间。
- 对于一个实验式,把每个元素的质量变成摩尔并除以最小的;放大到整数。
- 从核电荷和屏蔽读周期趋势:原子半径在一个周期上减小、电离能和电负性横向(和向上)增大。
- 按能量顺序填充电子排布;外层价电子控制化学。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。