| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
3.1.A |
|
物质与混合物的性质
AP 化学 · 第 3 主题
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 |
|
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 |
|
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 |
|
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 |
|
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 |
|
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
逐步学习,并即时检测练习。