AP化學考點解讀:手把手教你掌握離子化合物!

2021-02-08 STEM研習社


在一個古老的東歐童話中,一個國王要求他的三個女兒形容各自對他的愛。


其中兩個女兒把自己對他的愛與鑽石、珍珠以及黃金的喜愛相媲美,而他的第三個女兒卻說:「父親,我對你的愛勝過食鹽。」被拿來與如此普通的食鹽相提並論,國王深感受辱,為此他驅逐了第三個女兒。


公主藉助一點點魔法,與食鹽一起從這個王國徹底消失,沒有了食鹽,王國的人都開始生病了。這個故事繼續在流傳著,以此告訴人們那些生活中看似平凡的東西有時卻有著不可或缺的重要性。


那麼我們今天來講一講食鹽和食鹽同類型物質的性質特點以及AP化學相關考點。



同學們都知道食鹽主要組成為NaCl,NaCl為離子化合物。離子化合物都有較高的熔沸點,例如NaCl的熔點大概是800攝氏度。為什麼離子化合物熔沸點比較高呢?



我們可以從微觀粒子層面進行分析。我們用同學們比較熟悉的NaCl來舉例。Na為金屬,最外層只有1個電子,非常容易失去;Cl為非金屬,最外層有7個電子,容易得到一個電子。所以Na與Cl相遇,Na把最外層的一個電子轉移給了Cl,由此形成了Na+和Cl-(如圖)。陰陽離子的吸引力就是同學們熟悉的離子鍵。



一般金屬和非金屬進行結合,會有電子的轉移,形成陰陽離子,從而可形成離子化合物,下圖為NaCl的晶格結構圖。



NaCl由固體變成液體,需要破壞離子鍵,離子鍵是化學鍵,陰陽離子鍵的吸引力比較強,因此破壞離子鍵需要的能量很高,那麼NaCl變成熔融態需要很高的能量,它的熔沸點就會很高。


有關離子化合物的性質,除了熔沸點高,還有易碎。離子化合物為什麼會具有脆性呢?


我們看下圖,當對離子化合物施加外加作用力時,離子化合物內部離子發生位移,因此帶相同電荷的離子會靠近,大量相同電荷離子互相排斥,因此離子化合物會裂開,具有脆性。



接下來我們講一講離子化合物的導電性。我們看下面的動態圖,向水槽內開始加水,然後加入離子化合物NaCl, 發現小燈泡會發亮,說明NaCl水溶液或者說離子化合物水溶液可以導電。



因為離子化合物在水溶液中可以電離產生自由移動的離子,例如NaCl在水中可以電離產生Na+和Cl-。現在我們把容器內的NaCl溶液換成NaCl固體,小燈泡會不會亮呢?


如果換成固體NaCl,我們發現小燈泡並不亮,對於固體離子化合物,陰陽離子緊緊吸引在一起,並沒有自由移動的電子或離子,因此固體離子化合物並不導電。熔融態(純液態)的NaCl也可以導電,因為熔融態的離子化合物,破化了離子鍵,產生了自由移動的離子,因此熔融態的離子化合物也可導電。



那麼在備考AP化學的小朋友們要注意啦,結合離子化合物熔沸點高,固態離子化合物不導電而熔融態或者離子化合物水溶液可導電相關性質特點就會出考題。我們可以看一道真題。



根據題目描述這個物質固態不導電,在水溶液中可以導電,熔點比較高,我們應該選擇離子化合物NaOH。


AP化學考試中還比較容易考到晶格能。晶格能是把1mol固體離子化合物變成氣態離子所需要吸收的能量。考試中主要涉及離子化合物晶格能大小的比較。晶格能可以簡單理解成把陰陽離子分開需要的能量,所以陰陽離子吸引力越強,晶格能越大。那麼我們可以用到庫倫定律來比較帶電粒子間的作用力。



通過公式,首先從粒子所帶電荷的大小上分析,陰陽離子帶電量越大,晶格能越大;其次,從帶電粒子距離上分析,陰陽離子半徑越小,陰陽離子間距離越近,晶格能越大。我們可以分析一道相關考題。



題目中問哪個選項物質的晶格能最大,我們首先可以排除D,因為D是共價化合物,並不是離子化合物,晶格能指的是把1mol離子化合物變成氣態離子所需要的能量。


接下來可以排除A,因為A中Li+所帶電荷為+1,F-所帶電荷為-1,而B、C選項中陽離子所帶電荷都為+2,陰離子所帶電荷都為-1,根據庫倫定律帶電粒子所帶電量越大,陰陽離子間吸引力越強,晶格能越大。


在選項B和C中,Mg2+半徑小於Ca2+半徑,Cl-半徑小於Br-半徑,根據庫倫定律,陰陽離子半徑越小,陰陽離子間距離越近,晶格能越大。有關AP考點就講這麼多。



離子化合物普遍存在於地球上的每個角落;海洋以及礦物質,甚至是餐桌上的鹽。對於普通又重要的離子化合物,我們主要了解了他們的性質特點:熔沸點高,具有脆性,固態不導電,熔融態和溶於水能夠導電。同時我們也根據離子化合物性質特點講到了AP化學中的考點和答題方法。



ionic compound 離子化合物

ionic bond離子鍵

cation陽離子

anion陰離子

brittle脆的

Coulomb’s law庫倫定律

ionic radius離子半徑

lattice energy晶格能




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