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CIE AS · 化学 2 Bonding & States
化学键与物质状态
Bonding & StatesCambridge International
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导读 MAP
原子怎么连成分子
💡 核心：化学键决定物质结构，分子间力决定物理性质。
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1 · 化学键 CHEMICAL BONDS
三种化学键
⚡ 离子键
金属+非金属，电子转移
静电吸引→晶格
例：Na⁺Cl⁻
🤝 共价键
非金属+非金属，共享电子对
单/双/三键
例：H₂, O₂, CO₂
🔩 金属键
金属+金属，离域电子海
导电导热延展
例：Cu, Fe
💡 电负性差值越大，键的离子性成分越大：差值很小→非极性共价键；中等→极性共价键；很大→主要表现为离子键。（1.7 仅为经验近似值，非考纲硬性分界）F=4.0(最大)。
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1c · 离子键详解 IONIC BONDING
离子键：
电子的转移
⚡ NaCl 的形成
Na(2,8,1)失去1个电子→Na⁺(2,8)
Cl(2,8,7)得到1个电子→Cl⁻(2,8,8)
静电吸引→离子晶格
配位数6（每个Na⁺周围6个Cl⁻）
晶格能高→熔点高(801°C)→硬而脆
💡 离子化合物性质：熔沸点高、固态不导电（离子固定）、熔融/水溶液导电（离子可移动）、硬而脆（层间滑移→同性相斥）。
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1d · 金属键详解 METALLIC BONDING
金属键：
离域电子海
🔩 电子海模型
金属阳离子规则排列成晶格
价电子离域，在整块金属中自由移动
阳离子与电子海间的静电吸引 = 金属键
不含方向性，故金属键无方向
⚡ 性质与因果
导电导热：自由电子可迁移
延展性：层间滑动电子海仍维系（可拉丝压片）
高熔点：强金属键（多数）
不溶于一般溶剂
💡 金属键的无方向性是延展性的根源——电子海像胶水，错位滑动后仍粘合。
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2 · 分子形状 VSEPR
VSEPR
电子对互斥
📐 VSEPR 规则
电子对尽量远离
2对→直线(180°)
3对→平面三角(120°)
4对→四面体(109.5°)
6对→八面体(90°)
📊 常见分子
CO₂→直线
BF₃→平面三角
CH₄→正四面体
NH₃→三角锥(107°)
H₂O→V形(104.5°)
VSEPR：电子对互斥决定分子形状与键角
💡 孤对电子比成键对占更多空间→压缩键角。NH₃ 107°而非109.5°，H₂O 104.5°。
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2c · VSEPR 完整表 VSEPR TABLE
VSEPR
完整对照表
电子对
孤对
形状
键角
例子
2
0
直线
180
CO2, BeCl2
3
0
平面三角
120
BF3, CO3(2-)
4
0
四面体
109.5
CH4, SO4(2-)
4
1
三角锥
107
NH3
4
2
V形
104.5
H2O
6
0
八面体
90
SF6
Lewis 结构：用点表示价电子与共用电子对
💡 推断形状三步：① 画 Lewis 结构；② 数中心原子的电子对（成键+孤对）；③ 查表得形状和键角。
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2d · σ键与π键 SIGMA & PI BONDS
σ键与π键
的重叠方式
🔗 σ 键（sigma）
头对头沿键轴方向重叠
重叠程度大→键强、可自由旋转
单键、双键、三键中都含1个σ键
🦋 π 键（pi）
肩并肩侧面（p轨道）重叠
重叠程度较小→键较弱、不可旋转
双键含1个π，三键含2个π
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3 · 分子间力 INTERMOLECULAR
分子之间也有力
🔗 氢键
最强分子间力
H连F/O/N上
解释水的高沸点、DNA
⚡ 偶极-偶极
极性分子间永久偶极吸引
强度中等
例：HCl
🌊 范德华力
最弱但所有分子都有
瞬时偶极→诱导偶极
电子越多越强
🦎 壁虎爬墙 = 范德华力📌 便利贴可重复粘 = 范德华力🧬 DNA 碱基配对 = 氢键
第14族氢化物沸点：H₂O 因氢键而异常偏高
💡 强度：氢键>偶极>范德华。分子间力决定熔沸点——AS 必考。
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3c · 电负性与极性 ELECTRONEGATIVITY
电负性
决定键的极性
📊 Pauling 电负性
F=4.0(最大) > O=3.5 > Cl=3.0 > N=3.0 > C=2.5 > H=2.1 > Na=0.9 > Cs=0.7
同周期→：电负性增大
同族↓：电负性减小
差值很小→非极性共价键
差值中等→极性共价键
差值很大→主要表现为离子键（约 1.7 仅经验近似）
⚡ 极性分子
极性键+不对称形状→极性分子
例：H2O（极性键+V形）→极性
例：CO2（极性键+直线对称）→非极性
偶极矩 μ≠0→极性
μ=0→非极性
💡 关键区分：有极性键≠极性分子！CO2 有两个极性 C=O 键，但因为对称→偶极抵消→非极性。要同时考虑键的极性和分子形状。
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4 · 物质状态 STATES OF MATTER
固液气
的本质
💧 液体
可移动但保持接触
固定体积流动形状
分子间力较强
💨 气体
自由飞散几乎无力
充满容器可压缩
PV=nRT
💡 PV=nRT，R=8.31 J/(mol·K)。注意单位：Pa, m³, K。
🥔 薯片袋上高原鼓包 = P↓V↑🍲 高压锅 = P↑T↑
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4b · 水的特殊性质 PROPERTIES OF WATER
水——
生命的溶剂
💧 水的异常性质
沸点100°C（同族H2S仅约-60°C）→氢键
冰浮在水面→氢键形成四面体空隙
比热容大→调节气候
优良溶剂→极性分子/离子化合物
表面张力大→毛细现象
🧬 氢键的意义
DNA双螺旋的碱基配对（A-T, G-C）
蛋白质二级结构（alpha螺旋/beta折叠）
细胞膜流动性
酶的催化活性
→ 没有氢键就没有生命
水分子间的 O-H⋯O 氢键（强于范德华力、弱于共价键）
💡 CIE考点：解释水为什么沸点异常高→画出 O-H...O 氢键示意图→说明氢键比范德华力强但比共价键弱。
🧊 冰浮水面 = 氢键四面体空隙💦 出汗降温 = 高比热蒸发吸热🐾 水黼水面行走 = 表面张力
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5 · 相变 PHASE CHANGES
状态变化与
加热曲线
🌡️ 相变（吸热）
熔化：固→液（破坏晶格）
汽化：液→气（完全克服分子间力）
升华：固→气（跳过液态，如干冰）
逆过程放热：凝固/凝结/凝华
📈 加热曲线
升温段：温度上升，吸收显热
平台段：温度不变，吸收潜热用于相变
熔化热 ΔHfus、汽化热 ΔHvap
液体蒸气压↑到等于外压即沸腾
💡 平台段温度不变 = 吸收的潜热全部用于克服分子间力而非升温。
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5b · 碳的同素异形体 ALLOTROPES OF CARBON
同是碳原子
性质天壤之别
💎 金刚石
每个 C sp³，三维共价网络
巨型共价结构→极硬、高熔点
不导电（无自由电子）
✏️ 石墨
每个 C sp²，层内强共价键
层间仅范德华力→软、可剥落
离域电子→层向导电
⚽ 富勒烯 C₆₀
60个 C 组成足球状分子
含五边形+六边形（巴基球）
简单分子结构→熔点较低、可溶于有机溶剂
💡 元素性质取决于键与结构：巨型共价（金刚石/石墨）熔点极高；简单分子（C₆₀）熔点低。
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考点+自测 REVIEW
必考要点
📋 考点
三种键的区别
VSEPR画形状
氢键条件(F/O/N-H)
PV=nRT计算
✏️ 自测
画CH₄和H₂O形状解释键角差异
H₂O沸点为何远高于H₂S？
0.5mol气体300K/100kPa体积=?
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LIFE FUN
化学键与生活
为什么盐溶于水?
NaCl离子键强
但水极性分子包围离子
水偶极拉散离子->溶解
相似相溶
钻石硬而石墨软?
钻石C共价键三维网络->最硬
石墨层间范德华力弱->铅笔
同一种元素->不同键->不同性质
不同晶体/结构类型对比：键的方式决定宏观性质
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结语 END
化学键与物质状态
完成！
化学键把原子连成分子，分子间力决定物质状态——理解了键，就理解了物质的性质。
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参考 REFERENCES
📚 教材
Cambridge AS & A Level Chemistry Coursebook · CIE 9701
