要把化学键与性质联系起来,先读数据,再说出结构,最后才解释性质。这条推理链适用于任何物质,包括你从没见过的。
这项技能放在综合化学推理的最前面,因为本模块之后的每一课都假设你能说出粒子是什么、它们如何结合。
推理链是什么?
性质是结构的结果。只要知道有哪些粒子、什么力把它们结合在一起,就能预测物质的表现,反过来也可以。
- 找出线索: 熔点、硬度、导电性(固态、熔融态、溶解态)以及溶解性。
- 把线索对应到结构: 巨型离子、巨型共价、简单分子或金属。
- 说出粒子和作用力: 离子靠静电吸引,原子靠共价键,分子之间靠微弱的作用力,金属是正离子加上自由移动的离域电子。
- 解释性质: 说明什么需要被克服,或者什么可以自由移动。
例题
下面的数据是为练习而虚构的。三种陌生固体 X、Y、Z 经过测试。
| 物质 | 熔点 | 固态导电? | 熔融态导电? |
|---|---|---|---|
| X | 1,710 °C | 否 | 否 |
| Y | 801 °C | 否 | 是 |
| Z | −7 °C | 否 | 否 |
第 1 步,X 的线索: 熔点很高,在任何状态下都不导电。没有可以携带电荷的自由离子或电子。
第 2 步,X 的结构: 巨型共价结构(giant covalent)。要熔化它,必须断开极大量的强共价键,所以需要很多能量。
第 3 步,Y: 熔点高,固态不导电,熔融时导电。这是巨型离子晶格(giant ionic lattice)。固态时离子固定不动,熔融后离子可以自由移动并携带电荷。
第 4 步,Z: 熔点低于室温,不导电。这是简单分子物质(simple molecular)。只需克服分子之间的微弱作用力,所以所需能量很少。分子不带电,所以不导电。
每个一句话的答案: X 是巨型共价,Y 是离子化合物,Z 是简单分子物质,每一项性质都来自粒子的类型。
要小心的错误
常见错误是说 Z 熔化是因为共价键断开了。
错误答案: “Z 的熔点低,因为共价键很弱。”
每个分子内部的共价键仍然很强,熔化时并没有断开。正确的说法是:“Z 的熔点低,因为分子之间的作用力很弱,只需很少能量就能把分子分开。“每次都问自己:物质熔化时,是哪些粒子在彼此远离?
自我检测
以下数据全部是虚构的。
1. 物质 A 是有光泽的固体,固态时能导电,并且可以锤成薄片。写出它的结构,以及负责导电的粒子。
显示答案
金属结构。离域电子可以在正离子的晶格中自由移动并携带电荷。离子层可以滑动,所以金属可以成形而不碎裂。
2. 物质 B 的熔点是 1,050 °C。它固态时不导电,溶于水后导电。解释这种导电现象。
显示答案
B 是离子化合物。固态时离子被固定在原位。溶解后离子分开并可自由移动,因此能携带电荷。
3. 物质 C 在 78 °C 沸腾,在任何状态下都不导电。它更可能是巨型共价还是简单分子?写出一个理由。
显示答案
简单分子。巨型共价结构需要非常高的温度才会改变状态,而 C 很容易改变状态,因为只需克服分子之间的微弱作用力。
接下来
当你能根据数据说出结构后,再练习数值方面的把方程式比例与速率数据结合起来,然后用综合练习题测试本模块所有课程。科学探究评论工具可以帮你检查数据是否真的支持你的结论。
有些学生懂得每一条键合知识,却因为跳过”先说出结构”这一步而丢分。这正是我们的老师在Co-ordinated Sciences 线上一对一补习中会留意的习惯。