液体和固体

化学· Section 4.2· 30 分钟阅读

1. 液体和固体的粒子模型★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

液态和固态

两种凝聚态物质，与气态不同，粒子间距小，分子间作用力显著。液体体积固定但形状不固定；固体形状和体积都固定。

例:

0°C、1 atm下的液态水（液体）和冰（固体）

粒子动理论根据粒子有序性和动能描述每种状态，这与将粒子结合在一起的分子间相互作用的强度直接相关。

液体：粒子排列随机，有足够动能让粒子相互滑动，分子间作用力弱于固体但强于气体
固体：粒子排列固定有序，动能低，因此粒子仅能在固定位置附近振动，强分子间作用力将粒子固定在原位

📐 例题

解释为什么固体有固定的形状和体积，而液体体积固定但会保持容器的形状。

1
固体中，极强的分子间作用力将粒子固定在规则的晶格结构中。粒子只能在固定位置附近振动，无法移动到新位置。
2
这种固定排列意味着固体的整体形状和体积无法改变，因此固体有固定的形状和体积。
3
液体中的分子间作用力比固体弱。作用力强度足以让粒子保持聚集（因此体积固定），但不足以将粒子固定在固定位置。
4
粒子可以相互滑动并在液体中移动，因此液体可以流动适配容器形状，因此没有固定形状。

Exam tip:

解释题中，分子间作用力强度和粒子运动都会占分——请务必同时提到两点。

2. 蒸气压与状态变化★★★☆☆⏱ 15 min

📘 定义

蒸气压

给定温度下，密闭容器中蒸气与液态处于动态平衡时，蒸气所施加的压力。

将液体放入密闭容器后，表面的高能分子会逸出进入气相。一段时间后，离开液体的分子速率等于蒸气分子凝结回液体的速率，建立动态平衡。蒸气压仅取决于温度和液体的种类。

📐 例题

丙酮在1 atm下沸点为56°C，水在1 atm下沸点为100°C。25°C时哪一个的蒸气压更高？解释你的答案。

1
沸腾发生在液体蒸气压等于外界大气压时。更低的沸点意味着液体在更低温度下就能达到等于大气压的蒸气压。
2
丙酮沸点比水低，说明丙酮分子间的作用力比水弱。
3
更弱的分子间作用力意味着25°C下更多分子可以逸出液体表面，因此蒸气压更高。
4
最终答案：25°C下丙酮的蒸气压更高。

✓ 快速检测

检验你的理解：

下列关于蒸气压的说法哪一个正确？
- A: 蒸气压随温度升高而降低
- B: 蒸气压取决于容器的体积
- C: 分子间作用力更弱的液体蒸气压更高
- D: 蒸气压仅在液体沸腾时存在
显示答案
C —
正确。更弱的分子间作用力允许给定温度下更多分子逸出液体，因此蒸气压更高。A错误：蒸气压随温度升高而增大。B错误：蒸气压仅取决于温度和液体种类。D错误：任何温度下都存在蒸气压。

3. 晶体固体★★★☆☆⏱ 15 min

📘 定义

晶体固体

粒子呈规则重复三维排列（称为晶格），具有长程有序性的固体。

例:

氯化钠、金刚石、铜、冰

晶体晶格中粒子之间所有键或相互作用的强度都相等，因此晶体固体有明确固定的熔点。根据粒子种类和成键类型，晶体固体分为四类：

离子晶体：由离子键结合的离子构成
金属晶体：由离域电子结合的金属阳离子构成
共价网状晶体：由连续共价键网络结合的原子构成
分子晶体：由分子间作用力结合的分子构成

📐 例题

解释为什么晶体氯化钠有固定熔点801°C。

1
氯化钠是离子晶体，由 $N a^{+}$ 和 $C l^{-}$ 离子构成规则重复的晶格。
2
整个晶格中离子之间所有离子键的强度都相等。
3
在801°C时，所有离子键同时获得足够热能断裂，因此固体在该特定温度下完全熔化，因此有固定熔点。

4. 无定形固体★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

无定形固体

没有长程规则粒子排列，结构无序，类似冻结液体的固体。

例:

玻璃、橡胶、琥珀

无定形固体的不规则结构意味着固体不同区域的键强度不同。因此它们没有固定熔点，而是在一定温度范围内逐渐软化：较弱的区域先断裂，随后是较强的区域。

📐 例题

解释为什么玻璃没有固定熔点。

1
玻璃是无定形固体，二氧化硅分子排列不规则无序，没有重复晶格结构。
2
无序结构中不同区域的分子间键强度不同，因此不同区域断裂需要不同的热能。
3
较弱的键在较低温度断裂，较强的键在较高温度断裂，因此在一定温度范围内逐渐软化，没有单一固定熔点。

5. 常见陷阱

错误做法:

认为固体中的粒子完全不运动

原因:

固体粒子不是静止的，它们确实会运动

正确做法:

说明固体粒子在固定位置附近振动，无法流动到新位置

错误做法:

混淆蒸发和沸腾，认为蒸发仅在低于沸点时发生

原因:

蒸发在任何温度下都会发生，包括沸点时

正确做法:

明确蒸发是任何温度下都发生的表面过程，沸腾是仅在沸点、当蒸气压等于外界压力时发生的本体过程

错误做法:

认为蒸气压取决于液体的量或容器体积

原因:

蒸气压是平衡性质，仅取决于温度和液体种类

正确做法:

说明只要平衡时有液体存在，恒温下蒸气压不会随体积或液体量改变

错误做法:

认为所有固体都有固定熔点

原因:

只有晶体固体有固定熔点，无定形固体没有

正确做法:

明确只有具有规则晶格的晶体固体才有固定熔点

错误做法:

认为蒸气压越高沸点越高

原因:

沸腾发生在蒸气压等于外界压力时，因此更高蒸气压在更低温度就达到该条件

正确做法:

给定温度下蒸气压越高，对应相同外界压力下沸点越低

6. 速查表

性质	液体	晶体固体	无定形固体
粒子排列	随机、密堆积	规则重复晶格	不规则、无序排列
形状	适配容器形状，体积固定	形状和体积都固定	形状固定
熔点	固定	尖锐固定值	一定温度范围
分子间作用力强度	强于气体，弱于固体	强度均匀	强度不均匀、变化

7. 常见问题

蒸发和沸腾的区别是什么？

蒸发是仅发生在表面的过程，在低于沸点的任何温度下都会发生。沸腾发生在整个液体内部，且仅当液体的蒸气压等于外界大气压时才会发生。

为什么无定形固体没有固定熔点？

无定形固体的粒子排列不规则，因此不同区域的键强度不同。不同区域断裂需要不同的能量，因此熔点是一个范围而非固定值。

真题中的出现

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