AS化学 核心笔记

学科复习重点

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• Atomic Structure

  原子结构、同位素、电子排布
• Ionisation Energy

  电离能及其影响因素
• Stoichiometry

  摩尔计算与化学方程式
• Chemical Bonding

  离子键、共价键、金属键
• Molecular Shapes

  VSEPR理论与分子形状
• Intermolecular Forces

  分子间作用力类型
• States of Matter

  气体状态方程与晶体结构

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1. Atomic Structure（原子结构）

1.1 原子内部的粒子与原子半径

核心概念

亚原子粒子的特性

粒子	相对电荷	相对质量	在电场中的行为
Proton ()			向负极偏转
Neutron ()			不偏转
Electron ()			向正极偏转（偏转更大，因为质量小）

Question

Answer

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Atomic Number 和 Mass Number

Key Concepts

粒子组成练习

Problem

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Solution

原子/离子半径的变化趋势

我们来看看原子半径在周期表中的变化规律：

趋势	变化	原因解释
同一周期从左到右	半径 减小	Nuclear charge增大，把外层电子拉得更紧，而shielding效应相似（电子进入同一个shell）
同一族从上到下	半径 增大	电子壳层数增加，内层电子对外层的shielding效应增强，削弱了nucleus的吸引力

记忆技巧

想象nucleus是一个磁铁，电子是铁粉：

• 磁铁越强（nuclear charge越大），铁粉被拉得越近 → 半径减小
• 中间隔的纸越多（shielding越强），铁粉越远 → 半径增大

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1.2 Isotopes（同位素）

Question

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同位素的性质差异

同位素之间既有相同点，也有不同点，理解原因很重要：

性质类型	是否相同	原因
Chemical properties	✅ 相同	化学性质由电子数量和排布决定，同位素的电子配置相同
Physical properties	❌ 不同	物理性质（如质量、密度）取决于原子质量，同位素的中子数不同导致质量不同

同位素概念应用

Problem

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Solution

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1.3 Electrons, Energy Levels and Atomic Orbitals（电子、能级与原子轨道）

这部分内容细节非常多，是AS化学的重中之重！

Sub-shells 和 Orbitals

电子在原子中的排布是分层次的：

电子排布的层次结构

Sub-shell	Orbital数量	最多电子数
	1	2
	3	6
	5	10
	7	14

Question

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能级顺序（Energy Order）

这里有个重要的”反常”现象需要特别注意：

特别注意

的能量低于 ！这意味着：

• 填充电子时， 先于 填充
• 例如：钙 (Ca) 的电子排布是 ，而不是先填

Electronic Configuration（电子排布）

写电子排布有两种格式：

1. Full configuration（完整式）

• 钠 (Na, ):

2. Shorthand configuration（简化式）

• 钠 (Na):

电子排布练习

Problem

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Solution

Electrons-in-boxes Notation 和 Hund’s Rule

用方框表示orbitals时，要记住Hund’s rule：

Hund's Rule

例如，氮 (N, ) 的 sub-shell：

2p: ↑  ↑  ↑   （正确 - 遵循Hund's rule）

2p: ↑↓ ↑  _   （错误 - 过早配对）

Question

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Orbital Shapes（轨道形状）

了解轨道的形状有助于理解化学键的形成：

Orbital	形状	特点
orbital	球形 (spherical)	对称分布在nucleus周围
orbital	哑铃形 (dumbbell)	有三个方向：，沿着x、y、z轴分布

Note

考试中可能会要求你画出这些轨道的形状，所以要熟练掌握！

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1.4 Ionisation Energy（电离能）

电离能是AS化学中非常重要的概念，需要深入理解。

Question

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电离能的方程式

写电离能的方程式时，要特别注意状态符号和产物：

电离能类型	方程式

常见错误

❌ 不要写成：

✅ 所有species都必须是gaseous (g)！

影响电离能的四大因素

理解这四个因素及其相互作用是解释电离能趋势的关键：

影响电离能的因素

周期表中的电离能趋势

1. 同一族从上到下： 递减

解释电离能趋势

Problem

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2. 同一周期从左到右： 总体递增（有例外）

总体趋势是递增的，但有两个重要的anomalies（反常点）：

反常现象	例子	原因
Group 2 → Group 3	Be → B 或 Mg → Al	Group 3的外层电子进入新的 sub-shell，能量略高于，更容易移除
Group 5 → Group 6	N → O 或 P → S	Group 6的 sub-shell开始出现配对电子，spin-pair repulsion使得移除一个电子更容易

记忆技巧

想象 orbital是一个公交座位：

• Group 5 (N, P)：每个座位坐一个人（3个orbital，3个电子）→ 都很舒适
• Group 6 (O, S)：开始有人挤在一起（出现配对）→ 其中一个人更容易”离开”

电离能趋势的反常点

Problem

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Successive Ionisation Energies（逐级电离能）

观察一个元素的逐级电离能变化，可以推断出它的电子排布和族号：

逐级电离能的规律

逐级电离能分析

Problem

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Solution

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2. Atoms, Molecules and Stoichiometry（原子、分子与化学计量学）

这部分主要涉及计算，相对比较直接，但要确保公式和单位使用正确。

2.1 相对质量 & 2.2 The Mole

Question

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核心定义

术语	定义	用途
(Relative Atomic Mass)	元素原子的平均质量与unified atomic mass unit的比值	单个元素的相对质量
(Relative Molecular Mass)	分子的质量与unified atomic mass unit的比值	分子化合物的相对质量
Relative Formula Mass	离子化合物的式量	离子化合物（如NaCl）的相对质量

Question

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摩尔计算公式

必备公式

摩尔计算练习

Problem

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Solution

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2.3 Formulas（化学式）

离子化合物的化学式

写离子化合物的化学式时，要确保正负电荷平衡：

Key Concepts

Question

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Empirical Formula vs Molecular Formula

类型	定义	例子
Empirical Formula	化合物中元素原子的最简整数比
Molecular Formula	化合物中元素原子的实际数量	或

Empirical Formula计算

Problem

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Solution

结晶水相关术语

结晶水术语

例如： 是hydrated copper sulfate，含有5个water of crystallisation。

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2.4 Reacting Masses and Volumes（反应质量与体积）

这部分涉及各种化学计量计算，需要熟练运用摩尔概念。

核心计算类型

必考计算

Ideal Gas Equation（理想气体方程）

单位要正确！

• = 压强（Pa，不是kPa或atm）
• = 体积（m³，不是dm³或cm³）
• = 摩尔数（mol）
• = 气体常数（8.314 J K⁻¹ mol⁻¹）
• = 温度（K，不是°C）

转换关系：

• 1 dm³ = 0.001 m³
• °C → K：加273

理想气体方程应用

Problem

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Solution

Limiting Reagent练习

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

Hint 3:

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Solution

Significant Figures提示

答案的有效数字应该与题目中给定数据的最少有效数字一致。例如，如果题目给的是”10.0 g”（3位有效数字），答案也应该是3位有效数字。

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3. Chemical Bonding（化学键）

化学键是连接原子形成化合物的核心概念，AS阶段需要深入理解三种主要类型的化学键。

3.1 Electronegativity and Bonding（电负性与化学键）

Question

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影响电负性的因素

电负性的影响因素与电离能类似：

Key Concepts

周期表中的电负性趋势

趋势	变化	原因
同一周期从左到右	电负性 增大	Nuclear charge增大，半径减小，shielding相似
同一族从上到下	电负性 减小	半径增大，shielding增强

Note

电负性趋势与第一电离能的趋势非常相似，因为它们都反映了nucleus对电子的吸引能力。

预测化学键类型

我们可以用电负性差值（Pauling electronegativity difference）来预测键的类型：

键类型预测

预测键类型

Problem

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Solution

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3.2 Ionic & 3.3 Metallic Bonding（离子键与金属键）

离子键

Question

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特点：

• 形成于金属和非金属之间
• 离子排列成规则的giant ionic lattice
• 例子：, ,

金属键

Question

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特点：

• Delocalised electrons可以在整个金属结构中自由移动
• 这解释了金属的导电性和延展性
• 例子： (铜), (铁)

记忆要点

离子键和金属键都是静电吸引力，但：

• 离子键：正离子 ↔ 负离子
• 金属键：正离子 ↔ 离域电子

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3.4 Covalent and Coordinate Bonding（共价键与配位键）

共价键

Question

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简单分子的成键：

• : H–H（单键）
• : O=O（双键）
• : N≡N（三键）
• : O=C=O
• : 金字塔形，N有一个lone pair
• : 四面体形

Expanded Octet（扩展八隅体）

Period 3 元素的特殊性

Note

Period 2元素（如C, N, O）不能形成expanded octet，因为它们没有可用的 orbitals。

Coordinate Bond（配位键/Dative Covalent Bond）

Question

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形成条件：

• 一个原子有lone pair
• 另一个原子有空的orbital

例子1：的形成

的lone pair提供两个电子给（空的 orbital）。

例子2： 两个分子通过coordinate bonds连接（Cl的lone pair → Al的空orbital）。

Tip

Coordinate bond形成后，与普通共价键没有区别，具有相同的强度和性质。

和 键

理解orbital overlap（轨道重叠）对理解化学键的性质很重要：

键类型	形成方式	特点	存在于
(sigma) Bond	直接（end-on）重叠：s-s, s-p, p-p head-on, 或杂化轨道	电子密度集中在核间轴上，键强度较大	所有单键、双键、三键中都有
(pi) Bond	侧面（sideways）重叠：相邻的 orbitals	电子密度分布在核间轴上下方，键强度较弱	仅存在于双键（1个）和三键（2个）

成键规律

识别$\\sigma$和$\\pi$键

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

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Solution

Hybridisation（杂化轨道）

杂化理论解释了分子的几何形状：

杂化类型

记忆规律

个electron domains → hybridisation

例如：

• 2 domains →
• 3 domains →
• 4 domains →

Bond Energy 和 Bond Length

Key Concepts

键	键长	键能	反应性
C–C	长	弱	高
C=C	中	中	中
C≡C	短	强	低

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3.5 Shapes of Molecules (VSEPR Theory)（分子形状）

VSEPR（Valence Shell Electron Pair Repulsion）理论是预测分子形状的强大工具。

VSEPR理论核心

Repulsion强度顺序

这个顺序解释了为什么lone pair会压缩bond angle。

常见分子形状

Note

以下表格中，“bonding regions”把double bond和triple bond都当作一个region计算。

分子	Bonding Pairs	Lone Pairs	形状	键角
	3	0	Trigonal Planar（平面三角形）
	2 (两个双键)	0	Linear（线性）
	4	0	Tetrahedral（四面体）
	3	1	Pyramidal（金字塔形）
	2	2	Non-linear/Bent（V形）
	6	0	Octahedral（八面体）
	5	0	Trigonal Bipyramidal（三角双锥）

预测分子形状

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

Hint 3:

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Solution

Question

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3.6 Intermolecular Forces (IMF)（分子间作用力）

分子间作用力决定了物质的物理性质（如沸点、熔点）。

键强度比较

Van der Waals’ Forces（范德华力）

“Van der Waals’ forces”是一个总称，包括所有分子间作用力。

1. Instantaneous dipole–induced dipole forces (id-id) / London Dispersion Forces

Question

Answer

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Key Concepts

2. Permanent dipole–permanent dipole forces (pd-pd)

Question

Answer

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例子：,

Hydrogen Bonding（氢键）

氢键是一种特殊的、特别强的永久偶极-永久偶极作用力。

氢键的形成条件

常见含氢键的分子：

• (O–H)
• (N–H)
• (F–H)

Caution

不是所有含H的分子都有氢键！

例如： 没有氢键，因为C的电负性不够高。

水的反常性质

氢键解释了水的一些独特性质：

水的反常性质及解释

氢键的识别与比较

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

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Solution

Bond Polarity 和 Dipole Moment

理解极性对预测IMF类型至关重要：

Bond Polarity（键极性）：

• 由电负性差异引起
• 电负性差值越大，键越极性

Dipole Moment（偶极矩）：

• 分子整体的极性
• 取决于键的极性和分子的形状

Key Concepts

例子：

分子	键极性	形状	整体极性
	C=O是极性键	线性（对称）	非极性
	O–H是极性键	V形（不对称）	极性
	C–Cl是极性键	四面体（对称）	非极性
	N–H是极性键	金字塔形（不对称）	极性

判断分子极性

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

Hint 3:

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Solution

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3.7 Dot-and-Cross Diagrams（点叉电子式）

点叉电子式用于直观地表示化学键中的电子：

点叉电子式的用途

Tip

在点叉图中：

• 用**dots（点）**表示一个原子的电子
• 用**crosses（叉）**表示另一个原子的电子
• 这样可以清楚地看到哪些电子来自哪个原子

但要记住：一旦形成共价键，电子是**indistinguishable（无法区分）**的！

例子：

• : 两个O–H共价键 + 两对lone pairs
• : 三个N–H共价键 + 一个N→H配位键（看起来完全一样）
• : 五个P–Cl键，P有10个价电子（expanded octet）

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4. States of Matter（物质状态）

4.1 The Gaseous State: Ideal and Real Gases（气态：理想气体与真实气体）

气体压强的起源

Question

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理想气体的假设

Ideal Gas的两大假设

Note

真实气体在高温、低压时最接近理想气体行为，因为：

• 高温 → 分子运动快，IMF影响小
• 低压 → 分子距离远，分子自身体积可忽略

理想气体方程

符号	含义	单位
	压强	Pa（帕斯卡）
	体积	m³（立方米）
	摩尔数	mol
	气体常数	8.314 J K⁻¹ mol⁻¹
	温度	K（开尔文）

理想气体方程的应用

计算气体的相对分子质量

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

Hint 3:

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Solution

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4.2 Bonding and Structure（键与结构）

不同类型的bonding和structure决定了物质的物理性质。

四大结构类型总结

结构类型	键合	例子	熔沸点	导电性	溶解性
Giant Ionic	强离子键	,	高	熔融或溶解时导电（自由移动的离子）	溶于极性溶剂（如水）
Simple Molecular	分子内：强共价键 分子间：弱IMF	, ,	低	不导电	溶于非极性溶剂
Giant Molecular (Covalent)	强共价键网络	Diamond, Graphite,	非常高	通常不导电 （例外：Graphite）	不溶于任何溶剂
Giant Metallic	强金属键	,	高	导电（delocalised electrons）	不溶

Giant Ionic Structure

Key Concepts

Simple Molecular Structure

Key Concepts

记忆要点

Simple molecular substances的低熔沸点是因为克服的是分子间作用力，而不是共价键！

例如：沸腾时，I–I键不会断裂，只是分子之间分开。

Giant Molecular (Covalent) Structure

Diamond（金刚石）：

• 每个C与4个其他C形成强共价键
• 形成刚性的3D网络结构
• 非常硬，熔点极高
• 不导电（所有电子都被共价键占用）

Graphite（石墨）：

• 每个C与3个其他C形成强共价键
• 形成层状结构
• 层间有weak Van der Waals forces → 层可以滑动 → 软
• 每个C有一个delocalised electron → 导电

（二氧化硅）：

• 类似diamond，形成巨大的covalent network
• 非常硬，熔点极高

Question

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结构与性质的关系

Problem

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Hint 1:

Hint 2:

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Solution

Giant Metallic Structure

金属的特性及解释

Note

金属的延展性是因为金属键是非定向的：无论金属离子如何排列，delocalised electrons都能维持整体结构的稳定。

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总结与复习建议

AS Chemistry 复习策略

期末复习清单

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Congratulations! You've completed all items!

• 复习所有定义和解释

  能准确默写关键定义
• 掌握电离能趋势及反常点

  能解释Group 3和Group 6的anomalies
• 理解VSEPR理论

  能预测任何分子的形状和键角
• 区分三种IMF

  id-id, pd-pd, hydrogen bonding
• 熟练摩尔计算

  包括limiting reagent和percentage yield
• 掌握理想气体方程

  单位转换要正确
• 理解四大结构类型

  能解释性质与结构的关系
• 做Past Papers

  找出薄弱环节，针对性复习

Reset Progress

最后的建议

AS Chemistry的成功关键在于理解而非记忆。当你真正理解了为什么会有这些趋势和现象，答题时就能从原理出发，即使遇到陌生的题目也能迎刃而解。

祝你考试顺利！🎓