馬亞樓
物質(zhì)熔沸點高低是由構(gòu)成物質(zhì)質(zhì)點間作用力大小決定的。物質(zhì)質(zhì)點間作用力包括分子之間的作用力和各種化學鍵。現(xiàn)從這兩方面談幾點比較物質(zhì)熔沸點高低的規(guī)律和方法。
一、從分子之間作用力大小比較物質(zhì)熔沸點高低
1.氫鍵法。因為氫鍵作用力大于范德華力,所以由氫鍵構(gòu)成的物質(zhì)的熔沸點高于由范德華力構(gòu)成的物質(zhì)的熔沸點,如乙醇>氯乙烷,HF>HI>HBr>HCl。
一般情況下,HF、NH3、H2O、C2H5OH、CH3COOH 等分子間都存在氫鍵。
2.同系物C 數(shù)法。對于有機同系物來說,因結(jié)構(gòu)相似,C數(shù)越多,分子越大,范德華力就越大,熔沸點也就越高,如C2H6 3.同分異構(gòu)體支鏈法。在有機同分異構(gòu)體中,支鏈越多,分子就越接近于球形,分子間接觸面積就越小,沸點就越低,如正戊烷>異戊烷>新戊烷。 4.分子量法。對于一些結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)因為分子量大小與分子大小成正比,故分子量越大,分子間力就越大,沸點就越高,如CH3Cl>CH3F,CH2Cl2>CH3Cl>CH4。 5.極性法。對于分子大小與分子量大小都相近的共價化合物來說,分子極性越大,分子間力就越大,沸點就越高,如CO>N2。 二、從化學鍵的強弱比較物質(zhì)熔沸點高低 6.晶體類型法。不同類型晶體物質(zhì)間熔沸點高低變化順序大致為共價晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體,如沸點:金剛石>食鹽>鐵>干冰 7.微粒半徑法。對于晶體類型相同的物質(zhì),熔沸點高低可由質(zhì)點微粒半徑大小來判斷。即質(zhì)點半徑越小,質(zhì)點間鍵長就越短,鍵就越難斷裂,晶體的沸點(熔點、硬度)就越高。如金屬晶體類沸點Al>Mg>Na。同理可得堿金屬從Li→Cs沸點逐漸降低。共價晶體類沸點C>SiC>Si,同理可得沸點C>B>Si。至于離子晶體,其沸點高低與晶格能大小基本上成正比。即陰陽離子所帶電荷越多,離子鍵就越強,沸點就越高;離子核間距離越大,離子鍵越弱,物質(zhì)沸點越低,如MgO>NaCl,MgO>CaO。判斷物質(zhì)沸點高低的方法很多,要根據(jù)不同的題目采用不同的方法分析比較,靈活運用知識。 8.狀態(tài)法。一般來說,物質(zhì)沸點高低按常溫下的狀態(tài)“固體>液體>氣體”變化。 例1 下列各組物質(zhì)中,按熔點由低到高排列正確的是( )。 A.O2、I2、Hg B.CO2、KCl、SiO2 C.Na、K、Rb D.SiC、NaCl、SO2 C.Na、K、Rb D.SiC、NaCl、SO2解析:本題主要考查離子晶體、共價晶體、分子晶體、金屬晶體四類典型晶體熔點的關系。一般是分子晶體的熔點低于金屬晶體與離子晶體,這兩種晶體的熔點又低于共價晶體。同一類型晶體間, 其微粒之間的作用力越強,熔點越高。O2、I2、Hg常溫下分別是氣體、固體和液體,所以熔點O2 答案:B 例2 下列物質(zhì)熔點由高到低的排列順序正確的是( )。 A.SiO2>KCl>H2S>H2O B.SiO2>KCl>H2O>H2S C.H2O>H2S>KCl>SiO2 D.KCl>SiO2>H2O>H2S 解析:Mr(H2O) 答案:B 例3 下列物質(zhì)的熔點由高到低排列,正確的是( )。 A.Li>Na>K>Cs B.NaCl>KCl>RbCl>CsCl C.F2>Cl2>Br2>I2 D.金剛石>硅>碳化硅 解析:A 項皆為金屬晶體,其熔點高低決定于金屬鍵的強弱,由Li→Cs,同主族元素原子半徑逐漸增大,離子半徑相應增大,金屬鍵逐漸減弱,熔點逐漸降低,故A 項正確。B項中皆為離子晶體,其熔點高低決定于離子鍵的強弱,由Na+ →Cs+ 半徑逐漸增大,與Cl- 間的作用逐漸減弱,熔點逐漸降低,故B項正確。C 項中皆為分子晶體,其熔點決定于分子間作用力的大小,由 F2→I2 相對分子質(zhì)量逐漸增大,分子間作用力逐漸增強,熔點越來越高,故C 項錯誤。D 項中皆為共價晶體,其熔點的高低決定于共價鍵的強弱,由原子半徑可推知三種鍵長的順序是C—C 答案:A、B 例4 有以下烷烴: ①3,3-二甲基戊烷 ②正庚烷 ③2-甲基己烷 ④正丁烷 它們的沸點由高到低的順序是( )。 A.③>①>②>④ B.①>②>③>④ C.②>③>①>④ D.②>①>③>④ 解析:在同類烴中,碳鏈越長,即分子量越大的烴,熔沸點越高;當碳原子數(shù)相同時,支鏈越多,空間幾何形狀越對稱的烴,熔沸點越低。 四種物質(zhì)中丁烷的相對分子質(zhì)量最小, 則沸點最低,而3,3-二甲基戊烷、庚烷、2-甲基己烷互為同分異構(gòu)體, 含有的支鏈越多, 沸點越低,則沸點由高到低的順序為②>③>①>④。 答案:C 例5 下列物質(zhì)的熔沸點高低順序正確的是( )。 A.金剛石>晶體硅>二氧化硅>碳化硅 B.CI4>CBr4>CCl4>CF4 C.MgO>H2O>N2>O2 D.金剛石>生鐵>鈉>純鐵 解析:A項中,物質(zhì)全部為共價晶體,判斷其熔沸點高低可比較其原子半徑:Si>C>O,故鍵長關系為 Si—Si>Si—C>Si—O>C—C,鍵長越長,鍵能越小,故A 項錯誤;B項中物質(zhì)為同種類型的分子晶體,可比較其相對分子質(zhì)量大小,相對分子質(zhì)量越大,熔沸點越高,故B項正確。C項中N2 與O2 為同種類型的分子晶體,O2 的熔沸點比N2 的高,故C項錯誤。D項中熔沸點關系應為金剛石>純鐵>生鐵>鈉,合金的熔沸點比純金屬低,故D項錯誤。 答案:B 例6 (1)氯酸鉀熔化,粒子間克服_____的作用力;二氧化硅熔化,粒子間克服_____的作用力;碘的升華,粒子間克服的作用力。三種晶體的熔點由高到低的順序是_____(填化學式)。 (2)下列六種晶體: ①CO2 ②NaCl ③Na ④Si ⑤CS2⑥金剛石 它們的熔點從低到高的順序為_____(填序號)。 解析:(1)氯酸鉀是離子晶體,熔化離子晶體時需要克服離子鍵的作用力;二氧化硅是共價晶體,熔化共價晶體時需要克服共價鍵的作用力;碘為分子晶體,熔化分子晶體時需克服的是分子間的作用力。由于共價晶體是由共價鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,所以共價晶體的熔點最高,其次是離子晶體,由于分子間作用力與化學鍵相比較要小得多,所以碘的熔點最低。 (2)先把六種晶體分類。共價晶體為④⑥,離子晶體為②,金屬晶體為③,分子晶體為①⑤。由于C原子半徑小于Si原子半徑,所以金剛石的熔點高于晶體硅;CO2 和CS2同屬于分子晶體,其熔點與相對分子質(zhì)量成正比,故CS2 熔點高于CO2;Na在通常狀況下是固態(tài),而 CS2 是液態(tài),CO2 是氣態(tài),所以Na的熔點高于CS2 和CO2;Na在水中即熔化成小球,說明它的熔點較NaCl低。 答案:(1)離子鍵 共價鍵 分子間 SiO2>KClO3>I2 (2)①⑤③②④⑥ (責任編輯 謝啟剛)