馬亞樓
物質(zhì)熔沸點(diǎn)高低是由構(gòu)成物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間作用力大小決定的。物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間作用力包括分子之間的作用力和各種化學(xué)鍵。現(xiàn)從這兩方面談幾點(diǎn)比較物質(zhì)熔沸點(diǎn)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(diǎn)高低
1.氫鍵法。因?yàn)闅滏I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(diǎn)高于由范德華力構(gòu)成的物質(zhì)的熔沸點(diǎn),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(jī)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(diǎn)也就越高,如C2H6 3.同分異構(gòu)體支鏈法。在有機(jī)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(diǎn)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?yàn)榉肿恿看笮∨c分子大小成正比,故分子量越大,分子間力就越大,沸點(diǎn)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(jià)化合物來說,分子極性越大,分子間力就越大,沸點(diǎn)就越高,如CO>N2。 二、從化學(xué)鍵的強(qiáng)弱比較物質(zhì)熔沸點(diǎn)高低 6.晶體類型法。不同類型晶體物質(zhì)間熔沸點(diǎn)高低變化順序大致為共價(jià)晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體,如沸點(diǎn):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(diǎn)高低可由質(zhì)點(diǎn)微粒半徑大小來判斷。即質(zhì)點(diǎn)半徑越小,質(zhì)點(diǎn)間鍵長就越短,鍵就越難斷裂,晶體的沸點(diǎn)(熔點(diǎn)、硬度)就越高。如金屬晶體類沸點(diǎn)Al>Mg>Na。同理可得堿金屬從Li→Cs沸點(diǎn)逐漸降低。共價(jià)晶體類沸點(diǎn)C>SiC>Si,同理可得沸點(diǎn)C>B>Si。至于離子晶體,其沸點(diǎn)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(qiáng),沸點(diǎn)就越高;離子核間距離越大,離子鍵越弱,物質(zhì)沸點(diǎn)越低,如MgO>NaCl,MgO>CaO。判斷物質(zhì)沸點(diǎn)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(yùn)用知識(shí)。 8.狀態(tài)法。一般來說,物質(zhì)沸點(diǎn)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(diǎn)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(jià)晶體、分子晶體、金屬晶體四類典型晶體熔點(diǎn)的關(guān)系。一般是分子晶體的熔點(diǎn)低于金屬晶體與離子晶體,這兩種晶體的熔點(diǎn)又低于共價(jià)晶體。同一類型晶體間, 其微粒之間的作用力越強(qiáng),熔點(diǎn)越高。O2、I2、Hg常溫下分別是氣體、固體和液體,所以熔點(diǎn)O2 答案:B 例2 下列物質(zhì)熔點(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)皆為金屬晶體,其熔點(diǎn)高低決定于金屬鍵的強(qiáng)弱,由Li→Cs,同主族元素原子半徑逐漸增大,離子半徑相應(yīng)增大,金屬鍵逐漸減弱,熔點(diǎn)逐漸降低,故A 項(xiàng)正確。B項(xiàng)中皆為離子晶體,其熔點(diǎn)高低決定于離子鍵的強(qiáng)弱,由Na+ →Cs+ 半徑逐漸增大,與Cl- 間的作用逐漸減弱,熔點(diǎn)逐漸降低,故B項(xiàng)正確。C 項(xiàng)中皆為分子晶體,其熔點(diǎn)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(qiáng),熔點(diǎn)越來越高,故C 項(xiàng)錯(cuò)誤。D 項(xiàng)中皆為共價(jià)晶體,其熔點(diǎn)的高低決定于共價(jià)鍵的強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)越高;當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí),支鏈越多,空間幾何形狀越對稱的烴,熔沸點(diǎn)越低。 四種物質(zhì)中丁烷的相對分子質(zhì)量最小, 則沸點(diǎn)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(diǎn)越低,則沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)棰?③>①>④。 答案:C 例5 下列物質(zhì)的熔沸點(diǎn)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(xiàng)中,物質(zhì)全部為共價(jià)晶體,判斷其熔沸點(diǎn)高低可比較其原子半徑:Si>C>O,故鍵長關(guān)系為 Si—Si>Si—C>Si—O>C—C,鍵長越長,鍵能越小,故A 項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng)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(diǎn)越高,故B項(xiàng)正確。C項(xiàng)中N2 與O2 為同種類型的分子晶體,O2 的熔沸點(diǎn)比N2 的高,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。D項(xiàng)中熔沸點(diǎn)關(guān)系應(yīng)為金剛石>純鐵>生鐵>鈉,合金的熔沸點(diǎn)比純金屬低,故D項(xiàng)錯(cuò)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(diǎn)由高到低的順序是_____(填化學(xué)式)。 (2)下列六種晶體: ①CO2 ②NaCl ③Na ④Si ⑤CS2⑥金剛石 它們的熔點(diǎn)從低到高的順序?yàn)開____(填序號(hào))。 解析:(1)氯酸鉀是離子晶體,熔化離子晶體時(shí)需要克服離子鍵的作用力;二氧化硅是共價(jià)晶體,熔化共價(jià)晶體時(shí)需要克服共價(jià)鍵的作用力;碘為分子晶體,熔化分子晶體時(shí)需克服的是分子間的作用力。由于共價(jià)晶體是由共價(jià)鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,所以共價(jià)晶體的熔點(diǎn)最高,其次是離子晶體,由于分子間作用力與化學(xué)鍵相比較要小得多,所以碘的熔點(diǎn)最低。 (2)先把六種晶體分類。共價(jià)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(diǎn)高于晶體硅;CO2 和CS2同屬于分子晶體,其熔點(diǎn)與相對分子質(zhì)量成正比,故CS2 熔點(diǎn)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(diǎn)高于CS2 和CO2;Na在水中即熔化成小球,說明它的熔點(diǎn)較NaCl低。 答案:(1)離子鍵 共價(jià)鍵 分子間 SiO2>KClO3>I2 (2)①⑤③②④⑥ (責(zé)任編輯 謝啟剛)