熔沸点的比较

物质熔沸点高低的比较及应用河北省宣化县第一中学栾春武如何比较物质的熔、沸点的高低，首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住同一类型晶体熔、沸点高低的决定因素，现总结如下供同学们参考：一、不同类型晶体熔沸点高低的比较一般来说，原子晶体＞离子晶体＞分子晶体；金属晶体（除少数外）＞分子晶体。例如：SiO2＞NaCL＞CO2（干冰）金属晶体的熔沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、镓、铯等。二、同类型晶体熔沸点高低的比较同一晶体类型的物质，需要比较晶体内部结构粒子间的作用力，作用力越大，熔沸点越高。影响分子晶体熔沸点的是晶体分子中分子间的作用力，包括范德华力和氢键。1.同属分子晶体①组成和结构相似的分子晶体，一般来说相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。例如：I2＞Br2＞Cl2＞F2。②组成和结构相似的分子晶体，如果分子之间存在氢键，则分子之间作用力增大，熔沸点出现反常。有氢键的熔沸点较高。例如，熔点：HI＞HBr＞HF＞HCl；沸点：HF＞HI＞HBr＞HCl。③相对分子质量相同的同分异构体，一般是支链越多，熔沸点越低。例如：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷；互为同分异构体的芳香烃及其衍生物，其熔沸点高低的顺序是邻＞间＞对位化合物。④组成和结构不相似的分子晶体，分子的极性越大，熔沸点越高。例如：CO＞N2。⑤还可以根据物质在相同的条件下状态的不同，熔沸点：固体＞液体＞气体。例如：S＞Hg＞O2。2.同属原子晶体原子晶体熔沸点的高低与共价键的强弱有关。一般来说，半径越小形成共价键的键长越短，键能就越大，晶体的熔沸点也就越高。例如：金刚石（C－C）＞二氧化硅（Si－O）＞碳化硅（Si－C）晶体硅（Si－Si）。3.同属离子晶体离子的半径越小，所带的电荷越多，则离子键越强，熔沸点越高。例如：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。4.同属金属晶体金属阳离子所带的电荷越多，离子半径越小，则金属键越强，高沸点越高。例如：Al＞Mg＞Na。三、例题分析例题1.下列各组物质熔点高低的比较，正确的是：A.晶体硅＞金刚石＞碳化硅B.CsCl＞KCl＞NaClC.SiO2＞CO2＞HeD.I2＞Br2＞He解析：A中三种物质都是原子晶体半径C＜Si，则熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅，B中应为：NaCl＞KCl＞CsCl，因为离子的半径越小，离子键越强，熔沸点就越高。因此C、D正确。答案：C、D例题2.下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是：A.F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱C.金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅D.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低解析：F2、Cl2、Br2、I2形成的晶体属于分子晶体。它们的熔沸点高低决定于分子间的作用力，与共价键的键能无关，A错；HF、HCl、HBr、HI的分子内存在共价键，它们的热稳定性与它们内部存在的共价键的强弱有关，B正确；金刚石和晶体硅都是原子间通过共价键结合而成的原子晶体，其熔沸点的高低决定于共价键的键能，C正确；NaF、NaCl、NaBr、NaI都是由离子键形成的离子晶体，其内部没有共价键，D错。答案：B、C例题3.下图中每条折线表示周期表ⅥA～ⅦA中的某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是：A.H2SB.HClC.PH3D.SiH4解析：NH3、H2O、HF分子间存在氢键，它们的沸点较高，即沸点高低关系为：NH3＞PH3、H2O＞H2S、HF＞HCl，对应图中上三条折线。所以a点所在折线对应第IVA族元素的气态氢化物，且a点对应第三周期，所以a表示SiH4。答案：D例题4.下列各组物质中，按熔点由低到高顺序排列正确的是：A.O2I2HgB.COKClSiO2C.NaKRbD.SiCNaClSO2解析：选项A中的O2是气体，I2是固体，Hg是液体，所以熔点由低到高的顺序是：O2＜Hg＜I2；选项B中的CO固态时是分子晶体，KCl属于离子晶体，SiO2属于原子晶体，所以熔点由低到高的顺序是：CO＜KCl＜SiO2；选项C中的Na、K、Rb都是金属晶体，原子半径不断增大，金属键不断减弱，所以熔点不断降低；选项D中的SiC属于原子晶体，NaCl属于离子晶体，SO2形成分子晶体，因此熔点不断降低。答案：B例题5．（09全国卷I29）已知周期表中，元素Q、R、W、Y与元素X相邻。Y的最高化合价氧化物的水化物是强酸。回答下列问题：（1）W与Q可以形成一种高温结构陶瓷材料。W的氯化物分子呈正四面体结构，W的氧化物的晶体类型是_______________；（2）Q的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是_______________；（3）R和Y形成的二元化合物中，R呈现最高化合价的化合物是化学式是_________；（4）这5个元素的氢化物分子中，①立体结构类型相同的氢化物的沸点从高到低排列次序是（填化学式）____________，其原因是_______________；②电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是_______________；（5）W和Q所形成的结构陶瓷材料的一种合成方法如下：W的氯化物与Q的氢化物加热反应，生成化合物W(QH2)4和HCl气体；W(QH2)4在高温下分解生成Q的氢化物和该陶瓷材料。上述相关反应的化学方程式（各物质用化学式表示）是_______________。解析：本题可结合问题作答。W的氯化物为正四体型，则应为SiCl4或CCl4，又W与Q形成高温陶瓷，故可推断W为Si。（1）SiO2为原子晶体。（2）高温陶瓷可联想到Si3N4，Q为N，则有NO2与N2O4之间的相互转化关系。（3）Y的最高价氧化的的水化物为强酸，且与Si、N等相邻，则只能是S。Y为O，所以R为As元素。（4）显然X为P元素。①氢化物沸点顺序为NH3＞AsH3＞PH3，因为NH3分子间存在氢键，所以沸点最高。相对分子质量AsH3＞PH3，分子间的作用力AsH3＞PH3，故AsH3得沸点高于PH3。②SiH4、PH3和H2S的电子数均为18。结构分别为正四面体，三角锥和角形（V形）。（5）由题中所给出的含字母的化学式可以写出具体的物质，然后配平即可。答案：（1）原子晶体。（2）NO2和N2O4（3）As2S5。（4）①NH3＞AsH3＞PH3，因为前者中含有氢键。②SiH4、PH3和H2S结构分别为正四面体，三角锥和角形（V形）。（5）SiCl4+4NH3Si(NH2)4+4HCl，3Si(NH2)4Si3N4+8NH3↑例题6．（09山东卷32）C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。（1）写出Si的基态原子核外电子排布式。从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为。（2）SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为，微粒间存在的作用力是。（3）氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为（填元素符号）。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是。（4）C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π健。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述π键。解析：（1）C、Si和O的电负性大小顺序为：O＞C＞Si。（2）晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3。（3）SiC电子总数是20个，则氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2+半径比Ca2+小，MgO晶格能大，熔点高。（4）Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键。答案：（1）1s22s22p63s23p2O＞C＞Si（2）sp3共价键（3）MgMg2+半径比Ca2+小，MgO晶格能大（4）Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p－p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键例题7.（09福建卷30）Q、R、X、Y、Z五种元素的原子序数依次递增。已知：①Z的原子序数为29，其余的均为短周期主族元素；②Y原子价电子（外围电子）排布msnmpn；③R原子核外L层电子数为奇数；④Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4。请回答下列问题：（1）Z2+的核外电子排布式是。（2）在[Z(NH3)4]2+离子中，Z2+的空间轨道受NH3分子提供的形成配位键。（3）Q与Y形成的最简单气态氢化物分别为甲、乙，下列判断正确的是。a.稳定性：甲＞乙，沸点：甲＞乙b.稳定性：甲＞乙，沸点：甲＜乙c.稳定性：甲＜乙，沸点：甲＜乙d.稳定性：甲＜乙，沸点：甲＞乙(4)Q、R、Y三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为（用元素符号作答）（5）Q的一种氢化物相对分子质量为26，其中分子中的σ键与π键的键数之比为。（6）五种元素中，电负性最大与最小的两种非金属元素形成的晶体属于。答案：（1）1s22s22p63s23p63d9（2）孤对电子（孤电子对）（3）b（4）SiCN（5）3:2（6）原子晶体解析：由题给条件知Z的原子序数为29，29号为Cu。Y价电子：msnmpn中n只能取2，又为短周期，则Y可能为C或Si。R的核外L层为数，则可能为Li、B、N或F。Q、X的p轨道为2和4，则C（或Si）和O(或S)。因为五种元素原子序数依次递增。故可推出：Q为C，R为N，X为O，Y为Si。（1）Cu的价电子排布为3d104s1，失去两个电子，则为3d9。（2）Cu2＋可以与NH3形成配合物，其中NH3中N提供孤对电子，Cu提供空轨道，而形成配位键。（3）Q、Y的氢化物分别为CH4和SiH4，由于C的非金属性强于Si，则稳定性CH4＞SiH4。因为SiH4的相对分子质量比CH4大，故分子间作用力大，沸点高。（4）C、N和Si中，C、Si位于同一主族，则上面的非金属性强，故第一电离能大，而N由于具有半充满状态，故第一电离能比相邻元素大，所以N＞C＞Si。（5）C、H形成的相对分子质量的物质为C2H2，结构式为H-C≡C-H，单键是σ键，叁键中有两个是σ键一个π键，所以σ键与π键数之比为3:2。（6）电负性最大的非元素是O，最小的非金属元素是Si，两者构成的SiO2，属于原子晶体