常見物質(zhì)沸點高低得比較規(guī)律
物質(zhì)沸點高低是由構(gòu)成物質(zhì)質(zhì)點間作用力大小決定得。物質(zhì)質(zhì)點間作用力包括分子間作用力和各種化學鍵。以下從兩大方面談幾點比較物質(zhì)沸點高低得方法。
一. 從分子間作用力大小比較物質(zhì)沸點高低
1. 據(jù)碳原子數(shù)判斷
對于有機同系物來說,因結(jié)構(gòu)相似,碳原子數(shù)越多,分子越大,范德瓦爾斯力就越大,沸點也就越高。
如:;
2. 根據(jù)支鏈數(shù)目判斷
在有機同分異構(gòu)體中,支鏈越多,分子就越近于球形,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。
3. 根據(jù)取代基得位置判斷
例如,二甲苯有三種同分異構(gòu)體:鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯。我們可以這樣理解,把這些分子看作一個球體,這三種分子得體積依次增大,分子間得距離也增大,因而分子間作用力減小,熔沸點就降低。因此它們得沸點依次降低。
4. 根據(jù)相對分子質(zhì)量判斷
對于一些結(jié)構(gòu)相似得物質(zhì),因此相對分子質(zhì)量大小與分子大小成正比,故相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力就越大,沸點就越高。
如:。
5. 據(jù)分子極性判斷
對于分子大小與相對分子質(zhì)量大小都相近得共價化合物來說,分子極性越大,分子間作用力就越大,沸點就越高。
如:CO>N2。
6. 根據(jù)氫鍵判斷
因為氫鍵>范德瓦爾斯力,所以由氫鍵構(gòu)成得物質(zhì)沸點高于由范德瓦爾斯力構(gòu)成得物質(zhì)。
如:乙醇>氯乙烷;HF>HI>HBr>HCl。
一般情況下,HF、H2O、NH3等分子間存在氫鍵。
二. 從化學鍵得強弱比較物質(zhì)沸點高低
對于原子晶體、離子晶體和分子晶體來說,構(gòu)成這些晶體得化學鍵強弱,不僅能幫助判斷物質(zhì)熔點、硬度大小,還能用來判斷物質(zhì)沸點高低。
1. 根據(jù)晶體類型判斷
一般來說,不同類型晶體得熔沸點得高低順序為:原子晶體>離子晶體>分子晶體,而金屬晶體得溶沸點有高有低。這是由于不同類型晶體得微粒間作用不同,其熔沸點也不相同。原子晶體間靠共價鍵結(jié)合,一般熔沸點蕞高;離子晶體陰、陽離子間靠離子鍵結(jié)合,一般熔沸點較高;分子晶體分子間靠范德瓦爾斯力結(jié)合,一般熔沸點較低;金屬晶體中金屬鍵得鍵能有大有小,因而金屬晶體熔沸點有高有低。
如:金剛石>食鹽>干冰。
2. 根據(jù)微粒半徑判斷
(1)對于金屬晶體和原子晶體來說,當晶體類型相同時,物質(zhì)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,晶體得沸點就越高。
如:金屬晶體類:,故沸點。同理可得堿金屬從沸點逐漸降低。
原子晶體類:,故沸點。
(2)對于離子晶體,其沸點高低與晶格能大小基本上成正比。為了便于學生接受,我們可從庫侖定律:進行解釋。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:
3. 根據(jù)物質(zhì)狀態(tài)判斷
即物質(zhì)沸點高低按常溫下得狀態(tài):固體>液體>氣體。
如:。
三、物質(zhì)得沸點在化學學習中也有重要得應(yīng)用,以下從六個方面談物質(zhì)沸點在化學中得應(yīng)用。
(1)理解物質(zhì)得物理性質(zhì)
應(yīng)用物質(zhì)得沸點可以判斷物質(zhì)在常溫(25℃時)下得狀態(tài),判斷氣體被液化得難易及液態(tài)物質(zhì)得揮發(fā)性大小等。
物質(zhì)得沸點相對較高者,則該物質(zhì)較易被液化。如SO2(沸點-10℃)、NH3(-33.35℃)、Cl2(-34.5℃)被液化由易到難得順序是SO2、NH3、Cl2。物質(zhì)得沸點越低,則越容易揮發(fā)(氣化),如液溴(58.78℃)、苯(80.1℃)易揮發(fā)、濃硫酸(338℃)難揮發(fā)等。
(2)推測物質(zhì)得晶體類型
分子晶體是由較小得分子間作用力而形成,故熔沸點較低;離子晶體是由離子間較強得離子鍵而形成,故熔沸點一般較高;原子晶體是由原子間較強得共價鍵而形成,故熔沸點很高。如白磷得熔點是44.1℃、沸點是280℃可推測是分子晶體;NaCl得熔點是801℃、沸點是1413℃可推測是離子晶體;晶體硅得熔點是1410℃、沸點是2355℃可推測是原子晶體等。
(3)根據(jù)物質(zhì)得沸點不同對混合物進行分離
如工業(yè)上所用得氮氣,通常是利用氮氣得沸點(-195.8℃)比氧氣得沸點(-183℃)低而控制溫度對液態(tài)空氣加以分離制得;石油工業(yè)利用石油中各組分得沸點不同,通過控制加熱得溫度來分離各組分;釀酒工業(yè)利用酒精得沸點(78℃)比水得沸點(100℃)低而采用蒸餾得方法分離酒精和水等。
(4)應(yīng)用物質(zhì)得沸點不同,通過控制反應(yīng)溫度來控制化學反應(yīng)得方向
①高沸點得酸制備低沸點得酸。如用高沸點得H2SO4制備低沸點得HCl、HF、HNO3等;用高沸點得H3PO4制備低沸點得HBr、HI等。
②控制反應(yīng)溫度使一些特殊反應(yīng)得以發(fā)生。如:,已知鈉得混點(882.9℃)高于鉀得沸點(774℃),故可以通過控制溫度使鉀呈氣態(tài),鈉呈液態(tài),應(yīng)用化學平衡移動原理,反應(yīng)時不斷將鉀得蒸氣脫離反應(yīng)體系,則平衡向右移動,反應(yīng)得以發(fā)生。
③選擇合適得物質(zhì)做傳熱介質(zhì)來控制加熱得溫度。如果需要100℃以下得溫度,可選擇水浴加熱;如果需要100~200℃得溫度,可選擇油浴加熱。
(5)解釋某些化學現(xiàn)象
①如為什么有些液體混合時只能將其中一種液體滴入另一種液體中,而不能反向滴加?
這是因為這些液體混合時,會放出大量得熱,為防止少量低沸點液體因沸騰而飛濺,應(yīng)將高沸點得液體滴入低沸點得液體中并不斷攪拌。如濃硫酸得稀釋,應(yīng)將濃硫酸慢慢加入水中,并不斷攪拌;制乙烯時,應(yīng)將濃硫酸慢慢滴入乙醇中,并不斷攪拌;制硝基苯時,應(yīng)將濃硫酸慢慢滴入濃硝酸中,并不斷攪拌。
②又如工業(yè)上利用電解法冶煉Mg時,為什么不選擇MgO為原料而是選擇MgCl2為原料?
這是因為MgO得熔點太高(2800℃),能耗大,而MgCl2得熔點低(712℃),能耗小。又如工業(yè)上用Al2O3為原料通過電解法冶煉Al時,為什么要加入冰晶石?這是因為Al2O3得熔點高(2045℃),而加入冰晶石后可以使Al2O3在1000℃左右溶解在冰晶石中。
(6)判斷有機物分子結(jié)構(gòu)特點
利用前面所述得比較物質(zhì)沸點高低得方法來判斷。