高中化学物质沸点高低的比较及其应用.docx
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物质沸点高低是由构成物质质点间作用力大小决定的。
物质质点间作用力包括分子间作用力和各种化学键。
以下从两大方面谈几点比较物质沸点高低的方法。
一.从分子间作用力大小比较物质沸点高低
1.据碳原子数判断
对于有机同系物来说,因结构相似,碳原子数越多,分子越大,范德瓦尔斯力就越大,沸点也就越高。
如:
;
2.根据支链数目判断
在有机同分异构体中,支链越多,分子就越近于球形,分子间接触面积就越小,沸点就越低。
如:
正戊烷>异戊烷>新戊烷。
3.根据取代基的位置判断
例如,二甲苯有三种同分异构体:
邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。
我们可以这样理解,把这些分子看作一个球体,这三种分子的体积依次增大,分子间的距离也增大,因而分子间作用力减小,熔沸点就降低。
因此它们的沸点依次降低。
4.根据相对分子质量判断
对于一些结构相似的物质,因此相对分子质量大小与分子大小成正比,故相对分子质量越大,分子间作用力就越大,沸点就越高。
如:
。
5.据分子极性判断
对于分子大小与相对分子质量大小都相近的共价化合物来说,分子极性越大,分子间作用力就越大,沸点就越高。
如:
CO>N2。
6.根据氢键判断
因为氢键>范德瓦尔斯力,所以由氢键构成的物质沸点高于由范德瓦尔斯力构成的物质。
如:
乙醇>氯乙烷;HF>HI>HBr>HCl。
一般情况下,HF、H2O、NH3等分子间存在氢键。
二.从化学键的强弱比较物质沸点高低
对于原子晶体、离子晶体和分子晶体来说,构成这些晶体的化学键强弱,不仅能帮助判断物质熔点、硬度大小,还能用来判断物质沸点高低。
1.根据晶体类型判断
一般来说,不同类型晶体的熔沸点的高低顺序为:
原子晶体>离子晶体>分子晶体,而金属晶体的溶沸点有高有低。
这是由于不同类型晶体的微粒间作用不同,其熔沸点也不相同。
原子晶体间靠共价键结合,一般熔沸点最高;离子晶体阴、阳离子间靠离子键结合,一般熔沸点较高;分子晶体分子间靠范德瓦尔斯力结合,一般熔沸点较低;金属晶体中金属键的键能有大有小,因而金属晶体熔沸点有高有低。
如:
金刚石>食盐>干冰。
2.根据微粒半径判断
(1)对于金属晶体和原子晶体来说,当晶体类型相同时,物质沸点高低可由质点微粒半径大小来判断。
即:
质点半径越小,质点间键长就越短,键就越难断裂,晶体的沸点就越高。
如:
金属晶体类:
,故沸点。
同理可得碱金属从沸点逐渐降低。
原子晶体类:
,故沸点。
(2)对于离子晶体,其沸点高低与晶格能大小基本上成正比。
为了便于学生接受,我们可从库仑定律:
进行解释。
即阴阳离子所带电荷越多,离子键就越强,沸点就越高;离子核间距离越大,离子键越弱,物质沸点越低。
如:
。
3.根据物质状态判断
即物质沸点高低按常温下的状态:
固体>液体>气体。
如:
。
物质的沸点在化学学习中也有重要的应用,以下从六个方面谈物质沸点在化学中的应用。
(1)理解物质的物理性质
应用物质的沸点可以判断物质在常温(25℃时)下的状态,判断气体被液化的难易及液态物质的挥发性大小等。
物质的沸点相对较高者,则该物质较易被液化。
如SO2(沸点-10℃)、NH3(-33.35℃)、Cl2(-34.5℃)被液化由易到难的顺序是SO2、NH3、Cl2。
物质的沸点越低,则越容易挥发(气化),如液溴(58.78℃)、苯(80.1℃)易挥发、浓硫酸(338℃)难挥发等。
(2)推测物质的晶体类型
分子晶体是由较小的分子间作用力而形成,故熔沸点较低;离子晶体是由离子间较强的离子键而形成,故熔沸点一般较高;原子晶体是由原子间较强的共价键而形成,故熔沸点很高。
如白磷的熔点是44.1℃、沸点是280℃可推测是分子晶体;NaCl的熔点是801℃、沸点是1413℃可推测是离子晶体;晶体硅的熔点是1410℃、沸点是2355℃可推测是原子晶体等。
(3)根据物质的沸点不同对混合物进行分离
如工业上所用的氮气,通常是利用氮气的沸点(-195.8℃)比氧气的沸点(-183℃)低而控制温度对液态空气加以分离制得;石油工业利用石油中各组分的沸点不同,通过控制加热的温度来分离各组分;酿酒工业利用酒精的沸点(78℃)比水的沸点(100℃)低而采用蒸馏的方法分离酒精和水等。
(4)应用物质的沸点不同,通过控制反应温度来控制化学反应的方向
①高沸点的酸制备低沸点的酸。
如用高沸点的H2SO4制备低沸点的HCl、HF、HNO3等;用高沸点的H3PO4制备低沸点的HBr、HI等。
②控制反应温度使一些特殊反应得以发生。
如:
,已知钠的混点(882.9℃)高于钾的沸点(774℃),故可以通过控制温度使钾呈气态,钠呈液态,应用化学平衡移动原理,反应时不断将钾的蒸气脱离反应体系,则平衡向右移动,反应得以发生。
③选择合适的物质做传热介质来控制加热的温度。
如果需要100℃以下的温度,可选择水浴加热;如果需要100~200℃的温度,可选择油浴加热。
(5)解释某些化学现象
①如为什么有些液体混合时只能将其中一种液体滴入另一种液体中,而不能反向滴加?
这是因为这些液体混合时,会放出大量的热,为防止少量低沸点液体因沸腾而飞溅,应将高沸点的液体滴入低沸点的液体中并不断搅拌。
如浓硫酸的稀释,应将浓硫酸慢慢加入水中,并不断搅拌;制乙烯时,应将浓硫酸慢慢滴入乙醇中,并不断搅拌;制硝基苯时,应将浓硫酸慢慢滴入浓硝酸中,并不断搅拌。
②又如工业上利用电解法冶炼Mg时,为什么不选择MgO为原料而是选择MgCl2为原料?
这是因为MgO的熔点太高(2800℃),能耗大,而MgCl2的熔点低(712℃),能耗小。
又如工业上用Al2O3为原料通过电解法冶炼Al时,为什么要加入冰晶石?
这是因为Al2O3的熔点高(2045℃),而加入冰晶石后可以使Al2O3在1000℃左右溶解在冰晶石中。
(6)判断有机物分子结构特点
利用前面所述的比较物质沸点高低的方法来判断。