物質晶體類型、熔沸點大小比較與原因分析(含氫鍵)等考查
考試大綱中明確要求學生:
「了解範德華力的含義及對物質性質的影響。」
「了解氫鍵的含義,能列舉存在氫鍵的物質,並能解釋氫鍵對物質性質的影響。」
「了解晶體的類型,了解不同類型晶體中結構微粒、微粒間作用力的區別。」
「了解晶格能的概念,了解晶格能對離子晶體性質的影響。」
「了解分子晶體結構與性質的關係。」「了解原子晶體的特徵,能描述金剛石、二氧化矽等原子晶體的結構與性質的關係。」
「理解金屬鍵的含義,能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質。」
「了解金屬晶體常見的堆積方式。」
「了解晶胞的概念,能根據晶胞確定晶體的組成並進行相關的計算。」
(1)影響分子晶體熔沸點的因素。範德華力和氫鍵是影響分子晶體熔沸點的核心因素,二者統稱為分子間作用力。對於分子晶體而言:範德華力越大或有氫鍵存在,分子間作用力就越大,晶體熔沸點就越高。範德華力隨物質的相對分子質量增大而增大,當兩種分子晶體的相對分子質量相同,物質極性越強,則範德華力也就越大。例如,N2和CO,CO極性比N2強一些,相比之下,CO熔沸點稍高一下。氫鍵,特別強調不是化學鍵,其形成條件為:存在與N、O、F直接相連的H原子;與N、O、F直接相連的H原子與N、O、F相互作用。這裡要提醒大家的是,Cl在高考試題中也出現與H形成氫鍵的情況,請大家遇到後要認真分析對待。「熔沸點比較」氫鍵有分子內氫鍵和分子間氫鍵,只有分子間氫鍵才可以提高物質熔沸點。(高考試題中,氫鍵使得熔沸點升高,都要求說明是分子間氫鍵,不可以簡單說存在氫鍵。)
(2) 影響原子晶體熔沸點的因素。原子晶體的熔沸點在四大晶體中一般是最大的。原子晶體直接由原子通過共價鍵結合而形成,若希望熔化原子晶體,則需要破壞共價鍵。因此影響原子晶體熔沸點的主要因素取決於原子晶體中共價鍵的強弱。原子晶體中共價鍵越強,鍵能越大,則原子晶體熔沸點越高。如金剛石和晶體矽,金剛石中C—C鍵強於晶體矽中Si—Si鍵,因此金剛石的熔沸點高於晶體矽。這裡提醒大家注意金剛石熔點比石墨熔點低。
(3) 影響離子晶體熔沸點的因素。同原子晶體一樣,熔化離子晶體需要破壞離子鍵,因此離子晶體一般也有較高的熔點。晶格能是定量描述離子鍵強度的物理量,離子晶體晶格能越大,則熔點越高、硬度越大。晶格能大小比較可以通過比較構成離子晶體的離子所帶電荷和離子半徑進行比較:離子所帶電荷數越大,離子半徑越小,則晶格能越大,熔點越高。例如半徑r(Cl−)> r(F−),則晶格能E(NaF)> E(NaCl),熔點:NaF> NaCl;電荷數Na+<Mg2+ ,F−<O2−,則則晶格能E(NaF)< E(MgO),熔點:NaF< MgO。
(4) 影響金屬晶體熔沸點的因素。金屬晶體由金屬陽離子和電子構成,因此金屬鍵強弱是影響金屬晶體熔沸點的因素。金屬鍵越強,金屬晶體熔沸點越高、硬度越大。金屬晶體中陽離子半徑越小,電荷數(或價電子數)越大(越多),則金屬鍵越強。如晶體Na和晶體Mg,電荷數Na+<Mg2+,離子半徑r(Na+)> r(Mg2+),因此熔沸點Na<Mg。
1. (2019·全國I卷) 一些氧化物的熔點如下表所示:
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔點/°C
1570
2800
23.8
−75.5
解釋表中氧化物之間熔點差異的原因 。
2. (2019·全國II卷)元素As與N同族。As的氫化物的沸點比NH3的_______(填「高」或「低」),其判斷理由是________________________。
3. (2019·全國III卷)苯胺()的晶體類型是__________。苯胺與甲苯()的相對分子質量相近,但苯胺的熔點(−5.9℃)、沸點(184.4℃)分別高於甲苯的熔點(−95.0℃)、沸點(110.6℃),原因是___________。
4. (2018·全國II卷)如圖為S8的結構,其熔點和沸點要比二氧化硫的熔點和沸點高很多,主要原因為 。
5. (2017·江蘇卷)乙醇的沸點高於丙酮,這是因為____________________________。
6. (2017·全國I卷)K和Cr屬於同一周期,且核外最外層電子構型相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低,原因是______________________________________________。
7. (2017·全國III卷)在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2===CH3OH+H2O)中所涉及的4種物質中,沸點從高到低的順序為_________,原因是____________。
8. (2016·全國I卷)比較下列鍺滷化物的熔點和沸點,分析其變化規律及原因:_______________________________________________________________________________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔點/℃
-49.5
26
146
沸點/℃
83.1
186
約400
9. (2016·全國II卷)氨的沸點________(填「高於」或「低於」)膦(PH3),原因是________________________________________________________________。
10. (2016·全國III卷)GaF3的熔點高於1000 ℃,GaCl3的熔點為77.9 ℃,其原因是_____________________________________________________________________________。
11. (2015·全國I卷)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5,該化合物熔點為253 K,沸點為376 K,其固體屬於________晶體
12. (2014·全國I卷)新製備的Cu(OH)2可將乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身還原成Cu2O。乙酸的沸點明顯高於乙醛,其主要原因是__________________________________。