复习专题十二物质熔沸点高低的比较.doc

专题十二 物质熔沸点高低的比较及应用（生）

一、知识点
1.一般熔、沸点：固＞液＞气，如：碘单质>汞>CO2
2. 由周期表看主族单质的熔、沸点
同一主族单质的熔点基本上是越向下金属熔点渐低；而非金属单质熔点、沸点渐高。但碳族元素特殊，即C，Si，Ge，Sn越向下，熔点越低，与金属族相似；还有ⅢA族的镓熔点比铟、铊低；ⅣA族的锡熔点比铅低。
3. 同周期中的几个区域的熔点规律
① 高熔点单质 C，Si，B三角形小区域，因其为原子晶体，故熔点高，金刚石和石墨的熔点最高大于3550℃。金属元素的高熔点区在过渡元素的中部和中下部，其最高熔点为钨（3410℃）。
② 低熔点单质 非金属低熔点单质集中于周期表的右和右上方，另有IA的氢气。其中稀有气体熔、沸点均为同周期的最低者，如氦的熔点（－272.2℃，26×105Pa）、沸点（268.9℃）最低。
金属的低熔点区有两处：IA、ⅡB族Zn，Cd，Hg及ⅢA族中Al，Ge，Th；ⅣA族的Sn，Pb；ⅤA族的Sb，Bi，呈三角形分布。最低熔点是Hg(－38.87℃)，近常温呈液态的镓（29.78℃）铯（28.4℃），体温即能使其熔化。
4. 从晶体类型看熔、沸点规律
晶体纯物质有固定熔点；不纯物质凝固点与成分有关（凝固点不固定）。 非晶体物质，如玻璃、水泥、石蜡、塑料等，受热变软，渐变流动性（软化过程）直至液体，没有熔点。
① 原子晶体的熔、沸点高于离子晶体，又高于分子晶体。例如：SiO2＞NaCL＞CO2（干冰）。
在原子晶体中成键元素之间共价键越短的键能越大，则熔点越高。判断时可由原子半径推导出键长、键能再比较。如 键长： 金刚石（C—C）＞碳化硅（Si—C）＞晶体硅 （Si—Si）。熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
②在离子晶体中，化学式与结构相似时，阴阳离子半径之和越小，离子键越强，熔沸点越高。反之越低。
如KF＞KCl＞KBr＞KI，ca*＞KCl。
③ 分子晶体的熔沸点由分子间作用力而定，分子晶体分子间作用力越大物质的熔沸点越高，反之越低。对于分子晶体而言又与极性大小有关，其判断思路大体是：ⅰ① 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点越高。如：CH4＜SiH4＜GeH4＜SnH4, 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。（高中含H键的一般有NH3,HF,H2O）例如，熔点：HI＞HBr＞HF＞HCl；沸点：HF＞HI＞HBr＞HCl。H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，C2H5OH＞CH3—O—CH3
ⅱ 组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点就越高。如： CO＞N2，CH3OH＞CH3—CH3。ⅲ 在高级脂肪酸形成的油脂中，不饱和程度越大，熔沸点越低。如： C17H35COOH（硬脂酸）＞C17H33COOH（油酸）； ⅳ 烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随着分子里碳原子数增加，熔沸点升高，如C2H6＞CH4， C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。ⅴ 同分异构体：链烃及其衍生物的同分异构体随着支链增多，熔沸点降低。如：CH3(CH2)3CH3 (正)＞CH3CH2CH(CH3)2(异)＞(CH3)4C(新)。芳香烃的异构体有两个取代基时，熔点按对、邻、 间位降低。（沸点按邻、间、对位降低）
④金属晶体：金属单质和合金属于金属晶体，其中熔、沸点高的比例数很大,如钨、铂等（但也有低的如汞、铯等）。
金属晶体（除少数外）＞分子晶体。
在金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子静电作用越强，金属键越强，熔沸点越高，反之越低。如：Na＜Mg＜Al。
合金的熔沸点一般说比它各组份纯金属的熔沸点低。如铝硅合金＜纯铝（或纯硅）。
5. 某些物质熔沸点高、低的规律性
① 同周期主族（短周期）金属熔点。如 Li<Be，Na<Mg<Al
② 碱土金属氧化物的熔点均在2000℃以上，比其他族氧化物显著高，所以氧化镁、氧化铝是常用的耐火材料。
③ 卤化钠（离子型卤化物）熔点随卤素的非金属性渐弱而降低。如NaF>NaCl>NaBr>NaI。
通过查阅资料我们发现影响物质熔沸点的有关因素有：①化学键，分子间力（范德华力）、氢键 ；②晶体结构，有晶体类型、三维结构等，好象石墨跟金刚石就有点不一样 ；③晶体成分，例如分子筛的桂铝比 ；④杂质影响：一般纯物质的熔点等都比较高。但是，分子间力又与取向力、诱导力、色散力有关，所以物质的熔沸点的高低不是一句话可以讲清的。我们在中学阶段只需掌握以上的比较规律

二、例题分析
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＞NaCl
C.  SiO2＞CO2＞He                D. I2＞Br2＞He

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
3.下列各组物质中，按熔点由低到高顺序排列正确的是：
A. O2  I2   Hg    B. CO  KCl  SiO2    C. Na  K  Rb     D. SiC  NaCl  SO2

4．（09全国卷I 29）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_______________。

5．（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　　　　。

6.（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；
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       。

专题十二 物质熔沸点高低的比较及应用（师）

一、知识点
1.一般熔、沸点：固＞液＞气，如：碘单质>汞>CO2
2. 由周期表看主族单质的熔、沸点
同一主族单质的熔点基本上是越向下金属熔点渐低；而非金属单质熔点、沸点渐高。但碳族元素特殊，即C，Si，Ge，Sn越向下，熔点越低，与金属族相似；还有ⅢA族的镓熔点比铟、铊低；ⅣA族的锡熔点比铅低。
3. 同周期中的几个区域的熔点规律
① 高熔点单质 C，Si，B三角形小区域，因其为原子晶体，故熔点高，金刚石和石墨的熔点最高大于3550℃。金属元素的高熔点区在过渡元素的中部和中下部，其最高熔点为钨（3410℃）。
② 低熔点单质 非金属低熔点单质集中于周期表的右和右上方，另有IA的氢气。其中稀有气体熔、沸点均为同周期的最低者，如氦的熔点（－272.2℃，26×105Pa）、沸点（268.9℃）最低。
金属的低熔点区有两处：IA、ⅡB族Zn，Cd，Hg及ⅢA族中Al，Ge，Th；ⅣA族的Sn，Pb；ⅤA族的Sb，Bi，呈三角形分布。最低熔点是Hg(－38.87℃)，近常温呈液态的镓（29.78℃）铯（28.4℃），体温即能使其熔化。
4. 从晶体类型看熔、沸点规律
晶体纯物质有固定熔点；不纯物质凝固点与成分有关（凝固点不固定）。 非晶体物质，如玻璃、水泥、石蜡、塑料等，受热变软，渐变流动性（软化过程）直至液体，没有熔点。
① 原子晶体的熔、沸点高于离子晶体，又高于分子晶体。例如：SiO2＞NaCL＞CO2（干冰）。
在原子晶体中成键元素之间共价键越短的键能越大，则熔点越高。判断时可由原子半径推导出键长、键能再比较。如 键长： 金刚石（C—C）＞碳化硅（Si—C）＞晶体硅 （Si—Si）。熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
②在离子晶体中，化学式与结构相似时，阴阳离子半径之和越小，离子键越强，熔沸点越高。反之越低。
如KF＞KCl＞KBr＞KI，ca*＞KCl。
③ 分子晶体的熔沸点由分子间作用力而定，分子晶体分子间作用力越大物质的熔沸点越高，反之越低。（具有氢键的分子晶体，熔沸点 反常地高，如：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，C2H5OH＞CH3—O—CH3））。对于分子晶体而言又与极性大小有关，其判断思路大体是：ⅰ① 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点越高。如：CH4＜SiH4＜GeH4＜SnH4, 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。H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，C2H5OH＞CH3—O—CH3
ⅱ 组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点就越高。如： CO＞N2，CH3OH＞CH3—CH3。ⅲ 在高级脂肪酸形成的油脂中，不饱和程度越大，熔沸点越低。如： C17H35COOH（硬脂酸）＞C17H33COOH（油酸）； ⅳ 烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随着分子里碳原子数增加，熔沸点升高，如C2H6＞CH4， C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。ⅴ 同分异构体：链烃及其衍生物的同分异构体随着支链增多，熔沸点降低。如：CH3(CH2)3CH3 (正)＞CH3CH2CH(CH3)2(异)＞(CH3)4C(新)。芳香烃的异构体有两个取代基时，熔点按对、邻、 间位降低。（沸点按邻、间、对位降低）
④金属晶体：金属单质和合金属于金属晶体，其中熔、沸点高的比例数很大,如钨、铂等（但也有低的如汞、铯等）。
金属晶体（除少数外）＞分子晶体。
在金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子静电作用越强，金属键越强，熔沸点越高，反之越低。如：Na＜Mg＜Al。
合金的熔沸点一般说比它各组份纯金属的熔沸点低。如铝硅合金＜纯铝（或纯硅）。
5. 某些物质熔沸点高、低的规律性
① 同周期主族（短周期）金属熔点。如 Li<Be，Na<Mg<Al
② 碱土金属氧化物的熔点均在2000℃以上，比其他族氧化物显著高，所以氧化镁、氧化铝是常用的耐火材料。
③ 卤化钠（离子型卤化物）熔点随卤素的非金属性渐弱而降低。如NaF>NaCl>NaBr>NaI。
通过查阅资料我们发现影响物质熔沸点的有关因素有：①化学键，分子间力（范德华力）、氢键 ；②晶体结构，有晶体类型、三维结构等，好象石墨跟金刚石就有点不一样 ；③晶体成分，例如分子筛的桂铝比 ；④杂质影响：一般纯物质的熔点等都比较高。但是，分子间力又与取向力、诱导力、色散力有关，所以物质的熔沸点的高低不是一句话可以讲清的。我们在中学阶段只需掌握以上的比较规律

二、例题分析
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＞NaCl
C.  SiO2＞CO2＞He                D. 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
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·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
3.下列各组物质中，按熔点由低到高顺序排列正确的是：
A. O2  I2   Hg    B. CO  KCl  SiO2    C. Na  K  Rb     D. SiC  NaCl  SO2
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
4．（09全国卷I 29）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。② SiH4、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）① NH3＞AsH3＞PH3，因为前者中含有氢键。② SiH4、PH3和H2S结构分别为正四面体，三角锥和角形（V形）。
（5）SiCl4 + 4NH3
 Si(NH2)4 + 4HCl，3Si(NH2)4
 Si3N4 + 8NH3↑
5．（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）1s22s22p63s23p2    O＞C＞Si        （2） sp3  共价键   （3）Mg  Mg2+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

6.（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；
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）Si < C <N  （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：
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。