高中化学：物质沸点高低的比较及其应用

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。