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AP化学难点:量子化学基础认知解析

来源:原创作品 | 2019-11-2815

熔沸点的比较历年来都是AP化学的重要考点之一,本文将对离子晶体(ionicsolid),原子晶体(covalentnetwork),和分子晶体(molecularsolid)的熔沸点考点进行总结。离子晶体(ionicsolid)电负性差异较...

熔沸点的比较历年来都是AP化学的重要考点之一,本文将对离子晶体(ionic solid), 原子晶体(covalent network) , 和分子晶体(molecular solid)的熔沸点考点进行总结。

离子晶体(ionic solid)

电负性差异较大的原子相互接近会发生电子得失,形成阴阳离子,阴阳离子之间因为库仑力(coulombic force)形成的化学键即为离子键(ionic bond)。由离子键形成的的晶体叫离子晶体。离子晶体不存在单个的分子,其阴阳离子紧密堆积,向空间无限延伸,是故要使其熔化或者沸腾,需要克服离子键,因此离子键越强的晶体,也具有较高的熔沸点。

离子键的强弱受两个因素的影响:第一个因素是电荷,电荷越大,离子键越强;第二个因素是半径:半径越小,离子键越强。在AP化学考试中优先比较电荷,只有当电荷相同的时候,再去比较半径。下图是一个例子:


解题思路:

从题干本身来看,我们会发现MgO的阴阳离子电荷高于NaF,所以其沸点也远高于NaF。从问题来看,NaCl和NaF相比,它们电荷数相同,Cl离子半径大于F离子半径,所以NaCl的沸点低于NaF沸点,所以该题选A.


分子晶体 (molecular solid)

分子晶体是由分子间作用力构成的晶体,要使其熔化或者沸腾,只需要克服分子间作用力即可。分子间作用力越强的分子晶体,其熔沸点也越高。分子间作用力从强到弱分为氢键(hydrogen bond),偶极力( dipole-dipole force) 和伦敦色散力(london dispersion force).氢键是O,N, F的氢化物之间的作用力,偶极力是极性分子之间的作用力,伦敦色散力是非极性分子之间的作用力。而对非极性分子而言,如果电荷数越多,则电荷运动过程中越容易发生不均匀分布(即更为polarizable),伦敦力越强,熔沸点越高,这也是为什么在常温下卤族元素中F和Cl形成的单质为气体,Br2为液体,I2为固体。以一道真题举例:


解题思路:

I2和Br2是非极性分子,分子间是伦敦色散力,I2具有更多的电子,更加polarizable,所以伦敦力更强,表现为沸点更高。选C.

再来看一道考题:


解题思路:

由于氢键>偶极力>伦敦力,所以1-propanol的沸点最高,acetone第二,butane最低,选B.


原子晶体

原子晶体(covalent network)是由共价键连接而成的无限延展的网状结构,要使其熔化或者沸腾,必须破坏共价键,由于原子间相互结合的共价键非常强,所以原子晶体熔沸点也非常高。所以AP化学考试中,在不同晶体间进行熔沸点比较的时候,原子晶体>离子晶体>分子晶体。常见的原子晶体有金刚石晶体,单质硅,SiO2等。举例而言:


解题思路:

因为SiO2是原子晶体,所以熔沸点最高,所以选C.

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