有关“分子间氢键”对分子晶体熔沸点的影响问题集
时间:2024-03-13 09:57 来源:未知 作者:化学自习室 点击:次 所属专题： 氢键与熔沸点
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问题①：第三周期中的几种非金属元素的氢化物的沸点：CH4＜NH3＜H2O，为什么？
【析】：CH4分子间为范德华力，NH3、H2O有分子间氢键，使其分子间的作用力增大，熔沸点升高。
氢化物 | CH4 | NH3 | H2O | HF |
熔点/℃ | －182.5 | －77.7 | 0 | －83.7 |
沸点/℃ | －161.5 | －33.5 | 100 | 19.5 |
问题②：冰和氟化氢晶体中都存在分子间氢键，为什么冰的熔点较高？
【析】：在两种晶体中，冰中分子间氢键较多，氟化氢晶体中氢键较少。1mol 晶体中氢键的数目：固态氨——3mol，冰——2mol，氟化氢晶体1mol
NH3、H2O、HF三种氢化物都存在分子间氢键：
(三种晶体中氢键的形成和晶胞形式)
固态氨中一个NH3分子与相邻的6个NH3分子形成分子间氢键，冰中一个H2O分子与相邻的4个H2O分子形成分子间氢键，HF晶体中每个HF分子与相邻的2个HF分子形成分子间氢键。
问题③：固态NH3中的分子间氢键比冰中的氢键多，为什么冰的熔点偏高？
【析】：相对于冰，虽然固态NH3中分子间氢键较多，但是氢键的强度较弱(键能较小)，故固态氨的熔点较低，冰的熔点较高。
F原子半径较小，电负性较大，成键电子对偏向于F原子程度大，所以氟化氢晶体中的氢键F－H…F键长(255pm)较短，键能较大(28.1kJ/mol)；
N原子半径较大，电负性较小，成键电子对偏向于N原子程度小，所以固态氨中的氢键N－H…N键长(338pm)较长，键能较小(5.4kJ/mol)；
O原子半径介于n(和)F之间，电负性介于n(和)F之间，所以冰中的氢键O－H…O键长(276pm)较长，键能较小(18.8kJ/mol)。
氢键的强度如下表：
表2－9 某些氢键的键能和键长
| 氢键(X—H…Y) | 键长(pm) | 键能(kJ▪mol－1) | 代表物质 |
F—H…F | 255 | 28.1 | 氟化氢晶体 |
O—H…O | 276 | 18.8 | 冰 |
N—H…N | 338 | 5.4 | 固态氨 |
人教版《化学》选择性必修2 2020年5月第1版 P.58
综合考虑，冰中氢键较多，且氢键较强，故冰的熔点高于固态氨和氟化氢晶体。
问题④：熔点：CH4＜NH3＜H2O＜HF沸点：CH4＜NH3＜H2O＜HF
【析】：晶体CH4中存在的作用力是分子间作用力(范德华力)，作用力较弱，熔沸点较低。
NH3、H2O、HF三种晶体中均有分子间氢键——
氢键强度不同：F原子半径较小，氢键强度较强，HF熔点较高。
(CH4的熔点低于HF)
氢键数目不同：NH3、H2O两种晶体氢键较多，熔沸点较高。
NH3中氢键多而弱，H2O中氢键少而强。
(熔沸点：CH4＜NH3＜H2O)
氢键断裂程度不同：
冰的熔化热只有5.0kJ▪mol－1，H－O…H氢键的键能为18.8kJ▪mol－1，氢键最多被破坏：5.0/(18.8×2)=13％
水中仍有较多的分子间氢键。气态水蒸气的分子间几乎完全断裂，需要的能量较多，导致沸点较高。
分子间氢键能够使熔沸点反常地高。
总的来说，分子间氢键对分子晶体熔沸点的影响比较大，同时，也应综合考虑氢键数目和氢键键能等因素对分子晶体熔沸点的影响。
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