1、-1-第4节分子间作用力-2-1.能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响。能从微观层次理解物质的某些性质与分子间作用力有关,发展宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.知道氢键对物质性质的影响,能列举含有氢键的物质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。-3-课前篇素养初探必备知识正误判断一、分子间作用力1.分子间存在多种相互作用,人们将这些作用统称为分子间作用力。分子间作用力比化学键弱得多,其中最常见的一种是范德华力。2.范德华力(1)定义:分子间普遍存在的一种相互作用力,它使许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特点:范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多,范德
2、华力的作用能一般只有220 kJmol-1,而化学键的键能一般为100600 kJmol-1。(3)实质。范德华力的实质也是电性作用,它没有饱和性和方向性。-4-课前篇素养初探必备知识正误判断3.范德华力与物质的性质范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力越强,物质的熔点、沸点越高。例如,卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点依次升高,是因为它们的范德华力逐渐增强。在常温、常压下,氟单质和氯单质为气体,溴单质为液体,碘单质为固体。-5-课前篇素养初探必备知识正误判断【微思考1】范德华力与化学键的作用微粒有什么不同?提示:化学键的成键微粒包括原子、离子、电子,而范德华力存在于
3、分子之间。【微思考2】液态苯、汽油等发生汽化时,为何需要加热?提示:液态苯、汽油等发生汽化需要吸收能量克服其分子间的相互作用。-6-课前篇素养初探必备知识正误判断二、氢键与物质性质1.氢键(1)氢键的形成。在水分子中,氢原子以共价键与氧原子结合。氧元素的电负性很大,在与氢原子形成共价键时氧原子强烈吸引共用电子,使之偏向自己,从而使自身带有部分负电荷,同时使氢原子带有部分正电荷。当一个水分子中的这种氢原子和另一个水分子中的氧原子接近时,带有部分正电荷的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它,并产生静电作用形成氢键。氢键也是一种常见的分子间作用力。-7-课前篇素养初探必备知识正误判断(2)氢键
4、的表示形式。通常用XHY表示氢键,其中XH表示氢原子和X原子以共价键相结合。XHY中H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小,但比共价键键长大得多。氢键的作用能是指XHY分解为XH和Y所需要的能量。-8-课前篇素养初探必备知识正误判断2.氢键形成的条件(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。(2)X、Y原子所属元素具有较大的电负性和较小的原子半径。X、Y原子一般是氮原子、氧原子和氟原子。-9-课前篇素养初探必备知识正误判断3.氢键对物质性质的影响(1)氢键的作用能一般不超过40 kJ mol-1,比化学键的键能小得多,比范德华力的作用能大一些。氢键的形成赋予物质一些特殊的性质,主要表现为物质的熔点和
5、沸点升高。另外,氢键对物质的电离、溶解等过程也产生影响。 (2)氢键影响熔、沸点的原因:分子间存在着氢键时,破坏分子间的氢键,会消耗更多的能量,所以存在氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。(3)氢键的分类。尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力,但是氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间,如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间就存在氢键。-10-课前篇素养初探必备知识正误判断【微思考3】为什么氢键在自然界中能广泛存在?提示:只要具备形成氢键的条件,物质将倾向于尽可能多地形成氢键,以最大限度地降低体系的能量。氢键的形成和破坏所对应的能量变化比较小;氢键的形成不像共价键的形成对方向
6、的要求那么高,在物质内部分子不断运动变化的情况下氢键仍能不断地断裂和形成。因此,氢键广泛存在于自然界中。-11-课前篇素养初探必备知识正误判断判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。1.范德华力是决定由分子构成物质的熔点、沸点高低的唯一因素。()2.范德华力与物质的性质没有必然的联系。()3.范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质。()4.范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素。()5.每个水分子内含有两个氢键。()6.冰、液态水、水蒸气中都存在氢键。()7.HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键。()答案:1.2.3.4.5.6.7.-12-课堂篇素养提升探究1探究2素养
7、脉络随堂检测范德华力对物质性质的影响范德华力对物质性质的影响问题探究下图中列出了部分卤族元素单质的熔、沸点。-13-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测1.卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么?提示:组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量,熔、沸点就越高。2.碘单质中存在几种作用力?当碘单质发生三态变化时破坏的是什么作用?提示:碘单质中碘分子内有II共价键,碘分子之间有范德华力。当碘单质发生三态变化时,由于碘分子间的范德华力比II共价键弱得多,因此克服范德华力所需的能量不足以破坏II共价键,仅仅是碘分子之间的作用
8、力改变了,II共价键依然不变。-14-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1.影响范德华力的因素主要包括相对分子质量的大小、分子的空间结构以及分子中电荷分布是否均匀等。对组成和结构相似的分子,其范德华力一般随着相对分子质量和极性的增大而增大。-15-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测2.范德华力对物质性质的影响一般说来,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。具体如下:组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点:F2Cl2Br2I2;CF4CCl4CBr4CI4。分子组成相同的物质(即互为同分异构体),分子对称性越好,分子间
9、作用力越小,物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点:新戊烷异戊烷正戊烷;对二甲苯间二甲苯邻二甲苯。相对分子质量相近的物质,分子的极性越小,分子间作用力越小,物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点:N2氢键范德华力影响强度的因素随着分子极性增大而增大组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大对于XHY,X、Y的电负性越大,Y原子的半径越小,氢键越强成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定-30-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测对物质性质的影响影响物质的熔、沸点,溶解度等物理性质组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高,如F2Cl2Br2I2,CF4CC
10、l4H2S,在水中的溶解性NH3PH3分子内氢键的存在,使物质的熔、沸点降低,如熔、沸点: 影响分子的稳定性共价键键能越大,分子稳定性越强-31-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例2水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5,由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体冰,未变形的(H2O)5的结构如右图所示。试回答下列问题:-32-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(1)下列叙述中正确的是(填字母)。 A.1 mol冰中有4 mol氢键B.平均每个水分子有2个氢键C.冰中的氢键没有方
11、向性(2)在冰的结构中,分子间除氢键外,还存在范德华力,已知冰中水分子间范德华力的能量为7 kJmol-1,冰的升华热(1 mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJmol-1,则冰中氢键的能量。 (3)在液态水中,水以多种微粒的形式存在,试画出如下微粒的结构-33-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)B(2)22 kJmol-1(3)-34-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测解析:(1)每个水分子形成4个氢键,但每个氢键为2个水分子所共有,所以每个水分子只有2个氢键,即1 mol冰中有2 mol氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。-35-课堂篇素养提升探究
12、1探究2素养脉络随堂检测方法点拨解氢键类题目应注意的事项解此类题目,关键是抓住氢键的特点。氢键具有方向性和饱和性。方向性指氢键XHY中的三个原子总是尽可能沿直线分布。饱和性指每个XH只能与一个Y原子形成氢键。-36-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-1下列说法不正确的是()A.分子间作用力是分子间相互作用的总称B.分子间氢键的形成对物质的溶解度及熔、沸点有影响C.范德华力和氢键可同时存在于分子之间D.氢键是一种特殊的化学键,它广泛地存在于自然界中答案:D解析:分子间存在多种相互作用,这些作用统称为分子间作用力,A正确;分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外,对物质的溶解度
13、也有影响,B正确;范德华力和氢键均属分子间的作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C正确;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。-37-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-2(2020天津实验中学高二检测)下列物质的性质或数据与氢键无关的是()A.氨气极易溶于水B.邻羟基苯甲酸( )的熔点为159 ,对羟基苯甲酸( )的熔点为213 C.乙醚微溶于水,而乙醇可与水以任意比混溶D.HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多-38-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测答案:D 解析:NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形
14、成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是HF键的键能比HCl键的大,与氢键无关。-39-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测-40-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测1.在某种物质中,范德华力的作用能为a kJmol-1,化学键的键能为b kJmol-1,则a、b的大小关系
15、是()A.abB.abC.a=bD.无法确定答案:B解析:范德华力是分子间作用力,其强度较弱,化学键的键能比范德华力的作用能大得多。-41-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测2.(2020山东济南历城第二中学高二检测)下列现象不能用氢键知识解释的是()A.葡萄糖易溶于水B.在4 时水的密度最大C.硫酸是一种强酸D.水通常情况下为液态答案:C解析:葡萄糖易溶于水是因为葡萄糖分子和水分子间可以形成氢键,A正确;水通常情况下为液态,在4 时水的密度最大,是因为水分子之间会形成氢键,降温时,水分子间形成的氢键数目增多,水分子之间空隙变大,使密度减小,B正确;硫酸是一种强酸,在水中能全部电离,与
16、氢键无关,C不正确;水分子间形成氢键,使水的熔点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。-42-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.(2020河南实验中学高二检测)下列物质中不存在氢键的是()A.冰醋酸中醋酸分子之间B.液态氟化氢中氟化氢分子之间C.NH3H2O中的NH3与H2O分子之间D.可燃冰(CH48H2O)中甲烷分子与水分子之间答案:D解析:只有非金属性很强的元素(如N、O、F)与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一分子中非金属性很强的原子形成氢键。碳元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。-43-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测4.下列物质发
17、生状态变化时,克服了范德华力的是()A.食盐熔化B.晶体硅熔化C.碘升华D.氢氧化钠熔化答案:C解析:氯化钠、氢氧化钠均是离子化合物,熔化时离子键断裂,A、D项错误;晶体硅熔化时克服的是共价键,B项错误;碘升华时克服的是范德华力,C项正确。-44-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测5.(1)氨气溶于水时,大部分NH3与H2O以氢键(用“”表示)结合形成NH3H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3H2O的结构式为()(2)氟在元素周期表的各元素中电负性最大,用氢键表示式写出氟的氢化物溶液中存在的所有氢键。 -45-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(3)下列物质变化,只与范德华力
18、有关的是。 A.干冰熔化B.乙酸汽化C.乙醇与丙酮混溶E.碘溶于四氯化碳F.石英熔融-46-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)B(2)FHF、FHO、OHF、OHO(3)AE解析:(1)从氢键的成键原理上讲,A、B两项都成立,C、D两项都错误;但是HO键的极性比HN键的大,HO键上氢原子的正电性更大,更容易与氮原子形成氢键,所以氢键主要存在于H2O分子中的H与NH3分子中的N之间。另外,可从熟知的性质加以分-47-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(2)HF在水溶液中形成的氢键可从HF和HF、H2O和H2O、HF和H2O(HF提供氢)、H2O和HF(H2O提供氢)四个方面来考虑。由此可以得出HF水溶液中所存在的氢键。(3)A项,干冰熔化需要破坏范德华力;B项,乙酸分子之间存在范德华力与氢键,所以汽化时破坏范德华力和氢键;C项,乙醇与丙酮混溶时,破坏乙醇分子之间的范德华力与氢键,还破坏丙酮分子之间的范德华力;D项,该有机物分子之间不能形成氢键,只存在范德华力,但水分子之间存在范德华力和氢键,故该溶解过程破坏范德华力与氢键;E项,碘、四氯化碳分子之间只存在范德华力,相溶时只破坏范德华力;F项,石英熔化时只破坏共价键。
