高中化学专题3第4单元分子间作用力分子晶体第1课时分子间作用力教案苏教版选修3.docx

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高中化学专题3第4单元分子间作用力分子晶体第1课时分子间作用力教案苏教版选修3

第1课时　分子间作用力

[核心素养发展目标]　1.熟知常见分子间作用力（范德华力和氢键）的本质及其对物质性质的影响。

2.能从微观角度理解氢键的特征、表示方法及形成条件。

一、分子间作用力和范德华力

1．分子间作用力

（1）概念：

分子之间都存在的一种相互作用，叫分子间作用力。

分子间作用力实质上是一种静电作用，它比化学键弱得多。

（2）分类：

范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。

2．范德华力

（1）概念：

范德华力是分子之间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态（固态和液态）存在。

（2）特点

范德华力约比化学键键能小1～2个数量级，且没有方向性和饱和性。

（3）影响因素

影响范德华力的因素很多，如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。

对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。

（4）对物质性质的影响

范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点、溶解度等，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。

范德华力的正确理解

范德华力很弱，约比化学键的键能小1～2个数量级，分子间作用力的实质是电性引力，其主要特征有以下几个方面：

（1）广泛存在于分子之间。

（2）只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中。

（3）范德华力无方向性和饱和性。

只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。

例1　下列有关范德华力的叙述正确的是（　　）

A．范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一种特殊的化学键

B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同

C．任何分子间在任意情况下都会产生范德华力

D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量

答案　B

解析　范德华力的实质是一种电性作用，但范德华力是分子间较弱的作用力，不是化学键，A错误；化学键是微粒间的强烈的相互作用，范德华力是分子间较弱的作用力，B正确；若分子间的距离足够远，则分子间没有范德华力，C错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D错误。

例2　有下列两组命题，其中乙组命题正确且能用甲组命题正确解释的是（　　）

甲组

乙组

Ⅰ.H—I键的键能大于H—Cl键的键能

Ⅱ.H—I键的键能小于H—Cl键的键能

Ⅲ.HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力

Ⅳ.HI分子间的范德华力小于HCl分子间的范德华力

a.HI比HCl稳定

b．HCl比HI稳定

c．HI的沸点比HCl的高

d．HI的沸点比HCl的低

①Ⅰ　a　②Ⅱ　b　③Ⅲ　c　④Ⅳ　d

A．①③B．②③C．①④D．②④

答案　B

解析　键能的大小影响物质的热稳定性，键能越大，物质越稳定。

H—Cl键的键能大于H—I键的键能，所以HCl比HI稳定。

范德华力影响物质的熔、沸点的高低，范德华力越大，熔、沸点越高。

由于HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，所以HI的沸点比HCl的高。

二、氢键

1．氢键的概念及表示方法

（1）概念：

氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。

（2）表示方法：

氢键的通式可用A—H…B—表示。

式中A和B表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。

2．氢键的形成条件

（1）要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。

（2）要有一个电负性很大，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。

（3）X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。

一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。

所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。

3．氢键的特征

（1）氢键比化学键弱，比范德华力强。

（2）氢键具有一定的方向性和饱和性。

4．氢键的类型

（1）分子间氢键，如水中，O—H…O—。

（2）分子内氢键，如。

5．氢键对物质物理性质的影响

（1）对物质熔、沸点的影响：

分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显高，如NH3>PH3；同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸。

（2）对物质溶解度的影响：

溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大，如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水。

（3）对物质密度的影响：

氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。

（1）氢键属于分子间作用力，不属于化学键。

（2）氢键存在则必然存在范德华力，但存在范德华力不一定存在氢键。

（3）在A—H…B中，A、B的电负性越大，氢键越强；B原子的半径越小，氢键越强。

例3　下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是（　　）

A．NH3B．

C．H2OD．C2H5OH

答案　B

解析　形成氢键的分子含有N—H、H—O或H—F键。

NH3、H2O、CH3CH2OH都能形成氢键但只存在于分子间。

B中的O—H键与O—H键和O—H键与间可形成分子间氢键，O—H键与形成分子内氢键。

例4　下列与氢键有关的说法中错误的是（　　）

A．卤化氢中HF沸点较高，是由于HF分子间存在氢键

B．邻羟基苯甲醛（）的熔、沸点比对羟基苯甲醛（）的熔、沸点低

C．氨水中存在分子间氢键

D．形成氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上

答案　D

解析　HF分子间存在氢键X—H…Y，使氟化氢分子间作用力增大，所以氟化氢的沸点较高，A正确；邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低，B正确；氨水中氨分子之间、水分子之间以及氨分子与水分子之间都存在氢键，C正确；氢键具有一定的方向性，但不是一定在一条直线上，如，故D错误。

易错提醒　

形成氢键X—H…Y的三个原子不一定在一条直线上；分子内氢键使物质的熔、沸点降低，而分子间氢键使物质的熔、沸点升高。

化学键、范德华力、氢键的比较

化学键

范德华力

氢键

概念

相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用

物质的分子间存在的微弱的相互作用

是已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力

大小

键能一般在120～800kJ·mol－1

几个至十几个kJ·mol－1

几个至数十个kJ·mol－1

性质影响

主要影响分子的化学性质

主要影响物质的物理性质

主要影响物质的物理性质

大小关系

化学键>氢键>范德华力

1．正误判断

（1）气体在一定条件会凝结为固体或液体，这一现象与分子间作用力有关（　√　）

（2）卤素碳化物（CX4）熔、沸点随相对分子质量的增大而升高（　√　）

（3）由氢键的形成过程可知，氢键本质上属于配位键（　×　）

（4）范德华力和氢键可同时存在于分子之间（　√　）

（5）能形成氢键的分子可以尽可能多的通过氢键与其他分子结合（　×　）

（6）只要分子能形成氢键，就可使分子的熔、沸点升高（　×　）

2．下列关于范德华力的叙述正确的是（　　）

A．是一种较弱的化学键

B．分子间存在的较强的电性作用

C．直接影响物质的熔、沸点

D．稀有气体的原子间存在范德华力

答案　D

解析　范德华力是分子间存在的较弱的相互作用，它不是化学键且比化学键弱得多，只能影响由分子构成的物质的熔、沸点；稀有气体为单原子分子，分子之间靠范德华力相结合。

3．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是（　　）

A．范德华力是决定由分子构成的物质的熔、沸点高低的唯一因素

B．范德华力与物质的性质没有必然的联系

C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质

D．范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素

答案　D

解析　范德华力不能影响物质的化学性质，仅能影响由分子构成的物质的部分物理性质，如熔、沸点及溶解性，并且不是唯一的影响因素。

例如氢键也影响物质的物理性质。

4．下列几种氢键：

①O—H…O，②N—H…N，③F—H…F，④O—H…N，其强度由强到弱的排列顺序是（　　）

A．③①④②B．①②③④C．③②①④D．①④③②

答案　A

解析　电负性：

同周期从左到右，元素的电负性逐渐变大，故电负性：

F＞O＞N，故氢键的强度：

③F—H…F＞①O—H…O＞④O—H…N＞②N—H…N，故选A。

5．下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是（　　）

A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高

C．、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱

D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高

答案　B

解析　HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小；F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大；、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成了氢键。

6．下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第ⅥA族元素气态氢化物的沸点的是曲线________；表示第ⅣA族元素气态氢化物的沸点的是曲线________；同一主族中第3、4、5周期元素的气态氢化物的沸点依次升高，其原因是________________________________________________________________。

A、B、C曲线中第2周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第3周期元素气态氢化物的沸点，其原因是____________________________________________________，如果把这些氢化物分子间存在的主要影响沸点的相互作用表示为A—H…B—，则A元素一般具有的特点是________________。

答案　A　D　组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高　H2O、HF、NH3都存在分子间氢键　电负性大，原子半径小

解析　ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族第2周期元素的气态氢化物中沸点最高的是水，最低的是甲烷；由图可知，A、B、C、D曲线中表示ⅥA族元素气态氢化物沸点的是曲线A；表示ⅣA族元素气态氢化物沸点的是曲线D。

同一主族中第3、4、5周期元素的气态氢化物中分子间的范德华力依次增大，所以沸点依次升高。

A、B、C曲线中第2周期元素的气态氢化物中分子间都存在氢键，所以它们的沸点显著高于第3周期元素气态氢化物的沸点。

题组一　范德华力及其对物质性质的影响

1．下列说法中正确的是（　　）

A．分子间作用力越大，分子越稳定

B．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高

C．相对分子质量越大，其分子间作用力越大

D．分子间只存在范德华力

答案　B

解析　分子间作用力主要影响物质的物理性质，化学键主要影响物质的化学性质，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，B正确，A不正确；分子的组成和结构相似时，相对分子质量越大，其分子间作用力越大，C不正确；分子间不只有范德华力，D不正确。

2．卤素单质从F2到I2，在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是（　　）

A．原子间的化学键键能逐渐减小

B．范德华力逐渐增大

C．原子半径逐渐增大

D．氧化性逐渐减弱

答案　B

解析　卤素单质结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。

3．下列物质发生状态变化时，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。

题组二　氢键的形成及其对物质性质的影响

4．下列说法中不正确的是（　　）

A．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键

B．离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用

C．只有电负性很大、半径很小的原子（如F、O、N）才能形成氢键

D．氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强

答案　A

解析　并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键，氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F键的物质中。

氢键不是化学键，是介于范德华力和化学键之间的特殊作用力，本质上也是一种静电作用。

5．下列物质中含有氢键，且氢键最强的是（　　）

A．甲醇B．NH3C．冰D．（HF）n

答案　D

解析　氢键可表示为X—H…Y（X、Y可相同也可不同，一般为N、O、F），当X、Y原子半径越小、电负性越大时，在分子间H与Y产生的静电吸引作用越强，形成的氢键越牢固。

6．氨气溶于水时，大部分NH3与H2O通过氢键结合形成NH3·H2O分子。

根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为（　　）

A．B．

C．D．

答案　B

解析　从氢键的形成原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形，易于提供孤电子对，所以，以B方式结合空间位阻最小，结构最稳定；从事实上讲，依据NH3·H2ONH

＋OH－，可知答案为B。

7．下列物质均易溶于水，但其纯物质分子间不能形成氢键的是（　　）

A．HCHOB．CH3OH

C．CH3COOHD．HF

答案　A

解析　甲醛中碳原子的电负性不大，故分子间不能形成氢键；甲醇分子间能形成氢键，表示为：

O—H…O；乙酸分子间能形成氢键，表示为：

O—H…O；氟化氢分子间能形成氢键，表示为：

F—H…F。

8．比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是（　　）

A．乙醇与氯乙烷

B．邻羟基苯甲酸（）与对羟基苯甲酸（）

C．对羟基苯甲醇（）与邻羟基苯甲醇（）

D．H2O与H2Te

答案　B

解析　氢键分为两类：

存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子内氢键。

同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。

如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醇等容易形成分子内氢键，沸点较低；而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醇则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以B选项正确；对于A选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点（78.5℃）高于氯乙烷的沸点（12.3℃）；同样道理，D选项中，H2O的沸点（100℃）高于H2Te的沸点。

9．已知各种硝基苯酚的性质如下表：

名称

结构式

25℃水中溶解度/g

熔点/℃

沸点/℃

邻硝基苯酚

0.2

45

100

间硝基苯酚

1.4

96

194

对硝基苯酚

1.7

114

295

下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是（　　）

A．邻硝基苯酚分子内形成氢键，使其熔、沸点低于另外两种硝基苯酚

B．间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键

C．对硝基苯酚分子间能形成氢键，使其熔、沸点较高

D．三种硝基苯酚都能形成分子内氢键

答案　D

解析　当分子形成分子内氢键时，熔、沸点降低，A正确；间硝基苯酚中与N原子相连的O原子易与水分子中的H原子形成氢键，B正确、D错误；对硝基苯酚能形成分子间氢键，使其熔、沸点升高，C正确。

题组三　化学键、氢键、范德华力的比较及应用

10．固体乙醇晶体中不存在的作用力是（　　）

A．极性键B．非极性键

C．离子键D．氢键

答案　C

解析　固体乙醇晶体是乙醇分子通过分子间作用力结合的，在乙醇分子里有C—C之间的非极性键，C—H、C—O、O—H之间的极性键，在分子之间还有O和H原子产生的氢键，没有离子键。

11．二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等，一旦进入人体会导致急性肾衰竭，危及生命。

二甘醇的结构简式是HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。

下列有关二甘醇的叙述正确的是（　　）

A．符合通式CnH2nO3

B．分子间能形成氢键

C．分子间不存在范德华力

D．分子中含σ键和π键

答案　B

解析　二甘醇的分子式为C4H10O3，不符合通式CnH2nO3；二甘醇分子之间能形成O—H…O—，也存在范德华力。

12．（2018·武汉期中）维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。

该物质的结构简式如图所示，维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有（　　）

A．离子键、共价键B．离子键、氢键、共价键

C．氢键、范德华力D．离子键、氢键、范德华力

答案　D

解析　分子内含有氨基和羟基，易形成氢键，故溶于水时要破坏离子键、氢键和范德华力。

13．

（1）铜与类卤素（SCN）2反应生成Cu（SCN）2,1mol（SCN）2中含有π键的数目为______；类卤素（SCN）2对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H—S—C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H—N==C==S）的沸点，其原因是__________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）与CaCl2溶液可形成配离子（结构如图），乙二胺分子中氮原子的杂化类型为__________；乙二胺和三甲胺[N（CH3）3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）4NA　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能

（2）sp3杂化　乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键

解析　

（1）（SCN）2的结构式为N≡C—S—S—C≡N，单键为σ键，叁键中含有1个σ键、2个π键，故1mol（SCN）2中含有π键的数目为4NA；异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能，故异硫氰酸的沸点较高。

（2）乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）中N原子形成3个σ键，含1对孤电子对，价层电子对数为4，采取sp3杂化；乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）分子之间可以形成氢键，三甲胺[N（CH3）3]分子之间不能形成氢键，故乙二胺的沸点较高。

14．

（1）一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构（如下图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表。

CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

　　　参数

分子　　　

分子直径/nm

分子与H2O的结合能E/kJ·mol－1

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。

已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，因为_____________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①氢键、范德华力　②CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4

（2）H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键

解析　

（1）①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是范德华力和氢键。

②根据题给数据可知，笼状空腔的直径是0.586nm，而CO2分子的直径是0.512nm，笼状空腔直径大于CO2分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。

（2）水可以与乙醇互溶，是因为H2O与CH3CH2OH之间可以形成分子间氢键。