高中化学第2章第4节分子间作用力与物质性质教案鲁科版选修3.docx

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高中化学第2章第4节分子间作用力与物质性质教案鲁科版选修3

第4节　分子间作用力与物质性质

目标与素养：

1.知道范德华力的实质及对物质的影响。

（宏观辨识和微观探析）2.知道氢键的实质、特点形成条件及对物质的影响。

（宏观辨识与微观探析）

一、范德华力与物质性质

1．分子间作用力

（1）概念

分子间存在的一类弱的相互作用力。

（2）分类

　任何物质的分子之间都一定存在作用力吗？

[提示]　一定存在。

2．范德华力及其对物质性质的影响

（1）概念及实质：

范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力，其实质是分子之间的电性作用。

（2）特征

①范德华力的作用能比化学键的键能小得多。

②范德华力无方向性，无饱和性。

（3）影响因素

①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间的范德华力越大。

②分子的极性越大，分子间的范德华力越大。

（4）对物质性质的影响：

范德华力主要影响物质的物理性质，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。

二、氢键与物质性质

1．氢键

（1）概念：

当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时，氢原子与另一个电负性大的原子Y之间的静电相互作用和一定程度的轨道重叠作用。

（2）表示形式

①通常用X—H…Y表示氢键，其中X—H表示氢原子和X原子以共价键相结合。

②氢键的键长是指X和Y间的距离，氢键的键能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。

（3）形成条件

①氢原子位于X原子和Y原子之间。

②X、Y原子所属元素具有很强的电负性和很小的原子半径，主要是N、O、F。

（4）分类：

分子内氢键和分子间氢键。

（5）特征

①氢键的作用能比范德华力的作用能大一些，但比化学键的键能小得多。

②氢键具有一定的方向性和饱和性。

2．氢键对物质性质的影响

（1）当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。

（2）当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将降低。

（3）氢键也影响物质的电离、溶解等过程。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）范德华力的实质是电性作用，有一定的方向性和饱和性。

（×）

（2）HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，是因为分子间作用力依次减弱。

（×）

（3）氢键只存在于分子之间。

（×）

（4）液态水分子间的作用力只有氢键。

（×）

2．共价键、离子键和范德华力都是微观粒子之间的不同作用力。

下列物质：

①Na2O2、②SiO2、③石墨、④金刚石、⑤CaCl2、⑥干冰，其中含有两种不同类型的作用力的是（　　）

A．①③⑤⑥B．①③⑥

C．②④⑥D．①②③⑥

B　[①Na2O2中存在离子键和非极性键，②SiO2中只存在极性键，③石墨中存在共价键和范德华力，④金刚石中只存在共价键，⑤CaCl2中只存在离子键，⑥干冰中存在共价键和范德华力。

]

3．下列说法不正确的是（　　）

A．分子间作用力是分子间相互作用力的总称

B．分子间氢键的形成对物质的溶解度有影响

C．范德华力与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

D　[分子间作用力是分子间相互作用力的总称，A正确；分子间氢键的形成除使物质的熔点、沸点升高外，对物质的溶解度等也有影响，B正确；范德华力是分子与分子间的相互作用力，而氢键是分子间比范德华力稍强的作用力，它们可以同时存在于分子之间，C正确；氢键不是化学键，D错误。

]

范德华力

1.影响范德华力的因素

主要包括相对分子质量的大小、分子的空间构型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。

2．范德华力对物质性质的影响

（1）对物质熔点、沸点的影响

一般说来，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。

具体如下：

①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：

F2

②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。

③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

（2）对物质溶解性的影响

如：

在293K、101kPa时，氧气在100g水中的溶解度比氮气在100g水中的溶解度大，就是因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大所导致的。

微点拨：

必须是由分子构成的物质内的分子之间才有分子间作用力：

（1）在由分子构成的物质中，分子与分子之间存在着分子间作用力，而在分子内部的成键原子之间存在共价键。

（2）离子化合物中不存在分子间作用力。

（3）金刚石、单质硅、二氧化硅等由原子通过共价键相结合构成的物质中，铝、铜、铁等金属单质中，均不存在分子间作用力。

（4）稀有气体是由分子构成的物质，但其分子是单原子分子，所以其原子（实为分子）间的作用力是分子间作用力。

【典例1】　在下列几组气体中，试分析判断哪种气体更易液化。

①Cl2、N2　②SiH4、CH4　③SO2、CO2　④邻二甲苯、对二甲苯　⑤甲烷、乙烷　⑥丁烷、异丁烷

[解析]　①②⑤三组气体中的分子均为组成结构相似的分子，只要从相对分子质量的大小就可以判断更易液化的气体分别是各组气体中相对分子质量较大的分子，即①Cl2、②SiH4、⑤乙烷。

③组中SO2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量，并且SO2是极性分子，所以SO2分子间的范德华力大于CO2分子间的范德华力，故SO2易液化。

④组中的邻二甲苯、对二甲苯的相对分子质量相等，邻二甲苯是极性分子，对二甲苯是非极性分子，所以邻二甲苯分子间的范德华力大于对二甲苯分子间的范德华力，故邻二甲苯易液化。

⑥组中丁烷、异丁烷是同分异构体，异丁烷分子含有支链，使分子间接触面积减小，分子间作用力减小，所以丁烷分子更易液化。

[答案]　①Cl2　②SiH4　③SO2　④邻二甲苯　⑤乙烷　⑥丁烷

一般来说，组成和结构相似的物质，范德华力的大小可从相对分子质量的大小进行比较，随着相对分子质量的增大，范德华力增大。

在分子体积大小相近、相对分子质量相等或相近的情况下，范德华力往往随着分子极性的增强而增强。

在相对分子质量相等或相近的情况下，分子之间的接触面积越大，范德华力越强。

1．NCl3是一种淡黄色油状液体，测定其分子具有三角锥形结构，下列对NCl3的有关描述正确的是（　　）

A．它是一种非极性分子

B．分子中存在非极性共价键

C．它的沸点比PCl3的低

D．因N—Cl键的键能大，所以NCl3沸点高

C　[NCl3分子具有三角锥形结构，结构不对称，它是由N—Cl极性键构成的极性分子。

NCl3与PCl3组成、结构相似，因相对分子质量NCl3

由分子构成的物质，键能的大小影响分子的稳定性，而分子间作用力的大小影响其熔、沸点的高低。

]

2．下列物质的变化，破坏的主要是范德华力的是（　　）

A．碘单质的升华　B．NaCl溶于水

C．将水加热变为气态D．NH4Cl受热分解

A　[碘的升华，只是状态发生了变化，破坏的是范德华力，没有破坏化学键；NaCl溶于水，会破坏离子键；水由液态变为气态，破坏的是氢键和范德华力；NH4Cl受热分解，破坏的是化学键（包括共价键和离子键）。

]

氢键

1.氢键

（1）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，含有孤对电子并带有部分负电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。

③X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为N、O、F。

（2）氢键的存在

①含H—O、N—H、H—F键的物质。

②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。

（3）氢键的类型

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存在氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键（如图）。

（4）氢键对物质性质的影响

①对熔点、沸点的影响

a．分子间氢键的形成使物质的熔点、沸点升高，因为要使液体汽化，必须破坏大部分分子间的氢键，这需要较多的能量；要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间的氢键。

所以，存在分子间氢键的化合物的熔点、沸点要比没有氢键的同类化合物高。

b．分子内氢键的形成使物质的熔点、沸点降低，如邻羟基苯甲醛的熔点、沸点比对羟基苯甲醛的熔点、沸点低。

②对溶解度的影响

在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键，则溶质的溶解性增大。

例如，乙醇和水能以任意比例互溶。

③对水的密度的影响

绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度，但是在0℃附近的水的密度却是液态的大于固态的。

水的这一反常现象也可用氢键解释。

④对物质的酸性等也有一定的影响。

2．范德华力、氢键及共价键的比较

范德华力

氢键

共价键

特征

无方向性，无饱和性

有方向性，有饱和性

有方向性，有饱和性

强度

共价键>氢键>范德华力

影响强度的因素

①随着分子极性增大而增大

②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A—H…B—，A、B的电负性越大，B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

对物质性质的影响

①影响物质的熔、沸点，溶解度等物理性质

②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F2

①分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：

H2O>H2S，溶解性：

NH3>PH3

②分子内氢键的存在，使物质的熔、沸点降低，如熔、沸点：

①影响分子的稳定性

②共价键键能越大，分子稳定性越强

【典例2】　下列有关水的叙述中，不能用氢键的知识进行解释的是（　　）

A．水比硫化氢气体稳定

B．水的熔、沸点比硫化氢的高

C．氨气极易溶于水

D．0℃时，水的密度比冰的大

A　[本题考查氢键对物质性质影响的有关知识，氢键的存在影响物质的熔点、沸点、溶解性、密度等物理性质。

A项中，水比硫化氢稳定是由于氧氢键的键能比硫氢键的大；B项中，水的熔、沸点比硫化氢的高与水分子间能形成氢键有关；C项中，氨气极易溶于水，也与NH3和H2O间能形成氢键有关；D项中，由于冰中的水分子间最大程度地以氢键连接，形成的孔穴使冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上即体积膨胀，密度减小。

]

3．

（1）氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键（用“…”表示）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（　　）

（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_____________________。

[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，H—O键的极性比H—N键的大，H—O键上H原子的正电性更大，更容易与N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析。

NH3·H2O能电离出NH

和OH－，按A项结构

不能写出其电离方程式，按B项结构

可合理解释NH3·H2ONH

＋OH－，所以答案是B。

应该说A项结构在氨水中也存在，但B项是NH3与H2O分子间氢键存在的主要形式。

（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。

[答案]　

（1）B　

（2）F—H…F、F—H…O、O—H…F、

O—H…O

4．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，其结构如图所示。

试回答下列问题：

（1）下列叙述中正确的是______（填字母）。

A．1mol冰中有4mol氢键

B．平均每个水分子有2个氢键

C．冰中的氢键没有方向性

（2）在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7kJ·mol－1，冰的升华热（1mol冰变成气态水时所吸收的能量）为51kJ·mol－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式：

H5O

、H9O

。

[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1mol冰中有2mol氢键。

氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。

（2）氢键的能量为（51－7）×

＝22（kJ·mol－1）。

（3）H5O

为2个水分子结合1个氢离子，H9O

为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。

[答案]　

（1）B　

（2）22kJ·mol－1

（3）

解氢键类题的注意事项

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X—H…Y中的三个原子总是尽可能沿直线分布。

饱和性指每个X—H只能与一个Y原子形成氢键。

1．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点、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

D　[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，如熔点、沸点及溶解性，并且不是唯一的影响因素。

]

2．关于氢键的下列说法中正确的是（　　）

A．每个水分子内含有两个氢键

B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键

C．分子间能形成氢键使物质的熔点和沸点升高

D．HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键

C　[水分子间存在氢键，水分子内不存在氢键，A错误；水蒸气中水分子距离较大，不形成氢键，B错误；氢键较一般的分子间作用力强，含有氢键的物质具有较高的熔、沸点，C正确；HF的稳定性很强，是由于H—F键键能较大的原因，与氢键无关，D错误。

]

3．下列实验事实与氢键有关的是（　　）

A．乙醇可与水以任意比互溶

B．H2O的热稳定性比H2S强

C．HF能与SiO2反应生成SiF4，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中

D．NH3能与HCl反应

A　[A选项中乙醇易溶于水是由于乙醇中O—H键与水中的氧原子形成O—H…O氢键，从而增大了溶解度；B选项中由于H—O键的键长比H—S键的键长短，键能大，故H2O分子稳定；C选项中由于HF能与SiO2发生化学反应，故HF不能用玻璃瓶盛放；D选项是NH3的化学性质。

]

4．下列叙述与范德华力无关的是（　　）

A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固

B．通常状况下氯化氢为气体

C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高

D．氯化钠的熔点较高

D　[范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。

A项，气体物质加压时，范德华力增大，降温时，气体分子的平均动能减小，两种情况下，分子靠自身的动能不足以克服范德华力，从而聚集在一起形成液体甚至固体；B项，氯化氢分子之间的作用力是很弱的范德华力，因此通常状况下氯化氢为气体；C项，一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高；D项，NaCl中存在的作用力是很强的离子键，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。

]

5．（2019·全国Ⅲ卷）苯胺（

）的晶体类型是________。

苯胺与甲苯（

）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（－5.9℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（－95.0℃）、沸点（110.6℃），原因是_____________。

[答案]　分子晶体　苯胺分子之间存在氢键

6．（2019·全国Ⅱ卷）元素As与N同族。

预测As的氢化物分子的立体结构为________，其沸点比NH3的______（填“高”或“低”），其判断理由是_____________。

[答案]　三角锥形　低　NH3分子间存在氢键