选修三化学第二章第四节 分子间作用力与物质性质.docx

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选修三化学第二章第四节分子间作用力与物质性质

第4节　分子间作用力与物质性质

【学习目标】

1.了解分子间作用力的广泛存在及对物质性质的影响。

2.了解氢键的形成条件、类型和特点。

3.列举含有氢键的物质，知道氢键对物质性质的影响。

【新知导学】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

一、范德华力与物质性质

1．分析讨论，回答下列问题：

（1）液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？

（2）降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？

（3）卤素单质F2、Cl2、Br2、I2，按其相对分子质量增大的顺序，物理性质（如颜色、状态、熔点、沸点）有何变化规律？

2．上述事实能够说明：

（1）范德华力是______之间普遍存在的一种相互作用力，它使得许多物质以一定的聚集状态存在。

（2）一般来说，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越____。

物质的熔、沸点越____。

【归纳总结】　

1.范德华力

（1）实质：

______作用。

（2）大小：

范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多，化学键的键能一般为__________kJ·mol－1，而范德华力的作用能一般只有______kJ·mol－1。

（3）特征：

范德华力没有______性和______性，只要分子周围空间允许，当气体分子凝聚时，它总是__________________。

（4）影响因素：

主要包括__________________、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。

2.范德华力对物质性质的影响

（1）对物质熔、沸点的影响

①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越____。

例如熔、沸点：

CF4______CCl4____CBr4____CI4。

②组成相似且相对分子质量相近的物质，分子电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越____，如熔、沸点：

CO____N2。

③在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点就越____，如沸点：

正戊烷____异戊烷____新戊烷。

（2）对物质溶解性的影响

溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越____，溶解度越大。

【活学活用】

1．下列有关范德华力的叙述正确的是（　　）

A．范德华力的实质是一种电性作用，所以范德华力是一种较弱的化学键

B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同

C．稀有气体固态时原子间不存在范德华力

D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量

2．回答下列问题：

（1）下列有关范德华力的强弱比较正确的是____（填字母）。

A．CH4＞CH3CH3

B．CH3CH2CH2CH2CH3＞

C．SO2＜CO2

D．

（2）ClF3的熔、沸点比BrF3的________（填“高”或“低”）。

（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：

_________________。

GeCl4

GeBr4

GeI4

熔点/℃

－49.5

26

146

沸点/℃

83.1

186

约400

（4）硅烷（SinH2n＋2）的沸点与其相对分子质量的变化关系如下图所示，呈现这种变化关系的原因是________________________________________________________________________。

二、氢键与物质性质

1．比较H2O和H2S的分子组成、空间构型，分析H2O的熔、沸点比H2S高的原因是什么？

2．氢键的概念与形成条件

（1）氢键的概念：

带部分正电荷的氢原子和另一个分子中__________的原子充分接近时，产生________和一定程度的轨道重叠作用，这种作用叫氢键。

（2）氢键的表示方法：

通常用X—H…Y表示氢键，式中X和Y代表______，“—”代表______，“…”代表______。

（3）氢键的形成条件：

①要有一个与________很大的元素X形成________键的氢原子，如H2O中的氢原子。

②要有一个________很大，含有__________并带有部分________的原子Y，如H2O中的氧原子。

③X和Y的原子半径______，这样空间位阻较小。

3．氢键的类型

（1）______氢键，如：

（邻羟基苯甲醛）。

（2）______氢键，如：

（对羟基苯甲醛）。

4．氢键的特征

（1）方向性：

X—H…Y中的三原子总是尽可能沿______分布，这样可使X与Y原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系更稳定。

（2）饱和性：

每个X—H只能与一个Y形成氢键，原因是氢原子的半径小，再有一个Y原子接近时，会受到X、Y原子电子云的排斥。

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____，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____，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______，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____。

（4）氢键对物质电离性质的影响：

如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1比对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1____很多。

【归纳总结】　

1.氢键比化学键____，比范德华力____。

既可以存在于分子______又可以存在于分子______。

2．氢键有饱和性、方向性。

一般X—H…Y中三原子在________上。

如水结冰体积膨胀，是因为冰中所有水分子通过有方向性和饱和性的氢键互相联结成晶体，而液态水中只有大部分水分子以氢键结合成为（H2O）n。

3．氢键的存在__________分子间作用力，引起物质的熔、沸点反常。

如H2O、HF、NH3的沸点分别比ⅥA、ⅦA、ⅤA族其他元素的氢化物的沸点高出许多。

【活学活用】

3．下列事实与氢键无关的是（　　）

A．液态氟化氢中有三聚氟化氢（HF）3分子存在

B．冰的密度比液态水的密度小

C．乙醇能与水以任意比混溶而甲醚（CH3—O—CH3）难溶于水

D．NH3比PH3稳定

4．下列物质的性质可用氢键来解释的是（　　）

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

【学习小结】

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相互作用力

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100～600kJ·mol－1

一般只有2～20kJ·mol－1

一般不超过

40kJ·mol－1

性质

影响

主要影响物质的化学性质

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

【达标检测】

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、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

2．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

3．NCl3是一种淡黄色油状液体，下列对NCl3的有关描述正确的是（　　）

A．该分子呈平面三角形

B．该分子为非极性分子

C．它的沸点比PCl3的低

D．因为N—Cl键的键能大，所以NCl3沸点高

4．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．NH3·H2O中的NH3与H2O分子之间

D．可燃冰（CH4·8H2O）中甲烷分子与水分子之间

5．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

6．回答下列问题：

（1）下列几种氢键由强到弱的顺序为____________________________________（填字母）。

a．O—H…O　b．N—H…N　c．F—H…F　d．O—H…N

（2）①H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为_________________。

的沸点比

的沸点低，原因是

________________________________________________________________________。

②乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）和三甲胺[N（CH3）3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高的多，原因是_______________________________。

③甲醇的沸点明显高于甲醛，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是

________________________________________________________________________。

④水和乙酸以任意比例互溶，除因为他们都是极性分子外，还因为____________________。

⑤从氨合成塔里H2、N2、NH3的混合物中分离出NH3，常采用加压使NH3液化的方法，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）如图所示每条折线表示周期表ⅣA～ⅦA族中某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是________，b点代表的是________。

（4）关于化合物

，下列叙述正确的有________（填字母，下同）。

a．分子间可形成氢键

b．分子中既有极性键又有非极性键

c．分子中含有7个σ键和1个π键

d．该分子在水中的溶解度大于CH3CHCHCH3

（5）关于下列分子的说法不正确的是________。

a．既有σ键又有π键

b．O—H键的极性强于C—H键的极性

c．是非极性分子

d．该物质分子间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键

（6）已知苯酚（OH）具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；水杨酸第一级电离形成的离子COO－OH能形成分子内氢键。

据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2（水杨酸）______（填“>”或“<”）Ka（苯酚），其原因是_______________________________。

答案精析

新知导学

一、

1．

（1）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。

（2）降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。

当分子靠自身的动能不足以克服分子间相互作用力时，分子就会凝聚在一起，形成液体或固体。

（3）颜色逐渐加深；由气态到液态、固态；熔、沸点逐渐升高。

2．

（1）分子　

（2）大　高

归纳总结

1．

（1）电性　

（2）100～600　2～20

（3）方向　饱和　尽可能多的吸引其他分子

（4）相对分子质量的大小

2．

（1）①高　<　<　<　②高　>　③低　>　>　

（2）大

活学活用

1．B　[范德华力是分子与分子之间的一种相互作用，其实质与化学键类似，也是一种电性作用，但两者的区别是作用力的强弱不同，化学键必须是强烈的相互作用（100～600kJ·mol－1），范德华力只有2～20kJ·mol－1，故范德华力不是化学键；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；范德华力普遍存在于分子之间，稀有气体固态时存在范德华力。

]

2．

（1）B　

（2）低　（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高，原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强　（4）硅烷的结构和组成相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高

解析　CH4和CH3CH3的结构相似，前者的相对分子质量小于后者，故前者的范德华力小于后者；CH3CH2CH2CH2CH3和

是同分异构体，相对分子质量相同，后者支链比前者多，范德华力前者大于后者；SO2的相对分子质量大于CO2，且SO2是极性分子，而CO2是非极性分子，故SO2分子间的范德华力大于CO2；

的极性小于

，且两者相对分子质量相同，故前者范德华力小于后者。

（2）ClF3和BrF3分子组成和结构相似，ClF3的相对分子质量小于BrF3，ClF3分子间作用力小于BrF3，故BrF3的熔、沸点高于ClF3。

（3）GeCl4、GeBr4和GeI4分子的组成和结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。

（4）硅烷由分子构成，且其结构相似，故相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高。

二、

1．H2O和H2S分子组成相似，都是V形结构，常温下H2O为液态，熔、沸点比H2S高。

在水分子中，氢原子与氧原子形成共价键时，由于氧的电负性很强，共用电子对就强烈地偏向氧原子，而使氢原子核几乎“裸露”出来。

这样带正电荷的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子发生一定程度的轨道重叠作用，使水分子之间作用力增强，这种分子间的作用力就是氢键，比范德华力大。

硫化氢分子间不能形成氢键，故水的熔、沸点比硫化氢高。

2．

（1）电负性很强　静电作用　

（2）F、O、N　共价键　氢键

（3）①电负性　强极性　②电负性　孤对电子　负电荷　③要小

3．

（1）分子内　

（2）分子间

4．

（1）直线

5．

（1）高　高　<　

（2）增大　（3）大　（4）小

归纳总结

1．弱　强　之间　内部

2．同一直线

3．大大增强了

活学活用

3．D　[氢键是已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，它只影响物质的物理性质，故只有D与氢键无关。

]

4．D　[HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X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的极性有关；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力。

]

达标检测

1．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、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。

]

2．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，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，HCl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中将Na＋和Cl－之间以较强的离子键结合，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。

]

3．C　[NCl3中N原子的价电子对数为

＝4，孤电子对数＝1，所以该分子为三角锥形。

由于3个N—Cl极性键的排列不对称，所以该分子为极性分子。

NCl3与PCl3的组成和结构相似，相对分子质量NCl3小于PCl3，所以范德华力NCl3小于PCl3，沸点NCl3低于PCl3。

NCl3的沸点与N—Cl键的键能无关。

]

4．D　[只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之间才可能形成氢键（如N、O、F）。

C—H不是强极性共价键，CH4与H2O分子间不存在氢键。

]

5．C　[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，是因为水分子之间形成氢键，降温时，水分子间形成的氢键数目增多，水分子排列比较松，使密度减小，B正确；硫酸是一种强酸，在水中能全部电离，与氢键无关，C不正确；水分子间形成氢键，因此水的熔点较高，所以水通常情况下为液态。

]

6．

（1）c＞a＞d＞b　

（2）①OH键＞氢键＞范德华力　

形成的是分子内氢键，而

可形成分子间氢键，分子间氢键使分子间的作用力增大　②乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键　③甲醇分子间、乙酸分子间能形成分子间氢键，而甲醛分子间、乙醛分子间不能形成氢键　④水与乙酸分子间可以形成氢键　⑤氨气分子间由于存在氢键，加压会使其容易液化，从而可以和氢气、氮气分离开来　（3）SiH4　H2Se　（4）bd　（5）cd　（6）＜　

中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋