高中化学 2.4 分子间作用力与物质性质教学课件 鲁科版选修3.ppt

第四节分子间作用力与物质性质 知道分子间作用力的广泛存在及其对物质性质 如熔点 沸点 的影响理解氢键的形成条件 类型 特点以及对物质性质的影响了解分子间作用力 特别是氢键对于水的特殊性质的影响作用 氢键存在对自然界和生命科学的重大意义 1 2 3 将气体液化或将液体变成气体或固体时均需要能量 这说明 组成气体或液体或固体的分子之间存在着一种 作用力 分子间作用力 1 定义 分子之间存在的多种 统称分子间作用力 2 分类 分子间作用力是一类弱相互作用力 其中最常见的是 和 范德华力 1 概念范德华力是 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 笃学一范德华力与物质性质 1 2 相互作用 范德华力 氢键 分子 2 实质 范德华力实质也是一种 3 强弱 范德华力约比化学键能小1 2个数量级 分子的极性越大 范德华力越 结构和组成相似的物质 相对分子质量越大 范德华力越 4 特征 范德华力没有 只要分子周围空间允许 总是尽可能多地吸引其他分子 5 对物质性质的影响 对物质熔 沸点的影响 静电作用 大 大 方向性和饱和性 一般来说 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 i2 br2 cl2 f2 rn xe kr ar ne he 对物质溶解性的影响如 在273k 101kpa时 氧气在水中的溶解量 0 049cm3 l 1 比氮气在水中的溶解量 0 024cm3 l 1 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 影响范德华力的因素主要包括 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的增大而 3 增大 氢键氢键是存在于分子内或 的由分子中已经与电负性 的元素的原子形成共价键的 原子 与另一分子中电负性 的元素的原子之间形成的一种 作用力 它是除范德华力外的另一种 作用力 存在于分子内的氢键不属于分子间作用力 氢键不属于化学键 约为化学键的十分之几 但比范德华力强 笃学二氢键与物质性质 1 分子间 很大 很大 电性 分子间 氢 研究证明 氢键普遍存在于已经与 等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的 等电负性很大的原子之间 例如 不仅氟化氢分子之间以及氨分子之间存在氢键 而且它们跟水分子之间也存在氢键 通常用x h y表示氢键 其中x h表示氢原子和 原子以共价键相结合 与y形成氢键 氢键的键长是指x和y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 2 形成条件 n o f n o f 3 表示形式 x 氢键的类型 氢键可分为分子内氢键和分子间氢键 氢键对物质性质的影响氢键不是化学键 它比化学键 但比分子间作用力 可以把氢键看做是比较强的分子间作用力 1 分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点 这是因为固体熔化或汽化时必须破坏分子间的氢键 从而需要 能量的缘故 2 氢键对物质的溶解度 粘度 硬度等也都有影响 如酒精与水完全互溶 主要是由于酒精分子和水分子间形成氢键 彼此互相缔合 因而加大溶解 甘油的粘度大就是因为其分子间有氢键 水的硬度较一般分子晶体的大 就 4 5 弱得多 稍强 升高 消耗较多 是水中有氢键结构 氢键对物质的酸性也有影响 例如当苯甲酸羧基的邻位上有两个羟基时酸性最强 这是因为生成了分子内氢键 氢键不仅影响物质的物理性质 还影响物质的化学性质 再如 hf 是弱酸 hcl是强酸就是因为hf分子间形成氢键的原因 3 互为同分异构体的物质 能形成分子内氢键的 其熔点与沸点较能形成分子间氢键的物质的熔 沸点要低 如何比较化学键和范德华力 提示化学键与范德华力的比较 慎思1 氢键的特征 提示氢键的饱和性和方向性 在 x h y所表示的氢键中 一个h原子只能与一个y原子 o n f 结合 这就是氢键的饱和性 y原子以负电荷分布得最多的部分 一般是孤对电子 接近h原子 并在可能范围内孤对电子轨道的对称轴尽量跟氢键方向一致 这样成键能力最强 这就是氢键的方向性 例如水分子间的氢键 如下图所示 一个水分子的o h键与另一个水分子中氧原子的孤对电子所在轨道的轴在一条直线上 每个水分子最多可与四个水分子形成四个氢键 慎思2 水分子间的氢键示意图 分子间作用力 即范德华力 对物质性质有哪些影响 提示 分子间作用力比化学键弱得多 它主要影响物质的熔点 沸点 溶解性等物理性质 而化学键主要影响物质的化学性质 分子间作用力只存在于由分子构成的物质中 离子化合物 原子晶体 金属晶体中不存在范德华力 分子间作用力作用范围很小 即分子充分接近时才有相互间的作用力 范德华力是分子之间普遍存在的作用力 分子间作用力与化学键相比 是一种存在于分子之间的 较弱的相互作用 分子间作用力的大小一般比化学键的键能小1 2个数量级 主要影响物质的物理性质 慎思3 分子与分子之间存在着一种把分子聚集在一起的作用力叫分子间作用力 又叫范德华力 范德华力的作用能通常比化学键能小得多 化学键的键能一般为100 600kj mol 1 而范德华力的作用能一般只有2 20kj mol 1 分子间作用力与化学键相比 是一种存在于分子之间的 较弱的相互作用 分子间作用力的大小一般比化学键能小1 2个数量级 主要影响物质的物理性质 要点一 范德华力与物质性质 1 范德华力 影响范德华力的因素 分子大小 分子空间构型及分子中电荷分布是否均匀等 对组成和结构相似的物质 其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大 范德华力是分子之间正电荷端与负电荷端的静电吸引力 所以范德华力没有方向性和饱和性 只要空间允许 当分子凝聚时 每个分子总是在它正 负两极周围尽可能多地吸引其他分子 2 1 范德华力主要影响物质的熔点 沸点 范德华力越强 物质的熔点 沸点越高 2 范德华力还可以影响物质的溶解度 由于范德华力比化学键弱得多 因此克服范德华力所需的能量不足以破坏化学键 例如 干冰的状态发生改变时 仅仅是二氧化碳分子之间的作用力改变了 其内部的共价键依然不变 特别提醒 要理解并运用它们的区别分析化学键与范德华力对物质的熔点 沸点 溶解性等物理性质和稳定性等化学性质的不同影响 3 范德华力对物质性质的影响 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 例1 解析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 但也必须满足一定的距离要求 若分子间的距离足够大 分子之间很难产生相互作用 答案b 区分化学键和范德华力有两点 强弱不同如ar co hi hcl hbr范德华力分别为 kj mol 1 8 50 8 75 26 0 21 14 23 1 而c o h i h br h cl键能分别为 kj mol 1 351 299 366 432 范德华力对物质的稳定性等化学性质无影响 分子内化学键的强弱与分子间范德华力大小几乎无关 在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时 与化学键的强弱无关的变化规律是 a hf hcl hbr hi的热稳定依次减弱b 金刚石的硬度大于硅 其熔 沸点也高于硅c naf nacl nabr nai的熔点依次减小d f2 cl2 br2 i2的熔 沸点逐渐升高解析a项 主要决定于h x的键能大小 b项 主要决定于 c c 键能和 si si 键能的差别 c项 主要决定于nax中离子键的强弱 答案d 体验1 1 氢键的定义 带部分正电荷的氢原子和另一个分子中电负性很强的原子充分接近时 就产生静电作用和一定程度的轨道重叠作用 这种作用叫氢键 要点二 氢键与物质性质 1 什么是氢键 特别提醒 氢键是一种特殊的分子间作用力 其作用力大小介于化学键和范德华力之间 范德华力的作用力比较小 氢键和范德华力同属于分子间作用力 2 氢键的分类 分子间氢键 分子内氢键 氢键形成的条件 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 2 要有一个电负性很大 含有孤电子对并带有部分负电荷的原子y 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为n o f 1 氢键使物质的熔点 沸点升高 分子间存在着氢键时 破坏分子间的氢键 消耗更多的能量 所以存在氢键的物质具有较高的熔点和沸点 例如 n o f族的氢化物的熔 沸点的反常现象 2 3 氢键对物质性质的影响 2 对物质的溶解度的影响 氢键的存在使物质的溶解度增大 如nh3极易溶解于水 主要是由于氨分子和水分子之间形成了氢键 彼此互相缔合 因而加大溶解 3 对物质的硬度和密度的影响 如冰的硬度比一般固体共价化合物的硬度大 就是因为冰中有氢键的缘故 特别提醒 由于分子间存在氢键 水的熔点比h2s的熔点高了很多 水的熔点提高有着非常重要的意义 它使得生命得以存在 也使得冰的密度小于水而存在于水面上 使水生生物能够越过寒冷的冬季 氢键的存在导致了nh3 h2o hf等与本族元素相比其氢化物熔沸点出现反常 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 分子间形成氢键能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解析氢键属于分子间作用力 它主要影响物质的物理性质 与化学性质如稳定性等无关 水分子内只有共价键而无氢键 a中说法显然不对 b中水蒸气分子间距离太大 不能形成氢键 而d中稳定性很强与氢键无关 正确选项是c项 答案c 例2 氢键的分类 氢键分为分子间氢键和分子内氢键 氢键不仅存在于分子之间 有时也存在于分子内部的原子团之间 如邻羟基苯甲醛分子内可形成氢键 对羟基苯甲醛不可能形成分子内氢键 只能在分子间形成氢键 如图所示 下列有关氢键的说法中错误的是 a 氢键是一种相对比较弱的化学键b 通常说氢键是较强的分子间作用力c 氢键是由于氢原子与非金属性极强的原子相互作用而形成的d 分子间形成氢键会使物质的熔 沸点升高解析氢键是一种较强的电性作用 属于分子间作用力的范畴 它是由带正电性的h原子与强极性的非金属原子间发生相互作用而形成的 它对物质的熔 沸点和溶解度等物理性质有明显的影响 答案a 体验2 范德华力主要影响物质的物理性质 如熔点 沸点等 组成和结构相似的物质 相对分子质量越大 熔沸点越高 如熔沸点 o2 n2 hi hbr hcl 组成和结构不相似的物质 分子极性越大 其熔沸点就越高 如熔沸点co n2 在同分异构体中 一般来说 支链数越多 熔沸点越低 如沸点 正戊烷 异戊烷 新戊烷 同分异构体的芳香烃及其衍生物 其熔沸点高低顺序是邻 间 对位化合物 1 2 范德华力对物质物理性质的影响 氨气溶于水中 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 案例1 答案b氢键是一种特殊的分子间作用力 其作用力大小介于化学键和范德华力之间 范德华力的作用力比较小 氢键和范德华力同属于分子间作用力 分析氢键的存在对物质各种性质的影响可从以下几个方面进行 对物质熔沸点的影