高中化学 2.4 分子间作用力与物质性质课件 鲁科版选修3.ppt

一 二 一 范德华力与物质性质1 范德华力 vanderwaalsforce 是分子之间普遍存在的一种相互作用力 它使得许多物质能以一定的凝聚态 固态和液态 存在 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100 600kj mol 1 而范德华力的作用能一般只有2 20kj mol 1 一 二 2 范德华力对物质性质的影响 1 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 溶解度等物理性质 而化学键主要影响物质的化学性质 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 事实表明 范德华力越强 物质的熔点 沸点越高 一般来说 结构和组成相似的物质 随着相对分子质量的增加 范德华力逐渐增强 2 分子间作用力的范围很小 即分子充分接近 如固体和液体 时才有相互间的作用力 可见 分子间作用力是一种短程作用力 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 其内部的碳氧共价键依然不变 一 二 二 氢键与物质性质1 氢键在水分子中 氢原子以共价键与氧原子结合 氧元素的电负性很强 氧原子强烈吸引共用电子对使之偏向自己 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 就好像使氢原子核 裸露 出来一样 当一个水分子中的这种氢原子和另一个分子中的氧原子接近时 原子核 裸露 的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它 并产生静电相互作用和一定程度的轨道重叠作用 这种作用就是氢键 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 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 一 二 1 氢键不是化学键 属分子间作用力的范畴 除nh3 h2o hf外 与它们同主族的元素的其他气态氢化物的沸点仍遵循相对分子质量增大 范德华力增大的规律 2 h2o hf nh3的分子之间既存在范德华力 又存在氢键 因此 冰融化或水汽化不仅要破坏范德华力 还必须提供额外的能量破坏分子间氢键 2 氢键形成的条件在用x h y表示的氢键中 氢原子位于其间是氢键形成的最重要的条件 同时 氢原子两边的x原子和y原子所属元素具有很强的电负性 很小的原子半径是氢键形成的另一个条件 或者说x原子和y原子具有强烈吸引电子的作用 氢键才能形成 这类原子应该是位于元素周期表的右上角元素的原子 主要是氮原子 氧原子和氟原子 一 二 3 氢键对物质性质的影响 1 影响因素 氢键的作用能一般不超过40kj 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沸点升高 另外 氢键对物质的电离 溶解等过程也产生影响 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 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 氢键的存在使物质的溶解性增大 2 原因 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一般具有较高的熔点和沸点 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一范德华力与物质性质 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 沸点越高 2 i2单质中存在几种作用力 当i2发生三态变化时破坏的是什么作用力 提示 i2单质中i2分子内有i i共价键 i2分子间有范德华力 当i2发生三态变化时 由于i2分子间的范德华力比i i共价键弱得多 因此克服范德华力所需的能量不足以破坏i i共价键 仅仅是克服了i2分子之间的作用力 i i共价键依然不变 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 对物质熔点 沸点的影响 一般说来 分子间作用力越大 物质的熔点 沸点越高 具体如下 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 a 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 物质的熔点 沸点通常越高 如熔点 沸点 f2 cl2 br2 i2 cf4 ccl4 cbr4 ci4 b 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 物质的熔点 沸点通常越低 如熔点 沸点 新戊烷 异戊烷 正戊烷 对二甲苯 间二甲苯 邻二甲苯 c 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 物质的熔点 沸点通常越低 如熔点 沸点 n2 co 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 注意 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 a 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 b 离子化合物中不存在分子间作用力 c 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 d 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题1 在下列几组气体中 试分析判断哪种气体更易液化 cl2 n2 sih4 ch4 so2 co2 邻二甲苯 对二甲苯 甲烷 乙烷 正丁烷 异丁烷解析 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 cl2 sih4 乙烷 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 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 组中正丁烷 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 分子间的范德华力减小 所以正丁烷分子更易液化 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 答案 cl2 sih4 so2 邻二甲苯 乙烷 丁烷方法技巧一般来说 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练1ncl3是一种淡黄色油状液体 已知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沸点高解析 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 pcl3 故ncl3的沸点比pcl3的低 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点 沸点的高低 答案 c 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究二氢键与物质性质尿素 60 醋酸 60 硝酸 63 是相对分子质量相近的三种分子 但这三种物质的熔点和沸点相差较大 尿素熔点在200 以上 常温下是固体 醋酸的熔点为16 6 在温度低于16 6 时即凝结成冰状的固体 硝酸的熔点为 41 59 常温下硝酸是一种具有挥发性的液体 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 请根据以下问题与同学交流讨论造成这三种物质的熔点 沸点相差较大的可能原因 1 以上三种物质中都存在氢键 为什么硝酸的熔点 沸点很低 2 尿素和醋酸比较 尿素常温下是固体 说明了什么 分子间作用力的强弱与分子中可形成氢键的氢原子个数有何关系 提示 1 尿素 醋酸能形成分子间氢键 而硝酸能形成分子内氢键 如图所示 使其熔点 沸点较低 2 尿素co nh2 2中4个氢原子均可形成氢键 而醋酸分子中只有羧基上的一个氢原子形成氢键 分子中可形成氢键的氢原子个数越多 形成的氢键越多 分子间作用力就越强 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 1 氢键 1 形成条件 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 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 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 2 氢键的存在 含h o n h h f键的物质 有机化合物中的醇类和羧酸等物质 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 4 氢键对物质性质的影响 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的高 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 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 对物质的酸性等也有一定的影响 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 范德华力 氢键及共价键的比较 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题2 右图中每条折线表示元素周期表 a a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 则其中a b c d4个点代表的分别是 写化学式 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 第2周期 a a族元素分别是c n o f 其氢化物的沸点由高到低的顺序是h2o hf nh3 ch4 且水的沸点是100 因此 由上至下4条折线分别代表 a a a a族元素的氢化物的沸点变化 a族元素氢化物沸点由低到高的顺序是ch4 sih4 geh4 snh4 pbh4 所以a点代表sih4 那么b点代表的是 a族元素磷的气态氢化物ph3 c点是hbr d点是h2se 答案 sih4ph3hbrh2se 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练2水分子间存在 氢键 从而彼此结合而形成 h2o n 在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体 通过氢键相互连接成庞大的冰晶体 其结构示意图如图所示 导学号52720021 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 1 1mol冰晶体中有mol 氢键 2 在冰晶体的结构中 每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接 在冰晶体中除氢键外 还存在范德华力 11kj mol 1 已知冰的升华热是51kj mol 1 则冰晶体中氢键的能量是kj mol 1 3 用x y z分别表示h2o h2s h2se的沸点 则x y z的大小关系是 其判断依据是 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 1 由于1个水分子与4个水分子形成4个氢键 而每个氢键被两个h2o分子共有 所以1mol冰晶体中含有4 mol 2mol氢键 2 氢键的能量为打开h y作用力需要的能量 1个水分子有2个氢键 则键能为 3 氢键对物质熔 沸点的影响 某些氢化物分子间存在氢键 如h2o nh3 hf等 会使这些氢化物沸点反常 如沸点 h2o h2se h2s 答案 1 2 2 20 3 x z y水分子间存在氢键 故沸点最高 硒化氢比硫化氢相对分子质量大 分子间作用力大 故硒化氢沸点高 探究一 探究二 即时检测 1 下列说法中 正确的是 a 范德华力存在于所有分子之间b 范德华力是影响所有物质物理性质的因素c cl2相对于其他气体来说 是易液化的气体 由此可以得出结论 范德华力属于一种强作用力d 范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用解析 随着分子间距的增加 范德华力迅速减弱 所以范德华力作用范围很小 范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质 如熔点 沸点以及溶解度等 的因素之一 在常见气体中 cl2的相对分子质量较大 分子间范德华力较强 所以易液化 但其作用相对于化学键 仍属于弱作用力 只有d选项正确 答案 d 探究一 探究二 即时检测 2 当干冰变为气态二氧化碳时 下列所述各项中发生变化的是 a 分子空间构型b 范德华力c 分子内共价键d 化学性质解析 干冰变