苏教版选修3 分子间作用力　分子晶体 学案.doc

课堂互动三点剖析一、范德华力1.概念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。2.大小(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、溶解性等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质；（2）在离子化合物和金属晶体中只存在化学键，不存在分子间作用力，分子间作用力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子之间，及稀有气体分子之间。像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质的粒子之间不存在分子间作用力；（3）分子间作用力的范围很小（一般是0.30.5 nm），即分子充分接近（如固体和液体）时才有相互间的作用力。3.影响分子间作用力的因素主要有分子的大小、分子的空间构型以及分子内电荷分布是否均匀等。对组成和结构相似的分子，其分子间作用力一般随着相对分子质量的增大而增大。4.分子间作用力对物质性质的影响（1）对物质熔、沸点的影响：一般地，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。如熔点、沸点：i2br2cl2f2，rnxekrarnehe。（2）对物质溶解性的影响：如在273 k,101 kpa时，氧气在水中的溶解量（0.049 cm3l-1）比氮气在水中的溶解量（0.024 cm3l-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。二、氢键与物质性质1.氢键氢键是一种既可以存在于分子之间又可以存在于分子内部原子团之间的作用力。它比化学键弱，比范德瓦尔斯力强。当氢原子与电负性大的原子x以共价键结合时，h原子能够跟另一个电负性大的原子y之间形成氢键。例如，h2o分子中的oh键为极性共价键，氧原子与氢原子共用的电子对强烈地偏向氧原子，使h原子几乎成了“裸露”的质子。这样，一个水分子中相对显正电性的氢原子，就能与另一个水分子中相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用叫做氢键。2.表示形式通常用xhy表示氢键，其中xh表示h原子和x原子以共价键相结合。氢键的键长是指x和y的距离，氢键的键能是指把xhy分解为xh和y所需要的能量。3.氢键的形成条件在用xhy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之一，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。由于x原子和y原子具有强烈吸引电子的作用，氢键才能存在。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。4.氢键对物质性质的影响氢键的作用介于化学键和范德瓦尔斯力之间。主要表现为使物质的熔、沸点升高；另外，氢键对物质的电离和溶解等也产生影响。5.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即存在氢键如下图所示，不难理解，当氢键存在于分子内时，它对物质性质的影响与分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。邻羟基苯甲醛的氢键存在于分子内部，对羟基苯甲醛存在分子间氢键，因此对羟基苯甲醛的熔点、沸点分别比邻羟基苯甲醛的熔点、沸点高。分子内氢键和分子间氢键三、分子晶体1.定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。注意：（1）分子晶体的组成粒子是分子，只有分子晶体中才有真正意义上的分子。其他晶体离子晶体（如nacl）、金属晶体（如cu）、原子晶体（如金刚石），“nacl、cu、c”只表示化学式，不表示分子式。（2）分子晶体中分子之间的作用力是分子间作用力，它主要包括两种：这两种作用力比较见下表分类范德华力氢键概念物质分子之间存在的微弱相互作用（实质上也是静电作用）分子中与氢原子形成共价键的非金属原子，如果吸引电子的能力很强，原子半径又很小，则使氢原子几乎成为“裸露”的质子，带部分正电荷。这样的分子之间，氢核与带部分负电荷的非金属原子相互吸引。这种静电作用就是氢键存在范围分子间某些含氢化合物分子间（如hf、h2o、nh3）强度比较比化学键弱得多比化学键弱得多，比范德华力稍强影响强度的因素随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大形成氢键的非金属原子，其吸引电子的能力越强、半径越小，则氢键越强（3）并不是所有的分子晶体中都有化学键。稀有气体的晶体中只有分子与分子之间的范德华力，不存在化学键。稀有气体的构成粒子为单原子分子。如ar晶体的构成粒子为ar原子，也可以说是ar分子，ar与ar之间只有范德华力，不存在任何化学键。（4）分子晶体熔化时，要破坏分子间作用力。2.分子晶体的类别：（各分子在晶体状态时）（1）所有酸；（2）除c、si、b以外的所有非金属单质；（3）除sio2以外的所有非金属氧化物；（4）气态氢化物；（5）稀有气体；（6）绝大多数有机物。3.分子晶体的结构由于构成分子晶体的作用力为分子间作用力，而分子间作用力通常不具有方向性和饱和性，因此分子晶体中分子在堆积时也会尽可能利用空间而采取紧密堆积方式。4.分子晶体的物理性质分子晶体中分子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，由于范德华力和氢键都比较微弱，破坏它们只需提供较少的能量。所以分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。5.分子晶体的熔沸点变化规律（1）对组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。符合此规律的物质有卤素单质、四卤化碳、碳族元素的气态氢化物、稀有气体等；（2）一般地说，含有hf键、ho键、hn键的分子晶体在液态和固态时，分子间存在氢键。含有氢键的物质，其熔沸点较高。如：熔沸点：h2oh2s、h2sh2sehcl、hclhbrph3、ph3ash3sbh3bih3。6.相似相溶原理构成分子晶体的分子有极性分子和非极性分子，分子的溶解性遵循相似相溶原理：极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂中，非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂中。如：hcl极易溶于水（通常情况下，1500），白磷（p4）易溶于cs2而不溶于水。各个突破【例1】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.分子间氢键的形成除使物质的熔沸点升高，对物质的溶解度、硬度等也都有影响c.分子间作用力与氢键可同时存在于分子之间d.氢键是一种特殊化学键，它广泛地存在于自然界中解析：氢键不是化学键，化学键是存在于相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，而氢键是分子间比范德华力稍强的作用力，它们不是包含与被包含的关系。答案：d类题演练1下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是（）a.i2升华b.nacl颗粒被粉碎c.hcl溶于水得盐酸d.从nh4hco3中闻到了刺激性气味解析：a.由i2分子组成的物质的升华是物理变化，共价键未被破坏。b.nacl是离子化合物，其中有离子键无共价键，nacl颗粒被粉碎的过程有离子键被破坏。c.hcl是共价型分子，分子中有共价键。hcl溶于水形成盐酸的过程中有变化：hclh+cl-,此变化中hcl共价键被破坏。d.nh4hco3是由nh+4和hco-3组成的离子化合物，nh+4与hco-3之间的化学键是离子键。nh+4内的有关原子之间、hco-3内的有关原子之间的化学键是共价键。从nh4hco3中闻到刺激性气味，是因为发生了化学反应：nh4hco3nh3+co2+h2o。比较nh3与nh+4、co2与hco-3的组成可知，nh4hco3分解的过程既有离子键被破坏，又有共价键被破坏。答案：cd类题演练2下列物质的变化，破坏的主要是分子间力的是（）a.碘单质的升华b.nacl溶于水c.将水加热变为气态d.nh4cl受热分解解析：碘的升华，只是状态发生了变化，破坏的是分子间力，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，破坏的是分子间力；nh4cl受热分解，破坏的是化学键（包括共价键和离子键）。答案：ac变式提升1比较下列化合物熔沸点的高低（填“”或“”）。（1）co2_so2（2）nh3_ph3（3）o3_o2（4）ne_ar解析：(1)co2和so2相对分子质量后者大，且co2为非极性分子，so2为极性分子，范德华力co2小于so2，所以co2so2。（2）尽管nh3相对分子质量小于ph3，但nh3分子间存在氢键，所以nh3ph3。（3）o3为极性分子，o2为非极性分子，且相对分子质量o3大于o2，所以范德华力o3o2,因此熔沸点o3大于o2。（4）ne、ar均为稀有气体、单原子分子，范德华力随相对分子质量的增大而递增，所以ar的熔沸点高于ne。答案：（1）(2)(3)(4)变式提升2有下列物质及它们各自的沸点：cl2:239 ko2:90.1 kn2:75.1 kh2:20.3 ki2：454.3 kbr2:331.9 k(1)据此推断，它们分子间的范德瓦尔斯力由大到小的顺序是_。（2）这一顺序与相对分子质量的大小有何关系？解答：（1）i2br2cl2o2n2h2(2)相对分子质量大，色散力大，范德华力大，沸点高，按上述顺序相对分子质量渐小，色散力渐小，物质沸点渐小。【例2】 自然界中往往存在许多有趣也十分有意义的现象，下表列出了若干化合物的结构式、化学式、相对分子质量和沸点。结构式化学式相对分子质量沸点/（1）hohh2o18100（2）ch3ohch4o3264（3）ch3ch2ohc2h6o4678（4）c2h4o260118（5）c3h6o5856（6）ch3ch2ch2ohc3h8o6097（7）ch3ch2och3c3h8o6011从它们的沸点可以说明什么问题？解析：从分子间作用力及氢键加以分析。（2）（3）（6）均为醇类，相对分子质量越大，沸点越高。（4）（6）（7）相对分子质量均为60，沸点不同，这是由于（4）（6）分子间存在氢键。答案：从表中可得出如下结论：（1）组成和结构相似的分子化合物，相对分子质量越大，沸点越高。（2）分子间存在氢键，会使沸点升高，氢键越强，沸点越高。类题演练3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.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间d.可燃冰（ch48h2o）中甲烷分子与水分子之间解析：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，ch不是强极性共价键。故选d。答案：d类题演练4（2006山东潍坊高三质检，13）影响分子晶体熔沸点的因素主要是分子间的各种作用力。硝基苯酚的分子内和分子之间都存在氢键，邻硝基苯酚以分子内氢键为主，对硝基苯酚以分子间氢键为主，则邻硝基苯酚和对硝基苯酚的沸点比较正确的是()a.邻硝基苯酚高于对硝基苯酚b.邻硝基苯酚低于对硝基苯酚c.邻硝基苯酚等于对硝基苯酚d.无法比较解析：分子内的氢键是原子与原子之间的相互作用，而分子间的氢键是分子与分子间的相互作用，它是影响分子晶体熔沸点的主要因素，故选b。答案：b变式提升3乙醇（c2h5oh）和二甲醚（ch3och3）的化学组成均为c2h6o。但乙醇的沸点为78.5 ,而二甲醚的沸点为-23 ，为何原因？答案：乙醇（c2h5oh）和二甲醚（ch3och3）的化学组成相同，两者的相对分子质量也相同，但乙醇分子之间能形成氢键，使分子间产生了较强的结合力，沸腾时需要提供更多的能量去破坏分子间氢键，而二甲醚分子间没有氢键，所以乙醇的沸点比二甲醚的高。【例3】 根据下表给出的几种物质的熔沸点数据，判断下列有关说法中错误的是（）naclmgcl2alcl3sicl4单质b熔点/810710180682300沸点/1 4651 418160572 500a.sicl4是分子晶体b.单质b可能是原子晶体c.alcl3加热不能升华d.nacl的键的强度比mgcl2大解析：由表中所给熔沸点数据，可知sicl4最低，应为分子晶体;单质b的熔沸点最高，因此为原子晶体；alcl3的沸点低于熔点，故可升华；nacl的熔点高于mgcl2的熔点，表明nacl键断裂较mgcl难，所以nacl的键强度比mgcl2大。答案：c类题演练5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，与键能无关的变化规律是（）a.hf、hcl、hbr、hi的热稳性依次减弱b.金刚石的硬度大于硅，其熔、沸点也高于硅c.naf、nacl、nabr、nai的熔点依次降低d.f2、cl2、br2、i2的熔、沸点逐渐升高解析：hf、hcl、hbr、hi热稳定性依次减弱是因为它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关，a项不选；金刚石硬度大于硅，熔、沸点高于硅是因为cc键键能大于sisi键键能，b项不选；naf、nacl、nabr、nai的熔点依次降低是它们的离子键键能随离子半径增大逐渐减小的原因，c项也不选；f2、cl2、br2、i2为分子晶体，熔、沸点高低由分子间作用力决定，与键能无关。答案：d类题演练6下列各组物质汽化或熔化时，所克服粒子间的作用力属于同种类型的是（）a.碘和氯化铵b.冰和干冰c.水晶和金刚石d.镁和硫酸镁解析：我们所学过的晶体类型有四种，化学键有三种，相互关系如下：其中，“主”指主要键型，“副”指次要键型，例如naoh中na+与oh-靠离子键相结合，而oh-中o与h之间靠极性键相结合。“间”指粒子间的作用力，“内”指粒子内的作用力，例如干冰中co2粒子间是范德华力，co2分子内是极性键。本题a项中碘为分子晶体，氯化铵为离子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力分别为范德华力和离子键；b项中冰和干冰均为分子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力为范德华力；c项中水晶和金刚石均为原子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力均为共价键。d项中镁为金属晶体，硫酸镁为离子晶分体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力分别为金属键和离子键。答案：bc变式提升4如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是nacl、cscl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分： (1)代表金刚石的是_（填字母，下同），其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于_晶体。（2）代表石墨的是_，每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。（3）代表nacl的是_，每个na+周围与它最接近且距离相等的na+有_个。（4）代表cscl的是_，它属于_晶体，每个cs+与_个cl-紧邻。（5）代表干冰的是_,它属于_晶体，每个co2分子与_个co2分子紧邻。解析：根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。nacl晶胞是简单的立方单元，每个na+与6个cl-紧邻，每个cl-又与6个na+紧邻，但观察na+与最近且等距离的na+数时要抛开cl-，从间结构上看是12个na+，即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。cscl晶体由cs+、cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面的中央都有一个co2分子，称为“面心立方”。所以每个co2分子在三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个co2，共12个co2分子，金刚石的基本单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻3个碳原子，即每个六边形占有1个碳原子的1/3，所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是61/3=2个。答案：（1）d4原子（2）e2（3）a12（4）c离子8（5）b分子12变式提升5水分子间存在一种叫“氢键”的作用（介于范德瓦耳斯力与化学键之间），彼此结合而形