选修3鲁科版 第四节 分子间作用力与物质性质教案 .doc

第四节 分子间作用力与物质性质“冰请玉洁”的印象给我们心清神爽的感觉。冰是我们常见的物质，它是水的固态形式。你是否注意到液态的水变成固态的冰是体积会膨胀？江河中的冰又总是浮在水面上？这些现象和事实都与一种特殊的分子间作用力-氢键有关。 高手支招之一：细品教材一、范德华力与物质性质1、范德华力的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，又叫范德华力2、范德华力的大小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100600kjmol-1，而范德华力的作用能一般只有220 kjmol-1。如：食盐中，将na+和cl-维系在晶体中的作用是很强的离子键，氯化钠约在801时才能熔融，而氯化氢分子之间的作用力是很弱的范德华力，氯化氢的熔点低至-112，沸点也只有-85。高手笔记：分子之间普遍存在的作用力。范德华力的作用力比较小。与化学键相比，分子间作用力很微弱。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。 分子间作用能的大小一般比化学键能小12个数量级，主要影响物质的物理性质。例1、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问题c.稀有气体形成的晶体中原子之间不存在范德华力d.范德华力较弱，故破坏它需要的能量很少解析：考查知识点是范德华力的定义和性质。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（120-800kjmol-1），范德华力只有几到几十千焦每摩尔，故范德华力不是化学键；范德华力非常微弱，破坏它时消耗的能量较少；稀有气体形成的分子晶体中存在范德华力。答案：bd3、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分子质量的增大而增大。高手笔记：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。4、范德华力对物质性质的影响（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。如：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。 （2）范德华力还可以影响物质的溶解度。如，稀有气体从氦到氡，原子体积依次增大，当它们溶于水时，极性水分子对它们的诱导作用依次增强，致使水分子与稀有气体原子之间的诱导力依次增大。因此，稀有气体在水中的溶解度从氦到氡依次增大。例2、下列过程中，化学键一定被破坏的是（ ）a.碘升华 b.无色透明的水晶被粉碎c.蔗糖溶于水 d.hcl溶于水解析：碘升华克服的是范德华力，无色透明的水晶被粉碎破坏的是共价键，蔗糖溶于水克服的是范德华力，hcl溶于水破坏的是共价键。答案：bd5、范德华力与化学键的区别化学键范德华力定义存在强弱强烈120-800kjmol-1微弱100-102 kjmol-1对性质的影响影响化学性质只影响物理性质 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。高手笔记：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。例3：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物质熔、沸点高低的惟一因素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。解析：考查范德华力对物质性质的影响。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、沸点以及溶解性，并且不是唯一的影响因素。答案：d高手笔记：离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力，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微粒之间不存在范德华力二、氢键与物质性质1、什么是氢键(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，这种作呼叫氢键。如：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，并产生轨道重叠和一定程度的静电相互作用，从而形成了氢键。（图2-5） 图2-5 水分子中的氢键高手笔记：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）表示方法：通常用x-hy 表示氢键，其中x-h表示氢原子和x原子以共价键相结合。（3）氢键的键参数：氢键的键长是指x和y的距离，氢键的键能是指x-hy分解为x-h和y所需要的能量。（4）、氢键的实质：氢键不是化学键，属分子间作用力的范畴。高手笔记：分子间氢键一般是成直线形，由于这样，水结成冰其晶体为四面体构型。即每一个水分子，位于四面体中心，在它周围有四个水分子，分别以氢键和它相连。（5）氢键的特点：具有方向性和饱和性：本质上与共价键的方向性和饱和性不同。方向性：xhy三个原子在同一方向上。原因是这样的方向成键两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。饱和性：每一个xh只能与一个y原子形成氢键，原因是h的原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到x、y原子电子云的排斥。氢键和范德华力共存。如h2o、hf、nh3的分子之间既存在范德华力，又存在氢键。因此，把冰熔化或把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。不要认为有氢键就不存在范德华力了。高手笔记：注意氢键、范德华力与化学键的区分，并运用它们的区别分析物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质方面的差异。（6）氢键的分类 分子间有氢键。分子内氢键。3、氢键形成的条件 要有一个与电负性很大的元素x形成强极性键的氢原子。 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。 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。4、氢键对物质性质的影响（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。例4、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高手笔记： 结构相似的同系列物质的熔、沸点一般随着分子量的增大而升高。但在氢化物中唯有nh3，h2o，hf的熔、沸点偏高，原因是这些分子之间除有分子间作用力外，还有氢键。（2）对物质的溶解度的影：氢键的存在使物质的溶解性增大。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。高手笔记：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溶沸点出现反常。高手支招之二：基础整理范德华力是普遍存在的一种分子间作用力，属于电性作用。这种作用力比较微弱，范德华力越强，物质的熔、沸点就越高。氢键是一种较强的分子间作用力，可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部。它的存在使物质具有某些特殊性质。 范德华力 物质的熔点、沸点分子间作用力 分子内氢键 氢键 物质的熔点、沸点、电离、溶解度等 分子间氢键高手支招之三：综合探究一、范德华力的成因和组成是怎样的？1、取向力：极性分子存在偶极矩。当这些分子彼此靠近时，每个分子的正电荷端吸引另一个分子的负电荷端，这种静电吸引力称为取向力。分子极性越强，取向力就越大。2、诱导力：非极性分子受到其他分子偶极的诱导作用也能产生偶极矩，进而使两种分子之间产生吸引力，这种吸引力称为诱导力。3、色散力：由于原子核和电子总是在不停地运动，因此即使对非极性分子来说，其正电荷重心与负电荷重心也会发生瞬间的不重合，当分子靠近时，分子之间产生静电吸引力，这种静电吸引力叫做色散力。分子越大，分子内的电子越多，分子越容易变形，色散力就越大。除了极性极强的极性分子间的范德华力以取向力为主以外，色散力往往是范德华力的主要成分。三种作用力中，色散力作用是主要的。色散力诱导力取向力共同本质为静电，无方向性和饱和性。 二、影响物质溶解性因素的因素有哪些？（1）物质相互溶解的性质十分复杂，受到许多因素的制约，如温度、压强等。通过对许多试验的观察与研究。人们得出了一个经验性的“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。如蔗糖和氨易溶于水，难溶于ccl4，因为蔗糖、氨、水分子是极性分子；而萘和碘易溶于ccl4，难溶于水，因为萘和碘都是非极性分子。离子化合物是强极性物质，很多易溶于水。（2）溶剂和溶质之间存在氢键，溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就比较小。如nh3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水混溶，就是因为它们与水形成了分子间的氢键的原因。（3）“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇分子中的-oh与水分子中的-oh相近，因而乙醇能与水互溶。当然，乙醇分子由于-oh的极性较大，易与h2o分子形成氢键也是其互溶的原因。而戊醇ch3ch2ch2ch2ch2oh中的烃基较大，烃基是非极性基团，是疏水亲油基团。戊醇在水中的溶解度明显减小。烃基越大的醇在水中的溶解度就越小。羧酸也是如此。如果溶质与水能发生化学反应，也会增大溶质的溶解度。如so2与水发生反应生成h2so3，而h2so3可溶于水，因此，so2的溶解度增大。高手支招之四：典题例析例1、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，水的密度比冰大解析：本题考查氢键对物质性质影响的有关知识，氢键的存在影响了物质的熔点、沸点、密度等物理性质。a项中，水比硫化氢稳定时由于氧氢键比硫氢键键能大。b项中水的熔沸点比硫化氢的高与氢键有关；c项中氨气极易溶于水，也与氢键有关；d项中，由于水分子间存在氢键，在固态时水分子大范围以氢键连接，形成疏松多孔的固体，造成体积膨胀，密度减小。答案：a例2、下列物质的沸点，从高到低的顺序正确的是（ ）a、hihbrhclhf b、ci4cbr4ccl4cf4c、nacl nabrkbr d、namgal解析：hi、hbr、hcl三个分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，熔、沸点依次变小，而hf中还存在氢键，故hf的熔、沸点反常，为最大，则沸点大小顺序为hfhihbrhcl;而ci4、cbr4、ccl4、cf4结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，熔、沸点依次变小;nacl、nabr、kbr中存在离子键，离子所带电荷相同，离子间距依次变大，故离子键的作用力依次变小，沸点依次变小;na、mg、al是金属，它们的原子最外层价电子数依次为1、2、3，na+、mg2+、al3+半径依次变小，故金属键的作用力依次增大，沸点依次变大。答案：bc例3、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不选；金刚石硬度大于硅，熔、沸点高于硅是因cc键键能大于sisi键键能，b不选；naf、nacl、nabr、nai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例4、下图中a、b、c、d四条曲线分别表示a、va、a、a族元素的气态氢化物的沸点，其中表示a元素气态氢化物沸点的是曲线 ，表示iva族元素气态氢化物沸点的是曲线 ;同一族中第3、4、5周期元素的气态氢化物沸点依次升高，其原因是 。曲线中第2周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第3周期元素气态氢化物的沸点，其原因是 。解析：h2o与h2o分子之间有四个氢键，故沸点最高，故a为via、iva的氢化物都为非极性分子，沸点较低，第2周元素的氢化物中不存在氢键，故选d。答案：a d 相对分子质量依次增大 范德华力依次增大 故沸点依次升高 存在氢键高手支招之五：思考发现一、范德华力对物质物理性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点等。1、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；o2n2，hihbrhcl。2、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con2。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。二、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：对物质熔沸点的影响：汽化和液化需破坏大部分分子间氢键，需要较多的能量，从而推知对物质熔沸点的影响；分子内形成氢键，对物质熔沸点的影响情况是不同的。对物质溶解度的影响：在极性溶剂中，若溶质分子和溶剂分子间形成氢键，对使溶质的溶解度显著变大；若溶液中的溶质之间形成氢键，使溶质的溶解度减小。对溶液酸性的影响：若溶液中的溶质之间形成氢键，溶液酸性减弱。高手支招之六：体验成功基础强化：1、水具有反常高的沸点，主要是因为分子间存在 （ ）a氢键 b.共价键c离子键 d.新型化学键解析：本题考查水分子中存在的氢键及氢键对水的物理性质的影响。水的沸点很高，主要是由于水分子中存在氢键。答案：a2、下列有关范德华力的强烈对比，正确的是（ ）a、ch4ch3ch3 ch3b、ch3ch2 ch2ch2ch3ch3cch3 ch3 c、so2co2 d、解析：ch4和ch3ch3的结构类似，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； ch3ch3ch2ch2ch3与ch3cch3是同分异ch3构体，相对分子质量相同，后者的支链比前者多，前者的分子之间的接触面积大于后者，范德华力也是前者大于后者；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；的极性大于 ， 且两者相对分子质量相同，故 的分子间的范德华力大于 答案：b3、就ch4、nh3、h2o、hf而言，下列说法正确的是（ ）a、它们各自的电子总数相等，中子总数也相等b、它们都是含有极性键的共价化合物c、在同温、同压下，等质量的四种气体，体积也相同d、ch4、nh3、h2o、hf分子间都有氢键的作用解析：ch4、nh3、h2o、hf的电子数都是10，中子数依次为6、7、8、10。答案：b4、1993年中国的科学研究人员合成了世界上最大的碳氢化合物，其分子式为c1134h1146，关于此物质，下列说法无科学道理的是（ ）a、属于烃类化合物 b、此物质的熔、沸点较低c、具有金刚石的硬度 d、分子中不含有氢键解析：c1134h1146属于烃类化合物，有分子结构，存在范德华力，不存在氢键。答案：c5、下列物质的沸点，从高到低的顺序正确的是（ ）a、hihbrhclhf b、ci4cbr4ccl4cf4c、nacl nabrkbr d、namgal解析：hi、hbr、hcl三个分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，熔、沸点依次变小，而hf中还存在氢键，故hf的熔、沸点反常，为最大，则沸点大小顺序为hfhihbrhcl;而ci4、cbr4、ccl4、cf4结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，熔、沸点依次变小;nacl、nabr、kbr中存在离子键，离子所带电荷相同，离子间距依次变大，故离子键的作用力依次变小，沸点依次变小;na、mg、al是金属，它们的原子最外层价电子数依次为1、2、3，na+、mg2+、al3+半径依次变小，故金属键的作用力依次增大，沸点依次变大。答案：bc6下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是a、液溴和苯分别受热变为气体 b、干冰和氯化铵分别受热变为气体c、二氧化硅和铁分别受热熔化 d、食盐和葡萄糖分别溶解在水中解析：液溴和苯分别受热变为气体都需克服分子间作用力，a正确；干冰受热变为气体克服分子间作用力，而氯化铵受热会发生分解反应，破坏的是化学键，故b错；二氧化硅受热熔化破坏共价键，铁受热熔化破坏金属键，故c错；食盐溶解在水中需破坏离子键，葡萄糖溶解在水中，破坏的是分子间作用力，所以d错。答案：a7、h2o与h2s结构相似，都是v型的极性分子，但是h2o的沸点是100，h2s的沸点是60.7。引起这种差异的主要原因是（ ）a.范德华力 b.共价键c.氢键 d.相对分子质量 解析：氢键的作用使水的沸点比同族元素的氢化物高答案：c8、下列各组物质中发生状态变化时所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是（ ）a.食盐和蔗糖熔化 b.钠和硫熔化c.碘和干冰升华 d.二氧化硫和氧化钠熔化解析：食盐需要破坏离子键，蔗糖只需要克服分子间作用力，钠的熔化要破坏金属键，硫只需克服分子间作用力，氧化钠也是离子化合物，熔化时要破坏离子键，碘和干冰升华只需克服分子间作用力。答案：c9、干冰熔点很低是由于（ ）。a.co2是非极性分子 b.c=o键的键能很小 c.co2化学性质不活泼 d.co2分子间的作用力较弱解析：干冰属于分子晶体，决定干冰熔、沸点高低的是分子间的作用力，与分子内的成键情况无关，与分子的化学性质更无关；分子的极性也只能通过影响分子间作用力间接影响分子晶体的熔、沸点。答案：d综合应用：10、（1）下列结构中，代表原子序数从1到10的元素的原子实（原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分），小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子，短线代表价键， 根据各图表示的结构特点，写出该分子的化学式： a： b： c： d： （2）在分子的结构式中，由一个原子提供成键电子对而形成的共价键用表示，例如：写出三硝酸甘油酯的的结构式： 解析：首先注意题给限制条件1-10号元素，然后分析a结构中，最外层有两个未成键电子，且形成三个共价键，那么它最外层必然有五个电子，为氮元素，另外三个为氢元素，则a的化学式为nh3。同理可分析出b 、c、d的化学式分别为hcn 、co(nh2)2 和bf3。对硝基甘油酯的结构式可借助硝基甲烷中硝基的结构写出。答案 ：a：nh3 b：hcn c：co(nh2)2 d：bf3 11、下列表中给出几种氯化物的熔点和沸点。naclmgcl2alcl3sicl4熔点801714190-70沸点1413141218057有关表中所列四中氯化物的性质，以下叙述中，你认为符合科学道理的有 。 氯化铝在加热时可以升华;四氯化硅在固态时存在范德华力没有氢键氯化钠的微粒之间有氢键的作用氯化铝中含有强烈的离子键;氯化钠比氯化镁的熔、沸点都高,是因为na+与cl-的核间距比mg2+与cl-的核间距要小的多；氯化钠比四氯化硅的沸点高是因为氯化钠是离子晶体，四氯化硅为分子晶体。思路解析：根据物质的熔点、沸点的高低以及两者的差距可判断物质的内部可能存在的相互作用。答案：12、从形成氢键的角度分析写出h3o+、h5o2+、h7o3+、h9o4+的结构式。解析：h+与h2o中的o通过配位键形成h3o+、h3o+再通过氢键与一个或多个h2o结合成不同的离子。答案：创新拓展：1、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简式、化学式、相对分子质量和沸点。结构简式化学式相对分子质量沸点/（1）h-ohh2o18100（2）ch3-ohch4o3264（3）ch3ch2ohc2h6o4678（4）ch3coohc2h4o260118（5）ch3-o-ch3c2h6o5856（6）ch3ch2ch2ohc3h8o6097（7）ch3ch2och3c3h8o6011 它们的沸点说明什么问题？ 解析：从分子间作用力及氢键理论加以分析：（2）、（3）、（6）均为醇类，相对分子质量越大，分子间作用力、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。从表中可以得出结论。 答案：（1）组成和结构相似的分子化合物，相对分子质量越高，沸点越高。（2）分子间存在氢键，会使其沸点升高，分子极性越大，氢键越强，沸点越高。教材习题解析与答案1、 解析：ncl3分子中的n-cl共价键是极性共价键，其中心原子n原子有只与cl原子形成三个共价键，有一对孤对电子，其分子呈平面正三角形，不是三角锥型。在由液态气化变成气态时并不破坏化学键，只破坏分子间作用力。答案：c2、 稀有气体分子间以范德华力相结合，对于结构相似的物质来说，范德华力随着原子序数的增多而增大，所以稀有气体的熔沸点逐渐升高。3、 不能形成氢键。因为碘和碳都不是活泼性强的非金属元素，不符合形成氢键的条件。4、 （1）由于水和乙醇间可以形成分子间的氢键，从而使它们相互结合更紧密，互溶性更强。（2）因为在nh3分子间存在氢键，使得氨的沸点较高，非常容易液化。（3）液态氟化氢间可以形成分子间的氢键同，使得它们之间相互结合更紧密，从而形成（hfn）的形式。5、