人教版选修3 第二章 第三节 第2课时 较强的分子间作用力——氢键 学案.docx

第2课时较强的分子间作用力氢键目标定位1.了解氢键形成的条件及氢键的存在。2.学会氢键的表示方法，会分析氢键对物质性质的影响。一、氢键1比较h2o和h2s的分子组成、立体构型及其物理性质，分析h2o的熔、沸点比h2s高的原因是什么？答案h2o和h2s分子组成相似，都是v形极性分子，常温下h2o为液态，熔、沸点比h2s高。在水分子中，氢原子与非金属性很强的氧原子形成共价键时，由于氧的电负性比氢大得多，所以它们的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。这样带正电的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子的孤电子对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。硫化氢分子不能形成氢键，故水的熔、沸点比硫化氢的高。2氢键的概念及表示方法氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很大的原子之间的作用力。氢键的通式可用ahb表示。式中a和b表示f、o、n，“”表示共价键，“”表示氢键。3氢键的形成条件有哪些？答案(1)要有一个与电负性很强的元素x形成强极性键的氢原子，如h2o中的氢原子。(2)要有一个电负性很强，含有孤电子对并带有部分电荷的原子y，如h2o中的氧原子。(3)x和y的原子半径要小，这样空间位阻较小。一般来说，能形成氢键的元素有n、o、f。所以氢键一般存在于含nh、ho、hf键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。4氢键的特征是什么？答案(1)饱和性在形成氢键时，由于氢原子半径比x、y原子半径小得多，当氢原子与一个y原子形成氢键xhy后，氢原子周围的空间已被占据，x、y原子的电子云的排斥作用将阻碍一个y原子与氢原子靠近成键，也就是说氢原子只能与一个y原子形成氢键，即氢键具有饱和性。(2)方向性xh与y形成分子间氢键时，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使x与y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定，所以氢键还具有方向性(如下图)。5氢键的类型氢键不是化学键，仅为一种分子间作用力，氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在的氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如下图)。(1)(2)在氢键ahb中，氢键的键能的大小与a、b的电负性大小有关，电负性越大，则键能越大，氢键越强。氢键的键能还与a、b原子的半径大小有关，尤其是与b原子的半径大小有关，半径越小，则键能越大，氢键越强。1下列关于范德华力与氢键的叙述中正确的是()a任何物质中都存在范德华力，而氢键只存在于含有n、o、f的物质中b范德华力比氢键的作用还要弱c范德华力与氢键共同决定物质的物理性质d范德华力与氢键的强弱都只与相对分子质量有关答案b解析只有由分子组成的物质中才存在范德华力，a项错误；范德华力弱于氢键，b项正确；只有由分子组成且分子之间存在氢键的物质，其物理性质才由范德华力和氢键共同决定，c项错误；氢键的强弱主要与形成氢键的原子的电负性有关，d项错误。2甲酸可通过氢键形成二聚物，hno3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。答案解析依据氢键的表示方法及形成条件画出。二、氢键对物质性质的影响1试比较下列物质的熔、沸点。(1)h2o、h2s、h2se、h2te(2)答案(1)h2oh2teh2seh2s(2)2为什么nh3极易溶于水？答案由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以nh3极易溶于水。即：。3为什么冰浮在水面上？答案由于水分子之间存在氢键，水凝结为冰时，体积变大，密度变小；冰融化为水时，体积减小，密度变大。4为什么测定接近沸点的水蒸气的相对分子质量比用化学式h2o计算出来的大？答案因在接近沸点时，水分子通过氢键形成“缔合”分子，所以水蒸气的相对分子质量比用化学式h2o计算出来的大。(1)氢键影响物质的熔、沸点分子间存在氢键时，使物质具有较高的熔、沸点。分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点。(2)氢键影响物质的溶解度(3)氢键的存在引起密度的变化3下列与氢键有关的说法中错误的是()a卤化氢中hf沸点较高，是由于hf分子间存在氢键b邻羟基苯甲醛()的熔、沸点比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低c氨水中存在分子间氢键d形成氢键ahb的三个原子总在一条直线上答案d解析hf分子间存在氢键ahb，使氟化氢分子间作用力增大，所以氟化氢的沸点较高，a正确；邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低，b正确；氨水中氨分子之间、水分子之间以及氨分子与水分子之间都存在氢键，c正确；氢键具有一定的方向性，但不是一定在一条直线上，如，故d错误。易错提醒形成氢键ahb的三个原子不一定在一条直线上；分子内氢键使物质的熔、沸点降低，而分子间氢键使物质的熔、沸点升高。4下图中a、b、c、d四条曲线分别表示第a、a、a、a族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第a族元素气态氢化物的沸点的是曲线_；表示第a族元素气态氢化物的沸点的是曲线_；同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依次升高，其原因是_。a、b、c曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点，其原因是_，如果把这些氢化物分子间存在的主要影响沸点的相互作用表示为ahb，则a元素一般具有的特点是_。答案ad组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点升高h2o、hf、nh3分子间存在氢键电负性大，原子半径小解析a、a、a、a族第二周期元素的气态氢化物沸点最高的是水，最低的是甲烷；由图可知，a、b、c、d曲线中表示a族元素气态氢化物沸点的是曲线a；表示a族元素气态氢化物沸点的是曲线d。同一族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中分子间的范德华力依次增大，所以沸点依次升高。a、b、c曲线中第二周期元素的气态氢化物中都存在氢键，所以它们的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点。范德华力、氢键及共价键的比较范德华力氢键共价键概念物质分子之间普遍存在的一种相互作用力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原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用微粒分子或原子(稀有气体)氢原子、电负性很大的原子原子强度比较共价键氢键范德华力影响强度的因素随着分子极性的增大而增大；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大对于ahb，a、b的电负性越大，b原子的半径越小，作用力越大成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质；组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高，如f2cl2br2i2，cf4ccl4h2s，hfhcl，nh3ph3影响分子的稳定性；共价键的键能越大，分子稳定性越强1下列说法中不正确的是()a所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键b离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用c只有电负性很强、半径很小的原子(如f、o、n)才能形成氢键d氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强答案a解析并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键，氢键只形成于电负性强的元素(如n、o、f)与氢形成的氢化物的分子之间。氢键不是化学键，是介于范德华力和化学键之间的特殊作用力，本质上也是一种静电作用。2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(ch3och3)难溶于水dnh3比ph3稳定答案d解析氢键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，它只影响物质的物理性质，故只有d与氢键无关。3下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是()anh3 bch2o dc2h5oh答案b解析形成氢键的分子含有nh、ho或hf键。nh3、h2o、ch3ch2oh都能形成氢键但只存在于分子间。b中的o、h间可形成分子间氢键，oh键与形成分子内氢键。4下列几种氢键：oho，nhn，fhf，ohn，按氢键从强到弱的顺序排列正确的是()a bc d答案a解析f、o、n电负性依次降低，fh、oh、nh键的极性依次降低，故fhf中氢键最强，其次为oho再次是ohn，最弱的为nhn。5试用有关知识解释下列现象：(1)有机物大多难溶于水，而乙醇、乙酸可与水互溶：_。(2)乙醚(c2h5oc2h5)的相对分子质量远大于乙醇，但乙醇的沸点却比乙醚高很多，原因：_。(3)从氨合成塔里出来的h2、n2、nh3的混合物中分离出nh3，常采用加压使nh3液化的方法：_。(4)水在常温下，其组成化学式可用(h2o)m表示：_。答案(1)乙醇分子中的醇羟基、乙酸分子中的羧羟基均可与水形成分子间氢键，相互结合成缔合分子，故表现为互溶(2)乙醇分子之间形成的氢键作用远大于乙醚分子间的范德华力，故沸点比乙醚高很多(3)nh3分子间可以形成氢键而n2、h2分子间的范德华力很小，故nh3可采用加压液化的方法从混合物中分离(4)常温下，液态水中水分子间通过氢键缔合成较大分子团，所以用(h2o)m表示，而不是以单个分子形式存在解析(1)乙醇(c2h5oh)分子中的醇羟基、乙酸()分子中的羧羟基均可与水形成分子间氢键，相互结合成缔合分子，故表现为互溶。(2)乙醇分子之间形成的氢键作用远大于乙醚分子间的范德华力，故沸点比乙醚高很多。(3)nh3分子间可以形成氢键而n2、h2分子间的范德华力很小，故nh3可采用加压液化的方法从混合物中分离。(4)常温下，液态水中水分子间通过氢键缔合成较大分子团，所以用(h2o)m表示，而不是以单个分子形式存在。基础过关题组一对氢键概念的理解1氨气溶于水中，大部分nh3与h2o以氢键(用“”表示)结合形成nh3h2o分子。根据氨水的性质可推知nh3h2o的结构式为()答案b解析从氢键的成键原理上讲，a、b都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形，易于提供孤电子对，所以以b方式结合空间阻碍最小，结构最稳定；从事实上讲，依据nh3h2onhoh可知答案是b。2下列物质中含有氢键，且氢键最强的是()a甲醇 bnh3 c冰 d(hf)n答案d解析氢键可表示为xhy(x、y可相同也可不同，一般为n、o、f)，当x、y原子半径越小、电负性越大时，在分子间h与y产生的静电吸引作用越强，形成的氢键越牢固。3在硼酸b(oh)3分子中，b原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中b原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是()asp，范德华力 bsp2，范德华力csp2，氢键 dsp3，氢键答案c解析b原子最外层的3个电子都参与成键，故b原子可以形成sp2杂化轨道；b(oh)3分子中的oh可以与相邻分子中的h原子形成氢键。故选c。题组二分子间作用力对物质性质的影响4下列事实与氢键没有关系的是()ah2o比h2s更难分解bhf的熔、沸点高于hclc酒精可以和水以任意比例互溶d邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛答案a解析溶质与水分子间形成氢键会促进溶解，分子间形成氢键会导致物质的熔、沸点升高，分子内形成氢键则会导致物质的熔、沸点降低。氢化物的稳定性与分子内的共价键的键能有关，与氢键无关。常见的氢化物分子间存在氢键的有hf、h2o、nh3。酒精分子中oh极性强，能与水形成氢键。邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛易形成分子间氢键。5下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是()af2cl2br2i2bcf4ccl4cbr4ci4chfhclhbrhidch4sih4geh4snh4答案d解析物质的熔、沸点高低由分子间作用力大小决定，分子间作用力越大，熔、沸点越高，反之越低。a中卤素单质随相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增大，熔、沸点升高，故a错误；同理b错误；c中虽然四种物质的相对分子质量增大，但是，在hf分子中存在氢键，故hf的熔、沸点是最高的。6下列叙述正确的是()a由于氢键的存在，使水凝结为冰时密度减小，体积增大b由于氢键的存在，导致某些物质的气化热、升华热减小c氢键能存在于固态、液态甚至于气态中d氢键能随时断裂、随时形成答案a解析氢键是比范德华力强而比化学键弱的一种分子间作用力，水分子间形成氢键使水结成冰，水的密度减小，体积增大。7共价键、离子键和范德华力是构成物质时粒子间的不同作用力。下列物质中，只含有上述一种作用力的是()a干冰 b氯化钠c氢氧化钠 d碘答案b解析a中，干冰由co2分子构成，故存在分子间作用力，co2分子内部存在极性键；b中，氯化钠由na和cl构成，只存在离子键；c中，氢氧化钠由na和oh构成，故存在离子键，oh内存在极性键；d中，碘是由i2分子构成，故存在分子间作用力，i2分子内部存在非极性键。8下列说法中错误的是()a卤化氢中，hf沸点最高，是由于hf分子间存在氢键bh2o的沸点比hf的高，可能与氢键有关c氨水中含有分子间氢键d氢键xhy的三个原子总在一条直线上答案d解析因氟化氢分子之间存在氢键，所以hf是卤化氢中沸点最高的；氨水中除nh3分子之间存在氢键，nh3与h2o，h2o与h2o之间都存在氢键，c正确；氢键中的xhy三原子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线上，故d错。9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、沸点升高外，对物质的溶解度等也有影响c范德华力与氢键可同时存在于分子之间d氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中答案d解析分子间存在多种相互作用力，这些作用统称为分子间作用力，a正确；分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度也有影响，b正确；范德华力和氢键均属分子间的作用力，两者有可能同时存在于分子之间，c正确；氢键属于分子间作用力，而不是化学键，d错误。10比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是()a乙醇与氯乙烷b邻羟基苯甲酸与对羟基苯甲酸c对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛dh2o与h2te答案b解析氢键分为两类：存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子内氢键。同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醛等容易形成分子内氢键，沸点较低；而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以b选项正确；对于a选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5 )高于氯乙烷的沸点(12.3 )；同样道理，d选项中，h2o的沸点(100 )高于h2te的沸点。能力提升11氧是地壳中含量最多的元素。(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为_。(2)h2o分子内的oh键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为_。的沸点比高，原因是_。(3)h可与h2o形成h3o，h3o中o原子采取_杂化。h3o中hoh键角比h2o中hoh键角大，原因为_。答案(1)2(2)oh键、氢键、范德华力邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大(3)sp3h2o中o原子有2对孤电子对，h3o中o原子只有1对孤电子对，排斥力较小解析(1)氧元素核外有8个电子，其基态原子核外电子排布为1s22s22p4，所以氧元素基态原子核外未成对电子数为2。(2)oh键属于共价键，强度最大，分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴，但氢键要强于分子间的范德华力，所以它们从强到弱的顺序依次为oh键、氢键、范德华力；氢键不仅存在于分子之间，有时也存在于分子内，邻羟基苯甲醛在分子内形成氢键，而在分子之间不存在氢键，对羟基苯甲醛正好相反，只能在分子间形成氢键，而在分子内不能形成氢键，所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。(3)依据价层电子对互斥理论知h3o中o上的孤电子对数(531)1，由于h3o的中心原子o的价层电子对数为314，所以h3o的vsepr模型为四面体，因此h3o中o原子采取的是sp3杂化；同理可以计算出h2o中o原子上的孤电子对数(621)2，因此排斥力较大，水分子中hoh键角较小。12x、y、z、q、e五种元素中，x原子核外的m层中只有两对成对电子，y原子核外的l层电子数是k层的两倍，z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，q的核电荷数是x与z的核电荷数之和，e在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：(1)x、y的元素符号依次为_、_。(2)xz2与yz2分子的立体构型分别是_和_，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是_(写分子式)，理由是_。(3)q的元素符号是_，它属于第_周期，它的核外电子排布式为_，在形成化合物时它的最高化合价为_。(4)用氢键表示式写出e的氢化物溶液中存在的所有氢键：_。答案(1)sc(2)v形直线形so2因为co2是非极性分子，so2和h2o都是极性分子，so2在h2o中的溶解度较大(3)cr四1s22s22p63s23p63d54s16价(4)fhf、fho、ohf、oho解析由“x原子核外的m层中只有两对成对电子”则x为硫元素。“y原子核外的l层电子数是k层的两倍”则y为碳元素。“z是地壳内含量最高的元素”则z为氧元素。“q的核电荷数是x与z的核电荷数之和”则q为铬元素，其元素符号为cr，位于元素周期表的第四周期，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，在形成化合物时其最高化合价为6价。“e在元素周期表的各元素中电负性最大”即e为氟(f)元素，在e的氢化物(hf)溶液中存在的所有氢键为fho、ohf、oho、fhf。xz2与yz2分别为so2和co2分子，其立体构型分别为v形(角形)和直线形，在相同条件下二者在水中溶解度较大的是so2，原因是co2是非极性分子，so2和h2o都是极性分子，so2在h2o中溶解度较大。13(1)一定条件下，ch4、co2都能与h2o形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。ch4与h2o形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。参数分子分子直径/nm分子与h2o的结合能e/kjmol1ch40.43616.40co20.51229.91“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用co2置换ch4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_。(2)h2o与ch3ch2oh可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为_。答案(1)氢键、范德华力co2的分子直径小于笼状空腔直径，且与h2o的