G2-选修3-2-4-分子间作用力与物质性质ppt课件.ppt

H2O s H2O l H2O g 2H g O g H2 g O2 g 分子中化学键不断裂 分子间距离增大 由有规则排列变无规则运动 说明分子间存在着作用力 吸收能量 O H键断裂 释放能量 新键生成 1 1 分子间作用力的概念 2 分子间作用力实质 3 存在 4 它的强度比化学键弱 强或弱 的多 是常见的分子间作用力 填空 将气体分子凝聚成相应的固体或液体的作用 一种静电作用 所有的共价分子之间 范德华力和氢键 2 范德华力 荷兰物理学家范德华 1910年获得诺贝尔物理奖 因确立真实气体状态方程和分子间范德华力而闻名于世 他是分子间作用力的首位发现者 所以人们又把分子间作用力叫做范德华力 范德华力是一种普遍存在于固体 液体和气体中分子之间的作用力 3 思考 1 范德华力与化学键的强弱 2 范德华力是否具有饱和性和方向性 3 范德华力对物质的性质有什么影响 4 影响范德华力的因素有哪些 4 卤化氢分子的范德华力和化学键的比较 5 结论 1 范德华力远小于共价键的键能 2 范德华力的大小与共价键的键能大小没有直接的关系 并不是键能大范德华力就大 3 键能的大小影响了分子的稳定性 物质的化学性质 范德华力的大小影响物质的物理性质 6 卤素单质的相对分子质量和熔 沸点 7 卤素单质熔沸点与相对分子质量的关系 8 四卤化碳熔沸点与相对分子质量的关系 9 1 卤素单质 四卤化碳 的相对分子质量 范德华力 物质的熔点 沸点 逐渐增大 2 随着C原子数的增加 烷烃分子间的范德华力 烷烃的熔沸点 结论 结构和组成相似的分子 相对分子质量越大 范德华力 物质的熔沸点也 逐渐增大 逐渐增大 逐渐增大 逐渐增大 逐渐增大 越大 越高 10 思考 1 比较正戊烷 异戊烷 新戊烷熔沸点的高低 2 比较的熔沸点 正戊烷 戊烷 新戊烷 邻 间 对 11 结论 对于有机物中的同分异构 支链越多 物质间的范德华力 熔沸点 而对于同分异构体中支链相同的物质 结构越对称物质的范德华力 熔沸点 对位化合物结构对称 很可能是非极性分子 分子间的范德华力以色散力为主 而邻位化合物结构不对称 可能是极性分子 分子间的范德华力以取向力为主 取向力大于色散力 越小 越低 越小 越低 12 相关资料 结论 相对分子质量相同的物质 分子的极性越大 物质间的范德华力越大 熔沸点越高 13 归纳与总结 范德华力的影响因素 1 分子大小一般组成和结构相似的物质 相对分子质量越大 范德华力越大 物质的熔沸点越高 2 分子的空间构型一般对于有机物的同分异构体 支链越多 结构越对称 范德华力越小 熔沸点越低 3 分子中的电荷分布是否均匀一般来说相同分子质量的物质 极性分子物质的范德华力大于非极性分子的物质 14 方向性与饱和性 范德华力一般没有方向性 饱和性 只要分子周围空间准许 当气体分子凝聚时 它总是尽可能吸引更多的其它分子 金属键没有方向性和饱和性 离子键没有方向性和饱和性 共价键有方向性和饱和性 范德华力没有方向性和饱和性 15 范德华力与物质性质的关系 对于分子构成的物质 范德华力影响物质的熔 沸点 溶解度 例 氧气在水中的溶解度比氮气大 原因是氧分子与水分子之间的范德华力大 16 练习 1 下列物质中存在分子间作用力的是 I2 干冰 NaCl 石墨 SiO2 水 冰 水蒸气 金刚石 Cu 2 下列物质受热熔化时 不需要破坏化学键的是 A 食盐B 纯碱C 干冰D 冰 CD 17 3 干冰升华时 下列所述内容发生变化的是 分子间的距离 分子间的作用力 分子内的化学键 分子内共价键的键长 AB 18 范德华力比化学键弱得多 不是化学键 所以由范德华力结合的物质熔点较低 化学键的键能一般为100 600kJ mol 范德华力的作用能一般只有2 20kJ mol 化学键与范德华力比较 19 20 21 22 一些氢化物的沸点 氢键的形成增加了分子间作用力 所以沸点升高 23 24 1 氢键的形成 以HF为例 F吸引电子的能力很强 H F极性很强 共用电子对强烈偏向于F H原子几乎成了 裸露 的质子 此半径极小 带部分正电荷的H核 与带部分负电荷的F原子充分接近 产生了一种静电吸引作用 形成了氢键 固体氟化氢 HF n中氢键的链状结构 25 氢键 分子中与电负性大的原子X 氟 氯 氧 氮等 以共价键结合的氢原子 和另一个分子中电负性大的原子Y 与X相同的也可以 之间所形成的一种较强的相互作用 在X与Y之间以氢为媒介 生成X H Y形的键 氢键的键能在10 40KJ mol 1之间 比化学键弱很多 但比普通的分子间作用力稍强 X Y是电负性大 半径小的原子 常见的有F O N原子 26 2 氢键的表示方法氢键常用X H Y表示 X Y代表F O N等电负性大而且原子半径较小的原子 X Y可以是两种相同的元素也可以是两种不同的元素 如 O H O F H F N H O 3 形成氢键的必要的两个基本条件 1 分子中必须有一个与电负性很强的元素原子形成强极性键的氢原子 2 分子中必须有带孤对电子 电负性大且原子半径小的元素 如N O F 27 除了像水一样形成分子间氢键外 某些物质的分子还可以形成分子内氢键 如HNO3分子 邻硝基苯酚分子 分子内氢键不可能在一条直线上 分子内氢键生成 一般会使熔沸点降低 汽化热 升华热减小 也同时也会影响化合物的溶解度 在苯酚的邻位上有 CHO COOH OH NO2等基团时 可形成分子内氢键的合环 28 29 30 三 氢键 当氢原子与电负性大 半径小的X原子形成共价键后 共用电子对偏向于X原子 氢原子几乎变成了 裸核 裸核 的体积很小 又没有内层电子 不被其他原子的电子所排斥 还能与另一个电负性大 半径小的Y原子中的孤对电子产生静电吸引作用 这种产生在氢原子与电负性大的元素原子的孤对电子之间的静电吸引称为氢键 31 氢键具有方向性和饱和性 氢键的方向性是指形成氢键X H Y时 X H Y原子尽可能在一条直线上 这样可使X原子与Y原子之间距离最远 两原子间的斥力最小 氢键的饱和性是指一个X H分子只能与一个Y原子形成氢键 当X H分子与一个Y原子形成氢键X H Y后 如果再有一个Y原子接近时 则这个原子受到X H Y上的X和Y原子的排斥力远大于H原子对它的吸引力 使H原子不可能再与第二个Y原子形成第二个氢键 32 氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两种类型 一个分子的X H键与另一个分子中的Y原子形成的氢键称为分子间氢键 一个分子的X H键与同一分子内的Y原子形成的氢键称为分子内氢键 33 一 分子间氢键分子间氢键可分为同种分子间的氢键和不同种分子间的氢键两大类 同种分子间的氢键也可分为二聚分子中的氢键和多聚分子中的氢键 而多聚分子中氢键又分为链状结构 层状结构和立体结构 二聚分子中的氢键的一个典型例子是二聚甲酸 HCOOH 2中的氢键 34 多聚分子中氢键的链状结构的一个例子是固体氟化氢 35 在硼酸 H3BO3 晶体中 存在多聚分子中氢键的层状结构 36 多聚分子中氢键的立体结构的例子是冰 冰中氢键的四面体立体结构 37 38 39 HF水溶液中存在的氢键可能有 F H FF H OO H OO H F 40 二 分子内氢键在某些分子中 存在着分子内氢键 例如 由于受分子结构的限制 形成分子内氢键的三个原子不在同一直线上 键角一般约为150 41 42 43 44 图5 18原子轨道的近似能量图 45 46 根据元素周期表中原子的电子排布特点 可以把元素周期表分为五个区 即 s区 p区 d区 ds区 f区 47 48 49 1927年 Heitler和London用量子力学方法处理两个H原子形成H2分子过程 得到H2能量随核间距变化的图象 横坐标是H原子间的距离 纵坐标是体系的势能E 且以r趋向于无穷大为纵坐标的势能零点 从图中可以看出 r r0时 E值最小 为E D D 0 D 0 此时表明两个H原子之间形成了化学键 当两个H原子的电子自旋方向相反时 随着他们的接近 两个原子轨道发生重叠 电子云密度增大 体系能量比单独的两个H原子的能量降低 在平衡距离R0处形成稳定的H2分子 当两个H原子的电子自旋方向相同 他们相互接近时 将产生相互排斥力 体系能量升高 共价键的本质是两原子互相接近时 由于原子轨道重叠 两原子共用自旋相反的电子对 使体系能量降低 而形成化学键 共价健 50 1927年 Heitler和London用量子力学处理氢气分子H2 解决了两个氢原子之间化学键的本质问题 并将对H2的处理结果推广到其它分子中 形成了以量子力学为基础的价键理论 V B 法 51 30 化学 物质结构与性质 13分 Q R X Y Z五种元素的原子序数依次递增 已知 Z的原子序数为29 其余的均为短周期主族元素 Y原子价电子 外围电子 排布msnmpn R原子核外L层电子数为奇数 Q X原子p轨道的电子数分别为2和4 请回答下列问题 1 Z2 的核外电子排布式是 2 在 Z NH3 4 2 离子中 Z2 的空间轨道受NH3分子提供的形成配位键 52 3 Q与Y形成的最简单气态氢化物分别为甲 乙 下列判断正确的是 a 稳定性 甲 乙 沸点 甲 乙b 稳定性 甲 乙 沸点 甲乙 4 Q R Y三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为 用元素符号作答 5 Q的一种氢化物相对分子质量为26 其中分子中的 键与 键的键数之比为 6 五种元素中 电负性最大与最小的两种非金属元素形成的晶体属于 53 答案 1 1s22s22p63s23p63d9 2 孤对电子 孤电子对 3 b 4 Si C N 5 3 2 6 原子晶体 解析 本题考查物质结构与性质 29号为Cu Y价电子 msnmpn中n只能取2 又为短周期 则Y可能为C或Si R的核外L层电子数为奇数 则可能为Li B N或F Q X的p轨道为2和4 则C 或Si 和O 或S 因为五种元素原子序数依次递增 故可推出 Q为C R为N X为O Y为Si 1 Cu的价电子排布为3d104s1 失去两个电子 则为3d9 2 Cu2 可以与NH3形成配合物 其中NH3中N提供孤对电子 Cu提供空轨道 而形成配位键 54 3 Q Y的氢化物分别为CH4和SiH4 由于C的非金属性强于Si 则稳定性CH4 SiH4 因为SiH4的相对分子质量比CH4大 故分子间作用力大 沸点高 4 C N和Si中 C Si位于同一主族 则上面的非金属性强 故第一电离能大 而N由于具有半充满状态 故第一电离能比相邻元素大 所以N C Si 5 C H形成的相对分子质量的物质为C2H2 结构式为H C C H 单键是 键 叁键中有两个是 键一个 键 所以 键与 键数之比为3 2 6 电负性最大的非元素是O 最小的非金属元素是Si 两者构成的SiO2 属于原子晶体 55 56 I1 I2变化趋势图 57 电离能变化趋势图 58 电子亲和能变化示意图 59 电负性变化示意图 60 61 几种特殊粒子的结构特点 1 离子的电子层排布 主族元素阳离子跟上一周期稀有气体的电子层排布相同 阴离子跟同一周期稀有气体的电子排布相同 如O2 F 与Ne相同 2 等电子粒子 注意主要元素在周期表中的相对位置 10电子粒子 CH4 N3 NH2 NH3 NH4 O2 OH H2O H3O F HF Ne Na Mg2 Al3 等 18电子粒子 SiH4 P3 PH3 S2 HS H2S Cl HCl Ar K Ca2 等 F2 H2O2 C2H6 CH3OH 核外电子总数及质子总数均相同的阳离子有 Na NH4 H3O 等 阴离子有 F OH NH2 HS Cl 等 62 元素周期律 元素的性质随着原子序数的递增呈现周期性变化的规律 其实质是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果 同周期元素结构性质的递变规律 63 同主族元素结构性质的递变规律 64 元素金属性强弱的判断依据元素的金属性 指元素的原子失去电子的能力 单质与水或酸反应置换氢气的难易程度 最高价氧化物对应水化物的碱性强弱 金属活动性顺序表 金属之间的相互置换 金属阳离子氧化性的强弱 根据电化学知识判断 65 元素非金属性强弱的判断依据元素的非金属性 指元素的原子得到电子的能力 单质与氢气化合的难易程度 生成气态氢化物的稳定性 最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 非金属单质之间的相互置换 元素原子对应阴离子的还原性 66 鲍林近似能级图 67 68 69 图4 8NH3 H2O分子结构示意图 70 中心原子的价层电子对的分布和ABn型共价分子或离子的几何构型 71 72 73 74 核黄素 维生素B2 分子式 C17H20N4O6分子量 376性状 黄色或桔黄色结晶性粉末 规格 符合BP2003 USP28 用途 水溶性维生素 可治疗传染性口角炎 舌炎 眼炎 结膜炎 皮脂溢出 皮脂溢出性皮炎 阴囊炎等 同时也是一种很好的营养品 在食品及饲料行业中被广泛用作食品添加剂 饲料添加剂 75 维生素C又叫抗坏血酸 Ascorbicacid 是一个含有6个碳原子的酸性多羟基化合物 由于其分子中第2及第3位碳原子上的两个烯醇式羟基极易游离而释放出H 故具有有机酸的性质 这种特殊的烯醇结构也使它非常容易释放氢原子 并使许多物质还原 因此VC具有还原剂的性质 在有氧化剂存在时 抗坏血酸可脱氢变成脱氢抗坏血酸 此反应是可逆的 因而脱氢抗坏血酸具有和维生素C相同的生理活性 但如果继续被氧化 就生成2 3 二酮古洛糖酸而完全失去生理活性 维生素C为无色无臭的片状结晶体 熔点为190 192 味酸 溶于水及乙醇 VC具有很强的还原性 所以极易被氧化剂及热破坏 在中性或碱性溶液中破坏尤其迅速 光 微量重金属 特别是Fe和Cu 或荧光物质 如核黄素 更能促其氧化 因而饲料原料中的维生素C在储存过程中被大量破坏 76 维生素A又称视黄醇或抗干眼醉 系高度不饱和脂肪醇 脂溶性维生素 维生素A在自然界中主要以脂肪酸醋的形式存在 常见的是维生素A乙酸酯和维生素A棕搁酸酯 维生素A纯品为黄色片状结晶 不纯品一般是无色或淡黄色油状物 加热至60摄氏度应成澄清溶液 维生素A不溶于水 在乙醇中微溶 易溶于油及其他有机溶剂中 遇光 空气或氧化剂则分解失效 在无氧条件下可耐热至120 130摄氏度 但在有氧条件下受热或受紫外线照射时 均可使其破坏失效 天然维生素A只存在动物体中 77 缺乏维生素A 夜盲 角膜炎 富含维生素A的食品 牛奶 鸡蛋 胡萝卜 蔬菜叶 鱼油等 缺乏维生素E 不育 肌肉营养不良 富含维生素E的食品 植物油 牛奶 鸡蛋和肉类 缺乏维生素K 血友病 富含维生素K的食品 鲜蔬菜 缺乏维生素D 佝偻病 软骨病 富含维生素D的食品 鱼油等 缺乏维生素B1 脚气 神经失调 富含维生素B1的食品 肉类 酵母 带荚的果实 谷类 缺乏维生素B2 皮肤病 神经失调 富含维生素B2的食品 肉类 牛奶 缺乏维生素B5 易怒 痉挛 富含维生素B5的食品 肝 酵母 谷类 缺乏维生素B12 恶性贫血 富含维生素B12的食品 肝 肉类 鸡蛋 牛奶 缺乏维生素C 坏血病 富含维生素C的食品 柠檬 水果 青椒 白菜 土豆 缺乏泛酸 胃肠炎 皮肤病 富含泛酸的食品 肝 酵母 鸡蛋 缺乏叶酸 贫血 富含叶酸的食品 蔬菜叶 78 如果在空腹时服用维生素 会在人体还来不及吸收利用之前即从粪便中排出 如维生素A等脂溶性维生素 溶于脂肪中才能被胃肠黏膜吸收 应宜饭后吃用 才能够较完全地被人体吸收 维生素是维持机体健康所必需的一类低分子有机化合物 这类物质由于体内不能合成 或者合成量极少 因此 尽管需要量不多 每日仅以毫克或微克计算 却都必须由食物供给 否则就会出现缺乏病 脂溶性维生素包括维生素A D E K等 不溶于水 能溶于脂肪及脂肪溶剂 如苯 乙醚 氯仿等 中 在食物中 它们常与脂类共存 在肠道中与脂类的吸收也密切相关 当脂类吸收不良时 脂溶性维生素的吸收也大力减少 甚至引起代谢障碍 吸收后的脂溶性维生素 主要储存于肝脏中 水溶性维生素包括维生素B复合物 维生素B1 B2 PP B6 泛酸 生物素 叶酸及B12等 和维生素C能溶解于水 水溶性维生素及其代谢产物均自尿中排出 体内不能储存 79 80 结合本章内容 适当回顾电子式知识并拓展 81 八电子稳定结构的判断 例题 下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是A BF3B H2OC SiCl4D PCl5解析 根据定义 共价键中的电子被成键的两个原子共有 围绕两个原子核运动 所以 形成共价键的原子的最外层电子数等于它本身最外层电子的个数加上它与其他原子形成共价键的数目 据此 题中各原子的最外层电子个数为 A中B有3 3 6 F有7 1 8 B中H有1 1 2 O有6 2 8 C中Si有4 4 8 Cl有7 1 8 D中P有5 5 10 Cl有7 1 8 答案 C规律总结 分子中若含有氢元素 则氢原子不能满足最外层八电子稳定结构 但它满足K层为最外层两个电子的稳定结构 同样Be原子最外层只有两个电子 在其化合物中最外层电子数也不可能满足8电子的稳定结构 分子中若不含有氢元素 可按下述方法进行判断 若某元素的化合价的绝对值与其原子最外层电子数之和等于8 则该元素的原子最外层满足8电子的稳定结构 否则不满足 例如 CO2分子中 碳元素的化合价为 4价 碳原子最外层电子数为4 二者之和为8 则碳原子满足最外层8电子稳定结构 氧元素化合价为