《分子间作用力 分子晶体》教案1-1

分子间作用力分子间作用力 分子晶体分子晶体 教案教案 课标要求课标要求 1 结合实例说明化学键与分子间作用力的区别 2 举例说明分子间作用力对物质状态等方面的影响 3 列举含有氢键的物质 知道氢键的存在对物质性质的影响 课标解读课标解读 1 会比较由分子构成的物质的熔 沸点 2 能用分子间作用力理解物质的某些物理性质 3 能确定氢键的存在 并能用氢键理解物质的物理性质 教学地位教学地位 构成物质的微粒间作用力包括两大类 一类是化学键 另一类是分子间作用力 分子 间作用力是考查构成物质的微粒间作用力时必不可缺的内容 另外 氢键是高考命题的重 要考点 新课导入建议新课导入建议 大家都知道 没有水 生命就不能存在 正是由于地球表面70 被水覆盖 大量的海 水在白天把太阳能贮藏在体内 夜晚再慢慢地把热量释放出来 调节了地球的气温 在这 当中 水的比热扮演了重要角色 这是因为水分子之间存在氢键 要使水分子的热运动加 剧 就必须克服它们分子之间较强的氢键作用 使水温每升高一度 就需要吸收更多的热 量 氢键的存在导致了水有较大的比热 才能保护地球不会被悬殊的昼夜温差变成一个死 寂的世界 氢键在生命物质中起至关重要的作用 人体细胞生长繁殖是以脱氧核糖核酸即DNA的 合成 复制为基础的 而作为生物大分子的DNA是双螺旋结构 其中含有大量氢键 DNA 的分解或合成是由其氢键的断裂或结合所引起的 正是由于氢键对生命的重要作用 所以可以说 没有氢键生命几乎就不存在 氢键是一种 分子间作用力 今天 我们一块学习 分子间作用力 教学目标教学目标 1 认识分子间作用力 正确区分分子间作用力与化学键的关系 2 认识到微粒之间的作用不同 导致物质性质有所差异 教学重点与难点教学重点与难点 重点 认识分子间作用力 难点 分子间作用力与化学键的区别及对物质性质的影响 教学流程设计教学流程设计 课前预习安排 1 阅读教材P53 57 2 完成 课前自主导学 步骤1 引入新课 步骤3 氢键 1 突破氢键的形成条件 2 强化氢键的 步骤2 分子间作用力及范德华力 1 学生完成 课前自主导学 2 讨论 思考交流1 表示方法 3 明确氢键对物质物理性质的影响 4 充分利用 思考交流2 和 探究 1 2突破 本节难点 步骤7 布置作业 完成 课后知能检测 步骤6 处理 当堂双基达标 步骤5 师生归纳 课堂小结 步骤4 利用 水结冰密度变小 进一步理解氢键的形成条件 方向性和饱和性 引出确定一个分子最多形成氢键个数的方法 课 标 解 读重 点 难 点 1 了解范德华力的类型 了解影响范德华力的主 要因素 2 了解范德华力大小与物质物理性质之间的关系 3 了解氢键的本质及其对分子性质的影响 1 影响范德华力的因素 重点 2 氢键的本质 氢键的强弱及其对分子性 质的影响 难点 Error 分子间 作用力 1 存在 范德华力普遍存在于固体 液体和气体分子之间 2 特点 范德华力较小 没有 填 有 或 没有 饱和性和方向性 3 影响因素 1 分子的大小 空间构型以及分子中电荷分布是否均匀 2 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的增大而增大 4 对物质性质的影响 主要影响物质的熔点 沸点 溶解度等物理 填 物理 或 化学 性质 1 分子间范德华力越大 物质的熔 沸点越高 2 与溶剂分子间范德华力越大 物质的溶解度越大 1 范德华力与化学键的异同点有哪些 提示 相同点 二者都是物质微粒间的相互作用 不同点 化学键是相邻原子间的强烈的相互作用 范德华力是分子间较弱的相互作用 1 形成和表示 H原子与电负性大 半径较小的原子X以共价键结合时 H原子能够跟另一个电负性大 半径较小的原子Y的孤电子对接近并产生相互作用 即形成氢键 通常用X H Y表示 2 类型 氢键有分子内氢键和分子间氢键两种 3 氢键对物质物理性质的影响 1 含有分子间氢键的物质具有较高的熔点 沸点 2 含有分子内氢键的物质具有较低的熔 沸点 3 与溶剂分子易形成氢键的物质溶解度较大 2 一个水分子最多可形成几个氢键 提示 一个H2O分子有两个H原子 可与两个水分子中的O形成氢键 O原子上有 两对孤电子对 易与其他H2O中的H原子形成2个氢键 故一个H2O分子最多可形成四个氢 键 问题导思 能形成氢键的物质中一定存在氢键吗 液态水中分子间的作用力只有氢键吗 水分子的稳定性是氢键的影响吗 提示 不一定 氢键的存在也与物质的状态有关 如液态和固态水中存在氢键 但气态水分子之间由于距离太远无法形成氢键 液态水分子之间的作用力主要是氢键 但也存在范德华力 在水分子内部存在共价 键 O H 键 由于H O键键长短 键能大故分子稳定 水分子的稳定性与氢键无关 1 氢键的形成条件 1 X H Y 中 X Y原子必须同时具备以下三个条件 电负性大 原子半径 小 有孤电子对 2 能同时具备 1 种三个条件的原子有N O F三种 2 影响氢键强弱的因素 对于氢键X H Y 氢键的强弱与X Y原子的半径和电负性大小有关 X Y原子的 半径越小 电负性越大 形成的氢键就越强 F原子的电负性最大 半径最小 因此形成 的氢键最强 O原子次之 N原子再次之 3 氢键的饱和性和方向性 1 饱和性 以H2O为例 由于H O H分子中有2个O H键 每个H原子均可与另外 水分子形成氢键 又由于H H 水分子的氧原子上有2对孤电子对 可分别与另一水分 O 子的H原子形成氢键 故每个水分子最多形成4个氢键 这就是氢键的饱和性 2 方向性 Y原子与X H形成氢键时 在尽可能的范围内要使氢键与X H键轴在同 一个方向上 即以H原子为中心 三个原子尽可能在一条直线上 氢原子尽量与Y原子的孤 电子对方向一致 这样引力较大 三个原子尽可能在一条直线上 可使X与Y的距离最远 斥力最小 形成的氢键强 氢键的键能是指X H Y分解为X H和Y所需的能量 因氢键不是化学键 所以要比 化学键弱得多 但比范德华力稍强 水分子间由于存在一种叫 氢键 的作用力 大小介于范德华力与化学键之间 而彼此结 合形成 H2O n 在冰中每个水分子被另外4个水分子包围形成变形的正四面体 通过 氢键 相互连接成庞大的分子晶体 冰 其结构如右图所示 1 1 mol冰中有 mol 氢键 2 水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子 其电离方程式为 3 用x y z分别表示H2O H2S H2Se的沸点 则x y z的大小关系为 判断的依据是 解析 因为每个水分子与周围4个水分子形成氢键 而每个氢键为两个水分子共有 所以1 mol冰中含有氢键数为4 mol 2 mol 水电离产生OH 含有10个电子 则与 1 2 其电子数相同的粒子为H3O 含10个电子 电离方程式为H2O H2OH3O OH 因H2O中存在氢键 故其沸点最高 答案 1 2 2 2H2OH3O OH 3 x z y 水中存在氢键 其沸点最 高 相对分子质量 H2Se H2S 故分子间作用力 H2Se H2S 沸点 H2Se H2S 1 关于氢键 下列说法正确的是 A 每个水分子内含有两个氢键 B 冰 水和水蒸气中都存在氢键 C 氢键对物质熔 沸点等物理性质有一定的影响 D H2O是一种非常稳定的化合物 这是由于存在氢键所致 解析 选项A中水的氢键存在于水分子之间而不存在于水分子之内 选项B中只有 固态的冰和液态的水中存在氢键 气态的水分子是单个水分子 不存在氢键 选项D中水 分子的稳定性是由于O H之间的共价键的键能大造成的 与分子间作用力没关系 答案 C 教师备课资源 教师用书独具 为什么水结冰后密度变小 液态水中多个水分子通过氢键结合在一起 形成小集团 H2O n 冰中每个水分子通过 氢键与4个水分子结合 这4个水分子围成四面体结构 造成冰晶体的微观空间存在空隙 从而导致冰比等质量的液态水体积大 因此 冰的密度比水的密度小 当在0 冰融化成水时 冰晶体中的部分氢键被破坏 水中仍存在着由许多氢键作用 而形成的小集团 H2O n 但冰晶体中的小 空隙 消失 水的体积变小 密度增大 在冰的结构中 每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接 在冰中除氢键外 还 存在范德华力 11 kJ mol 1 已知冰的升华热是51 kJ mol 1 则冰中氢键的能量是 kJ mol 1 解析 冰中存在氢键和范德华力两种分子间作用力 水蒸气中水分子主要以单个 分子的形式存在 故冰的升华热为拆开1 mol冰中所有分子间作用力吸收的能量 而1 mol 冰中含有2 mol氢键 所以氢键的键能为 kJ mol 1 20 kJ mol 1 51 11 2 答案 20 问题导思 H2O与H2S都是由分子构成的物质 结构相似 且H2S的相对分子质量比H2O相对分 子质量大 为什么H2O的沸点比H2S的沸点高 为什么H2O比H2S稳定 提示 液态水中 水分子间既存在范德华力又存在氢键 而液态硫化氢中 H2 S分子间只存在范德华力 故水分子间作用力大于硫化氢分子间的作用力 因此 H2O的沸 点比H2S的沸点高 由于H O键比H S键键能大 故H2O比H2S稳定 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 由已经与电负性很强 的原子形成共价键的 氢原子与另一个分子 中电负性很强的原子 之间的作用力 原子间通过共用电子 对所形成的相互作用 分类分子内氢键 分子间极性共价键 非极性 氢键共价键 作用微粒 分子或原子 稀有气 体 氢原子 电负性很大 且半径小的原子 原子 特征无方向性 无饱和性有方向性 有饱和性有方向性 有饱和性 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A H B A B的电负性越大 B 原子的半径越小 氢 键键能越大 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 F2 Cl2 Br2 I2 C F4 CCl4 CBr4 分子间氢键的存在 使物质的熔 沸点升 高 在水中的溶解度 增大 如熔 沸点 H2O H2S HF HC l NH3 PH3 影响分子的稳定性 共价键键能越大 分子稳定性越强 1 分子间作用力的作用范围较小 只有当分子与分子充分接近时 才有明显的作用 物质处于气态时 由于分子之间的距离较大 其分子间作用力比较微弱 2 与化学键相比 分子间作用力是一种较弱的相互作用 较容易克服 2013 山东高考节选 卤族元素包括F Cl Br等 下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势 正确的是 a b c d 解析 结合F Cl Br原子的结构特点以及各小题涉及物质的结构与性质知识 分 析 解决相关问题 1 F Cl Br的原子半径逐渐增大 元素的电负性逐渐减弱 a对 F元素的非金属性 非常强 目前F元素无正化合价 b错 HF易形成分子间氢键 其沸点高于HCl HBr c错 F2 Cl2 Br2都形成分子晶体 且分子间作用力随相对分子质量的增大而增强 因此其熔 点逐渐升高 d错 答案 a 2 下列两组命题中 B组中命题正确 且能用A组中的命题加以解释的是 A组B组 H I键的键能大于 H Cl键的键能 HI比HCl稳定 H I键的键能小于 H Cl键的键能 HCl比HI稳定 H2S的范德华力大 于H2O的范德华力 H2S的沸点比H2O的高 HI的范德华力小于 HCl的范德华力 HI的沸点比HCl的低 A B C D 解析 非金属性 Cl I 原子半径 ClH2S 水的沸点比硫化氢的高 C错误 HI 和HCl的组成与结构均相似 且Mr HI Mr HCl 所以分子间作用力 范德华力 HI HCl HI的沸点比HCl的高 D错误 答案 B 1 固体乙醇中不存在的作用力是 A 离子键 B 极性键 C 非极性键 D 范德华力 解析 乙醇为共价化合物 分子中只有共价键 分子间有范德华力和氢键 分子 内部存在极性共价键和非极性共价键 答案 A 2 下列关于氢键的说法正确的是 A 由于氢键的作用 使NH3 H2O HF的沸点反常 且沸点高低顺序为HF H2O NH3 B 氢键只能存在于分子间 不能存在于分子内 C 没有氢键 就没有生命 D 相同量的水在气态 液态和固态时均有氢键 且氢键的数目依次增多 解析 A项 反常 是指它们在与其同族氢化物沸点排序中的现象 它们的沸点 顺序可由氢化物的状态所得 水常温下是液体 沸点最高 B项 分子内可以存在氢键 C 项正确 因为氢键造成了常温 常压下水是液态 而水的液态是生物体营养传递的基础 D项 在气态时 分子间距离大 分子之间没有氢键 答案 C 3 范德华力作用能为a kJ mol 1 化学键键能为b kJ mol 1 氢键作用能为c kJ mol 1 则a b c的大小关系是 A b c a B b a c C c b a D a b c 解析 化学键是原子间的强相互作用 范德华力和氢键属于分子间作用力 比化 学键弱得多 但氢键比范德华力强 答案 A 4 若不断地升高温度 实现 雪花 水 水蒸气 氧气和氢气 的变化 在变化的各阶 段被破坏的粒子间的相互作用依次是 A 氢键 分子间作用力 非极性键 B 氢键 氢键 极性键 C 氢键 极性键 分子间作用力 D 分子间作用力 氢键 非极性键 解析 固态的水与液态的水分子间的作用力种类相同 均为氢键和范德华力 区 别在于氢键的数目 故由固态水 液态水主要破坏氢键 同样 由液态水变为水蒸气时 破坏的主要也是氢键 而由H2O 气 H2 气 O2 气 时破坏了极性键 答案 B 5 2013 江苏高考改编 H2O在乙醇中的溶解度大于H2S 其原因是 解析 H2O与乙醇可以形成分子间氢键 使得水与乙醇互溶 而H2S与乙醇不能 形成分子间氢键 故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O 答案 水分子与乙醇分子之间形成氢键 6 1 硅烷 SinH2n 2 的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示 呈现这种变化 关系的原因是 2 CH3CH2OH和CH3OCH3中 熔 沸点较高的是 原因 答案 1 硅烷的相对分子质量越大 分子间范德华力越强 或其他合理答案 2 CH3CH2OH CH3CH2OH分子间存在氢键 CH3OCH3分子间不存在氢键 1 范德华力不能影响物质的 A 熔点和沸点B 相对分子质量 C 溶解度 D 密度 答案 B 2 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 CH4 8H2O 中甲烷分子与水分子之间 解析 C H键中的C H原子均不能形成氢键 故可燃冰中甲烷分子与H2O分子 间一定不存在氢键 答案 D 3 下列现象能说明分子间存在作用力的是 A HCl与NH3相遇时在空气中的冒烟现象 B 气体能液化 C 稀有气体的灯管通电后发出有颜色的光 D HI受热分解 解析 HCl与NH3在空气中相遇冒烟是因为生成了NH4Cl 稀有气体通电发出有颜 色的光是因为其电子受激发释放出光能 HI受热分解是因为生成H2和I2 这些均不能说明 分子间存在作用力 答案 B 4 下列5种烃 2 甲基丁烷 2 2 二甲基丙烷 戊烷 丙烷 丁烷 按它 们的沸点由高到低的顺序排列正确的是 A B C D 解析 本题中的五种物质均为烷烃 它们都是由原子通过共价键形成的共价化合 物 沸点与分子间作用力 范德华力 有关 一般组成和结构相似的分子 其相对分子质量 越大 范德华力越大 沸点越高 如 与 之间属于同分异构体 它们与 是 同系物 所以沸点由高到低为 又因为相对分子质量相等时 支链越 多 沸点越低 分子间作用力越小 则有 答案 D 5 下列关于范德华力的叙述中 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的化学键 B 范德华力与化学键的区别是作用力的强弱问题 C 任何分子间在任意情况下都会产生范德华力 D 范德华力非常微弱 故破坏范德华力不需要消耗能量 解析 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 但二者的区别是作用力的强弱不同 化学键是强烈的相互作用 范德华力 只有2 20 kJ mol 1 故范德华力不是化学键 范德华力普遍存在于分子之间 但也必须 满足一定的距离要求 若分子间的距离足够大 分子之间也难产生相互作用 答案 B 6 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 分子间氢键的形成对物质的溶解度有影响 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 它广泛地存在于自然界中 解析 氢键不是化学键 化学键是原子与原子间强烈的相互作用 D错误 答案 D 7 下列说法中不正确的是 A 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 半径很小的原子才能形成氢键 D 氢键是一种分子间作用力 解析 氢键是一种分子间作用力 不是化学键 其本质是静电作用 答案 A 8 下列物质变化时 需克服的作用力不属于化学键的是 A HCl溶于水 B I2升华 C H2O电解 D 烧碱熔化 解析 A C D三项均破坏化学键 而B项破坏分子间作用力 答案 B 9 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 CH3 O CH3 难溶于水 D NH3比PH3稳定 解析 氢键是已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强 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 答案 D 10 下列判断与分子间作用力无关的是 A 熔点 H2O H2S B NH3易液化 C CH3CH2OH易溶于水 D HI易分解 解析 HI分解与分子内的H I键的强弱有关 而与分子间作用力无关 答案 D 11 判断下列化合物的熔 沸点由高到低的顺序 并简要说明判断理由 CCl4 CF4 CBr4 CI4 答案 CI4 CBr4 CCl4 CF4 组成和结构相似 相对分子质量增大 分子间作用力 增大 熔 沸点升高 12 卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物 XX 型卤素互化 物与卤素单质结构相似 性质相近 试回答下列问题 1 如图是部分卤素单质和XX 型卤素互化物的熔点与其相对分子质量的关系图 它们 的熔点随着相对分子质量的增大而升高 其原因是 2 试推测ICl的熔点所处的最小范围 解析 1 卤素单质及XX 型卤素互化物都是双原子分子 组成和结构相似 其相 对分子质量越大 范德华力越大 熔沸点越高 2 依据图像给出的信息 随着相对分子质量的增加 熔点逐渐升高 计算ICl的相对分 子质量 最小范围介于Br2和IBr的熔点之间 答案 1 组成和结构相似 相对分子质量越大 分子间的作用力越强 2 介于Br2的熔点和IBr的熔点之间 13 氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关 请判断NH3溶于水后 形成的NH3 H2 O的合理结构是 填序号 a b 解析 由NH3 H2ONH OH 知 NH3 H2O的合理结构应为b 4 答案 b 14 2011 山东高考节选 1 H2O分子内的O H键 分子间的范德华力和氢键从强到 弱依次为 2 高 原因是 解析 沸点高说明分子间作用力大 因此结合氢键 答案 1 O H键 氢键 范德华力 使分子间作用力增大 15 液态HF中的氢键可表示为 1 试分析氢键的成因 2 氢键的通式可表示为X H Y 其中X Y均是电负性较强 半径较小的原子 如F O N X Y可以是同种原子 也可以是不同种原子 甲酸能够以二聚体形式存在 试 用结构图表示 解析 F原子有很强的电负性 使F H键中的共用电子对强烈偏向F原子一边 而 H原子半径小 又只有一个电子 当电子对偏向于F原子后 其本身几乎成为裸露的质子 正电荷密度很高 可以和相邻的HF分子中的F原子产生静电吸引作用 从而形成氢 中的氢也会形成氢键 答案 1 由于HF中共用电子对的偏移而使F原子带负电 H原子带正电 相邻的H F分子中的H和F原子之间的静电作用产生氢键 2 H CO H OC HO H O 16 2013 浙江高考自选模块节选 关于化合物 下列叙述正确的 有 A 分子间可形成氢键 B 分子中既有极性键又有非极性键 C 分子中有7个 键和1个 键 D 该分子在水中的溶解度大于2 丁烯 解析 该有机物分子中含有 CHO 含有电负性较强的O原子 但不含与电负性 较强的原子相连的H原子 因此不易形成分子间氢键 A项错 该有机物分子中含有C H C O极性键 C C C C非极性键 B项对 该有机物分子中含有9个 键和3个 键 C 项错 该有机物分子易与水分子形成分子间氢键 而2 丁烯则不能 故该有机物在水中的 溶解度大于2 丁烯 D项对 答案 BD 17 如图所示 A B C D四条曲线分别表示 A A A A族元素的气态 氢化物的沸点 1 表示 A族元素气态氢化物沸点的曲线是 2 表示 A族元素气态氢化物沸点的曲线是 3 同一族中第三 四 五周期元素的气态氢化物沸点依次升高 其原因是 4 曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于同主族第三周期元素气态氢化物 的沸点 其原因是 解析 A A A A族第二周期元素的气态氢化物分子式依次为CH4 N H3 H2O HF 其中CH4分子间不存在氢键 沸点最低 对应于曲线D 而H2O的沸点最高 对应于曲线A 同一族中第三 四 五周期元素的气态氢化物分子间都不存在氢键 因 组成和结构相似 分子间作用力随相对分子质量增大而增大 沸点依次升高 第二周期元 素的气态氢化物分子间因存在较强的氢键 分子间作用力显著增大 使得沸点高于同主族 中第三周期元素的气态氢化物的沸点 答案 1 D 2 A 3 同一族中第三 四 五周期元素的气态氢化物分子间都不存在氢键 因组成和结构 相似 分子间作用力随相对分子质量依次增大而增大 沸点依次升高 4 第二周期元素的气态氢化物分子间因存在较强的氢键 分子间作用力显著增大 使 得沸点高于同主族中第三周期元素的气态氢化物的沸点 18 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 H OHH2O18100 2 CH3OHCH4O3264 3 CH3CH2OHC2H6O4678 4 CH3COOHC2H4O260118 5 CH3 O CH3C2H6O4656 6 CH3CH2CH2OHC3H8O6097 7 CH3CH2OCH3C3H8O6011 从表中可以得出什么结论 解析 从范德华力及氢键加以分析 2 3 6 均为醇类 相对分子质量越大 范德 华力越大 沸点越高 4 6 7 相对分子质量均为60 但沸点不同 这是由于 4 6 分子间 存在氢键 答案 从表中可以得出如下结论 组成和结构相似的共价化合物 相对分子质 量越大 沸点越高 分子间存在氢键会使沸点升高 氢键越强 沸点越高 第2课时 分子晶体 课标要求 知道分子晶体与原子晶体 离子晶体 金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别 课标解读 1 了解分子晶体的结构微粒及微粒间作用力 2 能比较分子晶体物理性质 3 了解干冰的空间结构 教学地位 本节知识主要涉及 1 分子晶体的判断 2 分子晶体熔