第一讲上课路易斯结构式、共振论、等电子体、分子间作用力和氢键

1、专题一 物质结构 2021-7-6高中化学竞赛培优 分子结构 分子结构分子结构 路易斯结构式路易斯结构式 杂化轨道理论及构型杂化轨道理论及构型 价层电子对互斥与构型价层电子对互斥与构型 第一讲 分子结构 一、路易斯结构式一、路易斯结构式 1、 简介简介 1916年，路易斯年，路易斯(G. N. Lewis)提出共用电子对理论提出共用电子对理论, 即路易斯理论即路易斯理论: 稀有气体原子的电子结构是一种稳定构型稀有气体原子的电子结构是一种稳定构型, 但两元素原子的电负性相差不大时但两元素原子的电负性相差不大时, 原子间通过原子间通过共享电子共享电子 对对的形式的形式, 达到稀有气体的达到稀有气体

2、的8电子稳定构型电子稳定构型(H为为2), 即即八隅八隅 体规则体规则. 以以“共用电子对共用电子对”维系的化学作用力称为维系的化学作用力称为“共价共价 键键”. . 分子中存在形成共价键的键合电子分子中存在形成共价键的键合电子( (成键电子成键电子) )和未形和未形 成共价键的非键合电子，又称成共价键的非键合电子，又称“孤对电子孤对电子”，用小黑点来，用小黑点来 表示孤对电子。如：水、氨、乙酸、氮分子表示孤对电子。如：水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构的路易斯结构 式式可表示为：可表示为： . . O O . . . HH . . HN H H . . HC H H C H . . . . .

3、 . NN . . . . O 路易斯结构式：以短棍表示共价键，同时用小黑路易斯结构式：以短棍表示共价键，同时用小黑 点表示非键合的点表示非键合的“孤对电子孤对电子”的结构式叫做路易的结构式叫做路易 斯结构式斯结构式(Lewisstructure)(Lewisstructure)，也叫电子结构式，也叫电子结构式 二、路易斯结构式的书写方法二、路易斯结构式的书写方法 1.1.成键数成键数 -孤电子对数法孤电子对数法 首先算出分子结构中的成键数首先算出分子结构中的成键数 ( (按惰性气体电子结构按惰性气体电子结构 计算的各原子最外层电子数之和计算的各原子最外层电子数之和-各原子价电子总数的各原子价

4、电子总数的 二分之一二分之一 ) )和孤电子对数和孤电子对数 ( (等于各原子价电子数之和与等于各原子价电子数之和与 成键电子总数之差的二分之一成键电子总数之差的二分之一 ) ,) ,然后按照正确的原子然后按照正确的原子 间连接规则写出较稳定的路易斯结构式。间连接规则写出较稳定的路易斯结构式。 例如例如: H: H2 2O O 成键数成键数 = =(2 (2 2 + 8) - (1 2 + 8) - (1 2 + 6) 2 + 6) /2 = 2 /2 = 2 孤电子对数孤电子对数 = =(1 (1 2 + 6) - 2 2 + 6) - 2 2 2 /2 = 2 /2 = 2 所以所以 H

5、H2 2O O的路易斯结构式的路易斯结构式: : HOH . . 2.2.分步法分步法 对于简单分子对于简单分子 , ,成键数成键数 - - 孤电子对数法书写路易斯结构孤电子对数法书写路易斯结构 简单明了简单明了 , ,但对于复杂分子但对于复杂分子 , ,应用此法往往无从下手应用此法往往无从下手 , ,且易出且易出 错。这时分步法显示出更大的优越性。下面以氯酸根离子为例错。这时分步法显示出更大的优越性。下面以氯酸根离子为例 详细介绍此方法。详细介绍此方法。 第一步第一步: :确定分子的价电子总数。对于中性分子确定分子的价电子总数。对于中性分子, ,其价其价 电子总数等于各原子的价电子数之和电子

6、总数等于各原子的价电子数之和; ;如分子带一个电荷如分子带一个电荷, , 其价电子总数需加其价电子总数需加 ( (负电荷负电荷) )或减或减 ( (正电荷正电荷 ) )一个电子。一个电子。 例如例如: :氯酸根离子氯酸根离子 (ClO(ClO3 3- -) )的价电子数为的价电子数为: : 7 + 3 7 + 3 6 + 1 = 26 6 + 1 = 26个个 第二步第二步:画出分子骨架结构。这一步需要确定分子中画出分子骨架结构。这一步需要确定分子中 哪些原子通过共价键连在一起。化合物的分子式往往哪些原子通过共价键连在一起。化合物的分子式往往 提供了构建骨架结构的信息。例如氯酸根离子的分子提供

7、了构建骨架结构的信息。例如氯酸根离子的分子 式式 Cl O3- 暗示了下列骨架结构暗示了下列骨架结构: OClO O 画分子骨架是分步法书写路易斯结构的关键。通常画分子骨架是分步法书写路易斯结构的关键。通常 , 将电负性相对较小的元素放在分子骨架的中心位置。将电负性相对较小的元素放在分子骨架的中心位置。 例如磺酰氯例如磺酰氯 ( S O2Cl 2 )可画成下列骨架结构可画成下列骨架结构: OSO Cl Cl 复杂分子的结构简式常暗示了分子的骨架结构。例如复杂分子的结构简式常暗示了分子的骨架结构。例如 , 二甲基醚通常写成二甲基醚通常写成 CH3OCH3 , 其可转化成下列骨架结其可转化成下列骨

8、架结 构构: HCOCH H H H H 第三步第三步:骨架结构中每两个价电子组成一个共价键。骨架结构中每两个价电子组成一个共价键。 由此将价电子分成两类由此将价电子分成两类:成键电子和非键电子。由于成键电子和非键电子。由于 形成一个共价键需要两个电子形成一个共价键需要两个电子 ,用分子的总价电子数用分子的总价电子数 减去所有共价键所含的电子数减去所有共价键所含的电子数 ,可计算出分子中的非可计算出分子中的非 键电子数。如氯酸根离子键电子数。如氯酸根离子: 26 (价电子总数价电子总数 ) 6 (成成 键电子数键电子数 ) = 20 (非键电子非键电子 )。 OClO O 第四步第四步:分配剩

9、下的价电子作为非键电子分配剩下的价电子作为非键电子 ,让每个原子让每个原子 周围满足八隅体的稳定电子结构。周围满足八隅体的稳定电子结构。Cl O3-中的每个氧原中的每个氧原 子已经在子已经在 Cl O共价键中拥有两个电子共价键中拥有两个电子 ,还需要还需要 6个电个电 子才能满足八隅体规则子才能满足八隅体规则 ,因此三个氧原子共需要因此三个氧原子共需要 18个非个非 键电子。这样剩下的一对电子用来满足氯原子的八隅体键电子。这样剩下的一对电子用来满足氯原子的八隅体 结构，所以氯酸根的路易斯结构如下：结构，所以氯酸根的路易斯结构如下： . OClO O . . . . . . . . . . .

10、. 例例1 1：写出：写出 NONO+ + 离子的路易斯结构式 离子的路易斯结构式. . NO NO+ + 离子只可能有一种排布方式，见下图最左边一个： 离子只可能有一种排布方式，见下图最左边一个： NO NO+ + 离子中价电子总数等于 离子中价电子总数等于10 (10 (两个原子的价两个原子的价 电子数相加后减电子数相加后减 1)1)，扣除，扣除 1 1 个单键的个单键的 2 2 个电子，个电子， 余余 下的下的 8 8 个电子无论按上图中第二个那样以孤对方式分个电子无论按上图中第二个那样以孤对方式分 配给两个原子，还是按上图中第三或第四个那样将配给两个原子，还是按上图中第三或第四个那样将

11、 N N O O 单单 键改为双键，都不能使两个原子同时满足八隅律键改为双键，都不能使两个原子同时满足八隅律 的要求的要求. . 这一要求只有将单键改为叁键才能满足这一要求只有将单键改为叁键才能满足. . NO NO + + NO + NO + NO 注意：分配非键电子时，为保证每个原注意：分配非键电子时，为保证每个原 子都满足八隅体规则，如若遇到缺子都满足八隅体规则，如若遇到缺2个个 电子，则以形成一个双键来补偿；如若电子，则以形成一个双键来补偿；如若 遇到缺遇到缺4个电子，则以形成一个叁键来个电子，则以形成一个叁键来 补偿。但需注意，在结构式中每个原子补偿。但需注意，在结构式中每个原子 提

12、供的电子数要与它的价电子数相符。提供的电子数要与它的价电子数相符。 各原子共提供各原子共提供3+43+47=317=31个价电子；离子的一价个价电子；离子的一价 负电荷表明还应加一个电子负电荷表明还应加一个电子. . 因此必须在因此必须在5 5个原子周个原子周 围画上围画上 16 16 对电子的对电子的 32 32 个圆点个圆点 负电荷属于整个离子而不是个别原子！负电荷属于整个离子而不是个别原子！ 例例2 2：写出：写出 BFBF4 4- - 离子的路易斯结构式 离子的路易斯结构式. . F BF F F F BF F F 练习：请写出练习：请写出SO2Cl2、HNO3、H2SO3、 CO32

13、 和和SO42的路易斯结构式的路易斯结构式: O S O ClCl 32e24e28e OC O O 24e 2- O S O OO 2- 32e ON O O H O S O O H H 有些分子可以写出几个式子（都满足有些分子可以写出几个式子（都满足8 8电子结构），电子结构）， 如如HOCNHOCN，可以写出如下三个式子：，可以写出如下三个式子： 哪一个更合理？可根据结构式中各原哪一个更合理？可根据结构式中各原 子的子的“形式电荷形式电荷”进行判断：进行判断： q q = = n n v vn n L Ln n b b式中，式中，q q为为 n n v v为价电子数为价电子数 n n L

14、 L为孤对电子数为孤对电子数 n n b b为成键电子数。判断原则：为成键电子数。判断原则： q越接近于零，越稳定。越接近于零，越稳定。 所以，稳定性所以，稳定性 路易斯结构式虽然能说明一些问题，但是它还是有一些局限性：路易斯结构式虽然能说明一些问题，但是它还是有一些局限性： 对作为中心原子的第对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言周期及其以下周期的元素而言, 价层电子数可以大于价层电子数可以大于 8. .例如，例如，SiF62-，PCl5 和和 SF6 中的中心原子价层中的中心原子价层 电子数分别为电子数分别为 12，10 和和 12 (超价化超价化 合物合物). 缺电子中心多电子中

15、心 CClCl Cl Cl 电子中心 32e24e40e P Cl Cl Cl Cl Cl 8 BCl Cl Cl 对于对于 氧分子的结构，第一种表示虽然符合路氧分子的结构，第一种表示虽然符合路 易斯结构式，但它不能表达氧分子显示的磁易斯结构式，但它不能表达氧分子显示的磁 性，性，后两种表示方法对后两种表示方法对. . O O OO OO 有些物种的合理结构能写出不止一个有些物种的合理结构能写出不止一个. . 例如对例如对 NONO3 3- - 离子而言，可以写离子而言，可以写 出能量相同的三个式子（但出能量相同的三个式子（但3 3个式个式 子都不代表子都不代表NONO3 3- -离子的实际结

16、构），此时鲍林的共振离子的实际结构），此时鲍林的共振 论此时应运而生论此时应运而生 . . N O O O +N OO O N O O O （中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题） 羟胺和用同位素标记氮原子（羟胺和用同位素标记氮原子（N）的亚）的亚 硝酸在不同介质中发生反应，方程式如下：硝酸在不同介质中发生反应，方程式如下： NH2OH+HNO2 A+H2O NH2OH+HNO2 B+H2O A、B脱水都能形成脱水都能形成N2O，由，由A得到得到NNO 和和NNO，而由，而由B只得到只得到NNO。 请分别写出请分别写出A和和B的路易斯结构式。的路易斯结构式。 竞赛真题演练竞赛

17、真题演练 2-5-2 共振论共振论 一一. .共振论的基本概念共振论的基本概念 共振论是鲍林共振论是鲍林(L.Pauling)(L.Pauling)于于2020世纪世纪3030年代提出的。年代提出的。 共振论认为：不能用经典结构式圆满表示的分子，共振论认为：不能用经典结构式圆满表示的分子， 其真实结构是由多种可能的经典极限式叠加其真实结构是由多种可能的经典极限式叠加( (共振共振 杂化杂化) )而成的。而成的。 例如：例如：CO32-中的三个碳氧是等同的，键长均为中的三个碳氧是等同的，键长均为 0.128nm。 但是价键式却只能表示为：但是价键式却只能表示为： O- O- OC O- O- O

18、 CC O O- O- oror O- O- OC O- O- O CC O O- O- (i)(ii)ii i( ) 而共振论将而共振论将COCO3 32- 2-的真实结构表示为： 的真实结构表示为： 上式的意思是：上式的意思是：COCO3 32- 2-的真实结构是上述三个共 的真实结构是上述三个共 振结构式振结构式( (基本式、极限式、参与结构式等基本式、极限式、参与结构式等) )的共振杂的共振杂 化体。化体。 必须十分明确地指出：真正的杂化体或中介体必须十分明确地指出：真正的杂化体或中介体 是一个单一的物质，决不是几个极限式的混合是一个单一的物质，决不是几个极限式的混合 物。共振论一再强

19、调在任何时候，共振杂化体物。共振论一再强调在任何时候，共振杂化体 都是一个单独的物质，只能有一个结构。都是一个单独的物质，只能有一个结构。 根据共振论，烯丙基正离子可表示为：根据共振论，烯丙基正离子可表示为： CH2=CH-CH2 + CH2-CH=CH2 + 1 1，3-3-丁二烯一共可写出上面六个共振结构式。丁二烯一共可写出上面六个共振结构式。各称共振各称共振 结构式，结构式，综合称共振杂化体，从综合称共振杂化体，从是靠可动电子云是靠可动电子云 互相转变而成，哪一个也不是互相转变而成，哪一个也不是1 1，3-3-丁二烯的真实结构，不能单丁二烯的真实结构，不能单 独表示、单纯存在，其真实结构

20、介于独表示、单纯存在，其真实结构介于之间之间 2. 2. 书写极限结构式遵循的基本原则书写极限结构式遵循的基本原则 共振极限结构式不能随便书写，要遵守一些书写规则：共振极限结构式不能随便书写，要遵守一些书写规则： 必须符合经典必须符合经典LewisLewis结构式的书写规则。比如碳原子必结构式的书写规则。比如碳原子必 须是须是4 4价，第二周期元素的价电子数不能超过价，第二周期元素的价电子数不能超过8 8个等。个等。 例如：例如： CH3-+N O O- CH3-+N O O- CH3-+N O O x N原子的价电子数超过了8 电子位置变，原子的位置不变。离域所涉及到的电子电子位置变，原子的

21、位置不变。离域所涉及到的电子 一般为一般为电子，或为非键电子对以及容易离域到电子，或为非键电子对以及容易离域到P P轨轨 道上的电子。道上的电子。 所有的极限结构式中，配对的或不配对的电子数目应所有的极限结构式中，配对的或不配对的电子数目应 保持一致。保持一致。 例如：例如： CH2-CH=CH2CH2=CH-CH2 要求有关的原子必须共平面。即有关原子为要求有关的原子必须共平面。即有关原子为SPSP2 2或或SPSP 杂化杂化( (有关原子指的是电子位置变化所涉及到的原子有关原子指的是电子位置变化所涉及到的原子) )。 再如：重氮甲烷再如：重氮甲烷CHCH2 2N N2 2 + C H H

22、NN - +- C H H NN 两个极限式的不配对的电子数为两个极限式的不配对的电子数为0 0，是允许的，是允许的 第一个极限式的不配对电子数为第一个极限式的不配对电子数为0 0，第二个极限式的，第二个极限式的 不配对电子数为不配对电子数为2 2，是不允许的，是不允许的 写出下列分子或离子可能的共振体。写出下列分子或离子可能的共振体。 NO3和和O3 SO3和和CO32 3.3.极限式对共振杂化体的贡献极限式对共振杂化体的贡献 共振是稳定因素。共振杂化体的能量低于任一参与共振 的极限式。但并不是所有的共振结构对描述共振杂化体 的贡献是等同的。 含完整八隅体的结构比在价电子层上少于8个电子的

23、结构更稳定，贡献更大; 各共振极限结构式中，共价键的数目越多，其能量各共振极限结构式中，共价键的数目越多，其能量 越低。越低。 稳定 比例：CH2=CH CH=CH2 CH2-CH CH-CH2 + - 。 电荷没有分离的共振极限结构式稳定。电荷没有分离的共振极限结构式稳定。 稳定 比例：CH2=CH CH=CH2 CH2-CH CH-CH2 + - 。 电荷分布符合元素电负性预计的共振极限结构式更电荷分布符合元素电负性预计的共振极限结构式更 稳定。稳定。 CH3 C O CH3 CH3 C O CH3 。 稳定比 例： +- 练习：说明各共振式在下列共振杂化体结构中的贡献。练习：说明各共振式

24、在下列共振杂化体结构中的贡献。 CH3CN + CH3CN - CH3CN +- A B C 贡献：贡献： ABC 讨论：讨论：A共价键数目多，没有电荷分离共价键数目多，没有电荷分离;B违反电负性违反电负性 规则规则 ;C不符合八隅体规则不符合八隅体规则 2.6 2.6 等电子体等电子体 等电子体原理：具有相同的通式等电子体原理：具有相同的通式AXAXm m， 价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征。价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征。 “相同的结构特征相同的结构特征” 包括：电子结构、分子的立包括：电子结构、分子的立 体结构，化学键的类型，但键角并不一定相等，除体结构，化学键

25、的类型，但键角并不一定相等，除 非键角为非键角为180180 或或9090 等特定的角度。等特定的角度。 例例: CO: CO2 2、CNSCNS、NONO2 2+ +、N N3 3 具有相同的通式具有相同的通式AXAX2 2，价电子总数，价电子总数1616， 具有相同的结构具有相同的结构直线型分子，直线型分子， 中心原子上没有孤对电子而取中心原子上没有孤对电子而取spsp杂化轨道，形杂化轨道，形 成直线形骨架，键角为成直线形骨架，键角为180180 ，分子里有两套，分子里有两套 3 34 4 p-p p-p 大大 键。键。 例例:CO32、NO3、SO3等离子或分子等离子或分子 相同的通式相

26、同的通式AX3 ， ， 总价电子数 总价电子数24， 有相同的结构有相同的结构平面三角形分子平面三角形分子, 中心原子上没有孤对电子而取中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分杂化轨道形成分 子的骨架，有一套子的骨架，有一套 46p-p大大 键。键。 例例:S:SO2、O3、NO2等离子或分子，等离子或分子， AX2，18e， 中心原子取中心原子取sp2杂化形式，杂化形式， 平面三角形，平面三角形， 中心原子上有中心原子上有1对孤对电子对孤对电子(处于分子平面上处于分子平面上)，分，分 子子 立体结构为立体结构为V型型(或角型、折线型或角型、折线型)，有一套符号为，有一套符号为 34的的

27、p-p大大 键。键。 在在 BF 3 、CO 3 2- 、 BF 4 - 、 P O4 3- 分子中，哪些分子属于等电子体？分子中，哪些分子属于等电子体？ 2.7 2.7 分子间力分子间力 除化学键除化学键( (共价键、离子键、金属键共价键、离子键、金属键) )外，分子与外，分子与 分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分 子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分 子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。 化学键的键能数量级达化学键

28、的键能数量级达10102 2， ，甚至 甚至10103 3kJ/molkJ/mol，而分，而分 子间力的能量只达子间力的能量只达n n n n10kJ/mol10kJ/mol的数量级，比化学键弱的数量级，比化学键弱 得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力， 只有当分子或基团只有当分子或基团( (为简捷起见下面统称为简捷起见下面统称“分子分子”) )距离距离 很近时才显现出来。很近时才显现出来。范德华力和氢键范德华力和氢键是两类最常见的分是两类最常见的分 子间力，分别介绍如下。子间力，分别介绍如下。 一、范德华力一、范德华力 范德华力普

29、遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。 微粒相离稍远，就可忽略；微粒相离稍远，就可忽略； 范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的 限制。限制。 范德华力可分解为三种不同来源的作用力：范德华力可分解为三种不同来源的作用力： 色散力色散力 诱导力诱导力 取向力。取向力。 1.1.色散力色散力 所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中 的基团的基团( (统称分子统称分子) )。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，。相对于电

30、子，分子中原子的位置相对固定， 而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。 偶极 非极性分子 色散力 _ + _ _ + _ + 产生瞬时 于是，分子的正电荷重心与负电于是，分子的正电荷重心与负电 荷重心时时刻刻不重合，产生瞬荷重心时时刻刻不重合，产生瞬 时偶极。分子相互靠拢时，它们时偶极。分子相互靠拢时，它们 的瞬时偶极矩之间会产生电性引的瞬时偶极矩之间会产生电性引 力，这就是色散力。色散力不仅力，这就是色散力。色散力不仅 是所有分子都有的最普遍存在的是所有分子都有的最普遍存在的 范德华力，而且经常是范德华力范德华力，而且经常是范德华力 的主要构成。的主

31、要构成。 色散力没有方向色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向 时刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变时刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变 动之中，然而，可以想见，动之中，然而，可以想见，分子越大、分子内电分子越大、分子内电 子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散，子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散， 越容易变形，色散力就越大越容易变形，色散力就越大。衡量分子变形性的。衡量分子变形性的 物理量叫做极化率物理量叫做极化率( (符号符号a)a)。 分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大。 例如例如:HC

32、l:HCl、HBrHBr、HIHI的色散力依次增大，分别为的色散力依次增大，分别为 16.8316.83、21.9421.94、25.87kJ/mol25.87kJ/mol，而，而ArAr、COCO、H H2 2O O的色的色 散力只有散力只有8.508.50、8.758.75、9.00kJ/mol9.00kJ/mol。 2.2.取向力取向力 取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之间取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之间 的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。 取向力只有极性分子与极性分子取向力只有极性分子与极性分子 之间才存在。分子偶极矩越大，之间

33、才存在。分子偶极矩越大， 取向力越大。取向力越大。如：如：HClHCl、HBrHBr、HIHI 的偶极矩依次减小，因而其取向的偶极矩依次减小，因而其取向 力分别为力分别为3.313.31、0.690.69、 0.025kJ/mol0.025kJ/mol，依次减小。，依次减小。对大多对大多 数极性分子，取向力仅占其范德数极性分子，取向力仅占其范德 华力构成中的很小分额，只有少华力构成中的很小分额，只有少 数强极性分子例外。数强极性分子例外。 + 极性分子 取向作用 取向力 极性分子 + _ +_ _ + + _ 取向力取向力 3.3.诱导力诱导力 在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产在极

34、性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产 生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电 性引力称为诱导力。性引力称为诱导力。 诱导偶极矩的大小由诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩固有偶极的偶极矩(m)(m)大小和分子大小和分子 变形性的大小决定。极化率越大变形性的大小决定。极化率越大, ,分子越容易变形分子越容易变形, ,在同在同 一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。 如放射性稀有气体氡如放射性稀有气体氡( (致癌物致癌物) )在在2020 C C水中溶解度为水中溶解度为 230cm230cm3 3/L

35、/L。而氦在同样条件下的溶解度却只有。而氦在同样条件下的溶解度却只有 8.61cm8.61cm3 3/L/L。又如，水中溶解的氧气。又如，水中溶解的氧气(20(20 C C溶解溶解 30.8cm30.8cm3 3/L)/L)比氮气多得多，跟空气里氮氧比正相反，比氮气多得多，跟空气里氮氧比正相反， 也可归结为也可归结为O O2 2的极化率比的极化率比N N2 2的大得多。的大得多。 同理，极化率同理，极化率(a)(a)相同的分子在偶极矩相同的分子在偶极矩(m)(m)较大较大 的分子作用下产生的诱导力也较大。的分子作用下产生的诱导力也较大。 极性分子非极性分子 诱导 产生诱导偶极 诱导力 + _

36、+ _ + _ + _ 色散力、取向力和诱导力色散力、取向力和诱导力 非极性分子 色散力 _ + _ _ + + 极性分子 取向作用 取向力 极性分子非极性分子 极性分子 诱导 产生诱导偶极 诱导力 _ + 产生瞬时偶极 + _ + _ +_ + _ + + + _ + _ + _ _ 分子越大分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子、分子内电子越多，分子刚性越差，分子 里的电子云越松散，越容易变形，里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越大色散力就越大。 分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大 判断下列各组分子之间存在什么形式的分子判断下列各组分

37、子之间存在什么形式的分子 间作用力。间作用力。 H2S气体分子气体分子 CH4分子分子 Ne与水与水 CH3Br体分子体分子 NH3分子分子 Br2与与CCl4 二、氢键二、氢键 氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一 个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另 一种常见分子间作用力一种常见分子间作用力。通常，发生氢键作用的氢原子。通常，发生氢键作用的氢原子 两边的原子必须是强电负性原子。两边的原子必须是强电负性原子。 OH N O F HF HN (NH3, H2O, HF) has

38、the highest boiling point 从图中可以看到氢键对从图中可以看到氢键对HF、H2O及及NH3的熔沸点的影响的熔沸点的影响 主族元素氢化物熔点对比主族元素氢化物熔点对比 -200-200 -180-180 -160-160 -140-140 -120-120 -100-100 -80-80 -60-60 -40-40 -20-20 0 0 周 期 （从 第二周期到第六周期） 熔点/ 摄氏 度熔点/ 摄氏 度 AH4AH4AH3AH3H2AH2AHAHA 主族元素氢化物沸点对比主族元素氢化物沸点对比 -200-200 -150-150 -100-100 -50-50 0 0

39、5050 100100 150150 周周 期期 （从第二周期至第六周期）（从第二周期至第六周期） 沸点 / 摄 氏 度沸点 / 摄 氏 度 AH4AH4AH3AH3H2AH2AHAHA 、氢键解释了水的特殊物理性质、氢键解释了水的特殊物理性质 水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比，水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比， 冰的密度小、冰的密度小、4 C时水的密度最大、水的熔沸点高、时水的密度最大、水的熔沸点高、 水的比热大、水的蒸气压小、水的比热大、水的蒸气压小、等等。等等。 水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决定性的水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决定性的 意义。如若水的熔

40、沸点相当于后三个周期同族氢化物意义。如若水的熔沸点相当于后三个周期同族氢化物 熔沸点变化趋势向前外推的估算值，地球温度下的水熔沸点变化趋势向前外推的估算值，地球温度下的水 就不会呈液态，如今的地貌不可能呈现，生命体不会就不会呈液态，如今的地貌不可能呈现，生命体不会 出现。如若冰的密度比液态水的密度大，如若液态水出现。如若冰的密度比液态水的密度大，如若液态水 从从0 0 C C升至升至4 4 C C密度不增大，地球上的所有水体在冬天结密度不增大，地球上的所有水体在冬天结 冰时，所有水生生物都会冻死。冰时，所有水生生物都会冻死。 冰的晶体结构：冰的晶体结构：(小球代表氢原子小球代表氢原子,大球代表

41、氧原子大球代表氧原子, 实线代表实线代表HO键，虚线代表氢键键，虚线代表氢键) OHO具有方向性。具有方向性。氢键有方向性的性氢键有方向性的性 质不同于范德华力质不同于范德华力, ,而与共价键相同。氢键而与共价键相同。氢键 有饱和性有饱和性,每摩尔冰里只有每摩尔冰里只有2N0个氢键。个氢键。 冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢 键的约键的约13%13%。这就意味着。这就意味着, ,刚刚熔化的水中仍分布刚刚熔化的水中仍分布 着大量近距有序的冰晶结构微小集团着大量近距有序的冰晶结构微小集团( (有人称之有人称之 为为“冰山结构冰山结构”iceberg)ic

42、eberg)。随温度升高，同时发。随温度升高，同时发 生两种相反的过程：一是冰晶结构小集团受热不生两种相反的过程：一是冰晶结构小集团受热不 断崩溃；另一是水分子间距因热运动不断增大。断崩溃；另一是水分子间距因热运动不断增大。 0 04 4 C C间，前者占优势，间，前者占优势，4 4 C C以上，后者占优以上，后者占优 势，势，4 4 C C时，两者互不相让时，两者互不相让, ,招致水的密度最大。招致水的密度最大。 水的比热大，也是由于水升温过程需要打破除范水的比热大，也是由于水升温过程需要打破除范 德华力外的额外氢键。水的蒸发热高，原因相同。德华力外的额外氢键。水的蒸发热高，原因相同。 水调

43、节体温水调节体温 水的比热大水的比热大 ：(1g(1g水从水从15150 0C C升到升到16160 0C C时需要时需要4.2J4.2J热量热量) ) 大大 于其他溶剂和其他固体物质，即使体内产热较多，也因于其他溶剂和其他固体物质，即使体内产热较多，也因 热能被水吸收体温不会大幅度上升；热能被水吸收体温不会大幅度上升； 水的蒸发热大：水的蒸发热大： (1g(1g水在水在37370 0C C时完全蒸发需要吸热时完全蒸发需要吸热 2 24kJ) 4kJ) 当体内产热过多时，少量水蒸发当体内产热过多时，少量水蒸发( (出汗出汗) )，就，就 可以散发较多的热量；可以散发较多的热量； 水的流动性大水

44、的流动性大：可经各部分体液交流和血液循环，将热量可经各部分体液交流和血液循环，将热量 分布于全身。分布于全身。 此外体内水占体重的比例大此外体内水占体重的比例大、因而水能调节产热与散热的因而水能调节产热与散热的 平衡有助于保持体温恒定。平衡有助于保持体温恒定。 2. 2.氢键对氟化氢是弱酸的解释氢键对氟化氢是弱酸的解释 其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水分子其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水分子 反应生成的反应生成的“游离的游离的”H H3 3O O+ +离子和离子和X X离子的能力的反映，离子的能力的反映， 但对于但对于HFHF，由于反应产物，由于反应产物H H3 3O O+ +可与另一反应产物可与另一反应产物F F以氢键以氢键 缔合为缔合为 + +H H2 2OHOHF F ，酸式电离产物，酸式电离产物F F还会与未电离的还会与未电离的HFHF分分 子以氢键缔合为子以氢键缔合为FFH HFF，大大降低了，大大降低了HFHF酸式电离生成酸式电离生成 “游离游离”H H3 3O O+ +和和F F的能力；的能力； 同浓度的同浓度的HXHX水溶液相互比较，水溶液相互比较，HFHF分子因氢键缔合成相分子因氢键缔合成相 对不自由的分子，比起