第四单元分子间作用力分子晶体

1、专题专题3 3 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质*。分子间存在作用力的事实：分子间存在作用力的事实： 由分子构成由分子构成的物质，在的物质，在一定条件下一定条件下能发生三态能发生三态变化，说明变化，说明分子间存在分子间存在作用力。作用力。分子间存在一种把分子聚集在一起的分子间存在一种把分子聚集在一起的作用力作用力常见的两种常见的两种分子间作用力分子间作用力范德华力范德华力氢键氢键 范德华范德华(J.D.van der Waals,18371923)，荷兰物理学家。他首，荷兰物理学家。他首先研究了分子间作用力，先研究了分子间作用力，1910年获诺贝尔物理学奖，因确立真年获诺贝尔物理学

2、奖，因确立真空气体状态方程和分子间范德华力而闻名于世。空气体状态方程和分子间范德华力而闻名于世。(1)(1)范德华力很弱，范德华力很弱， (2)(2)范德华力一般没有饱和性和方向性范德华力一般没有饱和性和方向性分子分子HCl HBr HI范 德 华 力范 德 华 力(kJ/mol)21.1423.1126.00共价键键能共价键键能(kJ/mol)4323662981. 1. 范德华力范德华力 是一种普遍存在于固体、液体和气体中分是一种普遍存在于固体、液体和气体中分子间的作用力。子间的作用力。（1 1）什么是范德华力）什么是范德华力范德华力与共价键的区别范德华力与共价键的区别 卤素单质的相对分子

3、质量和熔、沸点的数据见表卤素单质的相对分子质量和熔、沸点的数据见表3-93-9。请。请你根据表中的数据与同学交流讨论以下问题：你根据表中的数据与同学交流讨论以下问题：（1 1）卤素单质的熔、沸点又怎样的变化规律？）卤素单质的熔、沸点又怎样的变化规律？（2 2）导致卤素熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质）导致卤素熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质相对分子质量的变化规律又怎样的关系相对分子质量的变化规律又怎样的关系？ 单质单质相对分子质量相对分子质量 熔点熔点/沸点沸点/ F2 38 -219.6 -188.1 Cl2 71 -101.0 -34.6 Br2 160 -7.2 58

4、.8 I2 254 113.5 184.4表表3-93-9卤素单质的相对分子质量和熔、沸点卤素单质的相对分子质量和熔、沸点结论：结论：对于对于组成和结构组成和结构相似的相似的分子分子，其熔、沸点，其熔、沸点一般随着相对分一般随着相对分子质量的增大而升高子质量的增大而升高 (2) (2) 范德华力与相对分子质量的关系范德华力与相对分子质量的关系对于对于组成和结构组成和结构相似的相似的分子分子，其，其范德华力一般随着范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大相对分子质量的增大而增大 分子分子HCl HBr HI Ar相对分子质量相对分子质量36581128 40范德华力范德华力(kJ/mol)21.

5、1423.1126.00 8.50熔点熔点/-114.8-98.5-50.8 沸点沸点/-84.9-67-35.4 结论：结论：（1）组成和结构相似的分子，一般相对分）组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，范德华力越大。子质量越大，范德华力越大。克服分子间克服分子间作用力使物质熔化和气化就需要更多的能作用力使物质熔化和气化就需要更多的能量，熔、沸点越高。量，熔、沸点越高。（2）分子的大小、分子的空间构型和分子）分子的大小、分子的空间构型和分子的电荷分布是否均匀等，都会对范德华力的电荷分布是否均匀等，都会对范德华力产生影响。产生影响。2. 影响范德华力大小的因素影响范德华力大小的因素范德华

6、力对物质性质的影响范德华力对物质性质的影响(阅读教科书阅读教科书P54)结论：结论：（1）影响物质的类型：由分子构成的物质）影响物质的类型：由分子构成的物质（2）影响由分子组成物质的一些物理性质：）影响由分子组成物质的一些物理性质： 如熔点、沸点、溶解度等。如熔点、沸点、溶解度等。 例：氧气在水中的溶解度比氮气大，原例：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因是氧分子与水分子之间的范德华力大问题：问题：范德华力对什么样的物质的什么性质产生影响？范德华力对什么样的物质的什么性质产生影响？教科书教科书P54几种类型的范德华力几种类型的范德华力作用微粒作用微粒作用力强弱作用

7、力强弱意意 义义化学键化学键范德华力范德华力相邻原子相邻原子之间之间作用力强烈作用力强烈影响物质的影响物质的化学性质和化学性质和物理性质物理性质分子之间分子之间作用力微弱作用力微弱影响物质的物影响物质的物理性质（熔、理性质（熔、沸点及溶解度沸点及溶解度等）等）化学键与范德华力的比较化学键与范德华力的比较1.下列物质中，其沸点可能低于下列物质中，其沸点可能低于SiCl4的是的是( ) A. GeCl4 B. SiBr4 C. CCl4 D. NaClC练练 习习2. 下列叙述正确的是下列叙述正确的是( ) A. 氧气的沸点低于氮气的沸点氧气的沸点低于氮气的沸点 B. 稀有气体原子序数越大沸点越高

8、稀有气体原子序数越大沸点越高 C. 分子间作用力越弱，则由分子组成的物质分子间作用力越弱，则由分子组成的物质 熔点越低熔点越低 D. 同周期元素的原子半径越小越易失去电子同周期元素的原子半径越小越易失去电子B C3. 将干冰气化，破坏了将干冰气化，破坏了CO2分子晶体的分子晶体的 . 将将CO2气体溶于水，破坏了气体溶于水，破坏了CO2分子的分子的 . 分子间作用力分子间作用力共价键共价键练练 习习4.4.请预测的熔沸点高低请预测的熔沸点高低（1 1）HFHF、HClHCl、HBrHBr、HIHI（2 2）H H2 2O O、 H H2 2S S 、H H2 2SeSe、 H H2 2TeTe

9、事实是否是这样的吗？事实是否是这样的吗？H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4一些氢化物的沸点一些氢化物的沸点结论：结论：H2O 、NH3 、HF比同主族氢化物的沸点高？比同主族氢化物的沸点高？猜想：猜想：H2O、 NH3、 HF除了范德华力之外，是否除了范德华力之外，是否还存在一种作用力？还存在一种作用力？ 氢键：氢键： 除范德华力外的另一种分子间作用力，它除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由已经与是由已经与电负性大的原子电负性大的原子（F、O、N等）形等）形成共价键的成共价键的H原子遇另一分子中原子遇另一分子中电负性大

10、原子电负性大原子半径小且有孤对电子半径小且有孤对电子的原子（如的原子（如F、O、N）能）能形成氢键。形成氢键。 注意：注意： 氢键是另一种分子间作用力，不属于化学键。氢键是另一种分子间作用力，不属于化学键。2. 氢键：氢键： 在在H2O分子中，由于分子中，由于O原子吸引电子的能力很强，原子吸引电子的能力很强，HO键的极性很强，共用电子对强烈地偏向键的极性很强，共用电子对强烈地偏向O原子，原子，亦即亦即H原子的电子云被原子的电子云被O原子吸引，使原子吸引，使H原子几乎成原子几乎成为为“裸露裸露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的质子。这个半径很小、带部分正电荷的的H核，就能与另一个核，就能与另

11、一个H2O分子中带部分负电荷的分子中带部分负电荷的O原子的孤电子对接近并产生相互作用。这种静电相原子的孤电子对接近并产生相互作用。这种静电相互作用就是氢键。互作用就是氢键。 水分子间形成的氢键水分子间形成的氢键H2O中中氢键的形成过程氢键的形成过程在水分子中的在水分子中的O OH H中，共用电子对强中，共用电子对强烈的偏向氧原子，使得氢原子几乎成烈的偏向氧原子，使得氢原子几乎成为为 “ “裸露裸露”的质子，其显正电性，的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中氧原子的孤电它能与另一个水分子中氧原子的孤电子对产生静电作用，从而形成氢键。子对产生静电作用，从而形成氢键。氢键成因探究氢键成因探究思考讨

12、论：思考讨论：从从H2O、 NH3 、HF的成键情况和中心原子的成键情况和中心原子价层电子等讨论形成氢键的条件价层电子等讨论形成氢键的条件（1 1）氢键的形成条件）氢键的形成条件X、 Y为为电负性大电负性大，而原子，而原子半径较小半径较小的的且有且有孤对电子孤对电子非金属原子，可相同也可不同，如非金属原子，可相同也可不同，如F、O、N等。等。（2）氢键的表示方法：）氢键的表示方法：XH Y氢键氢键（3 3）氢键键能大小：）氢键键能大小： FH FOH ONH N氢 键 键 能氢 键 键 能 (kJ/mol) 28.1 18.8 20.9共 价 键 键共 价 键 键能能(kJ/mol) 568

13、462.8 390.8氢键氢键比范德华力要比范德华力要强强而比化学键而比化学键弱弱的分子间作用力的分子间作用力(4)(4)氢键的强弱与氢键的强弱与X X和和Y Y的电负性大小有关的电负性大小有关 一般一般X X、Y Y元素的电负性越大，半径越小，形成的氢键元素的电负性越大，半径越小，形成的氢键越强。例如：越强。例如：F-HF-HF F O-HO-HO O N-HN-HN N 教科书教科书 P561. 请解释物质的下列性质：请解释物质的下列性质： （1）NH3极易溶于水。极易溶于水。 （2）氟化氢的熔点比氯化氢的高。）氟化氢的熔点比氯化氢的高。2. 邻羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸是同分邻羟基苯甲酸和

14、对羟基苯甲酸是同分异构体异构体,预测对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛熔预测对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛熔点的高低，并解释。点的高低，并解释。 HOHHOOOC 对羟基苯甲酸能形对羟基苯甲酸能形成成分子间氢键分子间氢键 邻羟基苯甲酸能形邻羟基苯甲酸能形成成分子内氢键分子内氢键HOOH对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸HHOOO邻羟基苯甲酸邻羟基苯甲酸C 为什么冰的密度比液态水小为什么冰的密度比液态水小? 解释水结冰时体积膨胀、密度减小的原因。解释水结冰时体积膨胀、密度减小的原因。 氢键在生命体分子中的作用？氢键在生命体分子中的作用？ 教科书教科书 P56水分子三态与氢键的关系水分子三态与氢键的关系水分子间形成的氢

15、键水分子间形成的氢键在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联结，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许联结，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。在水面上。 （6） 氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响 对熔点和沸点的影响对熔点和沸点的影响 分子间形成氢键会导致物质的熔沸点分子间形成氢键会导致物质的熔沸点 分子内形成氢键则会导致物质的熔沸点分子内形成氢键则会导致物质的熔沸点 对溶解度的影响对溶解度的影响 溶质分子与溶剂分子之间形成氢键使溶溶质分子与溶剂分子

16、之间形成氢键使溶 解度增大。解度增大。 从氢键的角度分析造成尿素、醋酸、硝酸从氢键的角度分析造成尿素、醋酸、硝酸三种相对分子质量相近的分子熔沸点相差三种相对分子质量相近的分子熔沸点相差较大的可能原因。较大的可能原因。化学键、氢键和范德华力的比较化学键、氢键和范德华力的比较化学键化学键氢氢 键键范德华力范德华力概概 念念范范 围围强度比较强度比较性质影响性质影响物质分子间存在的物质分子间存在的微弱相互作用微弱相互作用分子间分子间比化学键弱得多比化学键弱得多随范德华力的增大，随范德华力的增大，物质的熔沸点升物质的熔沸点升高、溶解度增大高、溶解度增大比化学键弱得多，比化学键弱得多，比范德华力稍强比范

17、德华力稍强分子中含有与分子中含有与H H原子原子相结合的原子半径小、相结合的原子半径小、电负性大、有孤对电电负性大、有孤对电子的子的F F、O O、N N分子间（内）电负分子间（内）电负性较大的成键原子性较大的成键原子通过通过H H原子而形成的原子而形成的静电作用静电作用分子间氢键使物质熔分子间氢键使物质熔沸点升高硬度增大、沸点升高硬度增大、水中溶解度增大水中溶解度增大分子内氢键使物质熔分子内氢键使物质熔沸点降低、硬度减小沸点降低、硬度减小影响物质的化学性质和影响物质的化学性质和物理性质物理性质相邻的原子或离子之间相邻的原子或离子之间的强烈的相互作用。的强烈的相互作用。 原子或离子原子或离子很

18、强烈很强烈, ,克服它需要克服它需要较高的能量较高的能量1下列物质中不存在氢键的是下列物质中不存在氢键的是 （ ）A冰醋酸中醋酸分子之间冰醋酸中醋酸分子之间 B一水合氨分子中的氨分子与水分子之间一水合氨分子中的氨分子与水分子之间C液态氟化氢中氟化氢分子之间液态氟化氢中氟化氢分子之间 D可燃冰（可燃冰（CH48H2O）中甲烷分子与水）中甲烷分子与水 分子之间分子之间D练练 习习2固体乙醇晶体中不存在的作用力是固体乙醇晶体中不存在的作用力是( ) A极性键极性键 B非极性键非极性键 C离子键离子键 D氢键影响氢键影响 C练练 习习3下列有关水的叙述中，可以用氢键的知下列有关水的叙述中，可以用氢键的

19、知 识来解释的是识来解释的是( ) A水比硫化氢气体稳定水比硫化氢气体稳定 B水的熔沸点比硫化氢的高水的熔沸点比硫化氢的高 C氯化氢气体易溶于水氯化氢气体易溶于水 D0时，水的密度比冰大时，水的密度比冰大BD4下列说法不正确的是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分子间作用力是分子间相互作用力的总称 B范德华力与氢键可同时存在于分子之间范德华力与氢键可同时存在于分子之间 C分子间氢键的形成除使物质的熔沸点升高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、硬度等也有影响外，对物质的溶解度、硬度等也有影响 D氢键是一种特殊的化学键，它广泛地存在氢键是一种特殊

20、的化学键，它广泛地存在 于自然界中于自然界中D 图图3-353-35是干冰是干冰(CO(CO2 2) )分子晶体分子晶体模型模型。通过学习有关分子间作用通过学习有关分子间作用力的知识，你知道下列问题的答力的知识，你知道下列问题的答案吗？案吗？1.1.构成分子晶体的微粒是什么？构成分子晶体的微粒是什么？ 分子晶体中微粒间的作用力是分子晶体中微粒间的作用力是 什么？什么？2.2.分子晶体有哪些共同的物理性分子晶体有哪些共同的物理性 质？为什么它们具有这些共同质？为什么它们具有这些共同 的物理性质？的物理性质？分子晶体分子晶体由于分子晶体的构成微粒是分子，所以分子由于分子晶体的构成微粒是分子，所以分

21、子晶体的化学式几乎都是分子式。晶体的化学式几乎都是分子式。1. 1.分子晶体的概念及其结构特点：分子晶体的概念及其结构特点：(1) 所有非金属氢化物：所有非金属氢化物： H2O、H2S、NH3、CH4、HX(2) 大多数非金属单质大多数非金属单质: X2、N2、 O2、 H2、 S8、 P4、C60 (3) 大多数非金属氧化物大多数非金属氧化物: CO2、 SO2、N2O4、P4O6、P4O10 (4) 几乎所有的酸：几乎所有的酸： H2SO4 、HNO3 、H3PO4(5) 大多数有机物：大多数有机物： 乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖3.3.典型的分子晶体典型的分子晶体5. 5. 干冰

22、的晶体结构干冰的晶体结构（1）二氧化碳分子的位置：在二氧化碳分子的位置：在晶体中截取一个最小的正方体，晶体中截取一个最小的正方体，正方体的八个顶点都落到正方体的八个顶点都落到COCO2 2分分子的中心，在这个正方体的子的中心，在这个正方体的每每个个面心上还有一个面心上还有一个COCO2 2分子。分子。81/8+61/2=41212个个（2 2）每个晶胞含二氧化碳）每个晶胞含二氧化碳分子的个数分子的个数（3 3）与每个二氧化碳分子等距离）与每个二氧化碳分子等距离且最近的二氧化碳分子有且最近的二氧化碳分子有 小 结：1. 晶体类型的判断：晶体类型的判断： 一是看构成晶体微粒的种类，二是看微一是看构

23、成晶体微粒的种类，二是看微 粒之间的作用力粒之间的作用力2. 由晶体性质可推断晶体类型，由晶体类由晶体性质可推断晶体类型，由晶体类型也可推断晶体的性质。型也可推断晶体的性质。几种类型晶体的结构和性质比较几种类型晶体的结构和性质比较 晶体类型晶体类型金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体结结构构 构成微粒构成微粒微粒间作用力微粒间作用力性性质质 熔、沸点熔、沸点硬硬 度度导电性导电性举举 例例金属阳离子金属阳离子和自由电子和自由电子阴、阳阴、阳离子离子原子原子分子分子金属键金属键离子键离子键共价键共价键分子间分子间作用力作用力较高较高很高很高少数很高少数很高或很低或很低

24、较低较低多数较大多数较大少数较小少数较小较大较大很大很大较小较小良导体良导体不导电不导电Cu 、A lNaCl、CsCl金刚石、金刚石、SiO2干冰、干冰、冰冰熔化或溶熔化或溶于水导电于水导电固体及熔融状固体及熔融状态不导电态不导电, ,有有的溶于水能导的溶于水能导电电。晶体熔沸点高低的判断晶体熔沸点高低的判断1. 不同晶体类型的物质：不同晶体类型的物质：原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体2. 同种晶体类型的物质：同种晶体类型的物质：离子晶体离子晶体晶体内微粒间作用力越大，熔沸点越高晶体内微粒间作用力越大，熔沸点越高原子晶体原子晶体离子所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大，离子

25、所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大，离子键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。离子键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。原子半径越小、键长越短、键能越大，共价键越强，原子半径越小、键长越短、键能越大，共价键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。晶体熔沸点越高、硬度越大。分子晶体分子晶体l组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分越大，分 子间作用力越大，熔沸点越高；子间作用力越大，熔沸点越高；l具有分子间氢键的分子晶体，分子间作用力具有分子间氢键的分子晶体，分子间作用力显著增大，熔沸点升高。显著增大，熔沸点升高。l相对分子质量相近的分子晶体，分子极性越相对分子质量相近的分子晶体，分子极性越大，分子间作用力越大，熔沸点越高；大，分子间作用力越大，熔沸点越高；金属晶体金属晶体金属原子