2018-2019学年新设计化学鲁科选修三讲义：第2章 第4节分子间作用力与物质性质VIP

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第4节分子间作用力与物质性质[学习目标定位]1.熟知常见的分子间作用力（范德华力和氢键）的本质及其对物质性质的影响。2.会比较判断范德华力的大小，会分析氢键的形成。一范德华力与物质的性质1．分析讨论，回答下列问题：（1)液态苯、汽油等发生汽化时,为何需要加热？答案液态苯、汽油等发生汽化是物理变化，需要吸收能量克服其分子间的相互作用。（2)降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？答案降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。随着温度降低，当分子靠自身的动能不足以克服分子间相互作用力时，分子就会凝聚在一起,形成液体或固体。(3)卤素单质F2、Cl2、Br2、I2,按其相对分子质量增大的顺序，物理性质(如颜色、状态、熔点、沸点）有何变化规律？答案颜色逐渐加深；由气态到液态、固态；熔、沸点逐渐升高.2．上述事实能够说明：（1）固体、液体和气体中分子之间的相互作用力叫范德华力。(2）一般来说，相对分子质量越大，范德华力越大。(3)范德华力没有方向性和饱和性,只要分子周围空间允许,当气体分子凝聚时，它总是尽可能多的吸引其他分子。3．范德华力对物质性质的影响（1)对物质熔、沸点的影响①组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高。例如熔、沸点：CF4<CCl4<CBr4<CI4。②组成相似且相对分子质量相近的物质，分子电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高,如熔、沸点：CO>N2。③在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点就越低，如沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷.（2)对物质溶解性的影响溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越大，溶解度越大。[归纳总结]1．范德华力普遍存在于固体、液体和气体分子之间。2．影响范德华力的因素：主要包括分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。3．范德华力越大，物质的熔、沸点越高，溶解度越大。［活学活用］1．下列有关范德华力的叙述正确的是（）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答案B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，但两者的区别是作用力的强弱不同，化学键必须是强烈的相互作用，范德华力只有几到十几千焦每摩尔,故范德华力不是化学健；虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量；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.2．有下列物质及它们各自的沸点：Cl2:239KO2:90。1KN2：75。1KH2：20。3KI2:454。3KBr2：331.9K(1）据此判断,它们分子间的范德华力由大到小的顺序是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)这一顺序与相对分子质量的大小有何关系?答案（1）I2〉Br2>Cl2>O2〉N2>H2(2）相对分子质量越大，分子间范德华力越大，沸点越高.按上述顺序相对分子质量渐小,分子间范德华力逐渐减小，物质沸点逐渐减小。二氢键与物质的性质1．比较H2O和H2S的分子组成、空间构型及其物理性质，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形结构，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对电子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、沸点比硫化氢高。2．氢键的概念与形成条件(1）氢键的概念是一种特殊的分子间作用力,它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很强的原子之间的作用力。（2）氢键的通式可用X—H…Y表示。式中X和Y代表F、O、N，“-”代表共价键,“…”代表氢键。（3）氢键的形成条件：①要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子,如H2O中的氢原子。②要有一个电负性很大,含有孤对电子并带有部分负电荷的原子Y,如H2O中的氧原子。③X和Y的原子半径要小,这样空间位阻较小.3．氢键对物质物理性质的影响（1)对物质熔、沸点的影响:组成和结构相似的物质,当分子间存在氢键时，熔、沸点较高，如HF、H2O、NH3等；而分子内存在氢键时,使熔、沸点降低。（2）对物质溶解度的影响:溶剂和溶质分子间存在氢键时，物质的溶解度增大，如NH3、C2H5OH、CH3COOH等分子均与水分子间存在氢键，有利于物质溶解在水中。4．氢键的存在氢键广泛存在。研究证明,氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的元素原子形成共价键的氢原子或与另外的N、O、F等电负性很大的元素原子之间。例如,不仅氟化氢分子之间以及氨分子之间存在氢键，而且它们跟水分子之间也存在氢键。此外，实验还证实,氢键既可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部的原子团之间,如图。分子间氢键能增加物质的溶、沸点，但分子内氢键则不能。[归纳总结］1．氢键比化学键弱，比范德华力强。既可以存在于分子之间又可以存在于分子内部.2．氢键有饱和性、方向性。一般X—H…Y中三原子在同一直线上.如水结冰体积膨胀，是因为冰中所有水分子以有方向性和饱和性的氢键互相联结成晶体,而液态水中只有多个水分子以氢键结合成为(H2O）n。3．氢键的存在大大增强了分子间作用力,引起物质的熔、沸点反常。如H2O、HF、NH3的沸点分别比ⅥA、ⅦA、ⅤA族其他元素的氢化物的沸点高出许多。[活学活用]3．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答案D解析只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之间才可能形成氢键(如N、O、F）。C-H不是强极性共价键，故选D。4．下列说法中错误的是(）A．卤化氢中，以HF沸点最高,是由于HF分子间存在氢键B．H2O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X—H…Y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X-H…Y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.化学键、范德华力、氢键的比较化学键范德华力氢键概念相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用物质的分子间存在的微弱相互作用力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大小键能一般在100～600kJ·mol－1几至十几kJ·mol－1一般不超过40kJ·mol－1性质影响主要影响分子的化学性质主要影响物质的物理性质主要影响物质的物理性质大小关系化学键>氢键>范德华力

当堂检测1．下列叙述与范德华力无关的是（）A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固B．通常状况下氯化氢为气体C．氟、氯、溴、碘单质的熔沸点依次升高D．氯化钠的熔点较高答案D解析范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质.A项，气体物质加压时,范德华力增大;降温时,气体分子的平均动能减小，两种情况下,分子靠自身的动能不足以克服范德华力,从而聚集在一起形成液体甚至固体；B项，HCl分子之间的作用力是很弱的范德华力，因此通常状况下氯化氢为气体；C项，一般来说,组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐增大，物质的熔沸点逐渐升高；D项，NaCl中将Na＋和Cl－维系在固体中的作用力是很强的离子键，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。2．下列关于氢键的说法中正确的是()A．氢键属于共价键B．氢键只存在于分子之间C．氢键的形成使物质体系的能量降低D．氢键在物质内部一旦形成，就不会再断裂答案C解析氢键是一种特殊的分子间作用力，可以存在于分子内部也可以存在于分子之间。氢键在一定条件下会断裂，如当发生化学反应时，就可以破坏分子内的氢键。3．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稳定答案D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分子中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.4．下列分子或离子中，能形成分子内氢键的有________，不能形成分子间氢键的有________。①NH3②H2O③HFeq\o\al(－，2）④NHeq\o\al(＋，4）⑤OHCHO答案③⑤③④解析NH3中的三个氢原子都连在同一个氮原子上，氮原子上有孤对电子,可以与其他NH3中的氢原子形成分子间氢键，但不能与分子内的氢原子再形成氢键;与NH3类似的还有H2O；在HFeq\o\al(－，2)［(F—H…F）－]中，已经存在分子内氢键，所以没有可以形成分子间氢键的氢原子；NHeq\o\al(＋，4)中氮原子上没有孤对电子，不能形成氢键;OHCHO既可以形成分子内氢键，又可以形成分子间氢键。5．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________个。（2)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________________________________________________________________________.HOCHO的沸点比OHCHO高，原因是___________________________________.（3）H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用________杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为_________________________________________。答案（1）2（2）O—H键、氢键、范德华力OHCHO形成分子内氢键，而HOCHO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原子上有2对孤电子对,H3O＋中O原子上只有1对孤电子对，排斥力较小解析(1）氧元素基态原子的核外电子轨道表示式为，故未成对电子数为2个。（2)水分子内的O—H键为化学键,氢键为分子间作用力；HOCHO存在分子间氢键，而OHCHO存在分子内氢键，而分子间氢键主要影响物质的熔、沸点(升高）。（3)H2O、H3O＋中的O原子均采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对具有排斥作用,而孤电子对数多的H2O中排斥力大，键角小.40分钟课时作业[基础过关］一、范德华力及其对物质性质的影响1．某化学科研小组对范德华力提出了以下几种观点，你认为正确的是(）A．范德华力存在于所有分子之间B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素C．Cl2相对于其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强作用力D．范德华力比较弱，但范德华力越强，物质的熔点和沸点越高答案D解析范德华力其实质也是一种分子之间的电性作用,由于分子本身不显电性，因此范德华力比较弱，作用力较小.随着分子间距的增大，范德华力迅速减弱，所以范德华力作用范围很小，只有几个pm。即只有当分子间距符合几个pm时才能存在范德华力；范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质（如熔、沸点以及溶解度等)的因素之一;在常见气体中Cl2的相对分子质量较大，分子间范德华力较强,所以易液化,但相对于化学键,仍属于弱作用力。2．在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时,可用范德华力的大小来解释的是(）A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高C．H-O—H、C2H5—OH、OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高答案B解析F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大,所以其熔、沸点也依次增大，B项符合题意；CH3-O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力；HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键能依次减小。3．卤素单质从F2到I2，在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是（）A．原子间的化学键键能逐渐减小B．范德华力逐渐增大C．原子半径逐渐增大D．氧化性逐渐减弱答案B解析卤素单质结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。二、氢键的形成及其对物质性质的影响4．氨气溶于水时，大部分NH3与H2O通过氢键结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为（）A．NHHHOHH B．NHHHHOHC．NHHHOHH D．NHHHHOH答案B解析从氢键的形成原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形，易于提供孤对电子，所以，以B方式结合空间位阻最小，结构最稳定；从事实上讲，依据NH3·H2ONHeq\o\al(＋，4）＋OH－，可知答案为B。5．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>NH3B．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答案C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实际看出，只有水是液体,应该水的沸点最高;B项,氢键存在于不直接相连但相邻的H与电负性比较大原子间，所以，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。6．下列各组物质中,熔点由高到低的是（)A．HI、HBr、HCl、HFB．CI4、CBr4、CCl4、CF4C．Rb、K、Na、LiD．CCH3CH3CH3CH3、CH3CH2CHCH3CH3、eq\x（CH3CH2CH2CH2CH3）答案B三、化学键、氢键、范德华力的比较及应用7．下列关于范德华力的叙述正确的是（)A．是一种较弱的化学键B．分子间存在的较强的电性作用C．直接影响物质的熔、沸点D．稀有气体的原子间存在范德华力答案D解析范德华力是分子间存在的较弱的电性作用，它不是化学键且比化学键弱得多，只能影响由分子构成的物质的熔、沸点；稀有气体为单原子分子，分子之间靠范德华力相结合。8．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,对物质的溶解度等也都有影响C．分子间作用力与氢键可同时存在于分子之间D．氢键是一种特殊化学键，它广泛地存在于自然界中答案D9．下列物质的变化过程中有共价键明显被破坏的是（)①I2升华②氯化钠溶于水③氯化氢溶于水④A．①②B．①③C．②③D．③④答案D解析碘升华共价键没被破坏。氯化钠溶于水破坏的是离子键。氯化氢溶于水破坏的是共价键。碳酸氢铵分解既有离子键被破坏，又有共价键被破坏。［能力提升］10．右图中每条折线表示周期表ⅣA族～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化,每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是()A．H2S B．HClC．PH3 D．SiH4答案D解析在ⅣA～ⅦA族中的氢化物中，NH3、H2O、HF分子间因存在氢键,故沸点高于同主族相邻元素氢化物的沸点，只有ⅣA族元素氢化物沸点不存在反常现象,故a点代表的应是SiH4。11．下列化合物的沸点比较,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D．H2O与H2Te答案B解析邻羟基苯甲酸、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，由于乙醇分子间存在分子间氢键,而氯乙烷分子间不存在氢键，所以乙醇的沸点(78。5℃)高于氯乙烷的沸点(12。3℃)；同理,D选项中H2O的沸点高于H212．氧族元素的单质及其化合物对人类的生活、生产有着举足轻重的影响。如氧气、水、臭氧、二氧化硫等。（1)在氧、硫、硒、碲元素原子形成的简单阴离子中,其离子半径由大到小的顺序为________________(用离子符号表示）。与硫元素同周期且在本周期中非金属性最强的元素在周期表中的位置是__________。(2)氧族元素的单质及其化合物的性质存在着相似性和递变性。下列有关说法正确的是________(填序号）.A．氧族元素气态氢化物的稳定性按H2O、H2S、H2Se、H2Te的顺序依次减弱B．其氢化物中的键长按O-H、S—H、Se-H、Te-H的顺序依次减小C．其阴离子的还原性按O2－、S2－、Se2－、Te2－的顺序依次增强D．其最高价氧化物的水化物酸性按H2SO4、H2SeO4、H2TeO4顺序依次增强（3）火山喷发时会释放出许多H2S气体，请写出H2S分子的电子式____________。(4）从下图可知氧族元素氢化物的沸点变化规律是____________________________。答案(1)Te2－＞Se2－＞S2－＞O2－第3周期第ⅦA族(2)AC(3)Heq\o\al(·，·）eq\o（S，\s\up6(），\s\do4()）eq\o\al(·，·）H（4)除水外，随着原子序数递增,氧族元素氢化物的沸点递增解析（1)根据离子半径的递变规律可知四种离子半径由大到小的顺序是Te2－、Se2－、S2－、O2－。与硫在同周期且非金属性最