2023-2024学年苏教版新教材选择性必修二 专题3第四单元 分子间作用力 分子晶体（第1课时） 学案

第四单元分子间作用力分子晶体第1课时范德华力与氢键学习目标课程标准学业评价1.认识分子间存在相互作用,知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力。2.了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要应用。1.能说明分子间作用力的特征和实质及其对物质熔、沸点等性质的影响。2.了解氢键的形成条件、类型和特点。3.能列举含有氢键的物质及其性质特点。素养解读:1.宏观辨识与微观探析:从微观角度认识分子间存在相互作用力,了解分子间作用力对物质熔、沸点的影响,培养宏观辨识与微观探析核心素养。2.证据推理与模型认知:知道范德华力和氢键对物质物理性质的影响,建立认知模型,并运用认知模型分析解决实际问题,培养证据推理与模型认知核心素养。知识点一范德华力1.分子间作用力(1)概念:共价分子之间存在的一种相互作用,叫分子间作用力。分子间作用力本质上是一种静电作用,它比化学键弱得多。(2)分类:范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。2.范德华力(1)概念: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。(2)特点范德华力比化学键键能小,且一般没有方向性和饱和性。(3)影响因素影响范德华力的因素很多,如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。对于组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大。(4)对物质性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点、溶解度等,范德华力越大,物质的熔、沸点越高。[想一想1]为什么F2、Cl2、Br2、I2的化学性质相似,但状态却分别为气态、液态、固态?提示:因为F2、Cl2、Br2、I2的组成和结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点通常越高。[想一想2]为什么CCl4、SiCl4、SnCl4的热稳定性逐渐减弱,而它们的沸点逐渐升高?提示:分子稳定性取决于键长和键能,CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长,键能逐渐减小,分子的热稳定性逐渐减弱;由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小,CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似,随相对分子质量的增加,它们分子间的作用力逐渐增大,沸点逐渐升高。范德华力对物质性质的影响1.一般来说,组成和结构相似的分子构成的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。例如,熔、沸点:F2<Cl2<Br2<I2。2.分子组成相同的物质(即互为同分异构体),分子对称性越好,范德华力越小,物质的熔、沸点越低。例如,沸点:新戊烷<异戊烷<正戊烷;沸点:对二甲苯<间二甲苯<邻二甲苯。3.相对分子质量相近的物质,分子的极性越小,范德华力越小,物质的熔、沸点通常越低。例如,熔、沸点:N2<CO。1.下列有关范德华力的叙述正确的是(B)A.范德华力的实质是一种电性作用,所以范德华力是一种较弱的化学键B.范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同C.稀有气体固态时原子间不存在范德华力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,但两者的区别是作用力的强弱不同,化学键是强烈的相互作用(100～600kJ·mol-1),范德华力只有2～20kJ·mol-1,故范德华力不是化学键;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,稀有气体固态时存在范德华力。2.下列叙述与范德华力无关的是(A)A.NH3的热稳定性大于PH3B.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.邻二甲苯的沸点高于对二甲苯解析:范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。NH3的热稳定性大于PH3,与化学键的键能有关,A项错误;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,B项正确;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,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高,C项正确;对二甲苯比邻二甲苯的对称性高,范德华力小,沸点低,D项正确。范德华力影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质,物质的稳定性属于化学性质,与化学键有关。知识点二氢键1.概念当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之间形成氢键。2.表示形式通常用X—H…Y表示氢键,其中X—H表示H原子和X原子以共价键相结合,与Y原子形成氢键。X、Y表示的原子可能相同,也可能不同,最常见的为N、O、F三种元素的原子。3.类型(1)分子内氢键,如(邻羟基苯甲醛)。(2)分子间氢键,如(对羟基苯甲醛)4.特征(1)氢键的作用能比范德华力的作用能大,比化学键的键能小。(2)氢键具有一定的方向性和饱和性。5.氢键对物质物理性质的影响(1)对物质熔、沸点的影响:分子间存在氢键的物质,物质的熔、沸点明显高,如NH3>PH3;同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高,如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸。(2)对物质溶解度的影响:溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大,如NH3极易溶解于水,乙醇和水能以任意比例互溶。(3)对物质密度的影响:氢键的存在会使某些物质的密度反常,如水的密度比冰的密度大。(4)氢键对物质电离性质的影响:如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1比对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1小很多。[想一想1]有机化合物多数难溶于水,为什么乙醇和乙酸能与水互溶?提示:乙醇与乙酸都易与水分子之间互相形成氢键。[想一想2]HF分子间氢键比H2O分子间氢键更强,为什么液体氟化氢的蒸发热比水的蒸发热低?提示:水分子之间形成的氢键的个数与HF不同,折算下来,1个H2O可以形成2个氢键,但是1个HF只形成1个氢键。所以总的作用力,H2O分子间的氢键强。化学键、范德华力、氢键的比较项目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的相互作用已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力大小键能一般在120～800kJ·mol-1几个至十几个kJ·mol-1几个至几十个kJ·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1.下列各组中两物质都能形成分子间氢键的是(A)A.HClO4和H2SO4 B.CH3COOH和H2SeC.C2H5OH和NaOH D.H2O2和HNO3解析:HClO4和H2SO4可形成分子间氢键,A正确;Se的非金属性较弱,H2Se不能形成分子间氢键,B错误;NaOH是离子化合物,不能形成分子间氢键,C错误;HNO3主要形成的是分子内氢键,D错误。2.氢键是强极性键上的氢原子与电负性很大且含孤电子对的原子之间的静电作用力。下列事实与氢键无关的是(B)A.相同压强下H2O的沸点高于HF的沸点B.一定条件下,NH3与BF3可以形成NH3·BF3C.羊毛制品水洗再晒干后变形D.H2O和CH3OCH3的结构和极性并不相似,但两者能完全互溶解析:NH3与BF3在一定条件下形成NH3·BF3,与配位键有关,与氢键无关。氢键和范德华力的认识误区1.氢键和范德华力都属于分子间作用力,不能把氢键当成化学键。2.有氢键的分子间也有范德华力,但有范德华力的分子间不一定存在氢键。3.分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质,而化学键决定分子的稳定性。4.只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力(包括范德华力和氢键)。5.某些分子间作用力包括范德华力和氢键,所以分子间作用力不等价于范德华力。*一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/(kJ·mol-1)CH40.43616.40CO20.51229.91(1)“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是。(2)为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm,结合上表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是。(3)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为。解析:(1)“可燃冰”分子中存在的两种作用力是氢键和范德华力。(2)根据题给数据可知,笼状结