2.4 分子间作用力 教学设计 2023-2024学年高二下学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

第4节分子间作用力 【教学目标】 1、通过对常见物质三态的转化和熔、沸点的分析，了解范德华力及其对物质性质的影响，形成宏微结合的观念； 2、通过对水分子和其他氧族元素的氢化物的性质比较，了解氢键的形成及其对物质性质的影响。 【教学重难点】 重点：范德华力、氢键含义以及对物质性质影响 难点：范德华力、氢键对物质性质的影响 【教学用具】 学案、PPT 【教学过程】 【新课引入】你是否注意到液态水变成冰时体积会膨胀?江河中的冰又总是浮在水面上?这些现象都与一种特殊的分子间作用力—氢键有关。 【课中讲解】 一.范德华力与物质性质 1. 分子间作用力 2. 范德华力 注意： （1）范德华力广泛存在于分子间，但只有分子充分接近时才有范德华力(范德华力的作用范围通常为0.3~0.5 nm)； （2）范德华力存在于由共价键形成的多数共价化合物、绝大多数非金属单质及没有化学键的稀有气体之间。但像金刚石、单质硅、二氧化硅等由原子通过共价键相结合形成的物质中不存在范德华力。 3. 影响范德华力的因素 因素 内容 举例 相对分子质量 一般来说，分子结构和组成相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强 F₂<Cl₂<Br₂<I₂ 分子 极性 相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越强 CO>N₂ 结构 分子组成相同，但结构不同的物质(即互为同分异构体)，分子的支链越多、对称性越强，范德华力越弱 新戊烷<异戊烷<正戊烷 4. 范德华力对物质性质的影响 范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。范德华力越强，物质的熔、沸点越高。如熔、沸点：F₂ < Cl₂ < Br₂ < I₂ ，CF4 < CCl4 < CBr4 < CI4；对二甲苯 < 间二甲苯 < 邻二甲苯；N2 < CO。 二.氢键与物质性质 1. 氢键 定义 带有部分正电荷的氢原子和另一个电负性很大并带有部分负电荷的原子充分接近时，就产生静电作用形成氢键 表示方法 X、Y可以是同种原子，也可以是不同种原子通常用X—H…Y 表示氢键,其中 X—H 表示氢原子和X 原子以共价键相结合，H…Y 表示H原子与Y 原子形成氢键 作用能 指X—H…Y分解为 X—H 和 Y 所需要的能量。氢键的作用能一般不超过40 kJ·mol⁻¹，比范德华力的作用能大一些，但比化学键的键能小得多 实质 氢键不是化学键，属于较强的分子间作用力 形成条件 （1）要有一个所属元素电负性很大的原子 X 及与其形成强极性键的氢原子。 （2）要有一个所属元素电负性很大，含有孤电子对并带有部分负电荷的原子Y 形成条件 (3)X 和Y 的原子半径要小，这样空间位阻较小。一般来说，能形成氢键的元素为N、O、F。所以氢键存在于含H—O 键、H—F 键、H—N 键的物质中，如H₂O、HF、NH₃和有机化合物中的醇类、酚类、羧酸类物质等 分类 分子内氢键 如邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键，如图所示 分子间氢键 分子内2个取代基距离远，如对羟基苯甲醛不能形成分子内氢键，只能形成分子间氢键，如图所示 特征 (1)方向性：X—H…Y 中的三个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使 X 与 Y 两原子之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系更稳定。 (2)饱和性：每个 X—H 只能与一个Y原子形成氢键，原因是氢原子的半径很小，再有一个 Y 原子接近时，会受到X、Y 原子电子云的排斥 2. 氢键对物质性质的影响 （1）对物质熔、沸点的影响 ①分子间存在氢键时，物质的熔、沸点将升高。因为物质在熔化或汽化时，除破坏范德华力 外，还需要破坏分子间氢键，消耗更多的能量。如图所示中 NH₃、HF和H₂O的沸点反常。 ②互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的物质的熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低，如邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛只能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔融时，克服分子间氢键需要较多的能量，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的熔、沸点。 注意：由分子构成的物质的熔、沸点的高低主要与破坏分子间作用力(氢键、范德华力)消耗的能量有关。因此，有机物的同分异构体中能形成分子间氢键的物质的熔、沸点更高。 （2）对物质密度的影响 氢键的存在会使物质的密度出现反常，如液态水变为冰时，冰中的水分子之间最大限度地形成氢键，体积变大，密度会变小。 （3）对物质溶解度的影响 ①溶剂和溶质之间存在氢键，则溶质的溶解度增大。如NH₃极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水互溶，这和它们能与水分子形成氢键有关。 ②溶液中溶质分子或离子之间形成氢键时，一般会造成该溶质的溶解度减小。如钾、钠、铵的碳酸氢盐的溶解度反常地低于其对应的正盐的溶解度。 注意：范德华力、氢键和共