第五节分子间作用力（同步课件）《无机化学》（化学工业出版社）同步精品课堂

第一章 物质结构 第五节 分子间作用力 专题复习讲练测 《无机化学》化学工业出版社 1 ç 目录 引言 极性分子与非极性分子 常见类型 氢键对物质性质的影响 结论 ç 课程导入 今天我们将探索一个非常有趣且基础的化学领域——分子间作用力。在我们的日常生活中，无论是水沸腾、冰融化，还是雨滴的形成，都与我们今天要学习的内容密切相关。想象一下，如果分子之间没有这些神秘的力量，世界会是什么样子？可能所有的物质都无法形成液态或固态，生命也许根本无法存在。所以，理解分子间作用力，对于我们认识和改造世界有着不可估量的意义。 首先，我们会介绍一种普遍存在于所有分子之间的作用力——范德华力。这种力量虽然比化学键弱得多，但它却影响着物质的熔点、沸点等物理性质。接着，我们还会学习一种特殊的分子间作用力——氢键。通过氢键的学习，你会了解到为什么水是生命之源，以及它是如何影响许多物质的物理性质和化学反应的。 ç 课程导入 此外，我们还将探讨极性分子与非极性分子的区别。这部分知识不仅有助于我们深入理解分子间的相互作用，还能让我们更好地认识不同物质的性质及其应用。 在接下来的课程中，请保持好奇心和探索精神，我们一起揭开分子间作用力的神秘面纱，探索这个微观世界的奇妙之处。准备好了吗？让我们开始今天的科学之旅吧！ 引言 范德华力是存在于分子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、沸点就越高。对于组成和结构相似的物质，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增强。 性质 范德华力是由于分子或原子间的电荷分布不均匀引起的。由于电子云的影响，分子或原子间会形成微弱的电荷相互作用，从而产生范德华力。 成因 范德华力在自然界中广泛存在，如气体、液体和固体之间的相互作用。此外，它在工业生产中也有重要应用，如用于制造涂料、胶粘剂等。 应用 范德华力 氢键是一种特殊的分子间或分子内相互作用，它是由氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合而成的。 性质 成因 应用 氢键的形成是由于原子间的电荷分布不均匀引起的。由于氢原子与电负性大的原子之间的相互作用，使得它们之间的电荷分布变得更加不均匀，从而形成了氢键。 氢键在自然界中广泛存在，如气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。此外，它在工业生产中也有重要应用，如用于制造涂料、胶粘剂等。 氢键 极性分子与非极性分子 分子量 非极性分子的分子量通常较小，因为它们的结构相对简单，没有太多的原子。 结构 非极性分子的结构相对对称，没有太多的分支或不对称部分。 化学键 非极性分子中的化学键通常是非极性键，即键中正负电荷中心重合，电荷分布均匀。 非极性分子 分子量 极性分子的分子量通常较大，因为它们的结构相对复杂，有更多的原子和分支。 结构 极性分子的结构相对不对称，有较多的分支或不对称部分。 化学键 极性分子中的化学键通常是极性键，即键中正负电荷中心不重合，电荷分布不均匀。 极性分子 键的极性取决于键中正负电荷中心的相对位置。如果正负电荷中心重合，则键为非极性键；如果正负电荷中心不重合，则键为极性键。 化学键 分子的极性取决于分子中键的极性和分子的结构。如果分子中的键全部为非极性键，则分子为非极性分子；如果分子中的键有极性键，则分子可能为极性分子也可能为非极性分子，这取决于分子的结构。 分子结构 分子的极性会影响其性质。例如，极性分子在溶解时通常只能溶解在可以与其形成氢键的溶剂中，而非极性分子则可以溶解在多种溶剂中。 性质 键的极性与分子的极性 常见类型 二氧化碳分子中含有两个极性键，即C=O键。然而，从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 CO2 二硫化碳分子中含有两个极性键，即C=S键。与CO2类似，从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 CS2 甲烷分子中含有四个极性键，即C-H键。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 CH4 含有极性键的非极性分子 ç 氢气分子中含有两个非极性键，即H-H键。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 H2 氯气分子中含有两个非极性键，即Cl-Cl键。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 Cl2 氮气分子中含有两个非极性键，即N-N键。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 N2 含有非极性键的非极性分子 该分子中含有两个极性键（O-H键）和两个非极性键（O-O键）。从整个分子来看，电荷分布是不均匀的、不对称的，因此它是一个极性分子。 H-O-O-H 该分子中含有一个极性键（N-C键）和一个非极性键（C=C键）。从整个分子来看，电荷分布是不均匀的、不对称的，因此它是一个极性分子。 N-C=C-N 该分子中含有一个极性键（S-C键）和一个非极性键（C=C键）。从整个分子来看，电荷分布是不均匀的、不对称的，因此它是一个极性分子。 S-C=C-S 既含极性键又含非极性键的极性分子 H-C=C-H 该分子中含有一个极性键（C=C键）和两个非极性键（C-H键）。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 N-C=C-N 该分子中含有一个极性键（N-C键）和一个非极性键（C=C键）。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 S-C=C-S 该分子中含有一个极性键（S-C键）和一个非极性键（C=C键）。从整个分子来看，电荷分布是均匀的、对称的，因此它是一个非极性分子。 既含极性键又含非极性键的非极性分子 氢键对物质性质的影响 氢键对物质的熔点和沸点的影响还与物质的组成和结构有关。一般来说，对于组成和结构相似的物质，氢键会使得它们的熔点、沸点升高。但是，如果物质的组成和结构差异较大，氢键的影响就会减弱。 氢键对熔点和沸点的影响 氢键对物质的熔点和沸点有升高的作用。因为氢键是分子间的一种相互作用，它比化学键弱得多，但比范德华力更强。因此，当物质中存在氢键时，分子间的相互作用更强，需要更高的温度才能使物质熔化或气化。 氢键对物质的熔点和沸点的影响还与物质的密度有关。一般来说，物质的密度越大，氢键的影响就越显著。因为密度的增加会使得分子间的距离减小，从而使得氢键的作用更强。 氢键对物质的溶解度有促进的作用。因为氢键可以增加物质在水中的溶解能力。当物质中存在氢键时，它可以与水分子之间的氢键发生相互作用，从而使得该物质更容易被水分子包围和溶解。 氢键对物质的溶解度的影响还与物质的组成和结构有关。一般来说，对于组成和结构相似的物质，氢键会使得它们的溶解度增加。但是，如果物质的组成和结构差异较大，氢键的影响就会减弱。 氢键对物质的溶解度的影响还与物质的密度有关。一般来说，物质的密度越大，氢键的影响就越显著。因为密度的增加会使得分子间的距离减小，从而使得氢键的作用更强。 氢键对物质溶解度的影响 氢键对物质的密度的影响还与物质的组成和结构有关。一般来说，对于组成和结构相似的物质，氢键会使得它们的密度增加。但是，如果物质的组成和结构差异较大，氢键的影响就会减弱。 氢键对物质密度的影响 氢键对物质的密度有增加的作用。因为氢键可以增加分子间的相互作用力，从而使得物质的分子排列更加紧密和有序。这会导致物质的密度增加。 氢键对物质的密度的影响还与物质的温度有关。一般来说，物质的温度越高，氢键的影响就越弱。因为温度的升高会使得分子间的距离增加，从而使得氢键的作用减弱。 结论 影响物质的物理性质 分子间作用力决定了物质的物理性质，如熔点、沸点、密度等。例如，对于组成和结构相似的物质，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增强，从而使得物质的熔点、沸点升高。 影响物质的化学性质 分子间作用力也会影响物质的化学性质，如反应速率、化学稳定性等。一般来说，分子间作用力越强，反应速率就越慢，化学稳定性就越高。 决定物质的用途 分子间作用力还决定了物质的用途。例如，水的用途广泛，部分原因是因为水分子间存在氢键，使得水具有许多独特的性质，如高沸点、能溶解多种物质等。 分子间作用力的重要性 ç 03 分子构型 极性分子的构型往往导致电荷分布的不均匀；非极性分子的构型则倾向于保持电荷的均匀分布。 01 电荷分布 极性分子中正负电荷中心不重合，电荷分布不均匀、不对称；非极性分子中正负电荷中心重合，电荷分布均匀、对称。 02 键的极性 极性分子由极性键组成；非极性分子可以由非极性键组成，但并非绝对。 极性分子与非极性分子的区别与联系 并非所有非极性键组成的分子都是非极性分子，同样受到分子构型等因素的影响。 极性分子与非极性分子的区别与联系 并非所有含有极性键的分子都是极性分子，因为分子的极性还受分子构型等其他因素影响。 常见类型：含有极性键的非极性分子，如CO2、CS2、CH4等。含有非极性键的非极性分子，如H2、Cl2、N2、O2等。既含极性键又含非极性键的极性分子，如H—O—O—H等。既含极性键又含非极性键的非极性分子，如H—C=C—H等。 氢键会影响物质的物理性质，如熔点、沸点、密度等。一般来说，含有氢键的物质具有较高的熔点和沸点。 影响物质的物理性质 氢键也会影响物质的化学性质，如反应速率、化学稳定性等。一般来说，含有氢键的物质反应速率较慢，化学稳定性较高。 影响物质的化学性质 氢键还决定了物质的用途。例如，水的用途广泛，部分原因是因为水分子间存在氢键，使得水具有许多独特的性质，如高沸点、能溶解多种物质等。 决定物质的用途 氢键在物质性质中的应用 ç 师生互动 教师引导或提问："同学们，范德华力是一种存在于所有分子之间的作用力。请思考一下，为什么惰性气体的沸点会随着相对分子质量的增加而升高？这与范德华力有什么关系？" 学生1："老师，这是因为随着惰性气体的相对分子质量增加，它们的范德华力也会增强。因为范德华力是分子间的吸引力，当这种力变强时，需要更多的能量才能使分子分开变成气态，所以沸点会更高。" 教师引导提问："非常好，那么氢键又是如何影响物质的性质的呢？例如，水的一些独特性质与氢键有何关联？" 学生2："水分子之间的氢键使得水具有一些独特的性质，比如较高的沸点和密度，以及表面张力。氢键使得水分子之间紧密相连，形成一种稳定的结构，因此需要更多的能量才能使它们分离。这就是为什么水的沸点比相似分子量的其他化合物要高的原因。" ç 师生互动 教师引导提问："很好，现在让我们讨论一下极性分子和非极性分子。请问，一个分子是否包含极性键就一定能决定这个分子是极性的吗？" 学生3："不一定，老师。虽然极性分子一定含有极性键，但含有极性键的分子不一定是极性的。如果一个分子的结构是对称的，即使它含有极性键，它仍然可以是非极性的。例如，二氧化碳CO2就是这种情况，尽管它有极性的碳氧双键，但由于其线性对称结构，它整体上是非极性的。" 教师引导提问："非常棒！那你们能想到生活中哪些现象或应用是与分子间作用力密切相关的吗？" 学生4："老师，我觉得液态晶体的显示技术就与分子间作用力有关。在液晶中，分子间的相互作用决定了它们的排列方式，进而影响光线如何通过它们，这就形成了我们看到的图像。另外，像磁铁吸附在冰箱上也是由于分子间作用力的一种表现。" 教师总结："大家回答得非常好！通过今天的讨论，我们了解了分子间作用力如何影响物质的物理性质，以及这些力量在我们日常生活中的应用。希望大家能够继续探索这一领域，发现更多有趣的现象和应用。" 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 1. 范德华力主要存在于哪里？ A. 仅存在于离子间 B. 仅存在于共价化合物中 C. 分子与分子之间或惰性气体原子间 D. 仅存在于金属键中 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】C 【解析】范德华力是存在于所有分子之间以及惰性气体原子间的一种弱的吸引力。它不仅限于离子间、共价化合物中或金属键中，因此选项A、B和D都不正确。范德华力是普遍作用于分子级别的力量，对于物质的熔点、沸点等物理性质有着显著影响。因此，正确答案是C。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 2. 氢键的形成涉及哪种类型的原子？ A. 电负性小的原子 B. 半径大的原子 C. 电负性大、半径小的原子（如氟、氧、氮等） D. 所有类型的原子 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】C 【解析】氢键是一种特殊类型的分子间作用力，它涉及到一个氢原子与两个电负性大、半径小的原子（如氟、氧、氮等）之间的相互作用。氢键通常出现在这些电负性大的元素与氢形成的共价键中，因此选项C是正确的。电负性小的原子或半径大的原子不容易形成氢键，而所有类型的原子这个描述太过宽泛且不精确，所以其他选项都是错误的。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 3. 关于极性分子和非极性分子，以下哪个陈述是正确的？ A. 所有含极性键的分子都是极性的 B. 只有含非极性键的分子是极性的 C. 含有非极性键的分子一定是非极性的 D. 含有极性键的分子不一定是极性的 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】D 【解析】极性分子是指正负电荷中心不重合的分子，这通常是由于分子中存在极性键而且分子结构不对称导致的。然而，并不是所有含有极性键的分子都是极性的，因为如果分子的结构是对称的，即使含有极性键也可以是非极性的。因此，选项D是正确的。选项A、B和C都没有完全正确地描述极性分子和非极性分子的关系。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 4. 在液态、固态和气态的HF中都存在哪种分子间作用力？ A. 范德华力 B. 氢键 C. 离子键 D. 金属键 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】B 【解析】 HF（氢氟酸）分子之间存在氢键，这是因为氢原子与电负性大、半径小的氟原子之间可以形成氢键。氢键在这些相态中都存在，并且对HF的物理性质有显著影响。因此，正确答案是B。范德华力虽然也存在于HF分子之间，但题目特别强调的是HF特有的分子间作用力，即氢键。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 5. CO2分子属于哪一类？ A. 极性分子 B. 非极性分子 C. 既含极性键又含非极性键的极性分子 D. 既含极性键又含非极性键的非极性分子 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】B 【解析】CO2（二氧化碳）分子是由一个碳原子和两个氧原子组成的线性分子。在这个分子中，碳与氧之间形成的是极性共价键，但由于分子结构的对称性，这些极性键的效果相互抵消，使得整个分子的电荷分布是均匀的、对称的，因此CO2是非极性分子。所以正确答案是B。 ç 总结思考 本节课我们深入探讨了分子间作用力的奥秘，理解了范德华力和氢键这两种基本的分子间作用力。我们学习了范德华力如何普遍影响分子间的相互作用，以及它是如何根据分子的质量和结构的不同而变化的。此外，我们还了解了氢键对物质性质的影响，特别是它如何在水和其他化合物中发挥作用，影响它们的熔点和沸点等物理性质。 我们也花了时间去区分极性分子和非极性分子，了解了分子的极性与它所含化学键的极性之间的关系。通过讨论不同分子的结构，我们能够判断它们是否具有极性，并理解了为什么即使含有极性键的分子也可能整体上是非极性的。 ç 作业布置 复习题：回顾今天课堂上讨论的内容，整理出范德华力和氢键的定义、特点及其在自然界中的重要作用。 应用题：选择一种生活中常见的物质（如水、乙醇或甲烷），解释其物理性质（如熔点、沸点）是如何受到我们今天学习的分子间作用力的影响的。 实验设计：设计一个简单的实验来证明水分子之间存在氢键。请描述实验步骤、所需材料以及预期结果。 思考题：考虑到气候变化和环境问题，研究并撰写一篇论文，探讨分子间作用力（尤其是氢键和范德华力）在水循环和大气中的作用。 小组讨论：准备一个小组报告，讨论极性分子和非极性分子在化学反应和生物体中的应用，例如在溶解性、药物设计和膜透性方面的重要性。 感谢观看 $$