第2章 第4节 分子间作用力（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第4节　分子间作用力 课程内容标准 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，了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及其重要作用。 一、范德华力与物质性质 1．分子间作用力 (1)概念：分子之间存在的多种相互作用统称为分子间作用力。 (2)分类：最常见的分子间作用力是范德华力和氢键。 2．范德华力 (1)概念：范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。 (2)实质：范德华力实质也是一种电性作用。 (3)特征： ①范德华力的作用通常比化学键的键能小得多，化学键的键能一般为100～600 kJ·mol－1，而范德华力的作用一般只有2～20 kJ·mol－1。 ②范德华力没有方向性和饱和性。 (4)影响因素： ①相对分子质量 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。 ②分子的极性 一般来说，分子的极性越大，范德华力越大。 (5)对物质性质的影响：主要影响物质的物理性质。范德华力越大，物质的熔点、沸点越高。 二、氢键与物质性质 1．什么是氢键 (1)概念：当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时，H原子与另一个电负性大的原子Y之间的静电作用。 (2)表示形式 ①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为N、O、F。 ②氢键的键长是指X和Y的距离；氢键的键能是指X—H…Y 分解为X—H和Y所需要的能量。 (3)特征 ①氢键的作用能比范德华力的作用能大一些，比化学键的键能小得多。 ②氢键具有一定的方向性和饱和性。 2．氢键形成的条件 在X—H…Y中，氢原子两边的X原子和Y原子所属元素通常具有较强的电负性和较小的原子半径，或者说，氢原子位于X原子和Y原子之间且X原子和Y原子具有强烈吸引电子的作用，氢键才能形成。当X原子和Y原子是位于元素周期表的右上角元素的原子时更容易形成氢键，例如，氮原子、氧原子和氟原子等。 3．氢键对物质性质的影响 (1)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)。 (2)氢键对物质性质的影响 ①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。 ②当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将降低。 ③氢键也影响物质的电离、溶解等过程。氢键的存在使物质的溶解度增大。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)范德华力是决定由分子构成物质的熔点、沸点高低的唯一因素。(×) (2)范德华力与物质的性质没有必然的联系。(×) (3)范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质。(×) (4)范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素。(√) (5)每个水分子内含有两个氢键。(×) (6)冰、液态水中都存在氢键。(√) (7) HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键。(×) 2．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 D　[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，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，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高；D项，NaCl中Na＋和Cl－之间以较强的离子键结合，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。] 3．试用有关知识解释下列现象： (1)乙醚(C2H5OC2H5)的相对分子质量远大于乙醇，但乙醇的沸点却比乙醚高很多，原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)从氨合成塔里出来的H2、N2、NH3的混合物中分离出NH3，常采用加压使NH3液化的方法：____________________________________________________________________。 (3)水在常温下，其组成的化学式可用(H2O)m表示，原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)乙醇分子之间形成的氢键作用远大于乙醚分子间的范德华力，故沸点比乙醚高很多 (2)NH3分子间可以形成氢键，而N2、H2分子间的范德华力很小，故NH3可采用加压液化的方法从混合物中分离 (3)常温下，液态水中水分子间通过氢键缔合成较大分子团，所以其组成可用(H2O)m表示。 学习任务　探究氢键对物质性质的影响 水是生命之源，具有很多奇特的性质。阅读教材有关内容，结合下图信息思考并分析有关问题。 液态水和固态水 ⅥA族元素的氢化物的熔点和沸点 1．根据氢键的相关知识分析为什么冰浮在水面上？ 提示　由于水分子之间存在氢键，水凝结为冰时，体积变大，密度变小；冰融化为水时，体积减小，密度变大。 2．为什么测定接近沸点的水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的大？ 提示　因在接近沸点时，水分子通过氢键形成“缔合”分子，所以水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的大。 3．在第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物中，为什么NH3、H2O、HF三者的相对分子质量分别小于同主族其他元素的氢化物，但熔、沸点却比其他元素的氢化物高？ 提示　因为NH3、H2O、HF三者的分子间能形成氢键，同主族其他元素的氢化物不能形成氢键，所以它们的熔点和沸点高于同主族其他元素的氢化物。 4．范德华力、氢键、共价键的大小都能影响分子的稳定性吗？ 提示　范德华力、氢键不影响分子的稳定性。共价键的大小影响分子的稳定性。 1．氢键对物质熔、沸点的影响 (1)分子间存在氢键时，物质在熔化或汽化时， 除破坏普通的分子间作用力外，还需要破坏分子间的氢键，消耗更多的能量，所以存在着分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。 (2)互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的。 2．氢键对物质溶解度的影响 如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以NH3极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水，都与它们的分子能与水分子形成氢键有关。 3．氢键的存在引起密度的变化 由于水分子之间的氢键，水结冰时，体积变大，密度变小。冰融化成水时，体积减小，密度变大。在接近水的沸点的水蒸气中存在相当量的水分子因氢键而相互“缔合”，形成“缔合分子”，这种水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的相对分子质量大。 1．关于氢键，下列说法正确的是(　　) A．由于冰中的水分子间存在氢键，所以其密度大于液态水 B．可以用氢键解释接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式(H2O)计算出来的相对分子质量大 C．分子间氢键和分子内氢键都会使熔、沸点升高 D．水加热到很高的温度都难以分解，这是由于氢键所致 B　[由于冰中的水分子间存在氢键，增大了分子之间的距离，所以其密度小于液态水，A错误；由于水分子之间存在氢键，使水分子通常以几个分子缔合的形式存在，所以接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式(H2O)计算出来的相对分子质量大，B正确；分子间氢键使熔、沸点升高，而分子内氢键则会使熔、沸点降低，C错误；水加热到很高的温度都难以分解，这是由于分子内的H—O共价键强的缘故，与分子间的氢键无关，D错误。] 2．根据下列表1和表2数据，回答问题： 表1　第ⅤA、ⅥA、ⅦA族氢化物沸点 化合物 H2O H2S H2Se H2Te 沸点/℃ 100 －60.7 －42 －1.8 化合物 HF HCl HBr HI 沸点/℃ 19.5 －84 －67.0 －35.4 化合物 NH3 PH3 AsH3 SbH3 沸点/℃ －33.3 －87.4 －62 a 表2　常见物质的沸点 结构简式 分子式 相对分子质量 沸点/℃ ①H—OH H2O 18 100 ②CH3OH(甲醇) CH4O 32 64 ③CH3CH2OH(乙醇) C2H6O 46 78 ④CH3COOH(乙酸) C2H4O2 60 118 ⑤CH3COCH3(丙酮) C3H6O 58 56 ⑥CH3CH2CH2OH(丙醇) C3H8O 60 97 ⑦CH3OCH2CH3(甲乙醚) C3H8O 60 11 (1)表1中a的范围是________。 (2)根据表1数据，同主族元素简单氢化物沸点高低的规律是_____________________。 (3)根据表2沸点数据找规律，由②③⑥得出： _____________________________；由①④⑥得出：______________________________________。 解析　(1)从表1数据可以得出－62＜a＜－33.3。 (2)水、氟化氢、氨分子间存在氢键，沸点出现反常，因此同主族元素简单氢化物沸点高低与氢键和相对分子质量有关。 (3)表2中规律仍然要从氢键、相对分子质量等因素变化得出。 答案　(1)－62＜a＜－33.3　(2)同主族元素简单氢化物的沸点随相对分子质量的增大而升高，如果含氢键，该氢化物的沸点最高　(3)组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，沸点越高　分子间存在氢键，会使其沸点升高，分子极性越大，氢键越强，沸点越高 水分子之间存在氢键，彼此结合形成(H2O)n。在冰中，每个水分子被四个水分子包围，四个水分子的四个氧原子形成四面体，继而通过氢键相互连接成固体冰，其结构示意图如图所示。 (1)结合上图分析1 mol H2O形成的冰中有多少mol氢键？ 提示　冰中每个H2O分子通过氢键与4个H2O分子连接，所以含1 mol H2O的该晶体中有1 mol×4×＝2 mol氢键。 (2)在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，请估算冰晶体中氢键的作用能。 提示　冰的升华热是51 kJ/mol，水分子间还存在范德华力(11 kJ/mol)，1 mol水中含有2 mol氢键，升华热＝范德华力＋氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20 kJ/mol。 (3)氨气极易溶于水的原因之一也是与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是______(填序号)并写出推断过程。 提示　NH3溶于水后，形成的NH3·H2O中，NH3·H2O的电离方程式为NH3·H2ONH＋OH－，可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构，NH3·H2O的合理结构是B。 (1)分子间作用力只影响物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 (2)氢键不是化学键，而是一种较强的分子间作用力。 (3)氢键可以用来解释物质熔点、沸点、密度等物理性质的特殊性，但不能解释稳定性等化学性质。 学科网（北京）股份有限公司 $$