2.3.2 分子间作用力 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

《分子间作用力》 人教版 选择性必修2 第二章 第三节 第2课时 研究表明分子之间普遍存在着相互作用力， 而荷兰物理学家范德华是最早研究这种作用力的科学家，因而把这种分子间作用力称为范德华力。 J.D.Van der Waals 一、范德华力 一、范德华力 思考讨论 对比下表，你对范德华力的大小有怎样的认识？ 范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级。 一、范德华力 在某些物质如Br2、I2的熔化沸腾过程中，克服了什么作用力？ 那么这些物质的熔沸点和什么有关？ Br2、I2的熔化沸腾过程中，破坏了范德华力；它们的熔沸点取决于范德华力的大小，范德华力越大，熔沸点越高。 思考讨论 4 已知卤素单质的相对分子质量、熔点、沸点数据如下表所示 单质 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ F2 38 －219.6 －188.1 Cl2 71 －101.0 －34.6 Br2 160 －7.2 58.78 I2 254 113.5 184.4 (1)分析上表，总结卤素单质熔点、沸点有什么变化规律？ 卤素单质的熔点、沸点随着相对分子质量的增大而升高。 相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。 思考讨论 对比下表，范德华力可能还和什么因素有关？ 一、范德华力 物质 相对分子质量 范德华力 Ar 40 8.50 CO 28 8.75 分子的极性越大，范德华力越大。 6 思考讨论 请同学们预测一下卤化氢的熔沸点变化规律。 卤化氢 相对分子质量 HF 20 HCl 36.5 HBr 81 HI 128 为什么HF的沸点反常呢？可能是什么原因？ HF分子之间存在特别强的相互作用，这种作用力叫做氢键。 HF HCl HBr HI 沸点 熔点 /℃ y1/℃ -83.37 -114.2 -87 -50.8 y2 19.51 -85.1 -67 -35.1 二、氢键 水分子间氢键实物模型 氢键的形成原理： 当H原子与电负性很大的原子（如N、O、F ）形成共价键时，由于N、O、F的电负性很大，将共用电子对强烈地吸引过来，而使H原子带有较高的正电性（δ+）。此时，H原子与另一分子中的N、O、F（δ-）便存在了一种强烈的静电作用。这就是氢键。 资料卡片 二、氢键 表示方法：氢键的通式可用X—H…Y—表示。式中X和Y表示N、O、F，“—”表示共价键，“…”表示氢键。 H F H F H F H F *氢键键长一般定义为X—H…Y的长度，而不是H…Y的长度。 键长 思考讨论 根据氢键的形成原理，你认为最强的氢键是什么？ X—H…Y强弱与X和Y的电负性有关。电负性越大，则氢键越强， 如F原子电负性最大，因而F-H…F是最强的氢键。 氢键类型 F-H…F O-H…O 氢键键能 （） 28.1 18.8 二、氢键 思考讨论 已知F-H…F是最强的氢键，为什么H2O的沸点会高于HF？ 二、氢键 氢键具有一定的方向性和饱和性。 物质的沸点与氢键的强弱和数目有关。 X—H与Y形成分子间氢键时，氢原子只能与一个Y原子形成氢键，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定 11 思考讨论 对比下表，你对氢键的强度有怎样的认识？ 二、氢键 氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力，其键能比化学键弱，比范德华力强。 二、氢键 思考讨论 实验证实，氢键不仅存在于分子之间，也存在于分子内。观察以下两种氢键，推测这两种物质的熔沸点高低。 熔点：2℃ 沸点：115℃ 熔点：196.5℃ 沸点：246.6℃ 邻羟基苯甲醛 对羟基苯甲醛 当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将下降。 当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。 13 总结：范德华力、氢键、共价键的对比 范德华力 氢键 共价键 作用微粒 分子 H与N、O、F 原子 特征 无方向性和饱和性 有方向性和饱和性 有方向性和饱和性 强度 共价键>氢键>范德华力 影响因素 ①相对分子质量 ②分子的极性 X—H…Y强弱与X和Y的电负性有关 成键原子半径和共用电子对数目。键长越小,键能越大,共价键越稳定 观察思考 不溶与溶解现象 在讲溶解性之前呢，请大家先看一下这几张图片 这是自然界中的一些互溶与不溶现象，比如泥沙不溶于海水，原油不溶于海水 ，可乐中的二氧化碳在加压的情况下会大量溶于水形成碳酸饮料，请大家想一想，影响物质溶解性的因素有哪些呢？ 15 实验探究 1.CCl4与水为什么分层？ 2.I2为什么从水中转移到CCl4中？ 在一个小试管里放入一小粒碘晶体，加入约5 mL蒸馏水，观察碘在水中的溶解性（若有不溶的碘，可将碘水溶液倾倒在另一个试管里继续下面的实验）。在碘水溶液中加入约1 mL四氯化碳（CCl4），振荡试管，观察碘被四氯化碳萃取，形成紫红色的碘的四氯化碳溶液。 再向试管中加入1 mL浓碘化钾（KI）水溶液，振荡试管，溶液的紫色变浅。这是由于在水溶液里可发生如下反应：I2＋I－ I3－ 带着这个问题，我们来进行一个关于溶解性的实验探究。 想一想，四氯化碳为什么与水分层？碘单质又为什么从水中转移到四氯化碳中？ 16 观察思考 影响物质溶解性的因素 1. 分子结构——“相似相溶”规律。 非极性分子 极性分子 碘和四氯化碳都是非极性分子，水是极性分子。非极性溶质(碘)一般能溶于非极性溶剂，而难溶于极性溶剂。 大家想一想，影响物质溶解性的因素有哪些？ 首先，从微观来看，比如说分子结构，水是极性分子，碘单质，四氯化碳是非极性分子 从刚才的实验现象可以看出，非极性的四氯化碳难溶于水，非极性的碘单质也难溶于水，但易溶于非极性的四氯化碳。 这个规律就是溶解性中非常重要的“相似相溶”规律。 17 观察思考 2. 氢键——如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。 ——分子结构相似，“相似相溶” 水和甲醇分子结构相似 水 甲醇 戊醇 相似相溶还适用于分子结构相似，比如水和甲醇分子结构相似，甲醇易溶于水。如果甲醇变成了戊醇，结构相似度降低，戊醇的水溶性也降低。 第二个因素就是氢键，如果溶质和溶剂之间能形成氢键，溶质的溶解性会增大。水和甲醇除了结构相似，还能形成大量氢键，所以二者能以任意比例互溶。 18 观察思考 3. 反应——溶质与水发生可逆反应，如SO2与H2O反应生成H2SO3，CO2与H2O反应生成H2CO3等，可增大其溶解度。 4. 外界条件——温度、压强等。 1.发生反应，变相增加了溶解度 2.外界条件，温度，压强等 19 观察思考 极易溶 易溶 可溶或能溶 难溶或不溶 气体 NH3 HX、SO2 CO2 Cl2 H2S O2、H2、CH4、 CH3Cl、C2H6、C2H4 溶解度 700 40 1 2.26 2.6 \ 下表为室温、常压下，气体在水中的溶解度： 20 观察思考 2.NH3、H2S、H2O分子为极性分子，同为极性分子，为什么溶解度NH3为什么远大于H2S呢？ 1.为什么NH3的溶解性这么好，而H2，CH4几乎不溶？ 水是极性溶剂，极性溶质（NH3）比非极性溶质（H2，CH4）在水中的溶解度大。 氨分子与水分子之间存在大量氢键，使得氨分子的溶解度远大于硫化氢。 21 观察思考 自然界的生命体中存在许多左右对称的形态 在讲第二部分，分子的手性之前，请大家先看几幅图片，这些图片有什么共性呢？想一想，是不是在自然界的生命体中存在许多左右对称的形态比如像… 22 思考讨论 你的左右手能够完全重叠么？ 这些互为镜像关系的物质能否完全重叠？ 镜子里的“自己”和现实中的自己左右相反、完全对称。 互为镜像关系，但又不能重叠的现象，称之为“手性现象”。 请同学们伸出双手，试试看，你的左右手能完全重叠么？推而广之，这些互为镜像关系的物质能否完全重叠？把镜子中的你拿出来，可以和自己完全重叠么？ 你会发现，这些互为镜像关系的物质是不能重叠的，你的左右手，还有镜子里的“自己”和现实中的自己其实是左右相反、完全对称。 23 活动·探究 活动·探究 动手活动 根据CH2ClBr、CHFClBr分子模型，制作其镜像分子的模型。 并思考以下问题： （1）互为镜像关系的分子能否完全重叠？他们是同种分子吗？ （2）什么样的分子具有手性现象呢？ CH2ClBr能和其镜像重叠、CHFClBr不能和其镜像重叠。想一想CHFClBr它的结构有什么特点呢？ 24 思考讨论 1.互为镜像的分子可以是同一种分子，也可以是两种不同的分子。 2.互为镜像，但不能重叠的两种分子，有什么结构特点？ 同一个碳原子上连有四个不同的原子或基团 25 思考讨论 手性碳原子 同一个碳原子上连有四个不同的原子或基团。 该碳原子称为手性碳原子（不对称碳原子）。 形成简单手性分子需满足的条件（结构特点）： 大家观察到了一个很重要的现象，就是一个碳上面连了四个不同原子的时候，它是手性的。该分子与其镜像分子不能重叠。这个时候，我们就把这个碳叫做手性碳。所以说，对于简单烷烃，形成形成手性分子需满足的条件（结构特点）：就是要求同一个碳原子上要连有四个不同的原子或基团，那这个时候该碳原子就称为手性碳原子。 26 思考讨论 一对分子，他们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体 有手性异构体的分子称为手性分子 想一想，手性分子具有什么样的结构特征呢，具有手性碳的分子一定是手性分子么？ 27 资料卡片 资料卡片 2001年，诺贝尔化学奖授予三位用手性催化剂生产手性药物的化学家，用他们的方法可以只得到或者主要得到一种手性分子。这种独特的方法称为手性合成。 另外一个关于手性的实际应用是“手性合成”，2001年，诺贝尔化学奖授予三位用手性催化剂生产手性药物的化学家， 用他们的方法可以只得到或者主要得到一种手性分子。这种独特的方法称为手性合成。 28 资料卡片 资料卡片 催化剂 催化剂 不产生不匹配的手性产物 合成匹配的手性产物 手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成，可以比喻成握手，手性催化剂像迎宾的主人伸出右手，被催化合成的手性分子像客人，总是伸出右手去握。 如果你的催化剂是手性的，那么在反应过程中，由于手性催化剂独特的匹配效果，他会合成单一手性的匹配产物。极少生成不匹配的手性产物。 因为药物分子通常是手性分子，所以手性合成是药物合成研究领域的重中之重。 29 资料卡片 资料卡片 20世纪50年代,“反应停”最早在德国被研发出来，当时德国及其他国家都将它用于缓解孕妇孕吐的处方药。 但是“反应停”的制造者未考虑“反应停”分子的手性异构问题。最终导致1.2万余名畸形儿被活活地生下来。 在药物研究历史上有一个非常著名的事件，即“反应停”事件。大家可以看一下这个分子，他有手性么？ 有一个手性碳。 30 课堂练习 溶解性 影响因素 认识手性 运用手性 手性拆分 手性合成 总结 手性现象 相似相溶 氢键 发生反应 外界因素 探究手性 制作手性分子 B 31 $$