2.3.2　分子间的作用力　分子的手性 讲义 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

分子间的作用力　分子的手性 学习目标　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。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作用。2.了解影响物质溶解性的因素及“相似相溶”溶剂选择的实际应用。3.了解手性分子及在生命科学等方面的应用。 一、分子间的作用力 (一)知识梳理 1.范德华力及其对物质性质的影响 概念 分子之间存在着　　　　　  特征 范德华力很弱,比化学键的键能小　　　　个数量级  影响因素 分子结构和组成相似的物质,相对分子质量　　　　,范德华力越大  分子的极性　　　　,范德华力越大  事实依据 降温加压气体会　　　　,降温时液体会　　　　  对物质性 质的影响 范德华力越强,物质的熔、沸点　　　  2.氢键及其对物质性质的影响 (1)概念:氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的　　　　原子(如水分子中的氢)与另一个 　　　　很大的原子(如水分子中的氧)之间形成的　　　　。  (2)表示方法:氢键通常用X—H…Y—表示,“—”表示　　　　,“…”表示形成的　　　　。  (3)分类及其特征 ①分类:氢键可分为分子内氢键和分子间氢键。存在　　　　氢键,  存在　　　　氢键。如图:  前者的沸点　　　　后者。  ②特征:氢键不属于化学键,属于一种较弱的作用力,比化学键的键能小1~2个数量级。氢键具有方向性和饱和性。 (4)对物质性质的影响:氢键主要影响物质的熔、沸点。分子间氢键使物质熔、沸点　　　　　,分子内氢键使物质熔、沸点　　　　。  3.溶解性 (1)“相似相溶”规律 ①规律:非极性溶质一般能溶于　　　　溶剂,极性溶质一般能溶于　　　　溶剂。  ②实例:蔗糖和氨　　　　溶于水,　　　　溶于四氯化碳。萘和碘　　　　溶于四氯化碳,　　　　溶于水(填“难”或“易”)。  (2)影响物质溶解性的因素 ①外界因素:主要有温度、压强等。 ②氢键:溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越　　　　(填“好”或“差”)。  ③分子结构的相似性:溶质和溶剂的分子结构相似程度越大,其溶解性　　　　　　。如乙醇与水　　　　　　,而戊醇在水中的溶解度明显　　　　　　。  (二)问题探究 问题1　根据下表,怎样解释卤素单质从F2~I2的熔点和沸点越来越高? 单质 熔点/℃ 沸点/℃ F2 -219.6 -188.1 Cl2 -101 -34.6 Br2 -7.2 58.78 I2 113.5 184.4 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　水分子间存在一种叫“氢键”的相互作用(介于范德华力与化学键之间)彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体,通过“氢键”相互连接成庞大的分子,其结构示意图如图所示。 (1)试表示HF水溶液中的氢键。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)甲酸可通过氢键形成二聚物,HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题3　比较NH3和CH4在水中的溶解度。怎样用“相似相溶”规律理解它们的溶解度不同? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题4　怎样理解低碳醇与水互溶,而高碳醇在水中的溶解度却很小? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【探究归纳】 1.范德华力、氢键和共价键的比较 (1)比较内容 项目 范德华力 氢键 共价键 分类 — 分子内氢键、分子间氢键 极性键、非极性键等 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 影响 强度 的因 素 ①随分子极性的增大而增大; ②组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大 对于X—H…Y,X、Y的电负性越大,Y原子的半径越小,作用力越强 成键原子半径和共用电子对数目。键长越短,键能越大,共价键越稳定 对物 质性 质的 影响 ①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质; ②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高 分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大 共价键键能越大,分子稳定性越强 (2)注意事项 ①氢键和范德华力都属于分子间作用力,不能把氢键当成是化学键。分子间氢键和范德华力可以同时存在。 ②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。 2.物质溶解性的判断与比较 (1)依据“相似相溶”规律 非极性溶质一般易溶于非极性溶剂,难溶于极性溶剂;极性溶质一般易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。 (2)依据溶质与溶剂之间是否存在氢键 如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶质溶解度增大,且氢键作用力越大,溶解性越好。如NH3、HF极易溶于水;甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、氨基乙酸、乙胺等易溶于水,就是因为它们与水分子间形成氢键。 (3)依据分子结构的相似性 溶质与溶剂分子结构的相似程度越大,其溶解度越大。如烃基越大的醇(羧酸、醛)在水中的溶解度越小。 1.下列与氢键有关的说法中错误的是 (　　) A.卤化氢中HF沸点较高,是由于HF分子间存在氢键 B.邻羟基苯甲醛()的熔、沸点比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低 C.氨水中存在分子间氢键 D.形成氢键A—H…B—的三个原子总在一条直线上 2.下列关于范德华力的叙述中,正确的是 (　　) A.范德华力的实质也是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊的化学键 B.范德华力与化学键的强弱不同 C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力 D.范德华力非常微弱,故破坏范德华力不需要消耗能量 3.一般来说,由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,由非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂,这就是“相似相溶”规律。以下事实不能用“相似相溶”规律解释的是 (　　) A.HCl易溶于水 B.I2易溶于CCl4 C.Cl2可溶于水 D.NH3难溶于苯 4.关于氢键,下列说法正确的是 (　　) A.分子中有N、O、F原子,分子间就存在氢键 B.因为氢键的缘故,N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2 C.由于氢键比范德华力强,所以H2O分子比H2S分子稳定 D.“可燃冰”—甲烷水合物(例如:8CH4·46H2O)中CH4与H2O之间存在氢键 二、分子的手性 (一)知识梳理 1.手性异构体 具有完全相同的　　　　和　　　　的一对分子,如同左手与右手一样互为　　　　,却在三维空间里　　　　,互称手性异构体。  2.手性分子 有　　　　　　的分子。  3.手性分子的应用 应用领域 应用 医药 现今使用的药物中手性药物超过50% 对于手性药物,一个异构体可能　　　,而另一个异构体可能是　　甚至是　　  合成 手性催化剂:　　　或者主要　　　　一种手性分子的合成  用　　　　生产药物,可以只得到或者主要得到一种　　　　,这种独特的合成方法称为手性合成  4.手性碳原子 在分子中连有4个不同的原子或原子团的碳原子叫做手性碳原子。 (二)问题探究 问题1　乳酸的结构式为,其分子结构中有几个手性碳原子?用*将手性碳原子标出来。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　有机物具有手性,若它与H2发生加成反应后,其产物还有手性吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【探究归纳】　判断手性碳原子的方法 判断一种有机物是否具有手性碳原子,就看该有机物含有的碳原子是否连有四个互不相同的原子或基团。如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团,中心碳原子即为手性碳原子。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.某有机物R的结构简式如图所示,R分子中的手性碳原子(连有四个不同原子或基团的碳原子)个数为 (　　) A.3 B.4 C.5 D.6 2.下列关于化合物的叙述正确的是 (　　) A.该分子是手性分子 B.分子中既有极性键又有非极性键 C.1分子中有7个σ键和3个π键 D.该分子在水中的溶解度小于2⁃丁烯 3.下列关于分子的结构和性质的描述中,不正确的是 (　　) A.水很稳定(1 000 ℃以上才会部分分解)是水中含有大量氢键所致 B.乳酸()分子中含有一个手性碳原子 C.碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”原理解释 D.氟的电负性大于氯的电负性,导致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性 4.下列有机物分子中属于手性分子的是 (　　) ①乳酸[CH3CH(OH)COOH]　②2⁃丁醇 ③　④丙三醇 A.仅① B.仅①② C.仅①②③ D.①②③④ 分子间的作用力　分子的手性 一、 (一)1.相互作用力　1~2　越大　越大　液化　凝固　越高 2.(1)氢　电负性　作用力　(2)共价键　氢键　(3)①分子内　分子间　低于　(4)升高　降低　3.(1)①非极性　极性 ②易　难　易　难　(2)②好　③越大　互溶　较小 (二) 问题1　卤素单质分子(都是非极性分子)的结构相似,F2~I2相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,其熔、沸点依次升高。 问题2　(1)F—H…F—、O—H…F—、F—H…O—、O—H…O—。 (2)　 问题3　NH3为极性分子,CH4为非极性分子,而水是极性分子,根据“相似相溶”规律,NH3易溶于水,而CH4不易溶于水,且NH3与水分子之间可形成氢键,使得氨更易溶于水。 问题4　“相似相溶”也适用于分子结构的相似性。低碳醇中的烃基较小,分子中的—OH与水分子中的—OH相近,因而低碳醇能与水互溶;而高碳醇的烃基较大,其分子中的—OH与水分子的—OH相似因素少,因而高碳醇在水中的溶解度明显减小。 对点训练 1.D　[HF分子间存在氢键F—H…F—,使氟化氢分子间作用力增大,所以卤化氢中氟化氢的沸点较高,A正确;邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键,所以邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低,B正确;氨水中氨分子之间、水分子之间以及氨分子与水分子之间都存在氢键,C正确;氢键具有一定的方向性,但形成氢键的原子不一定在一条直线上,如,故D错误。] 2.B　[范德华力是分子之间的一种相互作用,其实质也是一种电性作用,但比较微弱,化学键必须是强烈的相互作用,故范德华力不是化学键,A错误;B正确;范德华力普遍存在于分子之间,但也必须满足一定的距离要求,若分子间的距离足够大,分子之间很难产生相互作用,C错误;虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量,D错误。] 3.C　[HCl、NH3是极性分子,I2、Cl2是非极性分子,H2O是极性溶剂,CCl4、苯是非极性溶剂,C项符合题意。] 4.B　[非金属性较强的元素(如N、O、F等)的氢化物易形成氢键,但并不是分子中有N、O、F原子的分子间就存在氢键,如NO分子间就不存在氢键,A错误;N2H4中与N原子直接相连的氢原子有4个,NNH2中与N直接相连的氢原子有2个,故N2H4能形成更多的分子间氢键,沸点更高,B正确;分子的稳定性与氢键无关,而与化学键有关,C错误;C—H的极性不强,CH4不能与水分子形成氢键,“可燃冰”的形成是因为水分子之间通过氢键形成笼状结构,笼状结构的空腔直径与甲烷分子的直径相近,刚好可以容纳下甲烷分子,而甲烷分子与水分子之间没有氢键,D错误。] 二、 (一)1.组成　原子排列　镜像　不能叠合　2.手性异构体　3.有效　无效　有害的　只催化　催化　手性催化剂　手性分子 (二) 问题1　只有一个手性碳原子:。 问题2　该有机物与H2加成的产物是,该物质不存在手性碳原子,无手性。 对点训练 1.C　[由题干信息可知,R中含有5个连有四个互不相同的原子或原子团的碳原子,如图所示:,故选C。] 2.B　[手性碳必须是一个碳原子连四个不同的原子或原子团,该分子中无这样的碳原子,A错误;分子的碳碳双键是非极性键,其他键都是极性键,B正确;一个单键为一个σ键,一个双键中含有一个σ键和一个π键,故一共有9个σ键和3个π键,C错误;醛基是亲水基,溶解度比2⁃丁烯大,D错误。] 3.A　[稳定性为物质的化学性质,而氢键影响物质的物理性质,A错误;人们将连有四个不同基团的碳原子形象地称为手性碳原子,中含1个手性碳原子(*所示),B正确;碘、四氯化碳、甲烷均为非极性分子,水为极性分子,碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”原理解释,C正确;氟的电负性大于氯的电负性,使得F3C—的极性大于Cl3C—的极性,三氟乙酸中的—COOH比三氯乙酸中的—COOH更容易电离出氢离子,则三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性,D正确。] 4.C　[写出各分子的结构简式:①、②、③、 ④,可知①②③中存在手性碳原子(用*标记)。] 学科网（北京）股份有限公司 $$