2.3.2 分子间作用力 课件 2024-2025学年高二上学期人教版（2019）化学选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第3节 分子结构和物质的性质 第2课时 分子间的作用力 学习目标 1.了解范德华力的实质及对物质性质的影响。 2.了解氢键形成的条件及存在，学会氢键的表示方法，会分析氢键对物质性质的影响。 ①、水通电/加热至2200℃会发生什么变化？ ②、水加热至100℃会发生什么变化？ 思考1 2H2O → 2H2↑+ O2↑ 化学键断裂 化学变化 H2O(l) → H2O(g) 分子间距变大 化学键不断裂 物理变化 需要热量，说明也有要克服的作用力。且该作用较弱。 思考2：存在于水分子之间的作用力是什么？ 新课导入 概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力，即将分子聚集在一起的作用力 分类：分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。 分子间作用力 范德华（van der Waals）是最早研究分子间普遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。 一 、范德华力及其对物质性质的影响 1.范德华力 ①概念： 范德华(1837-1923)：荷兰物理学家，最早研究分子间普遍存在作用力。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。 ②本质： 分子间的一种静电作用 ③特点： a.广泛存在于分子之间，只有分子充分接近时才能体现（0.3-0.5nm）。 b.范德华力一般没有方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，总是尽可能多的吸引其他分子。 c.范德华力很弱，比化学键的键能小1~2数量级 微粒间作用力 能量kJ·mol -1 化学键 100 - 600 范德华力 2 - 20 一 、范德华力及其对物质性质的影响 1.范德华力 ④存在： a.大多数共价化合物： 例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各种有机化合物（如CH4）等 b.大多数非金属单质：例如：H2、P4、S8、C60等 c.各种稀有气体：例如Ar、Kr等 注意：金刚石(C)、单质硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等晶体内部只有共价键，不存在分子。 离子化合物和金属单质不存在分子间作用力； 石墨层与层之间存在分子间作用力。 1. HI、HBr、HCl都是由分子构成的物质，分析图中数据，范德华力有什么变化规律，与什么因素有关？ 分子 HI HBr HCl 相对分子质量 128 81 36.5 范德华力(kJ·mol-1) 26.00 23.11 21.14 结论：一般地，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。 如范德华力：HCl< HBr < HI 思考与讨论 2、CO和N2相对分子质量相同，为什么CO的范德华力大呢？ 结论1：相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。 分子 相对分子质量 分子的极性 范德华力(kJ·mol-1) CO 28 极性 8.75 Ar 40 非极性 8.50 3、正戊烷、异戊烷、新戊烷的相对分子质量相同，为什么熔沸点不同呢？ 单质 相对分子质量 沸点/℃ 正戊烷 72 36.1 异戊烷 72 28 新戊烷 72 10 结论2：互为同分异构体的分子，支链越多、越分散，分子间范德华力越弱，熔、沸点就越低 一 、范德华力及其对物质性质的影响 1.范德华力 ⑤影响因素：   ①相对分子质量：对于组成与结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。 ②分子的极性：相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。 ③互为同分异构体的分子：支链越多、越分散，分子间范德华力越弱。 分子的极性 分子的变形性（与分子大小有关，即相对分子质量. ） 一 、范德华力及其对物质性质的影响 分子 相对分子质量 分子的极性 熔点/℃ 沸点/℃ N2 28 非极性 -210.00 -195.81 CO 28 极性 -205.05 -191.49 单质 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ F2 38 -219.6 -188.1 Cl2 71 -101 -34.6 Br2 160 -7.2 58.78 I2 254 113.5 184.4 单质 相对分子质量 沸点/℃ 正戊烷 72 36.1 异戊烷 72 28 新戊烷 72 10 范德华力越大、熔沸点越高 气体 He Ne Ar Kr Xe Rn 溶解度/cm.L-1 13.8 14.7 37.9 73.0 110.9 230.0 稀有气体在水中的溶解度（20 0C） 非极性分子，相对分子质量增大，分子易变形，容易诱导出极性。 Rn有放射性且有致癌作用，用于饮用的深层地下水和矿泉水中有检测Rn含量的法律规定。 2.范德华力的作用： ①范德华力越大，分子熔沸点越高。 ②溶质与溶剂之间的范德华力越大，物质溶解度越大。 随堂练习： 1、判断正误： （1）分子间作用力就是范德华力。（ ） （2）HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，是因为分子间作用力依次减小。（ ） 2、下列物质变化中，破坏的主要是范德华力的是（ ） A、干冰升华 B、NaCl溶于水 C、NH4Cl受热分解 D、石墨导电 X X A 思考：观察下图，发现了什么规律？原因？第ⅤA、ⅥA的氢化物熔沸点变化规律为何不同？ 说明在HF、H2O、NH3分子间还存在除范德华力之外的其他作用 这种作用力是啥？怎么形成的？ 为什么H2O、NH3、HF分子间能形成额外的作用力？ 氢键是由已经与电负性很大的原子（N、O、F）形成共价键的氢原子，与另一电负性很大的原子（N、O、F）之间的作用力。 二 、氢键及其对物质性质的影响 ①概念 1.氢键 无内层电子，几乎成为“裸露”的质子 电负性大，半径小 氢键 δ＋ δ＋ δ－ δ－ O H H … O H H 水中氢键的形成原理 （静电作用） δ＋ 能形成氢键的元素 一般是F、O 和N 氢键是由已经与电负性很大的原子（N、O、F）形成共价键的氢原子，与另一电负性很大的原子（N、O、F）之间的作用力。 任务二 氢键及其对物质性质的影响 ①概念 ②本质： 分子间的一种比较强的静电作用 1.氢键 ③表示方法： O— H … O N— H … N F— H … F X— H … Y X、Y一般为N、O、F元素，X、Y可以相同也可以不相同，“ … ”表示氢键，“—”表示共价键。 氢键X—H···Y 键能/（kJ·mol-1） 键长/pm 代表性例子 F—H···F 28.1 255 （HF）n O—H···O 18.8 276 冰 O—H···O 25.9 266 甲醇、乙醇 N—H···F 20.9 268 NH4F N—H···O 20.9 286 CH3CONH2 N—H···N 5.4 338 NH3 注意：氢键键长一般定义为A—H···B的长度，而不是H···B的长度 资料卡片： 水分子间的氢键： 观察上表及右图，简单归纳氢键有哪些特点？1分子水可以形成几分子氢键？1mol冰含有多少氢键？ 共价键的键能 (kJ ∙ mol−1) 范德华力(kJ ∙ mol−1) 氢键(kJ ∙ mol−1) 467 11 18.8 4 2mol ④特点： a.氢键不属于化学键，比化学键的键能小1～2个数量级，但比范德华力强。 化学键 >> 氢键>范德华力。 b.与氢原子形成氢键时，电负性越大，氢键越强。 【如：F—H• • •F > O— H • • • O > N— H • • • N 】 c. 氢键具有一定的方向性和饱和性。 作用力类型 化学键 范德华力 氢键 作用力大小kJ/mol 100~600 2~20 10~40 饱和性：每一个X—H只能与一个Y原子形成氢键；每个孤电子对也只能形成一个氢键。 方向性：X—H···Y—三个原子尽可能呈直线连接。 1、画出氨水中可能存在的氢键类型，并结合氨水的酸碱性思考：主要以哪种形式为主？ 2、已知：醋酸（结构简式为CH3COOH）由于形成分子间氢键可以双聚成八元环，试画出其双聚分子间存在的氢键。 典例练习： ⑤类型： ②分子内氢键 ① 分子间氢键 邻羟基苯甲醛 对羟基苯甲醛 熔沸点：分子间氢键>分子内氢键 原因：分子内氢键可以使分子更稳定。由于分子内氢键一旦形成会削弱分子间氢键形成，故一般熔沸点较低。 熔点115 ℃ 沸点246.6℃ 熔点2 ℃ 沸点196.5℃ 多存在于邻位有机物中 对羟基苯甲醛不能形成分子内氢键 邻羟基苯甲醛不能形成分子间氢键 1mol水分子（冰）中的氢键数为2NA 1mol HF（s）中的氢键数为1NA 思考：比较HF（s）与H2O（S）中含有氢键的数目及氢键强弱，并据此分析，水和HF沸点差别原因？ 氢键强弱：H-F…H>H-O…H 沸点：H2O>HF 结论：物质的沸点与氢键的强弱和数目有关: 就单个氢键来说，F—H• • •F 是最强的氢键，但H2O氢键数目比HF多，故消耗的能量H2O大于HF。 氢键 2.氢键的作用： （1）形成分子间氢键，增大物质熔沸点。且氢键越强、数目越多，熔沸点越高； 形成分子内氢键 ，降低物质熔沸点。 2.氢键的作用： 思考：NH3和HCl都是极性分子，但是NH3在水中的溶解度比HCl大得多，可能是什么原因引起的？ （2）溶质与溶剂形成分子间氢键，可以增大其溶解度。 随堂练习：请以此分析，为什么通过蒸馏制无水乙醇时，需要向其中加入CaO？ 冰中一个水分子周围有4个水分子 冰的结构 冰融化，分子间空隙减小 一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子沿该氧原子的一个sp3杂化轨道的方向形成氢键，因此当所有H2O全部缔合——结冰后，所有的H2O按一定的方向全部形成了氢键，成为晶体，从而空间利用率不高，在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，所以冰的密度比液态水小。 当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离增大，密度渐渐减小。 思考：为什么冰的密度比液态水小？ 2.氢键的作用： （3）因为形成分子间氢键，导致水的密度比冰大。 3.生物大分子中的氢键 生命体中许多大分子内也存在氢键，而且对生命物质的高级结构和生物活性具有重要的意义。例如，氢键是蛋白质具有生物活性的高级结构的重要原因，DNA双螺旋的两个螺旋链也是通过氢键相互结合的。 【例1】正误判断 (1)HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，故HI的沸点比HCl的高 (2)CO的沸点大于N2 (3)氢键的键长是指“X—H…Y”中“H…Y”的长度 (4)H2O的热稳定性大于H2S，是因为H2O分子间存在氢键 (5)冰融化成水，仅仅破坏氢键 (6)氢键均能使物质的熔、沸点升高 √ × √ × × × 课堂演练 【例2】下列有关水的叙述中，不能用氢键的知识来解释的（ ） A、 0℃时，水的密度比冰大 B、水的熔沸点比硫化氢的高 C、氨气易液化 D、水比硫化氢气体稳定 C 课堂演练 【例3】下列现象与氢键有关的是 (　　) ①HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高 ②乙醇可以和水以任意比互溶 ③冰的密度比液态水的密度小 ④水分子高温下也很稳定 ⑤ 邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低 A．②③④⑤ 　B．①②③⑤ C．①②③④ D．①②③④⑤ B 课堂演练 作用力类型 范德华力 氢键 共价键 作用微粒 分子 H与N、O、F 原子 强度比较 共价键>>氢键>范德华力 影响因素 组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大 形成氢键元素的电负性 原子半径 对性质 的影响 影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质 分子间氢键使熔、沸点升高，溶解度增大 键能越大，稳定性越强 氢键 $$