2.4 分子间作用力（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

第二章 微粒间相互作用与物质性质 第四节　 分子间作用力 鲁科版选择性必修2 范德华力与物质性质 1 知识导航 氢键与物质性质 2 知识导航 重点：氢键的形成条件、类型和特点。 难点：氢键对物质性质的影响。 1.了解分子间作用力的广泛存在及对物质性质的影响。 2.了解氢键的形成条件、类型和特点。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 3.能辨识能形成氢键的物质，了解氢键对物质性质的影响。 思考： 观察电解水的实验，水在通电时才能解离成氢气和氧气，你对水中微粒间的相互作用有了什么新的认识？ 引·新课导入 电解水的实验 问题驱动 复习导入 01 范德华力与物质性质 探·知识奥秘 你曾观察过电解水的实验，对水的三态变化也很熟悉。通过对这两种变化过程及条件的比较，你对水中微粒间的相互作用有了什么新的认识？ 一、范德华力与物质性质 H2O(l) 100℃ H2O(g) 2000℃或通电 H2(g)+O2(g) 化学变化 （H2O内H、O存在着相互作用） 物理变化 （H2O之间存在着相互作用） 分子间作用力 共价键 探·知识奥秘 一、范德华力与物质性质 电解水 2H2O===2H2↑+ O2↑ 通电 破坏分子内的化学键 H-O-H 而水的三态转化只涉及分子间的相互作用的改变。 分子之间存在着多种相互作用，人们将这些作用统称为分子间作用力。 探·知识奥秘 1.分子间作用力 分子之间存在着多种相互作用，人们将这些作用统称为分子间作用力,分子间作用力比化学键弱得多。 一、范德华力与物质性质 2.范德华力 ①分子之间普遍存在的一种相互作用力，使物质能以聚集态（固态和液态）存在。 ②范德华力存在于分子间，且分子充分接近时有相互作用力，如：固态，液态时。（气体分子之间的距离很大，分子之间的范德华力相当微小） 探·知识奥秘 一、范德华力与物质性质 2.范德华力 ③范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多，一般只有 2 ~ 20 kJ·mol-1，而化学键的键能一般为 100 ~ 600 kJ·mol-1。 ④范德华力的实质也是电性作用，它没有饱和性和方向性。只要空间条件允许，当分子凝聚时，每个分子总是在它周围尽可能多地吸引其他分子。 探·知识奥秘 范德华力概念的提出 一、范德华力与物质性质 为了研究气体分子的运动规律，科学家提出了一种理想气体模型，假设气体分子不具有 体积，并且气体分子之间不存在相互作用。根据这种模型提出的理想气体方程对气体分子运动规律的描述与实验事实出现了偏差。 荷兰物理学家范德华（J.van der Waals）修正了关于气体分子运动的以上假设，指出气体分子本身具有体积，并且分子间存在引力。由此，范德华提出了描述实际气体行为的范德华气态方程，根据这个方程计算的结果与实验事实十分吻合。 由于是范德华首次将分子间作用力的概念引入气态方程，人们便将分子间作用力称为范德华力。 探·知识奥秘 3.范德华力的成因 ①极性分子相互靠近时，一个分子的正电荷端与另一个分子的负电荷端相互吸引，这种静电吸引力称为取向力。分子极性越强，取向力就越大。 固体中，极性分子按偶极矩的方向规则地排列，以实现最大程度的相互吸引，使体系能量最低。 液体中，由于分子的运动范围较大，极性分子之间存在着一定程度的取向作用。图中的箭头代表吸引作用。 一、范德华力与物质性质 探·知识奥秘 ②一个分子受到极性分子的诱导作用，导致正电荷重心与负电荷重心不重合或距离加大，进而使两种分子之间产生吸引力或使吸引力增强，这种吸引力称为诱导力。 一、范德华力与物质性质 3.范德华力的成因 ③原子核和电子总是在不停地运动，因此即使是非极性分子，其正电荷重心与负电荷重心也会发生瞬间不重合；当分子相互靠近时，分子之间会产生静电吸引力，这种静电吸引力叫作色散力。 探·知识奥秘 ④分子越大，分子内的电子越多，分子越容易变形，色散力就越大。除了极性特别强的极性分子间的范德华力以取向力为主以外，其他分子之间的范德华力往往以色散力为主。 一、范德华力与物质性质 3.范德华力的成因 分子的极性与变形性，是产生范德华力的原因 探·知识奥秘 4.范德华力与物质性质 ⑴范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。 一、范德华力与物质性质 Br2 Cl2 物质 F2 Cl2 Br2 I2 相对分子量 38 71 160 254 熔点（℃） -219.6 -101 -7.2 113.5 沸点（℃） -188.1 -34.6 58.78 184.4 熔沸点变化趋势 熔沸点逐渐升高 范德华力逐渐增强 探·知识奥秘 ②分子组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越强，物质熔、沸点越高。 一、范德华力与物质性质 4.范德华力与物质性质 析·典型范例 一、范德华力与物质性质 【例1】下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是( ) A.CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低 B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 C.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高 D.CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、(CH3)2CHCH3、CH3CH2CH2CH3的沸点 逐渐升高 B 02 氢键与物质性质 探·知识奥秘 你注意到我们每天都离不开的水有什么反常之处吗？物质由液态变为固态时，通常是体积变小，但水结冰后体积却变大，如果是在密闭容器里结冰，甚至可能将容器撑破。 二、氢键与物质性质 探·知识奥秘 另外，在氧族元素的氢化物中，常温、常压下硫化氢（H2S）、硒化氢（H2Se）、碲化氢（H2Te）都是气体，只有水以液态存在。按照一般规律，水的沸点应该低于硫化氢的沸点，但事实却相反（图 2-4-4）。这是为什么？ 二、氢键与物质性质 水分子之间除了范德华力以外还存在其他作用力，正是这种作用力，使得水分子之间的相互吸引作用变得更强，造成水的熔点和沸点的反常升高。 科学家提出了氢键的概念 探·知识奥秘 二、氢键与物质性质 1. 什么是氢键 H2O O-H中共用电子对强烈偏向O H • • • • • • H • • H O H O H几乎成为“裸露”的质子 显正电性 能与另一个水分子中显负电性的 O的孤电子对产生静电作用 带正电荷的H原子允许另一水分子带负电荷的O原子充分接近，并产生静电作用形成氢键。 探·知识奥秘 1. 什么是氢键 ①氢键是由已经与电负性很大的原子X形成共价键的氢原子，与另一个电负性大的原子Y之间的静电作用。 ②氢键的表示方法:通常用 X—H…Y 表示，其中 X—H 表示氢原子和 X 原子以共价键相结合。 二、氢键与物质性质 水分子中的两个 O—H 键及 氧的两对孤电子对分别指向四面体的四个顶点 一个水分子中的 O—H 键与 另一个水分子中的氧原子相互作用形成 O—H…O 氢键 氢键 探·知识奥秘 1. 什么是氢键 二、氢键与物质性质 ③H 和 Y 原子核间的距离比范德华半径之和小，但比共价键键长（共价半径之和）大得多。 ④氢键的作用能:指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。   F—H---F O—H--- O N—H--- N 氢键作用能(kJ/mol) 28.1 18.8 20.9 共价键键能(kJ/mol) 568 462.8 390.8 结论：氢键介于范德华力和化学键之间,是一种较弱的作用力。 探·知识奥秘 2.氢键形成的条件 ⑤氢键具有方向性和饱和性 二、氢键与物质性质 1. 什么是氢键 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大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，如氮原子、氧原子和氟原子等。 探·知识奥秘 二、氢键与物质性质 DNA 双螺旋结构中的氢键 链内原子之间以很强的共价键 链之间则是通过两条链上的 碱基以氢键为主要的相互作用 探·知识奥秘 二、氢键与物质性质 熔沸点反常的原因 HF分子间还有氢键（F-H…F） NH3分子间还有氢键（N-H…N） H2O分子间还有氢键（O-H…O） 探·知识奥秘 3. 氢键对物质性质的影响 ⑴氢键对熔沸点的影响 ①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。 二、氢键与物质性质 ②当形成分子内氢键使物质熔沸点降低。 对羟基苯甲醛熔、沸点大于邻羟基苯甲醛 探·知识奥秘 3. 氢键对物质性质的影响 ⑵氢键对物质溶解度的影响。 NH3极易溶于水 二、氢键与物质性质 a.NH3和H2O都是极性分子，相似相溶 b.由于溶质分子NH3与溶剂分子H2O间可以形成氢键，使溶质的溶解度增大。 （主） c.NH3与H2O发生反应 如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键，则溶质的溶解度增大。 探·知识奥秘 3. 氢键对物质性质的影响 ⑶对物质电离的影响 H+难被电离 二、氢键与物质性质 探·知识奥秘 4. 为什么水呈现独特的物理性质 ①水分子之间存在着氢键，使水的沸点比硫化氢的沸点高 139 ℃，导致在通常状况下水为液态，地球上因此有了生命。 二、氢键与物质性质 探·知识奥秘 ②冰中的水分子之间最大限度地形成氢键。每个水分子的两对孤电子对和两个氢原子沿着四个sp3 杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与周围四个水分子接触。 二、氢键与物质性质 4. 为什么水呈现独特的物理性质 每个水分子最多与4个水分子形成氢键 1moL 冰中有2moL氢键 探·知识奥秘 二、氢键与物质性质 4. 为什么水呈现独特的物理性质 ③水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的这一独特结构，才使冰可以浮在水面上，从而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰层下的水中存活。 在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联结。形成相当疏松晶体，结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。 探·知识奥秘 4. 为什么水呈现独特的物理性质 ④冰中氢键的作用能为 18.8 kJ·mol-1，而冰的熔化热只有 5.0 kJ·mol-1。当在 0 ℃冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大约 13% 的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团 (H2O)n。 二、氢键与物质性质 温度升高使冰融化为水的过程，实际上包括两种过程：水分子间的氢键减少， 使水的密度变大；水分子的热运动加快，使水的密度减小。随着温度升高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在 4 ℃时两种作用达到平衡。 4 ℃时水的密度达到最大 探·知识奥秘 羊毛纤维是蛋白质构成的，蛋白质上的氨基和羰基可能会形成氢键。羊毛在浸水和干燥的过程中，会在这些氢键处纳入水和去除水，而且其变化往往是不可逆的，从而改变了原先蛋白质的构造，即原先的氢键部位可能发生移动，由此引起羊毛织品变形。 羊毛织品水洗后为什么会变形 二、氢键与物质性质 析·典型范例 【例1】下列与氢键有关的说法错误的是 （　　） A.氨水中存在分子间氢键 B.形成氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上 C.卤化氢中HF沸点较高，是由于HF分子间存在氢键 D.邻羟基苯甲醛（ ）的熔、沸点比对羟基苯甲醛（ ）的熔、沸点低 B 二、氢键与物质性质 理·核心要点 分子间作用力 范德华力与物质性质 氢键与物质性质 分子间作用力 范德华力 什么是氢键 氢键形成的条件 氢键对物质性质的影响 范德华力的成因 范德华力与物质性质 水呈现独特的物理性质 练·技能实战 1. 下列说法中正确的是( ) A.分子间作用力越大，分子越稳定 B.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高 C.相对分子质量越大，其分子间作用力越大 D.分子间只存在范德华力 B 2.下列物质的性质与氢键无关的是 (　　) A.冰的密度比液态水的密度小 B.NH3易液化 C.NH3分子比PH3分子稳定 D.相同条件下，H2O的沸点比H2S的沸点高 C 练·技能实战 3．下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是（　　） A.液溴和苯分别受热变为气体 B.干冰和氯化铵分别受热变为气体 C.二氧化硅和铁分别受热熔化 D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中 A 练·技能实战 4.中科院国家纳米科学中心科研员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”，实现了氢键的实空间成像，为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。下列有关氢键的说法不正确的是 （　　） A.由于氢键的存在，冰能浮在水面上 B.由于氢键的存在，乙醇比甲醚更易溶于水 C.由于氢键的存在，沸点：HF>HCl>HBr>HI D.由于氢键的存在，影响了蛋白质分子独特的结构 C 感谢 您的聆听 THANKS https://www.zxxk.com/user/13354804 鲁科版选择性必修2 $