3.4 分子间作用力 分子晶体 第1课时（教学课件）化学苏教版选择性必修2

专题3 微粒间作用力与物质性质 第四单元 第1课时 分子间作用力 苏教版选择性必修2 氢键 2 范德华力 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．认识分子间存在相互作用，知道范德华力是常见的分子间作用力。 3．知道氢键是常见的分子间作用力，能说明氢键对物质熔点、沸点等性质的影响，能举例说明氢键对于生命的重大意义。 2．能说明范德华力对物质熔点、沸点等性质的影响，形成“结构决定性质”的基本概念。 引·新课导入 请你思考！ 雪融化现象是物理变化还是化学变化？ 雪融化过程中有没有破坏其中的化学键？ 为什么下雪不冷，化雪冷呢？ 引·新课导入 冰雪 水 水蒸气 （固） （液） （气） 分子间距离增大 雪融化需要吸收热量；水变成水蒸气仍然需要吸收热量。 吸收的热量用于破坏某种分子间作用力，这说明水分子之间存在着相互作用力。 思考：吸收的热量去哪里了呢？ 吸热 吸热 引·新课导入 情景思考 思考：100℃时水会剧烈沸腾，3000℃时，水会分解生成氢气和氧气。这说明了什么？ 化学键断裂 化学变化 分子间距变大 化学键不断裂 物理变化 断裂共价键，吸收能量， 所需温度很高 分子之间存在作用力！ 氢氧原子之间的作用力更强，分子间的作用力较弱。 01 范德华力 探·知识奥秘 一、范德华力 思考讨论： 分子间作用力是如何产生的？ 分子间作用力是什么？ 分子间作用力和化学键有什么区别？ 分子间作用力一般存在于哪些微粒中 探·知识奥秘 一、金属键 1.分子间作用力的产生 一、范德华力 极性分子之间 电荷分布不均匀的分子（如HCl、H2O等）之间以其带异号电荷的一端互相吸引，产生的静电作用使分子按一定的取向排列，从而使体系处于比较稳定的状态。 探·知识奥秘 一、金属键 1.分子间作用力的产生 一、范德华力 极性分子与非极性分子之间 极性分子 电荷分布不均匀 非极性分子 电荷分布均匀 非极性分子被极性分子诱导出偶极 电荷分布均匀的分子在电荷分布不均匀的分子的作用下，导致电荷分布均匀的分子的负电荷重心和正电荷重心不重合，其带异号电荷的一端也互相吸引，产生静电作用力。 探·知识奥秘 一、金属键 1.分子间作用力的产生 一、范德华力 非极性分子之间 电荷分布均匀的分子（如O2、N2、CO2等），由于核外电子的不断运动，分子中电子产生的负电荷重心与原子核产生的正电荷重心瞬时不重合，使分子的电荷分布不均匀，其带异号电荷的一端也互相吸引，这样分子间也会产生静电作用力。 探·知识奥秘 2.概念 分子间存在的将分子聚集在一起的作用力称为分子间作用力，又称为范德华力 3.本质 分子之间的静电作用 4.强弱 一、金属键 一、范德华力 O H H O H H 分子间作用力(较弱) 化学键 (强烈) 比化学键弱 探·知识奥秘 一、金属键 一、范德华力 5.特征 (1) 只存在于分子之间。分子充分接近（300~500pm）时才有范德华力 (2)范德华力比化学键键能小。范德华力很弱，比化学键的键能小1-2个数量级 化学键是强烈的相互作用(100～600 kJ·mol-1),范德华力只有2～20 kJ·mol-1 (3)范德华力无方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。 思考：1.为什么NaCl在熔化状态或水溶液中具有导电性，而液态氯化氢却不具有导电性？ 2.干冰受热汽化转化为二氧化碳气体，而二氧化碳气体在加热条件下却不易被分解。这是为什么? 探·知识奥秘 6.存在 分子之间 一、金属键 一、范德华力 如：单质分子之间、稀有气体原子之间、共价分子之间；石墨片层之间。 金刚石(C)单质硅(Si)内部只有共价键，不存在分子 大多数共价化合物，例如： (1) CO2、H2SO4、HF、 H2O、 AlCl3、各种有机化合物等； (2) 大多数非金属单质，例如：H2、P4、S8、C60 (3) 各种稀有气体（例如Ar、Kr）等 探·知识奥秘 7.范德华力影响因素 影响范德华力的因素很多，如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等 一、金属键 一、范德华力 思考：观察图表，为什么范德华力：HI＞HBr＞HCl 分子 HI HBr HCl 相对分子质量 128.5 81.5 36.5 范德华力(kJ/mol) 26.00 23.11 21.14 组成结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。 探·知识奥秘 7.范德华力影响因素 影响范德华力的因素很多，如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等 一、金属键 一、范德华力 思考：观察图表，为什么范德华力：CO＞N2? 分子 N2 CO 相对分子质量 28 28 分子的极性 非极性 极性 范德华力(kJ/mol) 8.5 8.75 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 探·知识奥秘 一、金属键 拓展延伸 范德华力概念的提出 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，人们将这种分子间相互作用力称为范德华力。 荷兰物理学家 约翰内斯·迪德里·范·德·瓦耳斯 一、范德华力 探·知识奥秘 8.对物质性质的影响 一、金属键 一、范德华力 思考：1.观察图表，思考范德华力与物质性质的关系 Br2 液态 常温下 气态 Cl2 固态 I2 结论：一般，组成和性质相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高 范德华力只影响物质的物理性质，如熔沸点 探·知识奥秘 8.对物质性质的影响 一、金属键 一、范德华力 思考：2.如果两物质的相对分子质量相近，怎么比较熔沸点高低？ 分子 相对分子质量 分子的极性 范德华力(kJ·mol-1) 熔点/℃ 沸点/℃ N2 28 非极性 8.50 -210.00 -195.81 CO 28 极性 8.75 -205.05 -191.49 结论：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，熔、沸点越高 探·知识奥秘 8.对物质性质的影响 一、金属键 一、范德华力 思考：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？ 结论：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 单质 分子式 相对分子质量 沸点/℃ 正戊烷 C5H12 72 36.1 异戊烷 C5H12 72 28 新戊烷 C5H12 72 10 探·知识奥秘 思维构建 物质的熔、沸点 越高 分子的极性 越大 相对分子质量越大 范德华力 越大 决定 决定 键能大小影响分子的热稳定性,范德华力的大小影响物质的熔沸点 一、范德华力 探·知识奥秘 归纳小结 化学键 范德华力 概念 分子内相邻的原子间强烈的相互作用 把分子聚集在一起的作用力 存在 分子内(或晶体内)原子或离子间　　 分子间(近距离) 强弱 较强 比化学键弱得多 对物质性质的影响 影响化学性质和物理性质　 主要影响物理性质 一、范德华力 析·典型范例 1．范德华力是一种较弱的化学键 （ ） 2．范德华力是分子间存在的较强的相互作用 （ ） 3．范德华力直接影响所有物质的熔、沸点 （ ） 4．稀有气体的分子间存在范德华力 （ ） 5．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 （ ） 6．由于H—O键比H—S键牢固，所以H2O的熔沸点比H2S的高 （ ） 7．在由分子构成的物质中，分子间作用力越大，该物质越稳定 （ ） 析·典型范例 8．下列有关范德华力的叙述正确的是(　 　) B A.范德华力的实质是一种电性作用,所以范德华力是一种较弱的化学键 B.范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同 C.稀有气体固态时原子间不存在范德华力 D.范德华力非常微弱,故破坏范德华力不需要消耗能量 析·典型范例 9．下列叙述与范德华力无关的是(　 　) A A.NH3的热稳定性大于PH3 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.邻二甲苯的沸点高于对二甲苯 02 氢键 探·知识奥秘 二、氢键 联想质疑 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的水结成冰，甚至可能将容器撑破。 对于同一主族非金属元素氢化物而言，从上到下，相对分子质量逐渐增大，范德华力逐渐增大，熔沸点逐渐升高。而HF、H2O、NH3却出现反常，为什么？ 说明在HF、H2O、NH3分子间还存在除范德华力之外的其他作用，这种作用力就是氢键。 探·知识奥秘 1.概念 在水分子的O—H中，共用电子对强烈的偏向O，使H几乎成为“裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中电负性很大的O的孤电子对产生静电作用，这种静电作用就是氢键。 一、金属键 二、氢键 静电吸引 氢键 ②电负性很大且半径小的原子提供孤电子对 ①几乎成为“裸露”的质子 探·知识奥秘 2.实质 氢键通常用 表示，其中X、Y为 ，“—”表示 ，“┅”表示形成的 。 一、金属键 二、氢键 X－H┅Y－ 共价键 氢键 N、O、F 3.表示方法 静电作用 特殊的分子间作用力 探·知识奥秘 4.特征 X—H···Y—三个原子一般在同一方向上。原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系最稳定。 一、金属键 二、氢键 (1) 方向性 每一个X—H只能与一个Y原子形成氢键，原因是H原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到X、Y原子电子云的排斥。 (2) 饱和性 探·知识奥秘 介于化学键与范德华力间，不属于化学键。 一、金属键 二、氢键 类型 氢键 范德华力 化学键 键能或范德华力强度 一般不超过 40kJ/mol 一般是 2～20kJ/mol 一般是 100～600kJ/mol 思考：氢键与化学键和范德华力有什么关系？ (3) 键的强度 化学键＞氢键＞范德华力 注意：①分子有氢键就一定有范德华力，有范德华力不一定有氢键。 ②与氢原子形成氢键时，电负性越大，氢键越强。 探·知识奥秘 5.类型 一、金属键 二、氢键 对羟基苯甲醛 存在：H2O、NH3、HF、C2H5OH、CH3COOH相互之间。 沸点：分子间氢键>分子内氢键 熔点115 ℃ 沸点246.6℃ (1) 分子间氢键(属于分子间作用力) (2) 分子内氢键(不属于分子间作用力) 邻羟基苯甲醛 熔点2 ℃ 沸点196.5℃ 存在：当苯酚在邻位上有—CHO、—COOH、—NO2和 —OH时，可形成分子内的氢键。 分子内氢键可以使分子更稳定。且分子内氢键会削弱分子间氢键形成，故一般熔沸点较低。 探·知识奥秘 6.对物质性质的影响 一、金属键 二、氢键 (1) 影响物质的熔沸点 思考讨论 已知固态H2O、HF、NH3的氢键键能和结构如下，思考H2O、HF、NH3沸点依次降低的原因 单个氢键的键能是(HF)n＞冰＞(NH3)n，而平均每个分子含氢键数：冰中2个，(HF)n和(NH3)n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是冰＞(HF)n＞(NH3)n 注意：氢键的键长一般定义为A—H…B的长度，而不是H…B的长度 探·知识奥秘 6.对物质性质的影响 ①熔沸点高低：分子间存在氢键＞分子间不存在氢键 ②氢键类型不同：分子间存在氢键＞分子内存在氢键 一、金属键 二、氢键 名称 相对分子质量 沸点/℃ 甲醇 32 65 乙烷 30 -89 乙醇 46 78 丙烷 44 -42 正丙醇 60 97 正丁烷 58 -0.5 (1) 影响物质的熔沸点 探·知识奥秘 6.对物质性质的影响 一、金属键 二、氢键 (2) 影响物质的溶解度 不同种分子之间不仅同种分子之间可以存在氢键，某些不同种分子之间也可能形成氢键。溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。 例如 NH3与H2O之间，所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度：1体积水中可溶解700体积氨气；乙醇和水能以任意比例互溶等。 (3) 影响液体的黏度 甘油、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为黏稠状液体。 加入其他会增加氢键作用的物质如糖、淀粉等作为溶质时，则会更进一步地通过增加氢键的强度来提升液体的粘性。 探·知识奥秘 6.对物质性质的影响 一、金属键 二、氢键 (4) 影响物质的密度 思考：为什么冰的密度比液态水小？ 水分子间的氢键 水蒸气中水分子主要以单个分子的形式存在，无氢键 液态水中多个水分子通过氢键结合在一起，形成(H2O)n 冰中所有水分子中的氢原子都参与形成氢键，使水分子之间的间隙增大，由此形成一个有很多“孔洞”的结构，使冰的密度小于水，所以冰浮于水上。 水的熔点(℃) 0.00 水的沸点(℃) 100.00 水在0 ℃时密度(g/ml) 0.9998 水在4 ℃时密度(g/ml) 1.0000 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 一个水分子可形成二个氢键。因此1mol冰中有2mol氢键 探·知识奥秘 拓展延伸 羊毛织品水洗后变形原因 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。 二、氢键 探·知识奥秘 一、金属键 拓展延伸 超分子 超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 “超分子”被称为共价键分子化学的一次升华，超分子化学被称为“超越分子概念的化学”。在形成超分子的各种分子间相互作用中，氢键尤为特殊，被称作为“超分子化学中的万能相互作用”。 氢键 DNA碱基配对 二、氢键 探·知识奥秘 拓展延伸 跨学科链接——生命分子中的氢键 蛋白质中的氢键 DNA中的氢键 DNA的双螺旋结构 DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的 二、氢键 探·知识奥秘 拓展延伸 超分子的特征之一：分子识别 冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合 杯酚与C60通过范德华力相结合， 通过尺寸匹配实现分子识别 二、氢键 探·知识奥秘 拓展延伸 超分子的特征之二：自组装 纯水 洗涤灵 胶束 二、氢键 探·知识奥秘 归纳小结 作用力 范德华力 氢键 共价键 概念 物质分子之间普遍存在的一种相互作用力 已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 分类 分子内氢键、分子间氢键 极性共价键、非极性共价键 特征 无方向性、无饱和性 有方向性、有饱和性 有方向性、有饱和性 强度 共价键>氢键>范德华力 影响强度的因素　 ①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大；②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大 对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，X、Y原子的半径越小，作用能越大 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定 对物质性质的影响 影响物质的熔、沸点及溶解度等物理性质，如熔、沸点F2<Cl2<Br2<I2，CF4<CCl4<CBr4 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，如熔、沸点：H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 ①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强 二、氢键 析·典型范例 1．下列各组中两物质都能形成分子间氢键的是(　 　) A.HClO4和H2SO4 B.CH3COOH和H2Se C.C2H5OH和NaOH D.H2O2和HNO3 A 2．NH3和PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是( ) A.N—H比P—H的键能大 B.分子的极性:NH3比PH3强 C.相对分子质量:PH3比NH3大 D 析·典型范例 3．氢键是强极性键上的氢原子与电负性很大且含孤电子对的原子之间的静电作用力。下列事实与氢键无关的是（ ） A.相同压强下H2O的沸点高于HF的沸点 B.一定条件下,NH3与BF3可以形成NH3·BF3 C.羊毛制品水洗再晒干后变形 D.H2O和CH3OCH3的结构和极性并不相似,但两者能完全互溶 B 分子间作用力与物质性质 范德华力 理·核心要点 氢键 概念 对熔沸点的影响 存在 特征 本质 类型 特征 静电作用 分子间氢键 分子内氢键 饱和性 方向性 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1. 下列物质发生状态变化时,克服了范德华力的是(　 　) A.食盐熔化 B.晶体硅熔化 C.碘升华 D.氢氧化钠熔化 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2. 下列说法不正确的是(　 　) A．分子间作用力是分子间相互作用力的总称，包括氢键与范德华力 B．分子间氢键的形成除使物质的熔点、沸点升高外，对物质的溶解、电离等也都有影响 C．范德华力与氢键可同时存在于分子之间 D．氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中 D A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3. 下列事实与氢键有关的是( ) ①NH3的熔、沸点比PH3的高 ②乙醇、醋酸可以和水以任意比互溶 ③冰的密度比液态水的密度小 ④HCl比HI的沸点低 ⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低 A.①②③④⑤ B.①②③⑤ C.①②③④ D.①②④⑤ B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4. (1)下列叙述中正确的是　　　　(填字母)。  A.1 mol冰中有4 mol氢键 B.平均每个水分子有2个氢键 C.冰中的氢键没有方向性 B 练·技能实战 (2)在冰的结构中,分子间除氢键外,还存在范德华力,已知范德华力的能量为7 kJ·mol-1,冰的升华热(1 mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·mol-1,则冰中氢键的能量是　　　　　　　　　　　　。 22 kJ·mol-1 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5. (1)下列因素与NH3的水溶性没有关系的是( ) A.NH3和H2O都是极性分子 B.NH3在水中易形成氢键 C.NH3溶于水建立了以下平衡:NH3+H2O⇌NH3·H2O⇌N+OH- D.NH3是一种易液化的气体 D 练·技能实战 (2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为 　　　　　　　　　　 　　　　　　。 O—H键>氢键>范德华力 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 6. NH3溶于水时,大部分NH3与H2O通过氢键结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( ) B 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修2 $