高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第四单元第1课时分子间作用力学案苏教版 11页

第1课时　分子间作用力[学习目标定位]　1.熟知常见的分子间作用力(范德华力和氢键)的本质及其对物质性质的影响。2.会比较判断范德华力的大小，会分析氢键的形成。一　范德华力1．分析讨论，回答下列问题：(1)液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？答案　液态苯、汽油等发生汽化是物理变化，需要吸收能量克服其分子间的相互作用。(2)降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？答案　降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。随着温度降低，分子间的距离逐渐减小，分子间相互作用增强，最后凝聚在一起，形成液体或固体。(3)卤素单质F2、Cl2、Br2、I2，按其相对分子质量增大的顺序，物理性质(如颜色、状态、熔点、沸点)有何变化规律？答案　颜色逐渐加深；由气态到液态再到固态；熔、沸点逐渐升高。2．上述事实能够说明：(1)固体、液体和气体中分子之间的相互作用力叫范德华力。(2)一般来说，相对分子质量越大，范德华力越大。(3)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，当气体分子凝聚时，它总是尽可能多的吸引其他分子。3．范德华力对物质性质的影响(1)对物质熔、沸点的影响①组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高。例如熔、沸点：CF4N2。③在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。(2)对物质溶解性的影响溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越大，溶解度越大。[归纳总结]1．范德华力普遍存在于固体、液体和气体分子之间。2．影响范德华力的因素：主要包括分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。n3．范德华力越大，物质的熔、沸点越高，溶解度越大。[活学活用]1．下列有关范德华力的叙述正确的是(　　)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区别是作用力的强弱问题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答案　B解析　范德华力是分子与分子之间的一种相互作用，其实质与化学键类似，也是一种电性作用，但两者的区别是作用力的强弱不同，化学键必须是强烈的相互作用，范德华力只有几到十几千焦每摩尔，故范德华力不是化学键；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；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，分子之间也难产生相互作用。2．有下列物质及它们各自的沸点：Cl2：239K　O2：90.1KN2：75.1K　H2：20.3KI2：454.3K　Br2：331.9K(1)据此判断，它们分子间的范德华力由大到小的顺序是________________________________________________________________________。(2)这一顺序与相对分子质量的大小有何关系？________________________________________________________________________。答案　(1)I2>Br2>Cl2>O2>N2>H2(2)相对分子质量越大，分子间范德华力越大，沸点越高。按上述顺序相对分子质量渐小，分子间范德华力逐渐减小，物质沸点逐渐减小二　氢键1．比较H2O和H2S的分子组成、立体构型及其物理性质，分析H2O的熔、沸点比H2S高的原因是什么？答案　H2O和H2S分子组成相似，都是极性分子，常温下H2O为液态，熔、沸点比H2S高。在水分子中，氢原子与非金属性很强的氧原子形成共价键时，由于氧的电负性比氢大得多，所以它们的共用电子对就强烈地偏向氧原子，而使氢原子核几乎“裸露”出来。这样带正电的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子的孤电子对发生一定程度的轨道重叠作用，使水分子之间作用力增强，这种分子间的作用力就是氢键，比范德华力大。硫化氢分子不能形成氢键，故水的熔、沸点比硫化氢的高。2．氢键的概念及表示方法n氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很大的原子之间的作用力。氢键的通式可用X—H…Y表示。式中X和Y表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。3．氢键的形成条件有哪些？答案　(1)要有一个与电负性很强的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。(2)要有一个电负性很强，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。(3)X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。一般来说，能形成氢键的元素N、O、F。所以氢键一般存在于含H—O、N—H、H—F键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。4．氢键的特征是什么？答案　(1)饱和性在形成氢键时，由于氢原子半径比X、Y原子半径小得多，当氢原子与一个Y原子形成氢键X—H…Y后，氢原子周围的空间已被占据，X、Y原子的电子云的排斥作用将阻碍一个Y原子与氢原子靠近成键，也就是说氢原子只能与一个Y原子形成氢键，即氢键具有饱和性。(2)方向性X—H与Y形成分子间氢键时，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，所以氢键还具有方向性(如下图)。5．氢键的类型氢键不是化学键，仅为一种分子间作用力，氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在的氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如下图)。[归纳总结]n[活学活用]3．关于氢键的下列说法中正确的是(　　)A．每个水分子内含有两个氢键B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键C．分子间形成氢键能使物质的熔点和沸点升高D．HF的稳定性很强，是因为其分子间形成氢键答案　C解析　氢键属于分子间作用力，它主要影响物质的物理性质，与化学性质(如稳定性等)无关。水分子内只有共价键而无氢键，A中说法显然不对；B中水蒸气分子间距离太大不能形成氢键；而D中稳定性与氢键无关，所以答案选C。4．下列说法中错误的是(　　)A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键B．H2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关C．氨水中含有分子间氢键D．氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上答案　D解析　因氟化氢分子之间存在氢键，所以HF是卤化氢中沸点最高的；氨水中除NH3分子之间存在氢键，NH3与H2O，H2O与H2O之间都存在氢键，C正确；氢键中的X—H…Y三原子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线上，故D错。化学键、范德华力、氢键的比较化学键范德华力氢键概念相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用物质的分子间存在的微弱的相互作用是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大小键能一般在120～800kJ·mol－1几个至十几个kJ·mol－1几个至数十个kJ·mol－1n性质影响主要影响分子的化学性质主要影响物质的物理性质主要影响物质的物理性质大小关系化学键>氢键>范德华力当堂检测1．下列说法错误的是(　　)A．分子间作用力是一种静电作用，但比化学键弱得多B．常见的分子间作用力是范德华力和氢键C．范德华力有方向性和饱和性D．影响范德华力的因素有分子的大小、分子的空间构型、分子中的电荷分布情况答案　C解析　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，当气体分子凝聚时，它总是尽可能多地吸引其他分子，C项错误。2．下列叙述正确的是(　　)A．同一主族的元素，原子半径越大，其单质的熔点一定越高B．同一周期元素的原子，半径越小越容易失去电子C．同一主族的元素的氢化物，相对分子质量越大，它的沸点一定越高D．稀有气体元素的原子序数越大，其单质的沸点一定越高答案　D解析　同一主族的金属元素原子半径越大其单质的熔点越低，A错；同一周期元素原子半径越小，越不易失去电子，B错；同一主族元素的氢化物相对分子质量越大，其沸点不一定越高，因NH3、H2O、HF液态时存在氢键而出现反常现象，故C错；因稀有气体属于分子晶体，原子序数越大其单质的相对分子质量越大，沸点越高，故选D。3．下列物质的熔、沸点高低顺序不正确的是(　　)A．F2＜Cl2＜Br2＜I2B．CF4＞CCl4＞CBr4＞CI4C．H2O＞H2Te＞H2Se＞H2SD．CH4＜SiH4＜GeH4＜SnH4答案　B解析　分子晶体的熔、沸点高低由分子间作用力大小决定，分子间作用力越大，熔、沸点越高，反之越低，而相对分子质量和分子的极性越大，分子间作用力就越大，物质的熔、沸点就越高。A中卤素单质随相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增大，熔、沸点升高，故A正确；B恰好相反，B错；C中在H2O分子间存在氢键，故H2O的熔、沸点是最高的；D正确。n4．下列事实与氢键无关的是(　　)A．液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在B．冰的密度比液态水的密度小C．乙醇能与水以任意比混溶而甲醚(CH3—O—CH3)难溶于水D．NH3比PH3稳定答案　D解析　氢键是已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，它只影响物质的物理性质，故只有D与氢键无关。5．下列分子或离子中，能形成分子内氢键的有________，不能形成分子间氢键的有________。①NH3　②H2O　③HF　④NH　答案　③⑤　③④解析　NH3中的三个氢原子都连在同一个氮原子上，氮原子上有孤电子对，可以与其他NH3中的氢原子形成分子间氢键，但不能与分子内的氢原子再形成氢键；与NH3类似的还有H2O；在HF[(F—H…F)－]中，已经存在分子内氢键，所以没有可以形成分子间氢键的氢原子；NH中氮原子上没有孤电子对，不能形成氢键；既可以形成分子内氢键，又可以形成分子间氢键。40分钟课时作业[基础过关]一、范德华力及其对物质性质的影响1．某化学科研小组对范德华力提出了以下几种观点，你认为正确的是(　　)A．范德华力存在于所有分子之间B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素C．Cl2相对于其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强作用D．范德华力比较弱，但范德华力越强，物质的熔点和沸点越高答案　D解析　范德华力其实质也是一种分子之间的电性作用，由于分子本身不显电性，因此范德华力比较弱，作用力较小。随着分子间距的增大，范德华力迅速减弱，所以范德华力作用范围很小，只有几个pm。即只有当分子间距符合几个pm时才能存在范德华力；范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质(如熔、沸点以及溶解度等)的因素之一；在常见气体中Cl2n的相对分子质量较大，分子间范德华力较强，所以易液化，但相对于化学键，仍属于弱作用。2．在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，可用范德华力的大小来解释的是(　　)A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高C．H—O—H、C2H5—OH、中—OH上氢原子的活泼性依次减弱D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高答案　B解析　F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大，B项符合题意；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力；HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键能依次减小；H—O—H、C2H5—OH、中—OH上氢原子的活泼性依次减弱是由于—C2H5、苯基的影响使O—H键极性增强了。3．卤素单质从F2到I2，在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是(　　)A．原子间的化学键键能逐渐减小B．范德华力逐渐增大C．原子半径逐渐增大D．氧化性逐渐减弱答案　B解析　卤素单质结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。二、氢键的形成及其对物质性质的影响4．氨气溶于水时，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(　　)答案　B解析　从氢键的形成原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥型，易于提供孤电子对，所以，以B方式结合空间位阻最小，结构最稳定；从事实上讲，依据NH3·H2ONH＋OH－，可知答案为B。n5．下列关于氢键的说法正确的是(　　)A．由于氢键的作用，使NH3、H2O、HF的沸点反常，且沸点高低顺序为HF>H2O>NH3B．氢键只能存在于分子间，不能存在于分子内C．没有氢键，就没有生命D．相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键，且氢键的数目依次增多答案　C解析　A项错误，“反常”是指它们在与其同族氢化物沸点排序中的现象，它们的沸点顺序可由实际看出，只有水是液体，应该是水的沸点最高；B项错误，氢键存在于不直接相连但相邻的H与电负性比较大原子间，所以，分子内可以存在氢键；C项正确，因为氢键造成了常温、常压下水是液态，而水的液态是生物体营养传递的基础；D项错误，在气态时，分子间距离大，分子之间没有氢键。6．下列各组物质中，熔点由高到低的是(　　)A．HI、HBr、HCl、HFB．CI4、CBr4、CCl4、CF4C．Rb、K、Na、Li答案　B三、化学键、氢键、范德华力的比较及应用7．下列关于范德华力的叙述正确的是(　　)A．是一种较弱的化学键B．分子间存在的较强的电性作用C．直接影响物质的熔、沸点D．稀有气体的原子间存在范德华力答案　D解析　范德华力是分子间存在的较弱的电性作用，它不是化学键且比化学键弱得多，只能影响由分子构成的物质的熔、沸点；稀有气体为单原子分子，分子之间靠范德华力相结合。8．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简称B．分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高，对物质的溶解度、硬度等也都有影响C．分子间作用力与氢键可同时存在于分子之间D．氢键是一种特殊化学键，它广泛地存在于自然界中n答案　D9．下列物质的变化过程中有共价键明显被破坏的是(　　)①I2升华　②氯化钠溶于水　③氯化氢溶于水　④碳酸氢铵中闻到了刺激性气味A．①②B．①③C．②③D．③④答案　D解析　碘升华共价键没被破坏；氯化钠溶于水破坏的是离子键；氯化氢溶于水破坏的是极性共价键；碳酸氢铵分解既有离子键被破坏，又有共价键被破坏。10．美国科学家宣称：普通盐水在某种无线电波照射下可以燃烧，这一发现，有望解决用水作人类能源的重大问题。无线电波可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”，释放出氢原子，若点火，氢原子就会在该种电波下持续燃烧。上面所述中“结合力”的实质是(　　)A．分子间作用力B．氢键C．非极性共价键D．极性共价键答案　D解析　盐水在无线电波照射下释放出氢原子，实际上是破坏了水分子中氢原子与氧原子之间的化学键，氢原子与氧原子之间形成的化学键为极性共价键，即“结合力”的实质是极性共价键。[能力提升]11．下图中每条折线表示周期表ⅣA族～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是(　　)A．H2SB．HClC．PH3D．SiH4答案　D解析　在ⅣA～ⅦA族中的氢化物中，NH3、H2O、HF分子间因存在氢键，故沸点高于同主族相邻元素氢化物的沸点，只有ⅣA族元素氢化物沸点不存在反常现象，故a点代表的应是SiH4。12．下列化合物的沸点比较，前者低于后者的是(　　)A．乙醇与氯乙烷nB．邻羟基苯甲酸与对羟基苯甲酸C．对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛D．H2O与H2Te答案　B解析　邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醛等容易形成分子内氢键，沸点较低；而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以B选项正确，C选项错误。对于A选项，由于乙醇分子间存在分子间氢键，而氯乙烷分子间不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5℃)高于氯乙烷的沸点(12.3℃)；同理，D选项中H2O的沸点高于H2Te的沸点。13．氧族元素的单质及其化合物对人类的生活、生产有着举足轻重的影响。如氧气、水、臭氧、二氧化硫等。(1)在氧、硫、硒、碲元素原子形成的简单阴离子中，其离子半径由大到小的顺序为________________(用离子符号表示)。与硫元素同周期且在本周期中非金属性最强的元素在周期表中的位置是__________。(2)氧族元素的单质及其化合物的性质存在着相似性和递变性。下列有关说法正确的是________(填字母)。A．氧族元素气态氢化物的稳定性按H2O、H2S、H2Se、H2Te的顺序依次减弱B．其氢化物中的键长按O—H、S—H、Se—H、Te—H的顺序依次减小C．其阴离子的还原性按O2－、S2－、Se2－、Te2－的顺序依次增强D．其最高价氧化物的水化物酸性按H2SO4、H2SeO4、H2TeO4顺序依次增强(3)火山喷发时会释放出许多H2S气体，请写出H2S分子的电子式____________。(4)从下图可知氧族元素氢化物的沸点变化规律是____________________________。答案　(1)Te2－＞Se2－＞S2－＞O2－　第3周期第ⅦA族(2)AC　(4)除水外，随着原子序数递增，氧族元素氢化物的沸点递增解析　(1)根据离子半径的递变规律可知四种离子半径由大到小的顺序是Te2－、Se2－、S2－、O2－。与硫在同周期且非金属性最强的元素是氯，它在第3周期第ⅦA族(2)根据元素周期律，同主族氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱，阴离子的还原性从上到下依次增强，A、C正确。(3)注意含有极性键化合物电子式的书写方法。n(4)由图像可知，氧族元素氢化物沸点变化规律是除水外，随着原子序数递增，氧族元素氢化物的沸点递增。[拓展探究]14．水是自然界中普遍存在的一种物质，也是维持生命活动所必需的一种物质。信息一：水的性质存在许多反常现象，如固态密度小于液态密度使冰浮在水面上，沸点相对较高使水在常温常压下呈液态等。信息二：在20℃、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”(如图)：试根据以上信息回答下列问题：(1)s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为δs－s，p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为δp－p，则H2O分子中含有的共价键用符号表示为____________。(2)下列物质熔化时，所克服的微粒间的作用与“热冰”熔化时所克服的作用类型完全相同的是__________(填字母，下同)。A．金刚石B．干冰C．食盐D．固态氨(3)已知：2H2OH3O＋＋OH－，在OH－、H2O、H3O＋、H2O2中均含有的化学键是________。A．极性键B．非极性键C．配位键D．氢键(4)写出短周期元素原子形成的与H3O＋具有相同电子数和原子数的分子或离子____________。(5)水的分解温度远高于其沸点的原因是________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)δs－p　(2)D　(3)A　(4)NH3(5)水分解必须破坏O—H共价键，而水沸腾只需破坏氢键和分子间作用力