2018-2019學年高中化學 專題3 微粒間作用力與物質性質 第四單元 第1課時 分子間作用力學案 蘇教版選修3.docx

第1課時　分子間作用力 [學習目標定位]　1.熟知常見的分子間作用力(范德華力和氫鍵)的本質及其對物質性質的影響。2.會比較判斷范德華力的大小，會分析氫鍵的形成。 一　范德華力 1．分析討論，回答下列問題： (1)液態(tài)苯、汽油等發(fā)生汽化時，為何需要加熱？ 答案　液態(tài)苯、汽油等發(fā)生汽化是物理變化，需要吸收能量克服其分子間的相互作用。 (2)降低氯氣的溫度，為什么能使氯氣轉化為液態(tài)或固態(tài)？ 答案　降低氯氣的溫度時，氯氣分子的平均動能逐漸減小。隨著溫度降低，分子間的距離逐漸減小，分子間相互作用增強，最后凝聚在一起，形成液體或固體。 (3)鹵素單質F2、Cl2、Br2、I2，按其相對分子質量增大的順序，物理性質(如顏色、狀態(tài)、熔點、沸點)有何變化規(guī)律？ 答案　顏色逐漸加深；由氣態(tài)到液態(tài)再到固態(tài)；熔、沸點逐漸升高。 2．上述事實能夠說明： (1)固體、液體和氣體中分子之間的相互作用力叫范德華力。 (2)一般來說，相對分子質量越大，范德華力越大。 (3)范德華力一般沒有方向性和飽和性，只要分子周圍空間允許，當氣體分子凝聚時，它總是盡可能多的吸引其他分子。 3．范德華力對物質性質的影響 (1)對物質熔、沸點的影響 ①組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大，物質的熔、沸點就越高。例如熔、沸點：CF4<CCl4<CBr4<CI4。 ②組成相似且相對分子質量相近的物質，分子電荷分布越不均勻，范德華力越大，其熔、沸點就越高，如熔、沸點：CO>N2。 ③在同分異構體中，一般來說，支鏈數越多，熔、沸點就越低，如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。 (2)對物質溶解性的影響 溶質分子與溶劑分子之間的范德華力越大，溶解度越大。 [歸納總結] 1．范德華力普遍存在于固體、液體和氣體分子之間。 2．影響范德華力的因素：主要包括分子的大小、分子的空間構型以及分子中電荷分布是否均勻等。 3．范德華力越大，物質的熔、沸點越高，溶解度越大。 [活學活用] 1．下列有關范德華力的敘述正確的是(　　) A．范德華力的實質也是一種電性作用，所以范德華力是一種特殊的化學鍵 B．范德華力與化學鍵的區(qū)別是作用力的強弱問題 C．任何分子間在任意情況下都會產生范德華力 D．范德華力非常微弱，故破壞范德華力不需要消耗能量 答案　B 解析　范德華力是分子與分子之間的一種相互作用，其實質與化學鍵類似，也是一種電性作用，但兩者的區(qū)別是作用力的強弱不同，化學鍵必須是強烈的相互作用，范德華力只有幾到十幾千焦每摩爾，故范德華力不是化學鍵；雖然范德華力非常微弱，但破壞它時也要消耗能量；范德華力普遍存在于分子之間，但也必須滿足一定的距離要求，若分子間的距離足夠大，分子之間也難產生相互作用。 2．有下列物質及它們各自的沸點： Cl2：239K　O2：90.1K N2：75.1K　H2：20.3K I2：454.3K　Br2：331.9K (1)據此判斷，它們分子間的范德華力由大到小的順序是 ________________________________________________________________________。 (2)這一順序與相對分子質量的大小有何關系？ ________________________________________________________________________。 答案　(1)I2>Br2>Cl2>O2>N2>H2 (2)相對分子質量越大，分子間范德華力越大，沸點越高。按上述順序相對分子質量漸小，分子間范德華力逐漸減小，物質沸點逐漸減小 二　氫鍵 1．比較H2O和H2S的分子組成、立體構型及其物理性質，分析H2O的熔、沸點比H2S高的原因是什么？ 答案　H2O和H2S分子組成相似，都是極性分子，常溫下H2O為液態(tài)，熔、沸點比H2S高。在水分子中，氫原子與非金屬性很強的氧原子形成共價鍵時，由于氧的電負性比氫大得多，所以它們的共用電子對就強烈地偏向氧原子，而使氫原子核幾乎“裸露”出來。這樣帶正電的氫原子核就能與另一個水分子中的氧原子的孤電子對發(fā)生一定程度的軌道重疊作用，使水分子之間作用力增強，這種分子間的作用力就是氫鍵，比范德華力大。硫化氫分子不能形成氫鍵，故水的熔、沸點比硫化氫的高。 2．氫鍵的概念及表示方法 氫鍵是一種特殊的分子間作用力，它是由已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一分子中電負性很大的原子之間的作用力。氫鍵的通式可用X—H…Y表示。式中X和Y表示F、O、N，“—”表示共價鍵，“…”表示氫鍵。 3．氫鍵的形成條件有哪些？ 答案　(1)要有一個與電負性很強的元素X形成強極性鍵的氫原子，如H2O中的氫原子。 (2)要有一個電負性很強，含有孤電子對并帶有部分電荷的原子Y，如H2O中的氧原子。 (3)X和Y的原子半徑要小，這樣空間位阻較小。 一般來說，能形成氫鍵的元素N、O、F。所以氫鍵一般存在于含H—O、N—H、H—F鍵的物質中，或有機化合物中的醇類和羧酸類等物質中。 4．氫鍵的特征是什么？ 答案　(1)飽和性 在形成氫鍵時，由于氫原子半徑比X、Y原子半徑小得多，當氫原子與一個Y原子形成氫鍵X—H…Y后，氫原子周圍的空間已被占據，X、Y原子的電子云的排斥作用將阻礙一個Y原子與氫原子靠近成鍵，也就是說氫原子只能與一個Y原子形成氫鍵，即氫鍵具有飽和性。 (2)方向性 X—H與Y形成分子間氫鍵時，3個原子總是盡可能沿直線分布，這樣可使X與Y盡量遠離，使兩原子間電子云的排斥作用力最小，體系能量最低，形成的氫鍵最強、最穩(wěn)定，所以氫鍵還具有方向性(如下圖)。 5．氫鍵的類型 氫鍵不是化學鍵，僅為一種分子間作用力，氫鍵可分為分子間氫鍵和分子內氫鍵。 如鄰羥基苯甲醛分子內的羥基與醛基之間存在的氫鍵，對羥基苯甲醛存在分子間氫鍵(如下圖)。 [歸納總結] [活學活用] 3．關于氫鍵的下列說法中正確的是(　　) A．每個水分子內含有兩個氫鍵 B．在水蒸氣、水和冰中都含有氫鍵 C．分子間形成氫鍵能使物質的熔點和沸點升高 D．HF的穩(wěn)定性很強，是因為其分子間形成氫鍵 答案　C 解析　氫鍵屬于分子間作用力，它主要影響物質的物理性質，與化學性質(如穩(wěn)定性等)無關。水分子內只有共價鍵而無氫鍵，A中說法顯然不對；B中水蒸氣分子間距離太大不能形成氫鍵；而D中穩(wěn)定性與氫鍵無關，所以答案選C。 4．下列說法中錯誤的是(　　) A．鹵化氫中，以HF沸點最高，是由于HF分子間存在氫鍵 B．H2O的沸點比HF的高，可能與氫鍵有關 C．氨水中含有分子間氫鍵 D．氫鍵X—H…Y的三個原子總在一條直線上 答案　D 解析　因氟化氫分子之間存在氫鍵，所以HF是鹵化氫中沸點最高的；氨水中除NH3分子之間存在氫鍵，NH3與H2O，H2O與H2O之間都存在氫鍵，C正確；氫鍵中的X—H…Y三原子應盡可能的在一條直線上，但在特定條件下，如空間位置的影響下，也可能不在一條直線上，故D錯。 化學鍵、范德華力、氫鍵的比較 化學鍵 范德華力 氫鍵 概念 相鄰的兩個或多個原子之間強烈的相互作用 物質的分子間存在的微弱的相互作用 是已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個分子中電負性很大的原子之間的作用力 大小 鍵能一般在120～800kJmol－1 幾個至十幾個kJmol－1 幾個至數十個kJmol－1 性質 影響 主要影響分子的化學性質 主要影響物質的物理性質 主要影響物質的物理性質 大小 關系 化學鍵>氫鍵>范德華力 當堂檢測 1．下列說法錯誤的是(　　) A．分子間作用力是一種靜電作用，但比化學鍵弱得多 B．常見的分子間作用力是范德華力和氫鍵 C．范德華力有方向性和飽和性 D．影響范德華力的因素有分子的大小、分子的空間構型、分子中的電荷分布情況 答案　C 解析　范德華力一般沒有方向性和飽和性，只要分子周圍空間允許，當氣體分子凝聚時，它總是盡可能多地吸引其他分子，C項錯誤。 2．下列敘述正確的是(　　) A．同一主族的元素，原子半徑越大，其單質的熔點一定越高 B．同一周期元素的原子，半徑越小越容易失去電子 C．同一主族的元素的氫化物，相對分子質量越大，它的沸點一定越高 D．稀有氣體元素的原子序數越大，其單質的沸點一定越高 答案　D 解析　同一主族的金屬元素原子半徑越大其單質的熔點越低，A錯；同一周期元素原子半徑越小，越不易失去電子，B錯；同一主族元素的氫化物相對分子質量越大，其沸點不一定越高，因NH3、H2O、HF液態(tài)時存在氫鍵而出現反?，F象，故C錯；因稀有氣體屬于分子晶體，原子序數越大其單質的相對分子質量越大，沸點越高，故選D。 3．下列物質的熔、沸點高低順序不正確的是(　　) A．F2＜Cl2＜Br2＜I2 B．CF4＞CCl4＞CBr4＞CI4 C．H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S D．CH4＜SiH4＜GeH4＜SnH4 答案　B 解析　分子晶體的熔、沸點高低由分子間作用力大小決定，分子間作用力越大，熔、沸點越高，反之越低，而相對分子質量和分子的極性越大，分子間作用力就越大，物質的熔、沸點就越高。A中鹵素單質隨相對分子質量的增大，分子間作用力逐漸增大，熔、沸點升高，故A正確；B恰好相反，B錯；C中在H2O分子間存在氫鍵，故H2O的熔、沸點是最高的；D正確。 4．下列事實與氫鍵無關的是(　　) A．液態(tài)氟化氫中有三聚氟化氫(HF)3分子存在 B．冰的密度比液態(tài)水的密度小 C．乙醇能與水以任意比混溶而甲醚(CH3—O—CH3)難溶于水 D．NH3比PH3穩(wěn)定 答案　D 解析　氫鍵是已經與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子與另一個分子中電負性很強的原子之間的作用力，它只影響物質的物理性質，故只有D與氫鍵無關。 5．下列分子或離子中，能形成分子內氫鍵的有________，不能形成分子間氫鍵的有________。 ①NH3?、贖2O　③HF?、躈H　 答案　③⑤?、邰? 解析　NH3中的三個氫原子都連在同一個氮原子上，氮原子上有孤電子對，可以與其他NH3中的氫原子形成分子間氫鍵，但不能與分子內的氫原子再形成氫鍵；與NH3類似的還有H2O；在HF[(F—H…F)－]中，已經存在分子內氫鍵，所以沒有可以形成分子間氫鍵的氫原子；NH中氮原子上沒有孤電子對，不能形成氫鍵；既可以形成分子內氫鍵，又可以形成分子間氫鍵。 40分鐘課時作業(yè) [基礎過關] 一、范德華力及其對物質性質的影響 1．某化學科研小組對范德華力提出了以下幾種觀點，你認為正確的是(　　) A．范德華力存在于所有分子之間 B．范德華力是影響所有物質物理性質的因素 C．Cl2相對于其他氣體來說，是易液化的氣體，由此可以得出結論，范德華力屬于一種強作用 D．范德華力比較弱，但范德華力越強，物質的熔點和沸點越高 答案　D 解析　范德華力其實質也是一種分子之間的電性作用，由于分子本身不顯電性，因此范德華力比較弱，作用力較小。隨著分子間距的增大，范德華力迅速減弱，所以范德華力作用范圍很小，只有幾個pm。即只有當分子間距符合幾個pm時才能存在范德華力；范德華力只是影響由分子構成的物質的某些物理性質(如熔、沸點以及溶解度等)的因素之一；在常見氣體中Cl2的相對分子質量較大，分子間范德華力較強，所以易液化，但相對于化學鍵，仍屬于弱作用。 2．在解釋下列物質性質的變化規(guī)律與物質結構間的因果關系時，可用范德華力的大小來解釋的是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依次減弱 B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸點依次升高 C．H—O—H、C2H5—OH、中—OH上氫原子的活潑性依次減弱 D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸點依次升高 答案　B 解析　F2、Cl2、Br2、I2的相對分子質量依次增大，分子間的范德華力也依次增大，所以其熔、沸點也依次增大，B項符合題意；CH3—O—CH3的沸點比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子間形成氫鍵而增大了分子間作用力；HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依次減弱是由于H—X鍵能依次減??；H—O—H、C2H5—OH、中—OH上氫原子的活潑性依次減弱是由于—C2H5、苯基的影響使O—H鍵極性增強了。 3．鹵素單質從F2到I2，在常溫、常壓下的聚集狀態(tài)由氣態(tài)、液態(tài)到固態(tài)的原因是(　　) A．原子間的化學鍵鍵能逐漸減小 B．范德華力逐漸增大 C．原子半徑逐漸增大 D．氧化性逐漸減弱 答案　B 解析　鹵素單質結構相似，相對分子質量越大，范德華力越大。 二、氫鍵的形成及其對物質性質的影響 4．氨氣溶于水時，大部分NH3與H2O通過氫鍵結合形成NH3H2O分子。根據氨水的性質可推知NH3H2O的結構式為(　　) 答案　B 解析　從氫鍵的形成原理上講，A、B都成立；但從空間構型上講，由于氨分子是三角錐型，易于提供孤電子對，所以，以B方式結合空間位阻最小，結構最穩(wěn)定；從事實上講，依據NH3H2ONH＋OH－，可知答案為B。 5．下列關于氫鍵的說法正確的是(　　) A．由于氫鍵的作用，使NH3、H2O、HF的沸點反常，且沸點高低順序為HF>H2O>NH3 B．氫鍵只能存在于分子間，不能存在于分子內 C．沒有氫鍵，就沒有生命 D．相同量的水在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)時均有氫鍵，且氫鍵的數目依次增多 答案　C 解析　A項錯誤，“反?！笔侵杆鼈冊谂c其同族氫化物沸點排序中的現象，它們的沸點順序可由實際看出，只有水是液體，應該是水的沸點最高；B項錯誤，氫鍵存在于不直接相連但相鄰的H與電負性比較大原子間，所以，分子內可以存在氫鍵；C項正確，因為氫鍵造成了常溫、常壓下水是液態(tài)，而水的液態(tài)是生物體營養(yǎng)傳遞的基礎；D項錯誤，在氣態(tài)時，分子間距離大，分子之間沒有氫鍵。 6．下列各組物質中，熔點由高到低的是(　　) A．HI、HBr、HCl、HF B．CI4、CBr4、CCl4、CF4 C．Rb、K、Na、Li 答案　B 三、化學鍵、氫鍵、范德華力的比較及應用 7．下列關于范德華力的敘述正確的是(　　) A．是一種較弱的化學鍵 B．分子間存在的較強的電性作用 C．直接影響物質的熔、沸點 D．稀有氣體的原子間存在范德華力 答案　D 解析　范德華力是分子間存在的較弱的電性作用，它不是化學鍵且比化學鍵弱得多，只能影響由分子構成的物質的熔、沸點；稀有氣體為單原子分子，分子之間靠范德華力相結合。 8．下列說法不正確的是(　　) A．分子間作用力是分子間相互作用力的簡稱 B．分子間氫鍵的形成除使物質的熔、沸點升高，對物質的溶解度、硬度等也都有影響 C．分子間作用力與氫鍵可同時存在于分子之間 D．氫鍵是一種特殊化學鍵，它廣泛地存在于自然界中 答案　D 9．下列物質的變化過程中有共價鍵明顯被破壞的是(　　) ①I2升華?、诼然c溶于水　③氯化氫溶于水?、芴妓釟滗@中聞到了刺激性氣味 A．①②B．①③ C．②③D．③④ 答案　D 解析　碘升華共價鍵沒被破壞；氯化鈉溶于水破壞的是離子鍵；氯化氫溶于水破壞的是極性共價鍵；碳酸氫銨分解既有離子鍵被破壞，又有共價鍵被破壞。 10．美國科學家宣稱：普通鹽水在某種無線電波照射下可以燃燒，這一發(fā)現，有望解決用水作人類能源的重大問題。無線電波可以降低鹽水中所含元素之間的“結合力”，釋放出氫原子，若點火，氫原子就會在該種電波下持續(xù)燃燒。上面所述中“結合力”的實質是(　　) A．分子間作用力B．氫鍵 C．非極性共價鍵D．極性共價鍵 答案　D 解析　鹽水在無線電波照射下釋放出氫原子，實際上是破壞了水分子中氫原子與氧原子之間的化學鍵，氫原子與氧原子之間形成的化學鍵為極性共價鍵，即“結合力”的實質是極性共價鍵。 [能力提升] 11．下圖中每條折線表示周期表ⅣA族～ⅦA族中的某一族元素氫化物的沸點變化，每個小黑點代表一種氫化物，其中a點代表的是(　　) A．H2SB．HClC．PH3D．SiH4 答案　D 解析　在ⅣA～ⅦA族中的氫化物中，NH3、H2O、HF分子間因存在氫鍵，故沸點高于同主族相鄰元素氫化物的沸點，只有ⅣA族元素氫化物沸點不存在反?，F象，故a點代表的應是SiH4。 12．下列化合物的沸點比較，前者低于后者的是(　　) A．乙醇與氯乙烷 B．鄰羥基苯甲酸與對羥基苯甲酸 C．對羥基苯甲醛與鄰羥基苯甲醛 D．H2O與H2Te 答案　B 解析　鄰羥基苯甲酸、鄰羥基苯甲醛等容易形成分子內氫鍵，沸點較低；而對羥基苯甲酸、對羥基苯甲醛則容易形成分子間氫鍵，沸點較高，所以B選項正確，C選項錯誤。對于A選項，由于乙醇分子間存在分子間氫鍵，而氯乙烷分子間不存在氫鍵，所以乙醇的沸點(78.5℃)高于氯乙烷的沸點(12.3℃)；同理，D選項中H2O的沸點高于H2Te的沸點。 13．氧族元素的單質及其化合物對人類的生活、生產有著舉足輕重的影響。如氧氣、水、臭氧、二氧化硫等。 (1)在氧、硫、硒、碲元素原子形成的簡單陰離子中，其離子半徑由大到小的順序為________________(用離子符號表示)。與硫元素同周期且在本周期中非金屬性最強的元素在周期表中的位置是__________。 (2)氧族元素的單質及其化合物的性質存在著相似性和遞變性。下列有關說法正確的是________(填字母)。 A．氧族元素氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性按H2O、H2S、H2Se、H2Te的順序依次減弱 B．其氫化物中的鍵長按O—H、S—H、Se—H、Te—H的順序依次減小 C．其陰離子的還原性按O2－、S2－、Se2－、Te2－的順序依次增強 D．其最高價氧化物的水化物酸性按H2SO4、H2SeO4、H2TeO4順序依次增強 (3)火山噴發(fā)時會釋放出許多H2S氣體，請寫出H2S分子的電子式____________。 (4)從下圖可知氧族元素氫化物的沸點變化規(guī)律是____________________________。 答案　(1)Te2－＞Se2－＞S2－＞O2－　第3周期第ⅦA族 (2)AC　 (4)除水外，隨著原子序數遞增，氧族元素氫化物的沸點遞增 解析　(1)根據離子半徑的遞變規(guī)律可知四種離子半徑由大到小的順序是Te2－、Se2－、S2－、O2－。與硫在同周期且非金屬性最強的元素是氯，它在第3周期第ⅦA族 (2)根據元素周期律，同主族氫化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱，陰離子的還原性從上到下依次增強，A、C正確。 (3)注意含有極性鍵化合物電子式的書寫方法。 (4)由圖像可知，氧族元素氫化物沸點變化規(guī)律是除水外，隨著原子序數遞增，氧族元素氫化物的沸點遞增。 [拓展探究] 14．水是自然界中普遍存在的一種物質，也是維持生命活動所必需的一種物質。 信息一：水的性質存在許多反常現象，如固態(tài)密度小于液態(tài)密度使冰浮在水面上，沸點相對較高使水在常溫常壓下呈液態(tài)等。 信息二：在20℃、1個大氣壓下，水可以結成冰，稱為“熱冰”(如圖)： 試根據以上信息回答下列問題： (1)s軌道與s軌道重疊形成的共價鍵可用符號表示為δs－s，p軌道以“頭碰頭”方式重疊形成的共價鍵可用符號表示為δp－p，則H2O分子中含有的共價鍵用符號表示為____________。 (2)下列物質熔化時，所克服的微粒間的作用與“熱冰”熔化時所克服的作用類型完全相同的是__________(填字母，下同)。 A．金剛石B．干冰 C．食鹽D．固態(tài)氨 (3)已知：2H2OH3O＋＋OH－，在OH－、H2O、H3O＋、H2O2中均含有的化學鍵是________。 A．極性鍵B．非極性鍵 C．配位鍵D．氫鍵 (4)寫出短周期元素原子形成的與H3O＋具有相同電子數和原子數的分子或離子____________。 (5)水的分解溫度遠高于其沸點的原因是________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)δs－p　(2)D　(3)A　(4)NH3 (5)水分解必須破壞O—H共價鍵，而水沸騰只需破壞氫鍵和分子間作用力