【教学课件】第3节 分子结构与物质的性质 第2课时 示范课件

第2课时分子结构与物质性质第二章分子结构与性质第三节分子结构与物质的性质温故知新为什么气体在降温加压时会液化？液体在降温时会凝固？从微观过程来看，气体在液化、液体在凝固的过程中，分子间的平均距离在逐渐减小。固体、液体在宏观上能够彼此凝聚在一起，说明分子间存在着相互作用力。液化、凝固的过程中，随着分子间距离减少，分子间这种普遍的作用力逐渐增强；同理，在熔化、汽化的过程中，随着分子间距离增大，分子间这种普遍的作用力逐渐减弱。二、分子间的作用力范德华是最早研究分子间普遍存在作用力的科学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。范德华力很弱，比化学键的键能小1~2个数量级。其强度一般是2~20kJ/mol。1.范德华力及其对物质性质的影响二、分子间的作用力（1）下表列举了某些分子间的范德华力，结合分子结构的特点和数据，可以得出怎样的结论？【思考讨论】二、分子间的作用力（1）下表列举了某些分子间的范德华力，结合分子结构的特点和数据，可以得出怎样的结论？【思考讨论】HCl、HBr、HI三者分子结构结构相似，均为直线形。HCl、HBr、HI的相对分子质量逐渐增大，范德华力逐渐增大。Ar的相对分子质量大于CO和HCl，但CO、HCl分子间的范德华更大，因为CO和HCl是极性分子。分子的极性越大，范德华力越大。二、分子间的作用力（2）下表列举了卤素单质的熔点和沸点，怎样解释卤素单质从F2~I2的熔点和沸点越来越高？【思考讨论】二、分子间的作用力（2）下表列举了卤素单质的熔点和沸点，怎样解释卤素单质从F2~I2的熔点和沸点越来越高？【思考讨论】相对分子质量从F2~I2逐渐增大，且它们均为非极性分子，因此卤素单质分子间的范德华力从F2~I2逐渐增大。熔化或沸腾过程中分子距离增大，分子间的范德华力被破坏。范德华力越强，破坏所需的条件就更为剧烈，所需外界提供的能量就越多。因此微观上分子间的范德华力越强，宏观上物质表现为在更高的温度下才发生熔化和沸腾，物质拥有更高的熔点、沸点。二、分子间的作用力水是我们身边常见的一种物质，也是生命必须的物质之一，但它却非常的“与众不同”：1.由2个H和1个O组成的H2O分子，相对分子量只有18，但是它常温下呈液态，熔点、沸点比分子量相近的物质高出许多。2.多数液体凝固时体积都减小，水在凝固时体积反而增加。2.氢键及其对物质性质的影响二、分子间的作用力3.第IVA族元素的氢化物的沸点随着相对分子量的增大而升高，而在第VIA族元素的氢化物沸点中，水的沸点出现“反常”，水的沸点是最高的。2.氢键及其对物质性质的影响二、分子间的作用力为了解释水的这些奇特性质，人们提出了氢键的概念。它是除范德华力之外的另一种分子间作用力。氢键：由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子（如水分子中的氢）与另一个电负性很大的原子（如水分子中的氧）之间的作用力。氢键的存在，大大加强了水分子之间的作用力，使水的熔点、沸点较高。2.氢键及其对物质性质的影响二、分子间的作用力（3）氢键的形成有两个必要条件：①已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子；②另一个电负性很大的原子。怎么理解氢键由这两部分组成呢？【思考讨论】H的电负性为2.1，属于非金属性中电负性较小的元素，H原子对键合电子的吸引能力弱。同时因H原子在形成共价键时，周围只有2个电子，当这一对电子都强烈的远离H时，此时H原子接近“裸露的原子核”状态，有较强的正电性。二、分子间的作用力（3）氢键的形成有两个必要条件：①已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子；②另一个电负性很大的原子。怎么理解氢键由这两部分组成呢？【思考讨论】而电负性很大的原子，键合电子强烈偏向自身，同时自身还存在孤对电子，因此这样的原子有较强的负电性。当正电性显著的H与负电性显著的原子彼此接近时，就会产生较强的静电相互作用。这便是氢键形成的根本原因。二、分子间的作用力（4）查询书中元素电负性数值的图表，电负性最大的几种元素分别是谁？它们是否都可以形成氢键？【思考讨论】电负性最大的四种元素分别是：F4.0；O3.5；N3.0；Cl3.0。氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间。**Cl在特定的情况中也能形成氢键，但相比于N、O、F三种元素，Cl形成氢键的情况不普遍且不多样，高中阶段不讨论。二、分子间的作用力通过以上讨论，我们可以将常见的氢键用如下通式表示：X—H···Y—X、Y为N、O、F，“—”表示共价键，“···”表示形成的氢键。氢键虽然叫“键”，但是它是一种特殊的分子间作用力，而非化学键。氢键的键能一般不超过40kJ/mol，而化学键的强度一般为100~600kJ/mol，可以看出二者还是有明显差距的。

根据上面的通式，我们可知，不仅氟化氢分子之间、氨分子之间存在氢键，而且它们跟水分子之间也存在氢键。二、分子间的作用力（5）以水分子为例，尝试画出水分子之间的氢键示意图。【思考讨论】从实验数据可以看出，H和O原子核间的距离比范德华半径之和小，但比O-H共价键键长大得多。

二、分子间的作用力（6）邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛的熔点和沸点如下表所示，二者的熔点、沸点为何不同？请解释原因。【思考讨论】分子名称熔点/℃沸点/℃邻羟基苯甲醛2196.5对羟基苯甲醛115250二、分子间的作用力（6）邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛的熔点和沸点如下表所示，二者的熔点、沸点为何不同？请解释原因。【思考讨论】邻羟基苯甲醛形成了分子内氢键；对羟基苯甲醛形成了分子间氢键。二、分子间的作用力【思考讨论】邻羟基苯甲醛形成了分子内氢键，在其熔化、汽化时，分子间距离的变化不会导致分子内氢键的破坏，故只需克服范德华力。对羟基苯甲醛形成了分子间氢键，在其熔化、汽化时，分子间距离的变化需同时破坏分子间的氢键和克服范德华力。二者分子量相同，极性略有差异，故范德华力基本相同。氢键比范德华力更强，故对羟基苯甲醛的熔点、沸点均明显高于邻羟基苯甲醛。二、分子间的作用力物质相互溶解的性质十分复杂，受许多因素影响，如温度、压强等。从分子结构的角度看，存在“相似相溶”的规律。相似相溶是一个经验性规律，是人们对许多实验的观察研究中归纳总结出来的。这里相似的含义有哪些呢？下面我们通过常见的例子进行分类讨论。3.溶解性二、分子间的作用力事实1：蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳；萘和碘却易溶于四氯化碳，而难溶于水。分析：从分子的极性角度考虑，蔗糖、氨、水是极性分子，而萘、碘、四氯化碳是非极性分子。结论：一般来说，非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。相似相溶中的“相似”可以指极性的相似。3.溶解性二、分子间的作用力事实2：乙醇与水互溶，而戊醇在水中溶解度明显减小分析：从分子结构的相似角度考虑，乙醇的化学式为CH3CH2OH，其中-OH与水分子的-OH相近；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烃基较大，其中的-OH跟水分子的-OH的相似因素小得多了，因而它在水中的溶解度明显减小。结论：相似相溶中的“相似”也可以指分子结构的相似。3.溶解性二、分子间的作用力事实3：NH3在水中溶解度极大，而与N同主族的P的氢化物PH3在水中溶解度与NH3有显著差别。分析：从氢键作用角度考虑，NH3与H2O分子间能形成氢键，既可以有N-H···O的氢键，也可以有O-H···N的氢键。P元素的电负性较小，不满足形成氢键的条件。因此二者虽然都为极性分子，但溶解度仍有较大差别。结论：溶质与溶剂分子间存在氢键能大大增加溶质的溶解度。3.溶解性二、分子间的作用力（7）比较NH3和CH4在水中的溶解度。怎样用“相似相溶”规律理解它们的溶解度不同？【思考讨论】NH3是极性分子，CH4是非极性分子，而H2O是非极性分子，根据“相似相溶”规律，NH3的溶解度比CH4的溶解大。同时注意到NH3可与H2O形成氢键，这进一步增加了NH3的溶解度。因此NH3极易溶于水而CH4难溶于水。二、分子间的作用力（8）为什么在日常生活中用有机溶剂（如乙酸乙酯等）溶解油漆而不用水？【思考讨论】油漆是极性非常小的分子，有机溶剂（如乙酸乙酯）也是极性非常小或非极性的溶剂分子，而水为极性溶剂，根据“相似相溶”规律，应当用有机溶剂溶解油漆而不能用水溶解油漆。课堂小结1.范德华力的影响因素有分子的极性和分子的相对分子质量：分子的极性越大，范德华力越大；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。2.范德华力大小与分子组成的物质的熔点、沸点密切相关。一般来说，范德华力越强，熔点、沸点越高。3.氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间。氢键对物质的熔、沸点，溶解度较大的影响。4.相似相溶规律可以帮助判断、解释溶质、溶剂之间是否容易溶解。课堂练习1.DNA分子的两条链之间通过氢键结合。DNA分子复制前首先将双链解开，则DNA分子将双链解开的过程可视为（）A.化学变化 B.物理变化C.既有物理变化又有化学变化 D.化学键破坏的过程B解析

双链之间通过氢键结合，而氢键是分子间作用力的一种，不属于化学键。从化学键变化的角度来看，旧化学键的断裂和新化学键的形成是发生化学反应的标志。DNA双链解开过程中只破坏了氢键，故可视为物理变化。课堂练习2.单质碘的熔、沸点较低，其原因是（）