【课件】分子间作用力（范德华力、氢键）课件高二化学人教版（2019）选择性必修2

第二章分子结构与性质第三节分子结构与物质的性质学习目标1.了解范德华力的实质及对物质性质的影响。2.了解氢键形成的条件及存在，学会氢键的表示方法，会分析氢键对物质性质的影响。2.3.2分子间的作用力教材内容：P55-58壁虎为什么能紧紧贴着墙壁？近年来，有人用计算机模拟，证明壁虎的足与墙体之间的作用力在本质上是它的细毛与墙体之间的范德华力。图2-24壁虎细毛结构的仿生胶带

科学•技术•社会——壁虎与范德华力【新课导入】教材：P56下雪不冷，化雪冷；水变成水蒸气(100℃)；3000℃时，水会分解生成氢气和氧气。这说明了什么？2H2O(l)

=2H2(g)+O2(g)

H2O(s)=H2O(l)H2O(l)=H2O(g)1.冰融化\水沸腾发生的是物理变化，水的分解发生的是化学变化。2.冰融化\水沸腾和分解都需要破坏微粒间的作用力。冰融化\水沸腾破坏的是分子间的某种作用力，而水的分解是分子内H—O共价键被破坏。冰融化\水沸腾的温度远比水分解的温度低，说明这种分子间作用力很弱。比化学键的键能小。∆H>0【新课导入】1.概念：范德华（vanderWaals）是最早研究分子间普遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。范德华(1837-1923)：荷兰物理学家，最早研究分子间普遍存在作用力。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。2.

本质：分子间的一种静电作用3.特点：(1)广泛存在于分子之间(2)只有分子充分接近时才能体现(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，总是尽可能多的吸引其他分子。(4)范德华力很弱，比化学键的键能小1~2数量级(通常小10-100倍)大约只有几到几十KJ·mol-1微粒间作用力能量kJ·mol-1化学键100-600范德华力2-20一、范德华力4.存在：(1)大多数共价化合物(原子间以共价键相互连接,按一定结合方式形成分子)分子之间有分子间作用力,例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各种有机化合物（如CH4）等(2)大多数非金属单质：例如：H2、P4、S8、C60等(3)各种稀有气体(单原子分子)：例如Ar、Kr等注意：离子化合物和金属单质不存在分子间作用力；金刚石(C)、单质硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等原子晶体，内部只有共价键，不存在分子。石墨层与层之间存在分子间作用力。分子ArCOHIHBrHCl分子量4028128.581.536.5范德华力(kJ/mol)8.508.7526.0023.1121.145.影响因素：(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(2)相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大分子相对分子质量分子的极性范德华力(kJ·mol-1)CO28极性8.75N228非极性8.50结论：结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高分子相对分子质量分子的极性熔点/℃沸点/℃N228非极性-210.00-195.81CO28极性-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、沸点越高单质相对分子质量熔点/℃沸点/℃F238-219.6-188.1Cl271-101-34.6Br2160-7.258.78I2254113.5184.4单质相对分子质量沸点/℃正戊烷7236.1异戊烷7228新戊烷7210结论：在同分异构体中，一般来说，支链数越多、越分散,分子间范德华力越弱，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。6.范德华力对物质性质的影响：（1）范德华力对物质的熔、沸点的影响——范德华力越大、熔沸点越高。①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，物质熔、沸点越高②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，物质熔、沸点越高③在同分异构体中，一般来说，支链数越多，范德华力越小，物质熔、沸点就越低（2）范德华力对物质溶解性的影响——溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质的溶解性越大。固体→液体→气体的过程，熵值增大，分子间的距离不断被拉开，这个过程是分子吸收外界能量，克服范德华力某分子的范德华力如果越大，克服它就需要吸收外界更多的能量，因此只有外界温度较高时，分子才能顺利克服范德华力，实现固体→液体ia→气体的三态变化范德华力越大，则分子的熔沸点越高（与化学性质无关）范德华力是怎样影响分子的物理性质（如熔沸点）的？注意：键能大小影响分子的热稳定性,范德华力的大小主要影响物理性质，包括物质的熔、沸点及溶解性等例如;稀有气体在水中的溶解度从氦到氡依次增大。小结

夏天经常见到许多壁虎在墙壁或天花板上爬行，却掉不下来，壁虎为什么能在天花板上爬行自如？这曾是一个困扰科学家一百多年的谜。用电子显微镜可观察到，壁虎的四足覆盖着几十万条纤细的由角蛋白构成的纳米级尺寸的毛。壁虎的足有多大吸力？实验证明，如果在一个分币的面积上布满100万条壁虎足的细毛，可以吊起20kg重的物体。近年来，有人用计算机模拟，证明壁虎的足与墙体之间的作用力在本质上是它的细毛与墙体之间的范德华力。壁虎与范德华力

情景再现1．人们熟悉的影片《蜘蛛侠》为我们塑造了一个能飞檐走壁、过高楼如履平地的蜘蛛侠，现实中的蜘蛛能在天花板等比较滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不能从天花板上掉下的主要原因是(

)A．蜘蛛脚的尖端锋利，能抓住天花板B．蜘蛛的脚上有“胶水”，从而能使蜘蛛粘在天花板上C．蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间的范德华力这一“黏力”使蜘蛛不致坠落D．蜘蛛有特异功能，能抓住任何物体2.将干冰气化，破坏了CO2分子晶体的

。3.将CO2气体溶于水，破坏了CO2分子

。4.BF3的熔点比BCl3________(填“高”“低”或“无法确定”)。解析:蜘蛛不能掉下的根本原因是蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力。C低分子间作用力共价键对点训练

-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸点/℃周期一些氢化物的沸点固态非金属元素的氢化物，熔沸点与其Mr有关．一般：同一主族非金属氢化物，从上到下，Mr逐渐增大，熔沸点应逐渐升高．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分子间作用力—氢键．注意：并不是有氢就能形成氢键，必须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电负性很大的原子之间才能形成氢键。H—O键极性很强无内层电子，几乎成为“裸露”的质子电负性大，半径小氢键OHHOHHδ＋δ＋δ－δ－…半径小，含孤对电子δ＋δ＋1、概念：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（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。形成原理：例如在水分子的O-H中，共用电子对强烈的偏向O，使得H几乎成为“裸露”的质子(H+)，这种显正电性H与另一个水分子中相对显负电性的O的孤电子对接近并产生静电作用，这种静电作用就是氢键。2.本质：也是一种静电作用(1)要有与电负性很大的原子X相连(以共价键结合)的氢原子；(2)要有电负性很大且含有孤电子对的原子Y；(3)X与Y的原子半径要小.(X\Y可以是同种元素,也可以是不同种)综上所述，能形成氢键的元素一般是F、O和N。(C原子半径较大、无孤对电子、电负性较小、吸引电子能力较弱，一般不形成氢键。)3.形成条件点拨：一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。二、氢键O—H…ON—H…NF—H…F4.表示方法：通常用X—H…Y—来表示(X、Y可以相同，也可以不同),“—”表示共价键

,“…”表示形成的氢键（X、Y一般为N、O、F）。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5.键长：X—H···Y，指XY之间的距离。注意：氢键的键长一般定义为X—H…Y的长度，而不是H…Y的长度类型1234水分子间O—H···ONH3分子间N—H···NHF分子间F—H···F氨水中O—H···ON—H···NN—H···OO—H···NHF水溶液中O—H···OF—H···FF—H···OO—H···F键长教材：P57图2-256.氢键的特点：具有方向性和饱和性(1)方向性：A—H…B—总是尽可能在同一直线上。

(2)饱和性：

每个裸露的氢原子核只能形成一个氢键每个孤电子对也只能形成一个氢键。A—H与B形成分子间氢键时，3个原子总是尽可能沿直线分布，使A，B尽量远离，这样电子云排斥作用最小，体系能量最低，氢键最强，最稳定，所以氢键具有方向。由于H原子半径比A，B的原子半径小得多，当H与一个B原子形成氢键A—H···B后，H周围的空间被占据，A，B的电子云排斥作用将阻碍另一个B原子与H靠近成键，即H只能与一个B形成氢键，氢键具有饱和性。H的体积小，1个H只能形成1个氢键7.氢键强度(键能大小)结论：氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力(因此氢键只能影响物理性质)，其键能介于化学键和范德华力之间。氢键的强弱：与X和Y原子的电负性(吸引电子能力)及半径大小有关：电负性大，半径小，则氢键强。F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N类型强度化学键一般在100~600kJ•mol－1范德华力一般在2~20kJ•mol－1氢键一般不超过40kJ•mol－1，比范德华力大些

化学键>氢键>范德华力注意：存在氢键的分子间也存在范德华力,但存在范德华力的分子间不一定存在氢键。氢键键能：指断开单位物质的量的X—H···Y中

的H···Y键所需要的能量。氢键X－H···Y键能/(KJ/mol)键长/pm代表性例子F－H···F28.1255(HF)nO－H···O18.8276冰O－H···O25.9266甲醇、乙醇N－H···O20.9286CH3CONH2N－H···N5.4338NH38.氢键的种类(1)分子间氢键

氢键普遍存在于已经与N、O、F形成共价键的氢原子与另外的N、O、F原子之间。如：HF、H2O、NH3

相互之间C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之间某些物质在分子内也可形成氢键当苯酚在邻位上有—CHO、—COOH、—NO2和—OH时，可形成分子内的氢键,组成“螯合环”的特殊结构.(2)分子内氢键对羟基苯甲醛不属于化学键这里的氢键，不属于分子间作用力,属于分子内官能团之间的作用力。邻羟基苯甲醛邻羟基苯甲酸邻羟基硝基苯硝酸不属于化学键，属于分子间作用力注：氢键具有方向性，分子间氢键常是直线形的，分子内氢键多是折线形易形成平面环，环的大小以五或六原子环最稳定。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.(1)对物质熔、沸点的影响(2)对物质溶解度的影响邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1（1.1x10-3）比对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1（2.9x10-4）大邻苯二甲酸存在分子内氢键，邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1比对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1大补充：氢键对物质电离性质(化性)的影响

9.氢键对物质物理性质的影响：(3)对物质密度的影响(以水为例)分子间氢键

例：互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔沸点比能形成分子间氢键的物质的低。分子内氢键邻羟基苯甲醛(熔点-7℃)OHCHO对羟基苯甲醛(熔点115℃)OHCHO9.氢键对物质物理性质的影响：(1)氢键对物质熔沸点的影响：分子内氢键使物质熔、沸点降低：分子内氢键可以使分子更稳定。且分子内氢键的形成会削弱分子间氢键形成，故一般熔沸点较低。9.氢键对物质物理性质的影响：(1)氢键对物质熔沸点的影响：分子间氢键使物质熔、沸点升高：分子间存在氢键时，大大地加强了分子间的结合力，物质在熔化或汽化时，除需破坏范德华力外，还需破坏分子间氢键，消耗更多的能量，所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔、沸点。这种反常现象是由于它们各自的分子间形成了氢键。

3.对于同一主族非金属元素的氢化物而言，从上到下，相对分子质量逐渐增大，熔沸点应逐渐升高。而HF、H2O、NH3却出现反常。例如：1.醇(含氢键)比相对分子质量相当的烃(无氢键)熔沸点高；2.醇(含氢键)比含有相同碳原子数的醚(无羟基H无氢键)熔沸点高沸点H2O、HF、NH3沸点依次降低的原因：物质的沸点与氢键的强弱和数目有关:单个氢键的键能是(HF)n＞H2O＞(NH3)n，而平均每个分子含氢键数：水中2个，(HF)n和(NH3)n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是(H2O)nX2＞(HF)n＞(NH3)n因此：沸点H2O>HF>NH3注意:标况下，HF非气态思考与讨论物质溶解性CH3CH3难溶CH3CH2OH互溶CH3CHO互溶CH3COOH互溶9.氢键对物质物理性质的影响：(2)氢键对溶解度的影响极性溶剂里，溶质分子与溶剂分子间的氢键使溶质溶解度增大，如HCl-1:500，NH3-1:700。

2.为什么甲醛易溶于水？δ-δ+δ+δ-δ+δ+极性分子甲醛能和H2O之间形成氢键原子电负性C2.5H2.1O3.5

低级醇、醛、酮、羧酸等分子都能与水分子间形成氢键，均可溶于水。1.NH3为什么极易溶于水？提示：极性分子易溶于极性分子形成的溶剂中。(“相似相溶”)

①NH3与H2O之间形成分子间氢键；②NH3和H2O均是极性分子思考与讨论(1)水分子间形成氢键，增大了水分子间的作用力，使水的熔、沸点比同主族元素氢化物的熔、沸点反常的高。(2)实验证明：接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量的测定值比按化学式H2O计算出来的相对分子质量大一些。(3)水结冰时，体积增大，密度减小。10.氢键对水性质的影响：用氢键能够解释这种异常性：接近水的沸点的水蒸气中存在相当量的水分子因氢键而相互缔合，形成所谓的缔合分子(H2O)n。熔点/℃沸点/℃ρ(0℃)ρ(4℃)ρ(20℃)ρ(100℃)0.00100.000.9998411.0000000.9982030.958354在水蒸气中，水以单个的H2O分子形式存在；无氢键。在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成(H2O)n；在固态水(冰)中，水分子大范围地以氢键互相联结(也存在范德华力)冰的密度比液态水小，在4℃时水的密度最大的原因在冰的晶体中，每个水分子周围有4个紧邻的水分子。氢键（具有方向性）的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。密度比液态水小。所以当冰刚刚融化为液态水时。热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离增大，密度渐渐减小。冰中一个水分子周围有4个水分子冰的结构冰融化，分子间空隙减小水的熔点(℃)水的沸点(℃)水在0℃时密度(g/ml)水在4℃时密度(g/ml)0.00100.000.99981.0000装满水的玻璃瓶切勿放入急冻室思考与讨论1.水结冰时体积增大，密度减小，从而浮在水面;2.冰浮在水面，成为一隔热层，使下面的水的温度保持在4℃左右;3.结冰时散热，冰融时吸热，这一过程有缓冲水温变化的作用，也有利于生物的生存。怎样理解水的密度在4℃时最大？水的这一特殊性对生命的存在有什么重要意义？氢键的意义和价值化学与生活试管玻璃的SiO2与水分子间形成氢键，使水沿着试管壁上升，从而形成凹液面。

请你结合图像中的微观结构，试解释试管液面呈现凹液面的原因？思考与讨论1.氢键的形成都会使物质的熔、沸点升高。(

)2.氢键是一种特殊的化学键,它广泛存在于自然界中的物质中。(

)3.HF的沸点较高,是因为H—F键的键能很大。(

)4.每个水分子内含有两个氢键()5.在水蒸气、水和冰中都含有氢键()6.分子间形成氢键能使物质的熔点和沸点升高()7.HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键()8.邻羟基苯甲醛的熔点比对羟基苯甲醛的熔点高()判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)×××√××××对点训练氢键与熔沸点形成分子间氢键会使物质熔沸点增大，形成分子内氢键会使物质熔沸点降低同为分子晶体，×××存在氢键