较强的分子间作用力

第2课时较强的分子间作用力一一氢键［学习目标定位］1.了解氢键形成的条件及氢键的存在。2.学会氢键的表示方法，会分析氢键对物质性质的影响。一氢键比较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V形极性分子，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。氢键的概念及表示方法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A—H-B—表示。式中A和B表示F、O、N，“一”表示共价键，"…”表示氢键。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。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。X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H、H—O、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。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。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，氢键可分为分壬间氢键和分王内氢键。5.氢键的类型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）。分于内宝键部控扯茉中醛蝌点*2V分于内宝键部控扯茉中醛蝌点*2V洗点e196.5对套家聚甲酸爆点：沸点：250（2）在氢键A—H（2）在氢键A—H・・・B一中，氢键的键能的大小与A、B的电负性大小有关，电负性越大，则键能越大，氢键越强。氢键的键能还与A、B原子的半径大小有关，尤其是与B原子的半径大小有关，半径越小，则键能越大，氢键越强。［活学活用］下列关于范德华力与氢键的叙述中正确的是（）任何物质中都存在范德华力，而氢键只存在于含有N、O、F的物质中范德华力比氢键的作用还要弱范德华力与氢键共同决定物质的物理性质范德华力与氢键的强弱都只与相对分子质量有关答案B解析只有由分子组成的物质中才存在范德华力A项错误；范德华力弱于氢键，B项正确；只有由分子组成且分子之间存在氢键的物质，其物理性质才由范德华力和氢键共同决定，C项错误；氢键的强弱主要与形成氢键的原子的电负性有关，D项错误。

2.甲酸可通过氢键形成二聚物，HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。2.甲酸可通过氢键形成二聚物，HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。H—C答案C—HH…。解析依据氢键的表示方法及形成条件画出。二氢键对物质性质的影响1.试比较下列物质的熔、沸点答案由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以1.试比较下列物质的熔、沸点答案由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以NH3极易溶于水。即:为什么冰浮在水面上？答案由于水分子之间存在氢键，水凝结为冰时，体积变大，密度变小；冰融化为水时，体积减小，密度变大。为什么测定接近沸点的水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的大？答案因在接近沸点时，水分子通过氢键形成“缔合”分子，所以水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的大。［归纳总结］氢键影响物质的熔、沸点分子间存在氢键时，使物质具有较高的熔、沸点。分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点。

氢键影响物质的溶解度。氢键的存在引起密度的变化。［活学活用］下列说法不正确的是（）HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点升高只与范德华力大小有关H2O的熔、沸点高于H2S，是由于水分子之间存在氢键乙醇与水互溶可以用“相似相溶”和氢键来解释邻羟基苯甲酸的熔点比对羟基苯甲酸的熔点低答案A解析含有氢键的典型氢化物分别是HF、H2O、NH3,它们的熔、沸点比相邻的同类氢化物要高。形成分子间氢键的分子比形成分子内氢键的分子的熔、沸点要高，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，而对羟基苯甲酸主要形成分子间氢键，熔、沸点相对要高。乙醇分子和水分子都是极性分子，相似相溶；又由于彼此间能形成氢键，增大了二者的相互溶解。下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第WA、VA、WA、WA族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第WA族元素气态氢化物的沸点的是曲；表示第WA族元素气态氢化物的沸点的是曲线；同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依次升高，其原因 同期同期A、B、C曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点，其原因是.，如果把这些氢化物分子间存在的主要影响沸点的相互作用表示为A-H-B，则A元素一般具有的特点是答案AD组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点升高H2O、HF、NH3分子间存在氢键电负性大，原子半径小解析WA、VA、WA、WA族第二周期元素的气态氢化物沸点最高的是水，最低的是甲烷；由图可知，A、B、C、D曲线中表示WA族元素气态氢化物沸点的是曲线A；表示WA族元素气态氢化物沸点的是曲线D。同一族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中分子间的范德华力依次增大，所以沸点依次升高。A、B、C曲线中第二周期元素的气态氢化物中都存在氢键，所以它们的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点。⑰学习小结范德华力、氢键及共价键的比较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原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用微粒分子或原子（稀有气体）氢原子、电负性很强的原子原子强度比较共价键〉氢键〉范德华力影响强度的因素①随着分子极性的增大而增大；②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大对于A—H-B—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力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点、沸点、溶解度等物理性质；组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高，如F<C1<Br<L，2 2 22CF4<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影响分子的稳定性；共价键的键能越大，分子稳定性越强当堂检测1.下列说法中不正确的是（）所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用只有电负性很强、半径很小的原子（如F、O、N）才能形成氢键氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强答案A

解析并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键氢键只形成于电负性强的元素（如N、O、F）与氢形成的氢化物的分子之间。氢键不是化学键，是介于范德华力和化学键之间的特殊作用力，本质上也是一种静电作用。下列事实不能用氢键来解释的（）冰的密度比水小，能浮在水面上NH3的沸点比PH3高邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛H2O的分解温度比H2S高得多答案D解析氢键使冰晶体中的水分子呈一定规则排列，空间利用率低，密度小；由于NH3分子间有氢键，所以其沸点比PH3高；邻羟基苯甲醛存在分子内氢键，而对羟基苯甲醛存在分子间氢键，故后者沸点较高。H2O比H2S分解温度高是因为H-O共价键比H-S共价键的键能大。下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是（）A.NHB.C.HOD.CHOHC.HO答案B解析形成氢键的分子含有N—H、H—O或H—F键。NH3、H2O、CH3CH2OH都有氢键但只存在于分子间。B只存在于分子间。B中的O、H间可形成分子间氢键，O—H键与一「 形成分子内氢键。下列几种氢键：①O—H-O，②N—H-N，③F—H-F，④O—H-N，按氢键从强到弱的顺序排列正确的是（）③”小②C.③犀①迤C.③犀①迤①小③蛇答案A解析F、O、N电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，故F—H-F中氢键最强，其次为O—H-O再次是O—H-N，最弱的为N—H-No

已知N、P同属于元素周期表的第VA族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107°。（1） PH3分子与NH3分子的构型关系是 （填“相同”、“相似”或“不相似”），P—H键极性（填“有”或“无”），PH3分子极性（填“有”或“无”）。（2） NH3与PH3相比，热稳定性更强的是 。⑶NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是 。键的极性N—H比P—H强分子的极性NH3比PH3强相对分子质量PH3比NH3大NH3分子之间存在特殊的分子间作用力答案（1）相似有有（2）NH3⑶D解析（1）N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。（2）由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律知，N比P的非金属性强。由元素的非金属性与氢化物之间的热稳定性关系知，NH3比PH3的热稳定性强。⑶“易液化”属于物质的物理性质，NH3与PH3都是通过共价键形成的分子，物理性质与化学键无关。按照范德华力与物质的物理性质的关系分析，应该是PH3比NH3的沸点高，PH3比NH3易液化。但由于NH3存在分子间氢键，故NH3比PH3易液化。40分钟课时作业［基础过关］一、对氢键概念的理解1.氨气溶于水中，大部分NH3与H2O以氢键（用“…”表示）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（）…H—OLh答案B解析从氢键的成键原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形，易于提供孤对电子，所以，以B方式结合空间阻碍最小，结构最稳定；从事实上讲，依据NH3-H2O NH++OH一可知答案是B。下列物质中含有氢键，且氢键最强的是（）人.甲醇 B.NH3C.冰 D.（HF）n答案D解析氢键可表示为X—H・・・Y—H（X、Y可相同也可不同，一般为N、O、F），当X、Y原子半径越小、电负性越大时，在分子间H与Y产生的静电吸引作用越强，形成的氢键越牢固。在硼酸［BOH3］分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是（）A.sp，范德华力 B.sp2，范德华力C.sp2，氢键 D.sp3，氢键答案C解析B原子最外层的3个电子都参与成键，故B原子可以形成sp2杂化轨道；B（OH）3分子中的—OH可以与相邻分子中的H原子形成氢键。故选C。二、分子间作用力对物质性质的影响下列事实与氢键没有关系的是（）H2O比H2S更难分解HF的熔、沸点高于HCl酒精可以和水以任意比例互溶邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛答案A解析溶质与水分子间形成氢键会促进溶解，分子间形成氢键会导致物质的熔、沸点升高，分子内形成氢键则会导致物质的熔、沸点降低。氢化物的稳定性与分子内的共价键的键能有关，与氢键无关。常见的氢化物分子间存在氢键的有HF、H2O、NH3。酒精分子中—OH极性强，能与水形成氢键。邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛易形成分子间氢键。下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是（）A.F>C1>Br>L2 2 22CF>CC1>CBr>CT4 4 4 4HF<HCl<HBr<HID-CH4<SiH4<GeH4<SnH4答案D解析物质的熔、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。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错误；同理B错误；C中虽然四种物质的相对分子质量增大，但是，在HF分子中存在氢键，故HF的熔、沸点是最高的。下列叙述正确的是（）由于氢键的存在，使水凝结为冰时密度减小，体积增大由于氢键的存在，导致某些物质的气化热、升华热减小氢键能存在于固态、液态甚至于气态中氢键能随时断裂、随时形成答案A解析氢键是比范德华力强而比化学键弱的一种分子间作用力水分子间形成氢键使水结成冰，水的密度减小，体积增大。共价键、离子键和范德华力是构成物质时粒子间的不同作用力。下列物质中，只含有上述一种作用力的是（）A.干冰 B.氯化钠C.氢氧化钠 D.碘答案B解析A中，干冰由CO2分子构成，故存在分子间作用力，CO2分子内部存在极性键；B中，氧化钠由Na+和Cl-构成，只存在离子键；C中，氢氧化钠由Na+和OH一构成，故存在离子键，OH一内存在极性键；D中，碘是由I2分子构成，故存在分子间作用力，I2分子内部存在非极性键。下列说法中错误的是（）卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键H2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关氨水中含有分子间氢键氢键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。下列事实与氢键无关的是()液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在冰的密度比液态水的密度小乙醇能与水以任意比混溶而甲醚(CH3—O—CH3)难溶于水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。比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是()乙醇与氯乙烷邻羟基苯甲酸①出.与对羟基苯甲酸(H00C-O()H)与邻羟基苯甲醛对羟基苯甲醛 J与邻羟基苯甲醛、J与邻羟基苯甲醛H2O与H2Te答案B解析氢键分为两类：存在于分子之间时，称为分子间氢键存在于分子内部时，称为分子内氢键。同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。如邻羟基苯甲酸、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；对于A选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5°C)高于氯乙烷的沸点(12.3。。)；同样道理，D选项中，H2O的沸点(100C)高于H2Te的沸点。［能力提升］氧是地壳中含量最多的元素。

氧元素基态原子核外未成对电子数为 。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。OH的沸点比^CH。高，原因是 。⑶H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为。答案(1)2(2)O—H键、氢键、范德华力邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大(3)sp3H2O中O原子有2对孤对电子，H3O+中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小解析(1)氧元素核外有8个电子，其基态原子核外电子排布为1s22s22p4,所以氧元素基态原子核外未成对电子数为2。(2)O—H键属于共价键，强度最大，分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴，但氢键要强于分子间的范德华力，所以它们从强到弱的顺序依次为O—H键、氢键、范德华力；氢键不仅存在于分子之间，有时也存在于分子内，邻羟基苯甲醛在分子内形成氢键，而在分子之间不存在氢键，对羟基苯甲醛正好相反，只能在分子间形成氢键，而在分子内不能形成氢键，所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。(3)依据价层电子对互斥理论知H3O+中O上的孤电子对数=2x(5-3X1)=1，由于H3O+的中心原子O的价层电子对数为3+1=4,所以H3O+的VSEPR模型为四面体，因此H3O+中O原子采用的是sp3杂化;同理可以计算出H2O中O原子上的孤电子对数=2x(6-2X1)=2，因此排斥力较大，水分子中H—O—H键角较小。X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和，E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：X、Y的元素符号依次为、；XZ2与YZ2分子的立体结构分别是 和，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是 (写分子式)，理由是 ;Q的元素符号是 ，它属于第周期，它的核外电子排布式为，在形成化合物时它的最高化合价为 ；用氢键表示式写出E的氢化物溶液中存在的所有氢键 。答案(1)SC(2)V形直线形SO2因为CO2是非极性分子，SO2和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，SO2在H2O中的溶解度较大⑶Cr四1s其阴离子的还原性按O2-、S2-、Se2-、Te2-的顺序依次增强其最高价氧化物的水化物酸性按H2SO其阴离子的还原性按O2-、S2-、Se2-、Te2-的顺序依次增强其最高价氧化物的水化物酸性按H2SO4、H2SeO4、H2TeO4顺序依次增强 火山喷发时会释放出许多H2S气体，请写出H2S分子的电子式。在H2S分子中，两个H—S键之间的夹角(填“大于”、“小于”或“等于”)180°,H2S分子属于(填“极性”或“非极性”)分子。 从下图可知氧族元素氢化物的沸点变化规律是 氧族元素气态氢化物的稳定性按H2O、H2S、H2Se、H2Te的顺序依次减弱其氢化物中的键长按O—H、S—H、Se—H、Te—H的顺序依次减小(4)F—H“・F、F—H“・O、O—H“・F、O—H-O解析由“X原子核外的M层中只有两对成对电子”则X为硫元素。“Y原子核外的L层电子数是K层的两倍”则Y为碳元素。“Z是地壳内含量最高的元素”则Z为氧元素。“Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和”则Q为铭元素，其元素符号为Cr，位于元素周期表的第四周期，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，在形成化合物时其最高化合价为+6价。"E在元素周期表的各元素中电负性最大”即E为氟(F)元素，在E的氢化物(HF)溶液中存在的所有氢键为F—H・・・O、O—H・・・F、O—H・・・O、F—H・・・F。XZ2与YZ2分别为SO2和CO2分子，其立体结构分别为V形(角形)和直线形，在相同条件下二者在水中溶解度较大的是SO2，原因是CO2是非极性分子，SO2和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，SO2在H2O中溶解度较大。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原于毋数答案(1)Te2->Se2->S2->O2-第三周期第WA族H.S*H(2)AC(3) ■；.'小于极性(4)除