分子间的作用力氢键高二化学课件（人教版选择性必修2）

第三节分子结构与物质的性质第2课时分子间作用力氢键【课程目标】1.认识分子间存在相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力。2.了解分子内氢键和分子内氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。气体在加压或降温时为什么会变为液体、固体？气态水液态水【情境引入】固态水分子间普遍存在相互作用力，这类分子间的作用力称为范德华力。范德华(1837-1923)荷兰物理学家，提出了范德华方程，研究了毛细作用，对附着力进行了计算，推导出物体气、液、固三相相互转化条件下的临界点计算公式。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。一、范德华力一、范德华力1.定义：把分子聚集在一起的相互作用力2.实质：分子间的静电作用。3.范德华力广泛存在于分子之间，但只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中。4.范德华力没有饱和性和方向性。

只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。一、范德华力5.范德华力的大小和特征分析表中数据，范德华力的大小有什么特点？1.范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级分子HClHBrHI431.8366298.721.1423.1126.00

(通常小10-100倍)

结论：2.组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大大约只有几到几十KJ·mol-1结论3、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极性分子8.75N228非极性分子8.50分析表中数据，范德华力的大小有什么特点？【思考交流】[总结]范德华力的大小和特征1.范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级(通常小10-100倍)

2.组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大3、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。如范德华力：CO>N2如范德华力：HCl<HBr<HI6、范德华力对物质熔、沸点的影响加热过程中物质的状态变化的微观模拟过程加热加热分子的极性越大相对分子质量越大范德华力越大物质的熔、沸点越高气态液态固态→分子在固、液、气三态时均存在范德华力，但是气态时分子间距很大，常忽略气体分子间的范德华力→分子间的范德华力越大，物质的熔、沸点越高分子HClHBrHIArCO21.1423.1126.008.508.75熔点/℃-114.2-86-50.8-189.2-205沸点/℃-85-67-35.1-185.9-191.5

6、范德华力对物质熔、沸点的影响熔、沸点:HCl<HBr<HIArCO<单质相对分子质量熔点/℃沸点/℃Cl271﹣101﹣34.6Br2160﹣7.258.78I2254113.5184.4→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、沸点越高。如熔、沸点：F2＜Cl2＜Br2＜I2。Br2I2气态液态固态常温下Cl2→分子间的范德华力越大，物质的熔、沸点越高6、范德华力对物质熔、沸点的影响四卤化碳的熔沸点与相对分子质量的关系熔、沸点：CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4结构式化学式相对分子质量沸点/℃①CH3OH(甲醇)CH4O3264②CH3CH2OH(乙醇)C2H6O4678③CH3CH2CH2OH(丙醇)C3H6O6097饱和一元醇的熔沸点与相对分子质量的关系沸点：CH3OH(甲醇)＜CH3CH2OH(乙醇)＜CH3CH2CH2OH(丙醇)单质相对分子质量沸点/℃正戊烷7236.1异戊烷7228新戊烷7210→互为同分异构体的分子，支链越多、越分散，分子间范德华力越弱，熔、沸点就越低→分子间的范德华力越大，物质的熔、沸点越高6、范德华力对物质熔、沸点的影响沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷注意：键能大小影响分子的热稳定性,范德华力的大小影响物质的熔、沸点。3．互为同分异构体的分子，支链越多、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。2.相对分子质量相近的物质，分子极性越大(电荷分布越不均匀)，范德华力越大

其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。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，

如熔、沸点：CF4<CCl4<CBr4<CI4。[总结]范德华力对物质熔、沸点的影响壁虎在墙壁或天花板上爬却掉不下来，为什么？科学•技术•社会P56壁虎与范德华力壁虎为什么能在天花板土爬行自如？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土布满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。-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸点/℃周期一些氢化物的沸点→对于同一主族非金属元素氢化物而言，从上到下，分子量逐渐增大，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作用．这种作用就是氢键．三、氢键及其对物质性质的影响1.氢键概念：氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很强的原子之间的作用力.P57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相互作用，称为氢键.---水分子间的氢键

水分子间的氢键

氢键OHHδ＋δ＋δ－…构成条件①部分裸露的氢原子核②电负性很大且半径小的原子提供孤电子对H—O键极性很强OHHδ－无内层电子，几乎成为“裸露”的质子(N、O、F)电负性大，半径小δ＋δ＋→每个水分子最多可与相邻的水分子形成4个氢键三、氢键及其对物质性质的影响2.氢键的表示方法:X—H---Y（X、Y一般为F、O、N）共价键氢键3.氢键的本质：→不属于化学键→氢键介于范德华力和化学键之间,是一种较弱的静电作用力。氢键键长三、氢键及其对物质性质的影响①

与电负性大且半径小的原子(F、O、N)相连的H4.氢键形成的两个条件:②在附近有电负性大,半径小的原子(F、O、N)O—H…ON—H…NF—H…F三、氢键及其对物质性质的影响5.氢键的特征：具有方向性和饱和性①方向性(X—H…Y三个原子尽可能在同一条直线上)→原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小,形成的氢键最强,体系最稳定→原因是H原子半径很小,再有一个原子接近时,会受到X、Y原子电子云的排斥。②饱和性(一个X—H只能和一个Y原子结合)→氢键强弱与X和Y的吸引电子的能力有关，一般X、Y元素吸引电子能力越强(即电负性越大)，则氢键越强。6.氢键的强弱三、氢键及其对物质性质的影响X—H…Y→氢键强弱变化顺序为：F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N7.氢键的分类①分子间氢键如：HF、H2O、NH3

相互之间C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之间三、氢键及其对物质性质的影响②分子内氢键某些物质在分子内也可形成氢键，例如当苯酚在邻位上有—CHO、—COOH、—OH和—NO2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：例如：对羟基苯甲醛对羟基苯甲酸

(1)分子间氢键：邻羟基苯甲醛邻羟基苯甲酸邻硝基苯酚氢键氢键氢键氢键氢键(不属于分子间作用力)(属于分子间作用力)(1)对物质熔、沸点的影响三、氢键及其对物质性质的影响8.氢键对物质物理性质的影响①分子间氢键使物质熔、沸点升高-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸点/℃周期一些氢化物的沸点②分子内氢键使物质熔、沸点降低注意:标况下，HF非气态邻羟基苯甲醛对羟基苯甲醛分子内氢键分子间氢键(熔点-7℃沸点196.5℃)(熔点115℃沸点246.6℃)(2)氢键对水分子的影响三、氢键及其对物质性质的影响8.氢键对物质物理性质的影响水的熔点(℃)水的沸点(℃)水在0℃时密度(g/ml)水在4℃时密度(g/ml)0.00100.000.99981.0000②水结冰时,体积膨胀,密度降低①氢键使水分子沸点反常的高→每个水分子与4个水分子相邻→水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键。→常温下液态水中除了含有简单H2O外，还含有通过氢键联系在一起的缔合分子(H2O)2、(H2O)3……(H2O)n等。当水结成冰后，水分子大范围地以氢键互相联结成为晶体，因此在冰的结构中形成许多空隙，体积膨胀，密度减小。冰(2)氢键对水分子的影响三、氢键及其对物质性质的影响8.氢键对物质物理性质的影响②水结冰时,体积膨胀,密度降低①氢键使水分子沸点反常的高③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。用氢键解释这种异常性：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。“水上漂”

水中的氢键很脆弱，破坏的快，形成的也快。总的结果是水分子总是以不稳定的氢键连在一片。水的这一特性使水有了较强的内聚力和表面能力。由于具有较高的表面能力，所以昆虫能在水面上行走。当然也和昆虫本身所具有的结构有关系.思考1：为什么NH3极易溶于水？提示

①NH3与H2O之间形成分子间氢键；②NH3和H2O均是极性分子(3)氢键对物质溶解度的影响三、氢键及其对物质性质的影响8.氢键对物质物理性质的影响问题：NH3溶于水主要是形成N-H…Ｏ还是形成O-H…N?极性分子易溶于极性分子形成的溶剂中。(“相似相溶”)√思考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(3)氢键对物质溶解度的影响三、氢键及其对物质性质的影响8.氢键对物质物理性质的影响→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.(1)试表示HF水溶液中的氢键深度思考提示

F—H…F

O—H…F

F—H…O

O—H…O(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。提示生物大分子中的氢键科学•技术•社会P58生命体中许多大分子内也存在氢键生物大分子中的氢键科学•技术•社会P58羊毛纤维是蛋白质构成的，蛋白质上的氨基和羰基可能会形成氢键。羊毛在浸水和干燥的过程中，会在这些氢键处纳入水和去除水，而且其变化往往是不可逆的，从而改变了原先蛋白质的构造，即原先的氢键部位可能发生移动，由此引起羊毛织品变形。解决问题羊毛织品水洗后为什么会变形

DNA分子有两条链，链内原子之间以很强的共价键结合，链之间则是两条链上的碱基以氢键配对，许许多多的氢键将两条链连成独特的双螺旋结构，这是遗传基因复制机理的化学基础。DNA双螺旋结构中的氢键解决问题化学键范德华力氢键存在范围分子内，原子间分子之间分子间或分子内作用力强弱较强比化学键的键能小1～2个数量级比化学键的键能小1～2个数量级，介于范德华力和化学键之间特征无方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性对物质性质的影响主要影响化学性质主要影响物理性质（如熔、沸点）主要影响物理性质（如熔、沸点、溶解度）【归纳小结】【知识拓展】构成物质的微粒之间的作用力1.非金属单质：有的非金属单质，内部只有共价键，不存在分子，例如金刚石（C）；Si有的非金属单质，原子之间靠共价键连接，并形成分子，分子之间有分子间作用力，如C60、P4、H2、O2C60金刚石2.共价化合物：如果原子按一定的结合方式形成分子，则分子之间有分子间作用力；例如CO2,NO,NO2N2O3,SO2；而有些共价化合物不形成分子，例如SiO2，只有Si—O键，没有分子间作用力,再如SiC，只有Si—C键，没有分子间作用力。【知识拓展】构成物质的微粒之间的作用力3.离子化合物：由阳离子与阴离子构成，离子之间有离子键，没有分子这一概念，因此不存在分子间作用力。NaClCaF2【知识拓展】构成物质的微粒之间的作用力4.金属单质：由金属阳离子与自由电子构成，有金属键进行联系，无分子的概念，因此也不存在分子间作用力.【知识拓展】构成物质的微粒之间的作用力1.相似相溶四.溶解性p59(属于经验规律)而F2、Cl2、Br2、I2、萘是非极性分子,易溶于常见的非极性溶剂——CCl4、苯例如：蔗糖、NH3、HCl、SO2均为极性分子，易溶于最常见的极性溶剂——H2O→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”是经验规律，有不符合规律的情况。如，NO、CO都是极性分子，但是均难溶于水物质在水中的溶解性与哪些因素有关？【思考】四.溶解性p59①外界因素：主要有温度、压强等。

物质相互溶解的性质十分复杂，受许多因素影响。→固体溶解度主要受温度影响，大多数固体溶解度随温度升高而增大[Ca(OH)2例外]。

→气体溶解度随温度升高而减小，随压强的增大而增大。2.影响物质溶解性的因素四.溶解性p59②氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好

→CH3OH是极性分子，易溶于极性溶剂水，且甲醇与水分子间还存在氢键，使溶解度更大2.影响物质溶解性的因素→溶质和溶剂分子间存在氢键会提高溶解度【思考与交流】分析表中数据，解释溶解度变化规律名称甲醇乙醇1-丙醇1-丁醇1-戊醇溶解度/g∞∞∞0.110.030规律：随分子中的碳原子数增加，饱和一元醇在水中的溶解度逐渐减小。某些物质在293K,100g水中的溶解度→“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。

CH3OH、C2H5OH、

CH3CH2CH2OH中的—OH和H2O中的—OH相近，

因而甲醇、乙醇、丙醇能与水任意比例互溶。

丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)、戊醇(CH3CH2CH2CH2CH2OH)中烃基较大，其中的—OH跟水分子中的—OH相似性差异较大，因此它在水中溶解度明显减小。四.溶解性p592.影响物质溶解性的因素③分子结构→分子结构相似度越高，互溶性越好如，低级醇、低级醛、低级酸均易溶于水(当然也有氢键的因素)，高级醇、高级醛、高级酸含疏水基团(烃基)越大，溶解性越差。④溶质能与水反应，也会增大溶质在水中的溶解度如：NH3(1:700)、SO2(1:40)SO2＋H2OH2SO3

NH3+H2ONH3·H2O(1)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?→CH4是非极性分子，难溶于水。(2)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?油漆的主要成分是非极性或极性很小的有机分子，故易溶于非极性或极性很小的有机溶剂中，如苯、甲苯、乙酸乙酯等，而不溶于水。【思考与讨论】P59→NH3是极性分子，易溶于极性溶剂水中；而且NH3可以和H2O形成分子间氢键，使溶解度更大。【思考与讨论】P59(3)在一个小试管里放入一小粒碘晶体，加入约5mL蒸馏水，观察碘在水中的溶解性（若有不溶的碘，可将碘水溶液倾倒在另一个试管里继续下面的实验)。在碘水溶液中加入约1mlCCl4，振荡试管，观察碘被CCl4萃取，形成紫红色的碘的CCl4溶液。再向试管里加入1ml浓碘化钾(KI）水溶液，振荡试管，溶液紫色变浅，这是由于在水溶液里可发生如下反应:I2+I-I3-。实验表明碘在纯水还是在CCl4中溶解性较好?为什么？【思考与讨论】P59(3)在一个小试管里放入一小粒碘晶体，加入约5mL蒸馏水，观察碘在水中的溶解性（若有不溶的碘，可将碘水溶液倾倒在另一个试管里继续下面的实验)。在碘水溶液中加入约1mlCCl4，振荡试管，观察碘被CCl4萃取，形成紫红色的碘的CCl4溶液。再向试管里加入1ml浓碘化钾(KI）水溶液，振荡试管，溶液紫色变浅，这是由于在水溶液里可发生如下反应:I2+I-I3-。实验表明碘在纯水还是在CCl4中溶解性较好?为什么？→I2是非极性分子，所以在极性溶剂水中的溶解度很小，而易溶于非极性溶剂CCl4。→碘水中加人浓的KI溶液后，由于发生反应:I2+I-I3-，碘生成了无色的I3-，并溶解到水中，碘的浓度降低，所以溶液紫色变浅。分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释【思考与交流】水是极性溶剂，根据“相似相溶”，非极性溶质在水中的溶解度不大。非极性分子分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释【思考与交流】异常数据：CO2、Cl2是非极性分子，但在水中具有较好的溶解度。化学反应：如果溶质与水发生化学反应,可增大其溶解度。分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释【思考与交流】SO2是极性分子，且SO2能与水反应在该表中，氨气溶解度最高。NH3是极性分子，NH3和H2O发生反应，且NH3分子和H2O分子间能形成氢键1.相似相溶→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。【归纳小结】物质在水中的溶解性的影响因素

2.外界因素：主要有温度、压强等。

3.氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好

4.分子结构的相似性：分子结构相似度越高，互溶性越好5.溶质能与水反应，也会增大溶质在水中的溶解度[迁移应用]根据“相似相溶”规律，下列叙述不正确的是(

)A．白磷(P4)易溶于CS2，难溶于水B．NaCl易溶于水，难溶于CCl4C．碘易溶于苯，微溶于水D．卤化氢易溶于水，也易溶于CCl4D1．下列关于范德华力的叙述中，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，故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量B2．下列各组物质中，都是由极性键形成的极性分子的一组是(

)A．CH4和Br2

B．NH3和H2OC．H2S和CCl4

D．CO2和HCl解析:CH4、CCl4、CO2都是由极性键形成的非极性分子，NH3、H2O、H2S都是由极性键形成的极性分子，Br2是由非极性键形成的非极性分子。B3．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是(

)A．范德华力是决定由分子构成的物质的熔、沸点高低的唯一因素B．范德华力与物质的性质没有必然的联系C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质D．范德华力仅影响物质的部分物理性质D4.下列物质的变化中,破坏的主要是范德华力的是()A.碘单质的升华

B.NaCl溶于水C.将冰加热变为液态D.NH4Cl受热分解解析:碘升华只是状态发生了变化,破坏的是范德华力,没有破坏化学键;NaCl溶于水,会破坏离子键;冰由固态变为液态,破坏的主要是氢键;NH4Cl受热分解,破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。A5．下列关于范德华力的叙述中，正确的是(

)A．范德华力是化学键B．范德华力与化学键的强弱相同C．范德华力实质是一种静电引力D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量B6.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。C7.物质在不同溶剂中的溶解性,一般遵循“相似相溶”规律。下列装置中,不宜用作HCl尾气吸收的是(

)解析:A、D项装置可防止倒吸;B项因HCl不溶于CCl4,也可防止倒吸;利用C项装置吸收HCl会发生倒吸,容易引发实验事故。C8.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的沸点高于同主族其他元素气态氢化物的沸点B.氢键只能存在于分子间,不能存在于分子内C.根据氢键键能的大小可知,沸点高低顺序为HF>H2O>NH3D.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A9.下列说法正确的是(

)A．冰融化时，分子中的H—O键发生断裂B．随着卤素原子相对原子质量的增加，卤化物CX4(X为卤素原子)分子间作用力逐渐增大，所以它们的熔、沸点也逐渐升高C．由于H—O键比H—S键牢固，所以水的熔、沸点比H2S的高D．在由分子构成的物质中，分子间作用力越大，该物质越稳定B10．下列物质的结构或性质与氢键无关的是(

)A．乙醇的沸点B．乙醇在水中的溶解度C．氢化镁的熔点D．DNA的双螺旋结构C11．下列现象中，不能用“相似相溶”规律解释的是(

)A．乙醇与水以任意比例互溶B．用纯碱洗涤油脂C．氨易溶于水D．用苯将溴水中的溴萃取出来B12．下列化合物在水中的溶解度，排列次序正确的是(

)a．HOCH2CH2CH2OH