3.4 分子间作用力 分子晶体 第1课时 课件 -2024-2025学年高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修2

专题3微粒间作用力与物质性质第四单元

分子间作用力

分子晶体3.4.1范德华力

氢键

核心素养目标宏观辨识与微观探析：学生能够从宏观现象（如物质的熔点、沸点、溶解性、密度、黏度等）深入理解其微观本质，即分子间作用力（范德华力和氢键）的差异与作用方式，建立宏观性质与微观结构之间的紧密联系。证据推理与模型认知：依据给定的物质性质数据（如氢化物沸点、有机物熔沸点等）和实验现象（如冰的密度反常、氨在水中的溶解性等），引导学生进行合理推理，构建分子间作用力影响物质性质的思维模型。教学重难点重点深入剖析范德华力的影响因素，通过实例对比清晰阐述其如何影响物质的熔点、沸点、溶解度等关键物理性质详细讲解氢键的形成条件（氢原子与电负性大、半径小的原子共价结合且存在合适的孤电子对原子）、表示方法（X—H…Y）和分类。难点由于氢键涉及到分子间较为复杂的静电作用和电子云分布变化，学生理解起来具有一定难度。在实际化学问题中，许多物质的性质受到范德华力和氢键的共同影响，且二者作用程度和方式各异，这使得学生在综合分析时容易混淆和判断失误。同学们，在我们的日常生活中，会遇到许多奇妙的现象。比如，水在常温下是液态，而硫化氢在常温下却是气态，这是为什么呢？还有，为什么乙醇能与水以任意比例互溶，而乙醚在水中的溶解度却很小呢？再看冬天的雪花，它们为什么会呈现出如此美丽而规则的六边形结构呢？这些现象都与分子间的作用力密切相关。今天，我们就一起来探究分子间作用力中的范德华力和氢键，看看它们是如何在微观世界里发挥作用，从而影响物质的宏观性质的。课前导入范德华力分子间作用力(1)概念：将分子聚集在一起的作用力称为分子间作用力。(2)存在：共价分子间都存在分子间作用力。(3)特点：分子间作用力本质上是一种静电作用，比化学键弱得多。(4)分类：范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。范德华力(1)存在：范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体分子之间的一种作用力。(2)特点：与共价键相比，范德华力较小，一般没有饱和性和方向性。(3)影响因素：①分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。②组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大。范德华力(4)对物质性质的影响：①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。Ⅰ：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；CH4<C2H6<C3H8<C4H10。Ⅱ：组成相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。Ⅲ：在同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。②溶质与溶剂分子间的范德华力越大，物质的溶解度越大范德华力的几种不同类型1.电荷分布不均匀的分子（如HCl、H2O等）之间以其带异号电荷的一端互相吸引，产生的静电作用使分子按一定的取向排列（如图a所示），从而使体系处于比较稳定的状态。2.电荷分布均匀的分子（如O2、N2、CO2等），由于核外电子的不断运动，分子中电子产生的负电荷重心与原子核产生的正电荷重心瞬时不重合，使分子的电荷分布不均匀，其带异号电荷的一端也互相吸引，这样分子间也会产生静电作用力（如图b所示）。范德华力的几种不同类型3.电荷分布均匀的分子在电荷分布不均匀的分子的作用下，导致电荷分布均匀的分子的负电荷重心和正电荷重心不重合，其带异号电荷的一端也互相吸引，产生静电作用力（如图c所示）。范德华力的几种不同类型范德华力与化学键的比较化学键范德华力概念是物质中直接相邻的原子或离子之间存在的强烈的相互作用是一种普遍存在于固体、液体和气体中分子之间的作用力存在分子(或晶体)内原子间分子间(近距离)强弱较强比化学键弱得多对物质性质的影响影响化学性质(分子)和物理性质(晶体)主要影响物理性质氢键氢键1．氢键的形成和表示H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y之间形成氢键，通常用X—H…Y表示。上述X、Y通常指N、O、F等。2．氢键的特点(1)氢键可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部。(2)氢键比化学键弱，比范德华力强。(3)氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。水分子之间形成氢键的示意图氢键的形成氢键对物质物理性质的影响分子间氢键对物质物理性质的影响(1)含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点。如氟化氢的熔、沸点比氯化氢高。(2)含有分子间氢键的液体一般黏度比较大。如甘油、硫酸等。(3)分子间氢键的存在使溶质在水中的溶解度比较大。如氨极易溶于水，乙醇和水能以任意比互溶等。氢键对物质物理性质的影响含有分子内氢键的物质具有较低的熔、沸点。例如，邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，对羟基苯甲醛能形成分子间氢键。当对羟基苯甲醛熔融时，需要消耗较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛。醋酸和硝酸相对分子质量接近，但两种物质的熔点和沸点相差很大，因为醋酸分子形成了分子间氢键，而硝酸分子形成了分子内氢键。氢键对物质物理性质的影响对物质密度的影响：氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。水的沸点较高，水结冰时体积膨胀、密度减小。水的这些特殊物理性质与水分子之间形成的氢键有关。水蒸气中水分子主要以单个分子的形式存在，液态水中多个水分子通过氢键结合在一起，形成(H2O)n。冰中所有水分子中的氢原子都参与形成氢键，使水分子之间的间隙增大，由此形成一个有很多“孔洞”的结构，使冰的密度小于水，所以冰浮于水上。大多数物质在固态时的密度要比液态时大，而水是一个例外。正是由于氢键的存在，冬季江河、湖泊中鱼类等生物才免遭冻死的灾难，人们也可以在冰上开展冰球、滑冰等运动项目。氢键对物质物理性质的影响冰上运动项目氢键对于生命非常重要，生物体内的蛋白质和DNA(脱氧核糖核酸)的分子内或分子间都存在着大量的氢键。氢键对维持生物大分子的空间构型和生理活性具有重要意义。例如，生物的遗传基因本质上就是DNA分子中的碱基顺序，而DNA的双螺旋结构，像双股电线一样缠绕在一起，它是由两条DNA大分的碱基通过氢键配对形成的。此外，更复杂的DNA双螺旋结构也是靠大量氢键相连而稳定存在于生命体中的。氢键在DNA分子中扮演着相当重要的角色。没有氢键的存在，也就没有这些特殊而又稳定的大分子结构。正是这些大分子支撑了生物机体，担负着营养贮存、遗传信息的编码和复制等一切生物功能。DNA的双螺旋

结构示意图氢键与生活的重要联系自氢键被发现以来，化学家们就从未间断对它的研究。氢键广泛存在于许多化合物和溶液中，对物质性质的影响很大，如熔、沸点，在不同溶剂中的溶解性能等。生活中常见的纸张、衣物、皮革、煤炭、润滑油脂以及棉花等纤维素类材料中，人体中与生命息息相关的蛋白质和核酸中都有氢键存在，肌肉的运动也与氢键的形成与断裂有关。在化学工业中有关氢键应用的例子就更多了，色谱技术、极谱分析法以及吸附等方法都与氢键有关。煤中的氢键对煤的性质、结构及转化等都有重要的影响，通过煤中氢键的调控可以实现煤的优化和高效转化。弱作用力的“强作用”“超分子”被称为共价键分子化学的一次升华，超分子化学被称为“超越分子概念的化学”。在形成超分子的各种分子间相互作用中，氢键尤为特殊，被称为“超分子化学中的万能相互作用”。氢键的强度在化学键和范德华力之间，具有方向性和饱和性，使得它在超分子自组装过程中起着关键的作用。利用分子间氢键键合，可以按照所希望的方式将一定的结构单元或功能单元组装成具有储存信息、转移信息和催化功能的超分子结构，使现代化学在生命科学、材料和信息技术等方面发挥更大的作用。而用传统的有机合成方法，是很难制备上述材料的。氢键的存在(1)H原子必须与N、O或F原子以共价键结合。如：①含羟基（-OH）的化合物：水分子、含氧酸（如H2SO4、CH3COOH）、醇类（如C2H5OH）等。②含氨基（-NH2）的化合物：NH3、R-NH2等。③HF。(2)含有N、O、F（有孤电子对存在、与电负性较小的原子相连）的化合物。①（1）中所列举的几类物质。②含碳氧双键的化合物：如醛（-CHO）、羧酸（-COOH）等。③含硝基（-NO2）的化合物。课堂小结范德华力分子间作用力21分子间作用力氢键3概念、特点分类存在和特点对物质性质的影响形成和表示方法分类和特点对物质性质的影响4范德华力、氢键对物质性质的影响熔、沸点溶解性密度、黏度课堂练习1．下列说法正确的是(

)A．H2O的热稳定性比H2S强，是因为H2O分子间作用力比H2S强B．离子化合物中一定含有离子键，一定不含共价键C．NaClO是含有两种类型化学键的离子化合物D．SiO2属于共价晶体，熔化时破坏共价键和分子间作用力C2．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是(

)A．范德华力、范德华力、范德华力B．范德华力、范德华力、共价键C．范德华力、共价键、共价键D．共价键、共价键、共价键B3．下列现象与氢键有关的是(

)①H2O的熔、沸点比ⅥA族其他元素简单氢化物的高②水分子高温下也很稳定③接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式H2O计算出来的