2019学年高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 第4节 分子间作用力与物质性质教学案.doc

1第第 4 4 节节 分子间作用力与物质性质分子间作用力与物质性质课标要求1举例说明分子间作用力对物质的状态等方面的影响。2列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响。1.分子间作用力包括范德华力和氢键。2范德华力是普遍存在的一种分子间作用力，属于电性作用。3对于结构和组成相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力增强。范德华力越强，物质的熔点和沸点越高。4氢键属于一种较强的分子间作用力，分子间氢键使物质的熔、沸点升高，溶解性增大，分子内氢键使物质的熔、沸点降低。5氢键存在于含 HF、HO、HN 等化学键的分子间或分子内。6粒子间作用的强度：化学键氢键范德华力。范德华力与物质性质1分子间作用力(1)概念：分子间存在的一类弱的相互作用。(2)分类：包括范德华力和氢键。2范德华力(1)概念：分子间普遍存在的一种相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特点：比化学键的键能小得多。(3)实质：电性作用，没有饱和性和方向性。3范德华力与物质的性质(1)范德华力对物质性质的影响范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，如 F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点依次升高。(2)影响范德华力的因素结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越强。分子的极性越大，范德华力越强。21从作用强度来看，范德华力和化学键有什么不同？提示：范德华力属于弱相互作用，化学键属于强相互作用。2范德华力与化学键的作用微粒有什么不同？提示：化学键的成键微粒包括原子、离子、电子，范德华力存在于分子之间。1化学键与范德华力的比较化学键范德华力概念分子内相邻的原子间强烈的相互作用把分子聚集在一起的作用力存在分子内(或晶体内)原子或离子间分子间(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和物理性质主要影响物理性质2对范德华力存在的理解(1)离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力。(2)范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子之间及稀有气体分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质的微粒之间不存在范德华力。1判断正误(正确的打“” ，错误的打“×”)。(1)分子间作用力就是范德华力。( )(2)范德华力存在于任何物质中。( )(3)范德华力比化学键弱得多。( )(4)CH4、C2H6、C3H8的熔点、沸点依次升高。( )(5)HF、HCl、HBr、HI 的稳定性依次减弱，是因为分子间作用力依次减弱。( )答案：(1)× (2)× (3) (4) (5)×2下列叙述与范德华力无关的是( )A气体物质在加压或降温时能凝结或凝固B干冰易于升华C氟、氯、溴、碘单质的熔点、沸点依次升高D氯化钠的熔点较高解析：选 D 一般来说，由分子构成的物质，其物理性质通常与范德华力的大小密切相关。A、B、C 三个选项中涉及的物质都是由分子构成，故其表现的物理性质与范德华力3的大小有关系。只有 D 选项中的 NaCl 是离子化合物，不存在分子，故其物理性质与范德华力无关。氢键与物质性质1氢键的概念当氢原子与电负性大的原子 X 以共价键结合时，H 原子与另一个电负性大的原子 Y 之间的静电相互作用和一定程度的轨道重叠作用。2氢键的表示形式(1)通常用 XHY 表示氢键，其中 XH 表示氢原子和 X 原子以共价键相结合。(2)氢键的键长是指 X 和 Y 间的距离，键能是指 XHY 分解为 XH 和 Y 所需要的能量。3氢键形成的条件(1)氢原子位于 X 原子和 Y 原子之间。(2)X、Y 原子所属元素具有很强的电负性和很小的原子半径。一般是氮原子、氧原子和氟原子。4氢键对物质性质的影响(1)当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。(2)氢键也影响物质的电离、溶解等过程。特别提醒 (1)氢键具有饱和性和方向性。氢键中 XHY 三个原子在同一方向上，因为此时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。每个 XH 只能与一个 Y原子形成氢键，原因是 H 的原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到 X、Y 原子电子云的排斥作用。(2)粒子间作用强弱关系：化学键氢键范德华力。(3)氢键分为分子间氢键和分子内氢键，对物质性质的影响分子间氢键大于分子内氢键。如熔点、沸点：(4)与 H 原子结合的 X 原子的电负性越大，形成氢键时氢键的作用能越大。1下列关于氢键的说法中，正确的是( )A氢键比分子间作用力强，所以它属于化学键4B因为液态水中存在氢键，所以水比硫化氢稳定C氨溶于水后氨分子与水分子之间形成氢键D邻羟基苯甲醛的熔点比对羟基苯甲醛的熔点高解析：选 C A 项，氢键属于分子间作用力，不属于化学键；B 项，稳定性：H2OH2S，是因为键能 HOHS；C 项，由于 N、O 两元素的电负性很大，故 NH3溶于水后与水分子之间形成氢键；D 项，邻羟基苯甲醛存在分子内氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键，由于对物质性质的影响分子间氢键强于分子内氢键，故熔点：对羟基苯甲醛大于邻羟基苯甲醛。2若不断地升高温度，实现“雪花水水蒸气氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间主要的相互作用依次是( )A氢键；分子间作用力；非极性键B氢键；氢键；极性键C氢键；极性键；分子间作用力D分子间作用力；氢键；非极性键解析：选 B 固态水和液态水分子间作用力相同，均为氢键和范德华力，且主要是氢键，区别在于氢键的数目，故由固态水液态水破坏氢键，同样由液态水气态水，也是破坏氢键，而由 H2O(气)H2(气)O2(气)时，破坏的是化学键。范德华力、氢键与共价键的比较作用力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由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大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分类分子内氢键、分子间氢键极性共价键、非极性共价键特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方向性、有饱和性强度比较共价键>氢键>范德华力影响强度的因素 随着分子极性和相对分子质量的增大而增大；对于 XHY，X、Y的电负性越大，X、Y成键原子半径越小，键长越5组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大原子的半径越小，键能越大短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响影响物质的熔、沸点及溶解度等物理性质；如熔、沸点F2H2S，HF>HCl，NH3>PH3影响分子的稳定性共价键键能越大，分子稳定性越强1下列说法不正确的是( )A分子间作用力是分子间相互作用力的总称，包括氢键与范德华力B分子间氢键的形成除使物质的熔点、沸点升高外，对物质的溶解、电离等也都有影响C范德华力与氢键可同时存在于分子之间D氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中解析：选 D 分子间作用力是分子间相互作用力的总称，它包括氢键与范德华力，它的作用弱于化学键，不是化学键，存在需要满足一定的条件，对物质熔点、沸点等有影响。2下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( )A液溴和苯分别受热变为气体B干冰和氯化铵分别受热变为气体C二氧化硅和铁分别受热熔化D食盐和葡萄糖分别溶解在水中解析：选 A A 项，均克服范德华力；B 项，前者克服范德华力，后者克服化学键；C项，前者克服共价键，后者克服金属键；D 项，前者克服离子键，后者克服范德华力。3下列说法中正确的是( )AC60汽化和金刚石熔化克服的作用力相同B甲酸甲酯的熔点高于乙酸的熔点C氯化钠和氯化氢溶于水时，破坏的化学键都是离子键D通常状况下，乙醇呈液态，说明乙醇分子间存在氢键解析：选 D A 项，C60汽化克服范德华力，金刚石熔化克服共价键；B 项，乙酸分子间存在氢键，故熔点：CH3COOHCH3COOC2H5；C 项，NaCl 溶于水破坏离子键，HCl 溶于水6破坏共价键。三级训练·节节过关 1下列化合物中，在常温常压下以液态形式存在的是( )A甲醇 B乙炔C丙烯 D丁烷解析：选 A 甲醇分子中含羟基(OH)，分子间易形成氢键，故甲醇常温常压下以液态形式存在；乙炔、丙烯、丁烷分子间均不能形成氢键，故通常状况下以气态形式存在。2关于氢键，下列说法正确的是( )A氢键比分子间作用力强，所以它属于化学键B冰中存在氢键，水中不存在氢键C分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高DH2O 是一种非常稳定的化合物，这是由氢键所致解析：选 C 氢键属于分子间作用力，其大小介于范德华力和化学键之间，不属于化学键，分子间氢键的存在，加强了分子间作用力，使物质的熔、沸点升高，A 项错误，C 项正确；在冰和水中都存在氢键，而 H2O 的稳定性主要是由分子内的 OH 键的键能决定，B、D 项错误。3共价键、离子键和范德华力都是微观粒子之间的不同作用力。下列物质：Na2O2、SiO2、冰、金刚石、CaCl2、干冰，其中含有两种不同类型作用力的是( )A BCD解析：选 B Na2O2中存在离子键和非极性键，SiO2中只存在极性键，冰中存在共价键、氢键和范德华力，金刚石中只存在共价键，CaCl2中只存在离子键，干冰中存在共价键和范德华力。4下列现象与氢键有关的是( )NH3的熔、沸点比A 族其他元素氢化物的高小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶冰的密度比液态水的密度小水分子高温下也很稳定邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低ABCD解析：选 B 水分子高温下也很稳定是由于 HO 键的键能大，与氢键无关。75分析下表中四种物质的相关数据，并回答下列问题：物质CH4SiH4NH3PH3沸点(K)101.7161.2239.7185.4分解温度(K)8737731073713.2(1)NH3的沸点比 PH3高的原因是_。(2)CH4的分解温度比 SiH4高的原因是_。(3)CH4的沸点比 SiH4低的原因是_。答案：(1)NH3分子间含有氢键，PH3分子间含有范德华力，氢键比范德华力强 (2)C半径小于 Si，键长 CH 键小于 SiH 键，键能 CH 键大于 SiH 键 (3)结构和组成相似，相对分子质量：SiH4CH4，范德华力：SiH4CH41当干冰变为气态二氧化碳时，下列所述各项中发生变化的是( )A分子空间构型 B范德华力C分子内共价键 D化学性质解析：选 B 干冰变为气态二氧化碳时，分子间距离变大，破坏了范德华力；该过程属于物理变化， 分子内共价键、分子空间构型均无变化，发生变化的是物理性质。2下列说法不正确的是( )A共价键有方向性B氢键有方向性C冰晶体中水分子的空间利用率比液态水分子的空间利用率低D在冰的晶体中，每个水分子周围只有六个紧邻的水分子解析：选 D 在冰的晶体中，每个水分子沿着四个 sp3杂化轨道的方向与周围四个水分子形成氢键，故周围紧邻四个水分子。3范德华力的作用能为a kJ·mol1，化学键的键能为b kJ·mol1，氢键的作用能为c kJ·mol1，则a、b、c的大小关系是( )Ab>c>aBb>a>cCc>b>aDa>b>c解析：选 A 一般规律：化学键的键能氢键的作用能范德华力作用能。4下列事实，不能用氢键知识解释的是( )8水和乙醇可以完全互溶溴化氢比碘化氢稳定干冰易升华液态氟化氢的化学式有时可以写成(HF)n的形式ABCD解析：选 B 乙醇与水可形成 OHO 氢键，增大溶解度；HBr 键长比 HI 键长短，键能大，故 HBr 比 HI 稳定；干冰易升华是由于 CO2分子间的范德华力小，沸点低；HF 分子间可以形成 FHF 氢键，使得 HF 分子易聚合。5能够用化学键的强度解释的是( )AN2的化学性质比 O2稳定BHNO3易挥发，H2SO4难挥发C常温、常压下，溴呈液态，碘呈固态D稀有气体很难发生化学反应解析：选 A A 项，N2的化学性质比 O2稳定是因为键能：NNO=O；B 项，HNO3易挥发，H2SO4难挥发是因为二者分子间作用力强弱不同；C 项，常温、常压下，溴呈液态，碘呈固态是因为范德华力：I2Br2；D 项，稀有气体的原子均为稳定结构，故性质稳定。6下列有关范德华力的叙述正确的是( )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范德华力比化学键强度弱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，故破坏范德华力不需要消耗能量解析：选 B 化学键是强烈的相互作用(120800 kJ·mol1)，范德华力是一种弱的相互作用，只有几到几十千焦每摩尔；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；范德华力普遍存在于分子之间，但也必须满足一定的距离要求，若分子间的距离足够大，分子之间也难产生相互作用。7下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是( )ANa2O 和 SiO2熔化BMg 和 S 熔化C氯化钠和蔗糖熔化D碘和干冰升华解析：选 D A 项，Na2O 熔化破坏离子键，SiO2熔化破坏共价键；B 项，Mg 熔化破坏金属键，S 熔化破坏范德华力；C 项，NaCl 熔化破坏离子键，蔗糖熔化破坏范德华力；D 项，均破坏范德华力。98在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的变化规律是( )AH2O、H2S、H2Se、H2Te 的热稳定性依次减弱B熔点：AlMgNaKCNaF、NaCl、NaBr、NaI 的熔点依次降低DCF4、CCl4、CBr4、CI4的熔点、沸点逐渐升高解析：选 D A 项，与共价键有关；B 项，与金属键有关；C 项，与离子键有关；D 项，与范德华力有关。9如图所示每条折线表示周期表AA 中的某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是( )AH2S BHClCPH3DSiH4解析：选 D 常见氢化物分子间形成氢键的有：H2O、HF、NH3，由图示沸点变化折线可知a点所在折线为A 族元素氢化物的沸点变化，因为相对分子质量：SnH4GeH4SiH4CH4，则有沸点：SnH4GeH4SiH4CH4，故a点表示 SiH4。10水分子间存在一种叫“氢键”的作用(介于范德华力与化学键之间)彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被 4 个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构示意图如下图所示：(1)1 mol 冰中有_mol“氢键” 。(2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的微粒，其电离方程式为10_。已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能的原因是_。(3)在冰的结构中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol1)。已知冰的升华热是 51 kJ·mol1，则冰晶体中氢键的能量是_ kJ·mol1。(4)氨气极易溶于水的原因之一也是与氢键有关。请判断 NH3溶于水后，形成的NH3·H2O 的合理结构是_(填序号)。解析：(1)每个水分子与相邻的 4 个水分子形成氢键，而每个氢键为两个水分子共有一个水分子只占到氢键的 1/2，故每个水分子形成的氢键数为 2。4 2(2)H2O 电离生成的 H与另一个 H2O 以配位键结合形成 H3O。(3)20 kJ·mol1。51 kJ·mol111 kJ·mol1 2(4)从一水合氨的电离特点判断。答案：(1)2(2)H2OH2OH3OOH 双氧水分子之间存在更强烈的氢键(3)20 (4)b1卤素单质从 F2到 I2在常温常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是( )A原子间的化学键键能逐渐减小B范德华力逐渐增大C原子半径逐渐增大D氧化性逐渐减弱解析：选 B 卤素单质从 F2到 I2结构相似，相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，单质的熔、沸点依次升高。2下列物质的性质与氢键无关的是( )A冰的密度比液态水的密度小BNH3易液化CNH3分子比 PH3分子稳定D在相同条件下，H2O 的沸点比 H2S 的沸点高解析：选 C NH3分子比 PH3分子稳定是由于键能：NHPH。113下列物质的变化，破坏的主要是范德华力的是( )碘单质的升华 KCl 溶于水 将液溴加热变为气态 NH4Cl 受热分解ABCD解析：选 C 碘的升华，只是状态发生了变化，破坏的是范德华力，没有破坏化学键；KCl 溶于水，会破坏离子键；液溴由液态变为气态，破坏的是范德华力；NH4Cl 受热分解，破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。4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范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素解析：选 D 范德华力不能影响物质的化学性质，仅能影响由分子构成的物质的部分物理性质，如熔点、沸点以及溶解性，并且不是唯一的影响因素。5下列化合物的沸点相比较，前者低于后者的是( )A乙醇与氯乙烷B邻羟基苯甲酸(OHCOOH)与对羟基苯甲酸(HOCOOH)C对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛DC3F8(全氟丙烷)与 C3H8解析：选 B 根据一般作用力强弱顺序：分子间氢键分子内氢键范德华力进行比较；比较分子结构相似的物质的沸点高低，无氢键存在时，比较相对分子质量的相对大小。6关于化合物 CHOHCCCHOH，下列叙述正确的是( )分子间可形成氢键分子中既有极性键又有非极性键分子中有 7 个 键和 1 个 键该分子在水中的溶解度大于 2­丁烯ABCD解析：选 D 分子中不存在与电负性大的元素原子相连的氢原子，所以不存在氢键，错误；分子中碳碳键是非极性键，碳氢键、碳氧键是极性键，正确；1 个单键是 1 个 键，1 个双键是 1 个 键和 1 个 键，所以分子中有 9 个 键和 3 个 键，错误；由于该化合物中的醛基与 H2O 分子之间能形成氢键，所以该分子在水中的溶解度大于 2­丁烯，正确。127已知各种硝基苯酚的性质如下表：名 称结构式溶解度(g/100 g 水，25 ) 熔点/沸点/邻_硝基苯酚0.245100间_硝基苯酚1.496194对_硝基苯酚1.7114295下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是( )A邻_硝基苯酚分子内形成氢键，使其熔沸点低于另两种硝基苯酚B间_硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键C对_硝基苯酚分子间能形成氢键，使其熔沸点较高D三种硝基苯酚都不能与水分子形成氢键，所以在水中溶解度小解析：选 D 邻_硝基苯酚形成分子内氢键，间_硝基苯酚、对_硝基苯酚主要形成分子间氢键，分子间氢键的形成使其熔沸点升高，A、C 项正确；三种硝基苯酚都可以与水分子形成氢键，故 B 项正确，D 项不正确。8试用有关知识解释下列原因：(1)有机物大多难溶于水，为什么乙醇和乙酸可与水互溶？_。(2)乙醚(C2H5OC2H5)的相对分子质量大于乙醇，为什么乙醇的沸点比乙醚高得多？_。(3)从氨合成塔里分离 H2、N2、NH3的混合物，采用_方法，为什么？_。(4)水在常温情况下，其组成的化学式可用(H2O)m表示，为什么？_。解析：(1)乙醇的醇羟基、乙酸的羟基均可和水(HOH)互相形成分子间的氢键，形成缔合分子相互结合，故可表现为互溶。(2)乙醇分子间通过氢键结合产生的作用力比乙醚分子间作用力要大，故乙醇的相对分13子质量虽比较小，但分子间作用力较大，所以沸点高。(3)采用加压使 NH3液化后，与 H2、N2分离，因为 NH3分子间存在氢键，故易液化。(4)常温情况下，水分子不是以单个分子形式存在，而是依靠氢键缔合成较大的分子，所以用(H2O)m表示其存在更符合实际。答案：(1)乙醇和乙酸均可与水互相形成分子间的氢键，且结构相似，根据相似相溶原理可知可互溶(2)乙醇分子间存在氢键，所以乙醇的沸点比乙醚高得多(3)加压使 NH3液化后，与 H2、N2分离 因为 NH3分子间存在氢键，易液化(4)水分子依靠分子间氢键缔合成较大的分子，用(H2O)m表示其存在更符合实际9X、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：(1)X、Y 的元素符号依次为_、_；(2)XZ2与 YZ2分子的空间构型分别是_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_；(3)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_；(4)用氢键表示式写出 E 的氢化物溶液中存在的所有氢键_。解析：(1)X 原子的 M 层只有两对成对电子，根据泡利不相容原则，其电子排布式为1s22s22p63s23p4，为硫元素；Y 原子核外的 L 层电子数是 K 层的两倍，则其电子排布为1s22s22p2，为碳元素；氧为地壳内含量(质量分数)最高的元素，Z 是氧元素；Q 的核电荷数是 X 与 Z 的核电荷数之和，等于 24，为铬元素；E 在元素周期表的各元素中电负性最大，为氟元素。(2)二氧化硫和二氧化碳的分子分别为 V 形和直线形构型，分别为极性分子和非极性分子，水为极性分子，因此根据相似相溶原理，二氧化硫易溶于水。(3)铬元素的基态电子排布为 1s22s22p63s23p63d54s1，失去外围的 6 个电子呈现最高价6 价，如重铬酸钾(K2Cr2O7)。(4)考虑到水分子之间也存在氢键，因此 HF 分子之间、水分子之间、水分子与 HF 分子之间(空间位置不同有两种)共有 4 种氢键。答案：(1)S C(2)V 形 直线形 SO2 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14(3)Cr 4 1s22s22p63s23p63d54s1 6(4)FHF、FHO、OHF、OHO