資源簡介

第二章第四節分子間作用力教學設計
教材分析
本節是位于魯科版化學選擇性必修第二冊物質結構與性質第2章第4節。本章內容為微粒間相互作用與物質性質。前三節主要講了分子內部存在的化學鍵。重點學習了共價鍵、離子鍵、配位鍵、金屬鍵等。本節在學習前三節的基礎上，進一步對物質微粒之間的作用力進行學習。學習了分子之間存在的作用力。是對前面學習內容的進一步延伸，具有啟上的作用。下一章重點學習的晶體部分，也需要用到分子間作用力有關知識來對其性質進行進一步分析，具有啟下的作用。
分子間作用力本節內容脈絡清晰。重點講述了兩種分子間作用力范德華力與氫鍵。其中，范德華力介紹篇幅較少，在高考考查中也較少。氫鍵為本節課學習的重點內容，要重點理解氫鍵的形成過程以及形成條件，氫鍵在高考考查中屬于熱點內容，常出現于非選擇部分的填空部分。
學情分析
從學生的認知能力來看，學生處于高二年級，邏輯思維能力和空間想象能力都比較完備。已經具備學習本節內容的認知能力。但是本節內容主要以范德華力和氫鍵的形成過程為主，如果單純講解，對學生來講還是過于抽象，可以輔助模型或者動畫。讓學生對于范德華力和氫鍵形成過程有更深程度的認識，進一步培養學生的模型認知能力。
從學生知識水平來看，學生在必修二部分對化學鍵進行了初步學習，在第二章前三節對于化學鍵進行了更深層次的學習。學生對于分子內作用力具有較高的知識儲備。分子間作用力可以用學習分子內化學鍵的知識思路進行進一步的學習。
教學目標
1、知道分子間作用力的廣泛存在，及其對物質性質（如熔點、沸點及溶解度的影響），增強學生的宏觀辨析與微觀探析核心素養。
2、學生了解氫鍵的形成條件、類型、特點以及氫鍵對于物質性質的影響，培養學生的證據推理與模型認知核心素養。
3、通過本節內容的學習，能運用分子間作用力有關知識解釋生活中的有關現象，引導學生從生活中認識化學，化學的研究是為了讓人類生活變得更美好，培養學生的科學態度與創新意識。
教學重難點
教學重點：氫鍵的形成條件、類型、特點以及氫鍵對于物質性質的影響
教學難點：氫鍵的形成條件、類型、特點以及氫鍵對于物質性質的影響
課前準備
多媒體教學環境、學案、氫鍵形成的模型
教學過程
新課導入
【提出問題】
教師提出電解水和水的三態變化實驗過程中能量變化是怎么樣的？電解水和水的三態變化實驗過程中有沒有破壞水分子之間的共價鍵？
【學生思考并回答】
電解水和水的三態變化過程中都需要吸收能量。電解水過程能破壞共價鍵。水的三態變化過程中不能破壞共價鍵。
分子間作用力
【過渡語】
水由固體變成氣體的過程中，需要吸收能量，但是并沒有破壞水分子間的化學鍵，說明水分子間還存在一定的作用力。
【分子間作用力概念】
分子之間的相互作用力成為分子間作用力。
【分子間作用力分類】
分子間作用力常見的有兩大類范德華力和氫鍵。接下來我們會展開學習。
【辨析概念】
分子間作用力與化學鍵有何異同？
【學生思考并回答】
1、形成微粒：化學鍵形成微粒為分子內部，而分子間作用力形成為例為分子之間。
2、從強弱來看，化學鍵的鍵能比分子間作用力強得多。
【對點訓練】
給大家兩分鐘的時間完成對點訓練。學生完成之后對答案并進行講解。
1、所有物質的分子之間一定存在分子間作用力。
2、分子間作用力是化學鍵的一種。
3、干冰升華過程中，二氧化碳分子間作用力增大。
4、二氧化碳溶于水和干冰升華過程都只有分子間作用力改變。
3、范德華力
【范德華力概念】
范德華力是分子之間普遍存在的一種相互作用力，它使許多物質能以一定的凝聚態(固態和液態)存在。
【范德華力實質】
電性作用
【范德華力特點】
① 范德華力很弱，比化學鍵的鍵能小1～2個數量級，其強度一般是2~20 kJ/mol。
②范德華力沒有方向性和飽和性
【范德華力的影響因素】
分子 Ar CO HI HBr HCl
范德華力(kJ·mol-1) 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
分析表格回答下列問題
1、HCl、HBr、HI三者分子結構結構相似，為什么 HCl、HBr、HI范德華力逐漸增大？
2、Ar的相對分子質量大于CO，為什么CO分子間的范德華更大？
【學生回答問題】
1、HCl、HBr、HI三者分子結構結構相似， HCl、HBr、HI的相對分子質量逐漸增大，范德華力逐漸增大。說明結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大。
2、Ar的相對分子質量大于CO，但CO分子間的范德華更大，因為CO分子極性大于Ar。分子的極性越大，范德華力越大。
【教師總結】
①一般地，組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大。如范德華力：F2＜Cl2＜Br2＜I2；HCl＜HBr＜HI；He＜Ne＜Ar。
②相對分子質量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大。如CO為極性分子，N2為非極性分子，范德華力：CO＞N2。
【范德華力對物質性質的影響】
單質 相對分子質量 熔點/℃ 沸點/℃
F2 38 －219.6 －188.1
Cl2 71 －101 －34.6
Br2 160 －7.2 58.78
I2 254 113.5 184.4
【提出問題】
運用分子間作用力的有關知識，說明為什么鹵素單質F2~I2的熔點和沸點越來越高？
【學生思考并回答問題】
鹵素單質F2、Cl2、Br2、I2為非極性分子,相對分子質量增大，范德華力增大是因為它們的范德華力逐漸增強，熔沸點增大。在常溫、常壓下,氟單質和氯單質為氣體,溴單質為液體,碘單質為固體。
【總結】
范德華力主要影響物質的熔、沸點等物理性質。范德華力越大，物質的熔、沸點越高。
【提出問題】
思考范德華力和化學鍵對物質性質的影響有何不同？
【學生思考并回答問題】
范德華力主要影響物質的物理性質，而化學鍵主要影響物質的化學性質。
【范德華力的提出】
為了研究氣體分子的運動規律，科學家提出了一種理想氣體模型，假設氣體分子不具有體積，并且氣體分子之間不存在相互作用。根據這種模型提出的理想氣體方程對氣體分子運動規律的描述與實驗事實出現了偏差。荷蘭物理學家范德華( J.van der Waas)修正了關于氣體分子運動的以上假設，指出氣體分子本身具有體積，并且分子間存在引力。由此，范德華提出了描述實際氣體行為的范德華氣態方程，根據這個方程計算的結果與實驗事實十分吻合。由于是范德華首次將分子間作用力的概念引入氣態方程，人們便將分子間作用力稱為范德華力。
【范德華力的形成】
極性分子相互靠近時，一個分子的正電荷端與另一個分子的負電荷端相互吸引，這種靜電吸引力稱為取向力。分子極性越強，取向力就越大。
一個分子受到極性分子的誘導作用，導致正電荷重心與負電荷重心不重合或距離加大，進而使兩種分子之間產生吸引力或使吸引力增強，這種吸引力稱為誘導力。
原子核和電子總是在不停地運動，因此即使是非極性分子，其正電荷重心與負電荷重心也會發生瞬間不重合；當分子相互靠近時，分子之間會產生靜電吸引力，這種靜電吸引力叫作色散力。分子越大，分子內的電子越多，分子越容易變形，色散力就越大。除了極性特別強的極性分子間的范德華力以取向力為主以外，其他分子之間的范德華力往往以色散力為主。
【范德華力的分類】
取向力：極性分子與極性分子之間的固有偶極之間的靜電引力。
誘導力：在極性分子的固有偶極誘導下，臨近它的分子會產生誘導偶極，分子間的誘導偶極與固有偶極之間的電性引力子。
色散力：任何一個分子，由于電子的不斷運動和原子核的不斷振動，常發生電子云和原子核之間的瞬時相對位移，從而產生瞬時偶極。分子靠瞬時偶極而相互吸引，這種力稱為色散力。
【對點訓練1】
極性分子與極性分子之間，存在 、 、 。
極性分子與非極性分子之間，存在 、 。
非極性分子與非極性分子之間，存在 。
答案：取向力、誘導力、色散力；誘導力、色散力；色散力
【對點訓練2】
1、CS2的熔沸點比CO2高，與分子間的范德華力有關系
2、荷蘭物理學家范德華研究出分子間作用力——范德華力
3、硼酸具有片層狀結構，層與層之間、單元間都以范德華力連接
4、下列敘述與范德華力無關的是
A．CO2加壓時形成干冰 B．通常狀況下氯化氫為氣體
C．氟、氯、溴、碘單質的熔、沸點依次升高 D．氯化鉀的熔點較高
答案：√、√、×、D
4、氫鍵
【氫鍵的提出】
閱讀課本69頁，回答下列問題。你注意到我們每天都離不開的水有什么反常之處嗎 物質由液態變為固態時，通常是體積變小，但水結冰后體積卻變大，如果是在密閉容器里的水結成冰，甚至可能將容器撐破。另外，在氧族元素的氫化物中，常溫、常壓下硫化氫(H2S)、硒化氫(H2Se)、H2Te都是氣體，只有水以液態存在。按照一般規律，水的沸點應該低于硫化氫的沸點，但事實卻相反圖2-4-4)。這是為什么
【回答問題】
1、由圖可知第VIA元素的氫化物中，常溫常壓下H2S. H2Se. H2Te都是氣體，只有水以液態存在。按照一般規律，水的沸點應該低于H2S的沸點。
2、物質由液態變為固態時，通常體積變小，但水結冰后體積卻變大。充滿水的密閉容器，結冰時甚至能將容器撐破
【教師講解】
水的熔點和沸點的反?，F象以及水分子和冰晶體的性質使人們推想，水分子之間除了范德華力以外還存在其他作用力，正是這種作用力，使水分子之間的相互吸引作用變得更強，造成水的熔點和沸點反常升高。人們計算出水分子之間的范德華力，發現它大約只占冰中水分子間作用力測定值的1/6。為了解釋這些事實，人們提出了氫鍵的概念。
【氫鍵的概念】
在水分子的O-H中，共用電子對強烈的偏向O，使得H幾乎成為“裸露”的質子，其顯正電性，它能與另一個水分子中相對顯負電性的O的孤電子對產生靜電作用，這種靜電作用就是氫鍵。
2013年，國家納米中心利用非接觸原子力顯微鏡（NC—AFM），在世界上首次得到了8－羥基喹啉分子間氫鍵的實空間圖像。
【氫鍵的表示】
X —— H · · · Y
大小比較：化學鍵 氫鍵 范德華力
答案：＞、＞
氫鍵的作用能: 指X—H…Y分解為X—H和Y所需要的能量。
【氫鍵的形成條件】
1、有X-H共價鍵，X原子電負性強，原子半徑小，主要是F、O、N。Cl雖然電負性大，但因其原子半徑大，一般不形成氫鍵
2、 X—H…Y中的Y必須電負性強、原子半徑小、具有孤對電子。X、Y可以相同，也可以不同。
【氫鍵的特點】
方向性和飽和性
【氫鍵的分類】
分子間氫鍵：一個分子的X—H鍵與另一個分子的Y原子相結合而成的氫鍵，這種氫鍵稱為分子間氫鍵。
2、分子內氫鍵： 一個分子的X—H鍵與該分子內部的原子Y相結合而成的氫鍵，稱為分子內氫鍵。
【提出問題】
請從鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛的結構出發，分析二者形成的氫鍵類型有何差別？對熔沸點有何影響？
【回答問題】
分子間氫鍵使物質熔、沸點升高。分子內氫鍵使物質的沸點和熔點降低。
【氫鍵對物質性質的影響】
在極性溶劑里,如果溶質分子與溶劑分子間可以形成氫鍵,則溶質的溶解性增大。例如,乙醇和水能以任意比例互溶。
【水的特殊物理性質】
水的熔沸點比較高
冰的密度比液態水小
水在4℃時密度最大
【提出問題】
思考：在水的三態中，水分子之間存在什么樣的分子間作用力？
1、在水蒸氣中，由于分子間距離遠，不能形成分子間作用力，水以單個的H2O分子形式存在；無氫鍵。
2、在液態水中，經常是幾個水分子通過氫鍵結合起來，形成(H2O)n
3、在固態水(冰)中，水分子大范圍地以氫鍵互相聯結(也存在范德華力)，
【提出問題】
閱讀課本71頁，冰的密度比液態水小的原因？
【回答問題】
冰中的水分子之間最大程度地形成氫鍵。由于氫鍵有方向性，每個水分子的兩對孤對電子和兩個氫原子只能沿著四個 sp3雜化軌道的方向分別與相鄰水分子形成氫鍵，因此每個水分子只能與周圍四個水分子接觸。水分子之間形成的孔穴造成冰晶體的微觀空間存在空隙，反映在宏觀性質上就是冰的密度比水的密度小。
【提出問題】
閱讀課本71頁，在4℃時水的密度最大的原因？
【回答問題】
冰中每個氫原子分享到一個氫鍵，折合每摩爾冰有2NA個氫鍵。冰中氫鍵的作用能為18.8kJ·mol-1，而冰的熔化熱只有5.0kJ·mol-1。當在0℃冰融化成水時，即使熔化熱全部用于破壞氫鍵，也只能使大約13%的氫鍵遭到破壞，水中仍存在著許多由氫鍵作用而形成的小集團(H2O)n。溫度升高使冰融化為水的過程，實際上包括兩種過程：①水分子間的氫鍵減少，使水的密度變大，水分子的熱運動即熱膨脹作用使水的密度減小。②隨著溫度升高，前一過程的作用由強變弱，后一過程的作用由弱變強，在4℃時兩種作用達到平衡。
所以，當溫度升高時，由0℃到4℃時水的密度逐漸增大，4℃時水的密度達到最大，4℃后水的密度變小。
【提出問題】
閱讀課本71頁，羊毛織品水洗后變形的原因？
【回答問題】
大家知道，羊毛織品水洗后會變形，這是什么原因呢 羊毛纖維是蛋白質構成的，蛋白質上的氨基和羰基可能會形成氫鍵。羊毛在浸水和干燥的過程中，會在這些氫鍵處納入水和去除水，而且其變化往往是不可逆的，從而改變了原先蛋白質的構造，即原先的氫鍵部位可能發生移動，由此引起羊毛織品變形。
【提出問題】
閱讀課本71頁，思考氫鍵廣泛存在于自然界中的原因？
【回答問題】
只要具備形成氫鍵的條件，物質將傾向于盡可能多地形成氫鍵，以最大限度地降低體系的能量。氫鍵的形成和破壞所對應的能量變化比較??；氫鍵的形成不像共價鍵的形成對方向的要求那么高，在物質內部分子不斷運動變化的情況下氫鍵仍能不斷地斷裂和形成。因此，氫鍵廣泛存在于自然界中
【課堂小結】

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