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第二章 分子結構與性質
Autumn
第三節 分子結構與物質的性質
第2課時 分子間的作用力
學習目標
1.認識分子間存在相互作用，知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力。
2.了解分子內氫鍵和分子內氫鍵在自然界中的廣泛存在及重要作用。
壁虎為什么能緊緊貼著墻壁？
近年來，有人用計算機模擬，證明壁虎的足與墻體之間的作用力在本質上是它的細毛與墻體之間的范德華力。
圖2-24 壁虎細毛結構的仿生膠帶
科學 技術 社會——壁虎與范德華力
【新課導入】
教材：P56
為什么氣體在降溫加壓時會液化，液體在降溫時會凝固？
氣態水
液態水
固態水
一、分子間作用力
1、范德華力
范德華是最早研究分子間普遍存在作用力的科學家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力。
J.D.Van der Waals,1837-1923
分子間的力
分子間作用力（范德華力）
比較強的分子間作用力（氫鍵）
荷蘭物理學家，提出了范德華方程，研究了毛細作用，對附著力進行了計算，推導出物體氣、液、固三相相互轉化條件下的臨界點計算公式。1910年因研究氣態和液態方程獲諾貝爾物理學獎。
一、范德華力
（1）概念：范德華力是固體、液體和氣體中分子之間普遍存在的一種相互作用力。
例如：共價化合物(CO2、H2SO4、HF、 H2O、 AlCl3等)
非金屬單質(H2、P4、S8、C60等)
稀有氣體
金剛石、單質硅和SiO2中只有共價鍵，不存在分子！
（2）本質：是分子之間的一種靜電作用。
1.范德華力
2、范德華力的特點
分　子 HCl HBr HI
范德華力(kJ·mol-1) 21.14 23.11 26.00
共價鍵鍵能(kJ·mol-1) 431.8 366 298.7
(1)范德華力很弱，約比化學鍵鍵能小 1~2 個數量級。
與共價鍵相比，范德華力是否有飽和性和方向性？
(2)范德華力沒有飽和性和方向性。
只要分子周圍空間允許，分子總是盡可能多的吸引其他分子。
一、范德華力
3、影響范德華力的因素
一、范德華力
分子 Ar CO HI HBr HCl
相對分子質量 40 28 128.5 81.5 36.5
范德華力(kJ/mol) 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
(1)為什么范德華力：HI＞HBr＞HCl
組成結構相似，相對分子質量越大，范德華力越大
(2)為什么范德華力：CO＞Ar
CO是極性分子，Ar是非極性分子，相對分子質量相當的分子，極性越大，范德華力越大。
某些分子間的范德華力
對比分析，思考：
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。
分子 相對分子質量 分子的極性 范德華力(kJ·mol-1)
CO 28 極性 8.75
N2 28 非極性 8.50
分析表中數據，范德華力的大小有什么特點？
分子 Ar CO HI HBr HCl
相對分子質量 40 28 128.5 81.5 36.5
范德華力(kJ/mol) 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
(3)由此推理熔、沸點高低順序：
HCl、HBr、HI：______________；Ar、CO：________。
HI>HBr>HCl
CO>Ar
(4)比較HCl、HBr、HI的穩定性順序：____________，由分子構成的物質的穩定性與范德華力是否相關：___________________________________________
_______。
HCl>HBr>HI
分子的穩定性與分子內的化學鍵有關，與范德華
力無關
一、范德華力
鹵素單質的熔點和沸點如表所示
單質 熔點/℃ 沸點/℃
F2 －219.6 －188.1
Cl2 －101 －34.6
Br2 －7.2 58.78
I2 113.5 184.4
怎樣解釋鹵素單質從F2～I2的熔、沸點越來越高？
Cl2
Br2
I2
氣態
液態
固態
常溫下
Cl2、Br2 、I2的相對分子質量依次增大
范德華力依次增大
熔、沸點依次升高
導思
資料
觀看加熱過程中物質的狀態變化的微觀模擬過程
加熱
加熱
分子間的范德華力越大，物質的熔、沸點越高
觀看加熱過程中物質的狀態變化的微觀模擬過程
同一種物質，范德華力大小：固體 液體 氣體
>
>
>
分子 正戊烷 異戊烷 新戊烷
相對分子質量 72 72 72
沸點/℃ 36.1 25 9
某些分子的沸點
一、范德華力
相對分子質量相同，支鏈越多
范德華力越小
熔、沸點依次減小
戊烷的沸點有什么變化規律？
一、范德華力
分子 鄰二甲苯 間二甲苯 對二甲苯
相對分子質量 106 106 106
沸點/℃ 144.42 139.10 138.35
相對分子質量相同，空間位阻越小
范德華力越小
熔、沸點依次減小
二甲苯的沸點有什么變化規律？
某些分子的沸點
范德華力對物質性質的影響
范德華力影響的主要是物質的熔、沸點等物理性質，與物質的穩定性無關。
(1)組成和結構相似的分子構成的物質，看相對分子質量。
相對分子質量越大 范德華力越大 物質的熔、沸點越高。
(2)互為同分異構體的有機物分子，支鏈越多，分子對稱性越強，范德華力越小，物質的熔、沸點越低。例如，沸點：新戊烷<異戊烷<正戊烷。
(3)相對分子質量相近的物質，看分子極性。
分子的極性越大 范德華力越大 物質的熔、沸點越高
歸納總結
思考1：預測第IVA族元素的簡單氫化物的沸點相對大小
與預測結果相符
一般規律：同一主族非金屬氫化物，從上到下，相對分子質量逐漸增大，熔沸點逐漸升高。
導思
一、分子間作用力
思考：HF、H2O、NH3的沸點為什么反常？
分子之間存在特別強的相互作用→氫鍵
思考：什么樣的原子間可形成氫鍵？
N、O、F→電負性大
氫鍵
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，大大加強了水分子間的作用力，使水的熔沸點較高。這種靜電作用就是氫鍵。
二、氫鍵
H—O鍵極性很強
無內層電子，幾乎成為“裸露”的質子。
電負性大
氫鍵
O
H
H
O
H
H
δ＋
δ＋
δ－
δ－
…
孤電子對
(1)氫鍵的形成
1.氫鍵
1.定義：它是由已經與電負性很大的原子(N、F、O)形成共價鍵的氫原子與另一分子中電負性很大的原子(N、F、O)之間形成的作用力.
H
F
H
F
2.表示： 氫鍵通常用 X—H…Y— 表示,“—”表示共價鍵,“…”表示形成的氫鍵（X、Y為N、O、F）如
H
F
H
F
X、Y可以相同，也可以不同
二、氫鍵
即N-H、O-H、F-H鍵中的H
180
沸點/℃
周期
O—H
…
O
N—H
…
N
F—H
…
F
①要有與電負性很大的原子X以共價鍵結合的氫原子；
②要有電負性很大且含有孤電子對的原子Y；
③X與Y的原子半徑要小。
3、氫鍵的形成條件
氫鍵的本質是靜電作用
467 11 18.8
力
氫鍵不是化學鍵，是一種特殊的分子間作用力。鍵能較小，約為共價鍵的十分之幾
【任務】探究氫鍵強度
共價鍵>氫鍵 >范德華力
4. 氫鍵的強度
氫鍵
氫鍵是除范德華力之外的另一種特殊的分子間作用力。
3、類別：
①分子間氫鍵
②分子內氫鍵
對羥基苯甲醛
對羥基苯甲酸
鄰羥基苯甲醛
鄰羥基苯甲酸
鄰硝基苯酚
氫鍵
氫鍵
氫鍵
氫鍵
氫鍵
氫鍵
氫鍵是除范德華力之外的另一種特殊的分子間作用力。
4、特征：
①方向性 (分子間氫鍵的X—H…Y三個原子盡可能在同一條直線上)

180°
氫鍵
氫鍵是除范德華力之外的另一種特殊的分子間作用力。
4、特征：
②飽和性 （每個裸露的氫原子核只能形成一個氫鍵。每個孤電子對 也只能形成一個氫鍵）。
一個水分子周圍只能與另外四個水分子以氫鍵結合
二、氫鍵
③有鍵長、鍵能。
氫鍵X—H···Y 鍵能/（kJ·mol-1） 鍵長/pm 代表性例子
F—H···F 28.1 255 （HF）n
O—H···O 18.8 276 冰
O—H···O 25.9 266 甲醇、乙醇
N—H···F 20.9 268 NH4F
N—H···O 20.9 286 CH3CONH2
N—H···N 5.4 338 NH3
表2-9 某些氫鍵的鍵能和鍵長*
*氫鍵鍵長一般定義為A—H···B的長度，而不是H···B的長度。
4、特征：
生物大分子中的氫鍵
一、分子間作用力
2、氫鍵對物質性質的影響
(1)氫鍵對物質熔、沸點的影響
VA~VIA族元素的氫化物中，NH3、H2O和HF的熔沸點比同主族相鄰元素氫化物的熔、沸點高，這種反常現象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵。
名稱 相對分子質量 沸點/℃
甲醇 32 65
乙烷 30 -89
乙醇 46 78
丙烷 44 -42
正丙醇 60 97
正丁烷 58 -0.5
水的熔點(℃) 水的沸點(℃) 水在0 ℃時密度(g/ml) 水在4 ℃時密度(g/ml)
0.00 100.00 0.9998 1.0000
冰的密度比液體水小？
常溫下液態水中除了含有簡單H2O外，還含有通過氫鍵聯系在一起的締合分子(H2O)2、(H2O)3……(H2O)n等。一個水分子的氧原子與另一個水分子的氫原子沿該氧原子的一個sp3雜化軌道的方向形成氫鍵，因此當所有H2O全部締合——結冰后，所有的H2O按一定的方向全部形成了氫鍵，成為晶體，因此在冰的結構中形成許多空隙，體積膨脹，密度減小。故冰的體積大于等質量的水的體積，冰的密度小于水的密度。
(2)氫鍵對物質密度的影響
一、分子間作用力
2、氫鍵對物質性質的影響
溶質分子與溶劑分子間能形成氫鍵，則能大大提高溶質的溶解度。如HF、NH3、低級醇、醛、酮等分子都與水分子形成氫鍵，均可溶于水。
(3)氫鍵對物質溶解度的影響
2、氫鍵對物質性質的影響
一、分子間作用力
范德華力 氫鍵 共價鍵
作用粒子 分子 H與N、O、F 原子
特征 無方向性和飽和性 有方向性和飽和性 有方向性和飽和性
強度 共價鍵>氫鍵>范德華力
影響強度的因素　 ①隨分子極性的增大而增大②組成和結構相似的分子構成的物質，相對分子質量越大，范德華力越大 對于X—H…Y，X、Y的電負性越大，Y原子的半徑越小，作用越強 成鍵原子半徑和共用電子對數目。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定
對物質性質的影響 ①影響物質的熔點、沸點、溶解度等物理性質②組成和結構相似的物質，隨相對分子質量的增大，物質的熔、沸點升高。 ①分子間氫鍵的存在，使物質的熔、沸點升高，在水中的溶解度增大。分子內氫鍵的存在，降低物質的熔、沸點 共價鍵鍵能越大，分子穩定性(化性)越強
小結：
范德華力
氫鍵
分子間的作用力
概念、本質、特征
范德華力對物質熔、沸點的影響
概念、實質
構成條件、特征
表示方法
氫鍵對物質性質的影響
1、 下列說法中正確的是( )
A、分子間作用力越大，分子越穩定
B、分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高
C、相對分子質量越大，其分子間作用力越大
D、分子間只存在范德華力
B
2、下列與氫鍵有關的說法中錯誤的是( )
A、鹵化氫中HF沸點較高，是由于HF分子間存在氫鍵
B、鄰羥基苯甲醛( )的熔、沸點比對羥基苯甲醛( )的熔、沸點低
C、氨水中存在分子間氫鍵
D、形成氫鍵A—H B—的三個原子總在一條直線上
D
3、正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
①乙醇分子和水分子間只存在范德華力。（ ）
②氫鍵（X—H Y）中三原子在一條直線上時，作用力最強。（ ）
③“X—H Y”三原子不在一條直線上時，也能形成氫鍵。（ ）
④H2O比H2S穩定是因為水分子間存在氫鍵。（ ）
⑤可燃冰（CH4·8H2O）中甲烷分子與水分子間形成了氫鍵。（ ）
⑥鹵素單質、鹵素氫化物、鹵素碳化物（即 CX4）的熔、沸點均隨著相對分子質量的增大而升高。（ ）
4、氨氣溶于水中，大部分NH3與H2O以氫鍵(用“ ”表示)結合形成NH3·H2O分子。根據氨水的性質可推知NH3·H2O的結構式為( )
A、 B、
C、 D、
B
5、下列事實可用氫鍵解釋的是( )
A、氯氣易液化 B、氨氣極易溶于水
C、HF的酸性比HI的弱 D、水加熱到很高的溫度都難以分解
B
6、關于氫鍵的說法正確的是( )
A、每一個水分子內含有兩個氫鍵
B、冰、水中都存在氫鍵
C、分子間形成的氫鍵使物質的熔點和沸點降低
D、鄰羥基苯甲醛的沸點比對羥基苯甲醛的沸點高
B

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