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第四章 物質結構 元素周期律
第三節 化學鍵
化學鍵、分子間作用力和氫鍵
學習目標
元素的金屬性和非金屬性是否也隨著原子序數的變化，而呈現周期性的變化？
1、認識構成物質的微粒之間存在相互作用，建立化學鍵的概念，了解化學鍵的定義。
2、認識化學鍵的斷裂和形成是化學反應中物質變化的實質，認識化學反應的實質。
3、理解范德華力和氫鍵。
4、了解分子間作用力、氫鍵和化學鍵的關系。
5、了解分子間作用力、氫鍵對物質性質的影響。
1、在CaCl2、NaOH、Na2O2、N2、H2S、H2O2 、NH4Cl中，
（1）只含有離子鍵的是__________，
（2）只含有極性鍵的是__________，
（3）只含有非極性鍵的是__________，
（4）既含有離子鍵又含有極性鍵的是________________，
（5）既含有離子鍵又含有非極性鍵的是______________，
（6）屬于離子化合物的是___________________________，
屬于共價化合物的是________________。
CaCl2
H2S
N2
NaOH、NH4Cl
Na2O2
NaOH、CaCl2、NH4Cl、Na2O2
H2S、H2O2
化學鍵
01
化學反應本質
思考
用化學鍵的觀點分析H2與Cl2反應的過程
H—H
Cl—Cl
+
→
第1階段：
H—Cl
第2階段：
舊化學鍵斷裂
新化學鍵生成
反應物分子
分子原子觀點
分解
重新組合
舊鍵斷裂
新鍵生成
原子
生成物
分子
化學鍵的觀點
H—H
Cl—Cl
+
→
H—Cl
化學鍵
3、化學反應的實質：
反應物分子內舊化學鍵的斷裂 (吸收能量)和產物分子中新化學鍵的形成(釋放能量)過程
1、定義：
相鄰的原子之間強烈的相互作用
2、分類
離子鍵
共價鍵
非極性(共價)鍵
極性(共價)鍵
化學鍵
金屬鍵
4、對物質性質的影響：
（化學性質）
穩定性、氧化性、還原性等
對化學鍵的幾點說明：
（1）“相鄰”是指化學鍵只在直接相鄰的兩個或多個原子之間存在。
（2）“原子”是廣義的原子，不僅僅指原子，也包含陰、陽離子。
（3）稀有氣體是單原子分子，其中不含化學鍵。
化學鍵
思考
只有舊化學鍵斷裂一定是化學變化？
如NaCl、HCl等物質溶于水有舊化學鍵斷裂，但沒有新化學鍵生成，是物理變化。
特殊：NaCl溶液結晶過程，有新化學鍵生成，但無舊化學鍵斷裂，是物理變化。
只有新化學鍵生成一定是化學變化？
8電子結構
02
共價型分子“8電子穩定結構”
判斷方法：
①寫出電子式，每種元素都要檢驗。
②經驗規律法，最外層電子數 + |化合價| = 8。
練習：請判斷以下哪些物質屬于“8電子結構”？
PCl5、PCl3、CS2、BF3、NH3
+5
-1
+3
-1
+4
-2
+3
-1
-3
+1
√
×
√
×
×
分子中若含有氫元素，則氫原子不能滿足最外層8電子穩定結構
練習
1、下列分子中，所有原子最外層都滿足8電子結構的是（ ）
A. NO2 B. BF3 C. SF6
D. CO2 E. PCl3 F. PCl5
G. NaOH
DE
思考與討論
H2O(l) H2O(g)
能量
在100℃、101kPa時，將1mol H2O(l)變成1mol H2O(g)需吸收能量47.3 kJ。
將水分子分解為氫氣和氧氣需2000℃以上的高溫，將1mol H2O拆分為2mol H和1mol O需吸收能量436 kJ。
1mol H2O斷裂2mol H - O鍵，需要436kJ能量
想一想：以上兩種變化分別物理變化還是化學變化？所消耗的能量差距為什么這么大呢？
分子間作用力
03
分子間作用力
1、定義：
分子之間還存在一種把分子聚集在一起的作用力稱為分子間作用力，又稱范德華力。
分子 分子
分子間作用力
2、存在：
分子間作用力
2、存在：
①絕大多數非金屬單質：如H2、O2、N2、P4、C60等
②稀有氣體：如He、Ne、Ar等
③所有酸：如HCl、H3PO4、HNO3等
④非金屬氫化物：如H2S、HF、HBr等
⑤非金屬氧化物：如H2O、CO2、NO、SO2等
⑥絕大多數有機物：如CH4、CH3CH2OH、蔗糖等
廣泛存在由分子構成的物質中
溫馨提示：像SiO2、金剛石(原子晶體)等由共價鍵形成的物質，微粒之間不存在分子間作用力。
分子構成的共價化合物
共價單質
分子間作用力
3、強弱：
比化學鍵弱得多
O
H
H
O
H
H
分子間作用力
化學鍵
(較弱）
(較強）
※ 范德華力很弱，約比化學鍵的鍵能小1 - 2數量級，化學鍵的能量在120kJ/mol以上，而分子間作用力在2～20kJ/mol。
4、對物質性質的影響：
（物理性質）
熔沸點、溶解性等
①組成和結構相似的物質：
相對分子質量↑ → 分子間作用力↑ → 熔沸點↑
熔沸點：I2 ＞ Br2 ＞ Cl2 ＞ F2 ，CI4 ＞ CBr4 ＞ CCl4 ＞ CF4
分子間作用力（范德華力）
4、對物質性質的影響：
（物理性質）
分子間作用力（范德華力）
熔沸點、溶解性等
分子間作用力范圍很小，即分子充分接近時才有相互間作用力。分子需充分接近，如固體、液體中；
②相對分子質量相同或相近時：
分子極性↑ → 分子間作用力↑ → 熔沸點↑
熔沸點：CO ＞ Ar
部分氫化物的沸點
有些氫化物的熔沸點的遞變規律出現反常，如NH3、H2O、HF的沸點就反常的高，這是什么原因造成的呢
思考與討論
請比較下列氫化物的沸點？
CH4 SiH4 GeH4 SnH4
NH3 PH3 AsH3 SbH3
H2O H2S H2Se H2Te
HF HCl HBr HI
氫鍵
氫 鍵
04
當氫原子與非金屬性較強（電負性大）的X原子以共價鍵結合時，它們之間的共用電子對強烈地偏向X原子，使H原子幾乎成為“裸露”的質子，這樣相對顯正電性的H原子與另一分子中相對顯負電性的X（或Y）原子相接近并產生靜電相互作用和一定程度的軌道的重疊作用，這種相互作用稱為氫鍵。
氫鍵
1、定義：
化合物分子通過它的氫原子(H)與另一分子中吸引電子能力較強的原子(F、O、N)間，所產生的相互作用，稱為氫鍵。
2、存在：
F、O、N原子與H原子之間形成。如存在于H2O、HF、液態NH3、N2H4、CH3CH2OH等部分物質的液態和固態中。
氫鍵
氫鍵
3、表示方法：
X—H…Y
實線：共價鍵
虛線：氫鍵
“X―H Y”表示氫鍵，三原子要在一條直線上，其中X、Y可同可不同。如F―H F、O―H O、N―H O。
氫鍵
4、形成條件：
（1）分子中必須要帶孤電子對、原子半徑小且吸引電子能力很強的非金屬元素（F、O、N）；
（2）分子中必須有一個與吸引電子能力很強的非金屬元素形成共價鍵的氫原子（H）。
氫鍵
5、注意：
（1）氫鍵不是化學鍵，通常看作一種較強的分子間作用力。
化學鍵 > 氫鍵 > 分子間作用力
（2）NH3、H2O、HF的分子之間既存在分子間作用力，又存在氫鍵。
（3）凡分子中含有H—N、H—O、H—F鍵的物質，分子間都會形成氫鍵。
（4）飽和性、方向性（一般在同一直線上，在這樣的方向上成鍵兩原子電子云間的排斥力最小、最穩定）。
氫鍵
6、對物質性質的影響：
（物理性質）
熔沸點、溶解性、硬度等
①熔沸點↑
如：H2O > H2Te > H2Se > H2S
標況下：H2O、HF非氣態
②溶解度↑
如：NH3極易溶于水（1 : 700），NH3與H2O分子間存在氫鍵
③密度↓
如：氫鍵存在使密度反常，如水密度 ＞ 冰密度
p水 = 1g/cm3
p冰 = 0.92g/cm3
思考
（1）1個H2O分子最多形成幾個氫鍵？1個HF分子最多形成幾個氫鍵？
（2）1mol H2O分子最多形成幾mol氫鍵？1mol HF分子呢？
（3）含H的化合物分子之間都有氫鍵嗎？
H2O
HF
4個
2個
4mol
2mol
不一定
H2O
F—H
F—H
F—H
F—H
· · ·
· · ·
· · ·
· · ·
· · ·
HF
冰中水分子之間的氫鍵
水在液態時，除了單個水分子，還有幾個水分子通過氫鍵結合而形成的締合水分子(H2O)n存在。在固態水（冰）中水分子間以氫鍵結合成排列規整的晶體。由于冰的結構中有空隙，造成體積膨脹、密度減小至低于液態水的密度，所以冰會浮在水面上。
知識拓展
知識拓展1：在冰的晶體中，氫鍵的存在使得每個水分子只與處于四面體頂角方向的四個相鄰的水分子連接。這種排列就使冰中水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。當冰融化時，熱運動使冰的結構部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，從而使水中的生物在寒冷的冬季得以在冰層下的水中存活。
知識拓展3：溶質和溶劑分子之間氫鍵的形成使溶質的溶解度增大，如：NH3極易溶于H2O。
知識拓展2：在水蒸氣中，水是單個的H2O分子形式存在；在液態水中通常是幾個水分子通過氫鍵結合起來，形成締合水分子(H2O)n；在固態水中水分子都是以氫鍵相互聯結。可見在水中隨著溫度的降低，形成氫鍵的數目在增多。
練習
（1）冰熔化或汽化時____________________被破壞，分子__________變化（填沒有發生或發生），屬______變化；
（2）水分解時________被破壞，分子______變化，屬于_______變化；
（3）碘化氫分解時_______被破壞，屬于_____變化；
（4）干冰升華時_____________被破壞，屬于_____變化。
氫鍵和分子間作用力
沒有發生
物理
共價鍵
發生
化學
共價鍵
化學
分子間作用力
物理
分子直接構成的物質：
物理性質 →
化學性質→
分子間作用力
共價鍵
練習
（5）食鹽融化時_______被破壞，屬于_____變化；
離子鍵
物理
共價鍵
物理
（6）金剛石融化時_______被破壞，屬于_____變化。
離子化合物：
物理性質 →
化學性質→
離子鍵
離子鍵
原子直接構成的物質：
物理性質 →
化學性質→
共價鍵
共價鍵
物質發生變化時化學鍵是否被破壞的判斷
1、離子化合物的溶解或熔化過程
離子化合物
溶解或熔化
電離
離子鍵被破壞
陰、陽離子
物質發生變化時化學鍵是否被破壞的判斷
2、共價化合物的溶解或熔化過程
共價
化合物
溶于水
熔化
能與水反應
如SO2、CO2
舊鍵斷裂、新鍵形成
電解質
如HCl
有共價鍵斷裂、無新鍵形成
部分非電解質
如酒精
只破壞分子間作用力
由分子構成的物質，如冰
由原子構成的物質，如SiO2
只破壞分子間作用力
共價鍵被破壞
物質發生變化時化學鍵是否被破壞的判斷
3、單質的溶解或熔化過程
單質
能與水反應的某些活潑非金屬單質
如Cl2、F2
共價鍵被破壞
由分子構成的固體單質
如P4、S8
只破壞分子間作用力
由原子構成的單質(稀有氣體除外)
如金剛石
共價鍵被破壞
分子間作用力、氫鍵與化學鍵的比較
化學鍵 范德華力 氫鍵
概念
存在范圍
作用力強弱
對物質的影響
相鄰的原子之間強烈的相互作用
把分子聚集在一起的作用力
分子內、原子間
分子之間
較強
比化學鍵弱的多
主要影響化學性質
主要影響物理性質（如熔沸點）
分子內“裸露”的氫核與另一分子中帶負電荷的原子產生的靜電作用
某些分子之間
主要影響物理性質（如熔沸點）
遠小于化學鍵，略大于范德華力
課堂小結
課堂小結
課堂小結
1、下列說法正確的是（ ）
A. 分子間作用力與化學鍵大小相當
B. 分子間作用力是一種很強的作用力
C. 分子間作用力主要影響物質的化學性質
D. 分子內部相鄰原子之間的相互作用為化學鍵，而分子間也有相互作用，為分子間作用力
D
學習評價
2、下列關于氫鍵的說法中正確的是（ ）
A. 每個水分子內含有兩個氫鍵
B. 在所有的水蒸氣、水、冰中都含有氫鍵
C. 分子間能形成氫鍵，使物質的熔沸點升高
D. HF穩定性很強，是因為其分子間能形成氫鍵
C
學習評價
3、下列說法正確的是（ ）
A. 水很穩定是由于水分子間存在氫鍵
B. NaOH融化時離子鍵和共價鍵發生斷裂
C. 碳酸鈣分解時發生了化學鍵的斷裂和形成
D. 冰融化時要吸熱，所以共價鍵斷裂
E. 任何分子中都含有共價鍵
F. 分子間作用力越大，熔化或汽化時所需的能量就越多，其化學性質也越穩定
學習評價
C
4、下列事實與氫鍵有關的是（ ）
A. 水加熱到很高的溫度都難以分解
B. 水結成冰體積膨脹，密度變小
C. CH4、SiH4、GeH4 、SnH4的熔點隨相對分子質量的增大而升高
D. HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性依次減弱
學習評價
B
5、 離子鍵、共價鍵、分子間作用力都是微粒間的作用力。下列物質中，只存在一種作用力的是（ ）
A. 干冰 B. NaCl C. NaOH
D. I2 E. H2SO4　　 F. Ar
BF
學習評價
6、物質變化時，沒有克服化學鍵的是（ ）
A. H2O電解 　　　 B. I2升華
C. 燒堿熔化　　　　 D. NaCl溶于水
E. HCl溶于水 F. 蔗糖溶于水
G. 冰融化
BFG
學習評價
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