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(共27張PPT)
第二章 微粒間相互作用與物質性質
第 4 節 分子間作用力
學習目標
1、通過對水的三態變化和通電分解后的實質的分析，讓學生認識到分子間作用力的存在;
2、通過不同物質分子間的比較，讓學生初步建立對范德華力的理解;
3、通過比較水和硫化氫沸點的大小，引出氫鍵，讓學生去探究氫鍵的形成條件，培養學生的科學探究的能力。
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聯想質疑
水的三態變化
電解水
思考：這兩個過程分別發生什么變化？有什么相似之處呢？
物理變化（H2O之間存在著相互作用）
化學變化
（H2O內H、O存在著相互作用）
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H2O(l)
100℃
H2O(g)
2000℃
H2(g)+O2(g)
結論：H2O內H和O之間的相互作用遠大于H2O之間的作用。
分子間作用力
共價鍵
一類弱的相互作用
最常見的分子間作用力：范德華力和氫鍵。
O2
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交流研討
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共價鍵
分子間作用力
范德華力
范德華力只存在于由共價鍵形成的多數共價化合物和絕大多數非金屬單質分子之間及稀有氣體分子之間。但像二氧化硅、金剛石等由共價鍵形成的物質的微粒之間不存在范德華力。
一.范德華力與物質性質
1.范德華力
(1)概念：分子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。
(2)特點：比化學鍵的鍵能小得多。
(3)實質：電性作用。
(4)特征：沒有飽和性和方向性
分子 HCl HBr HI CO Ar
范德華力（kJ/mol） 21.14 23.11 26.0 8.75 8.50
共價鍵鍵能（kJ/mol） 431.8 366 298 745 無
離子化合物中不存在范德華力
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思考： 觀察下列物質熔沸點變化，思考范德華力與相對分子質量的關系
分子組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越強，物質熔、沸點越高。
鹵族元素單質熔沸點的遞變規律？
思考:CO和N2的相對分子質量相同，但兩者熔沸點不同，原因是什么？
CO為極性分子
N2為非極性分子
(2)影響范德華力的因素
①結構和組成相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越強。
②分子的極性越大，范德華力越強。
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交流研討
比較H2O、H2S、H2Se、H2Te中范德華力的強弱、熔沸點的高低
范德華力：H2O＜H2S＜H2Se＜H2Te
按照范德華力的大小比較，水的沸點應該低于硫化氫的沸點，但事實卻相反。這是為什么？
說明水分子中除了范德華力之外還有另一種作用力，
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氫鍵
----另一種常見的分子間作用力
O-H中共用電子對強烈偏向O
H帶部分正電性
能與另一個水分子中顯負電性的
O的孤電子對產生靜電作用
H






H


H
O
H
O
氫鍵：
當氫原子與電負性大的原子X以共價鍵結合時，氫原子與另一個電負性大的原子Y之間的靜電作用。
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氫鍵
X —— H · · · Y
化學鍵
氫鍵
強烈、距離近
微弱、距離遠

F—H---F
O—H--- O
N—H--- N
氫鍵作用能(kJ/mol)
28.1
18.8
20.9
共價鍵鍵能(kJ/mol)
568
462.8
390.8
1、Ｘ、Ｙ兩原子可以相同,也可以不同
2、Y元素半徑小且電負性較大
3、Y原子有孤電子對
作用力：化學鍵＞氫鍵＞范德華力
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活動探究---表示出下列幾種物質中的氫鍵
O— H … O
N— H … N
F— H … F
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追根尋源
為什么水呈現出獨特的物理性質
氫鍵特征：
具有方向性和飽和性
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活動探究
DNA雙螺旋結構中的氫鍵
分子間氫鍵使熔沸點升高，分子內氫鍵使熔沸點降低。
存在氫鍵的物質
① 氫鍵存在于非金屬氫化物中,如 NH3、H2O、HF 等。
② 氫鍵存在于含氧酸中，如 HNO3、H2SO4、H3PO4等。
③ 氫鍵廣泛地存在于有機化合物中,如CH3OH、C2H5OH、CH3CONH2中可以形成 O一H…O和 N-H…O等形式的氫鍵。
④氫鍵主要存在于固態(如冰)和液態(如水)物質中,但也可存在于某些氣態物質中，如低于90℃時HF的相對分子質量大于20,這說明在此條件下HF分子間具有因氫鍵而締合的情況.甲酸也可通過氫鍵締合成二聚分子,存在于甲酸的蒸氣中。氫鍵締合受溫度的影響,溫度升高、締合程度減小，直至締合情況消失。
存在氫鍵的物質
⑤ 氫鍵不僅存在于共價化合物中,也存在于某些離子晶體中。例如，在NaHCO3晶體和CuSO4·5H2O晶體中，都存在氫鍵。從膽礬晶體中依次脫去水分子所需的溫度不同，與其中的氫鍵有關。
⑥ 不僅分子間能成氫鍵,在一定條件下分子內也可形成氫鍵。例如，苯的鄰位上有-CHO、-COOH、一OH、一NO2等原子團時，可形成氫鍵自螯合環。
氫鍵的形成對物質物理性質如熔點、沸點、溶解度、電學性質等都有影響。
(1)氫鍵對物質熔點、沸點、溶解度的影響
① 分子間形成氫鍵后，使分子之間形成締合,分子間產生較強的結合力，導致其熔點、沸點高。例如，水的熔點、沸點高于硫化氫。
② 分子內形成氫鍵,將減少分子間氫鍵的形成,一般會使物質的熔點、沸點降低。例如,能形成分子內氫鍵的鄰硝基苯酚,其沸點為45℃;而不能形成分子內氫鍵的間硝基苯酚和對硝基苯酚其沸點分別為96℃和 114℃。
③ 溶液中溶質分子或離子之間形成氫鍵時,一般能造成該物質溶解度降低或酸性減弱H+難被電離。例如,鉀、鈉、銨的碳酸氫鹽的溶解度反常地低于其對應的正鹽，氫氟酸為弱酸等。
④ 溶質分子與溶劑分子間形成氫鍵時,一般會使溶解度驟增。例如，NH3極易溶于水,乙醇可與水互溶。
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追根尋源
羊毛織品水洗后為什么會變形？
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。
(2)氫鍵對材料性能的影響
分子通過氫鍵可以組裝成具有優異的光、電、磁、催化、生物活性等特性的材料。氫鍵有別于其他分子間相互作用之處在于以下三點。
① 氫鍵在類型、長度、強度和構型上是變化多樣的，每個分子中的一個強氫鍵(一般鍵能大于50kJ·mo-1)足以決定固態結構，并且在很大程度上影響其液態和氣態的存在。弱氫鍵(一般鍵能小于15 kJ·mol-1)在穩定結構中也起到一定的作用,當有很多氫鍵協同作用時效果可以變得很顯著。
②氫鍵具有方向性、飽和性和可預見性，可設計和合成出含有特征質子給體和特征質子受體的分子，可以按照所希望的方式將一定的結構單元或功能單元通過氫鍵組裝成具有優異的光、電、磁、催化、生物活性等特性的材料。
(2)氫鍵對材料性能的影響
③ 氫鍵強度介于化學鍵和范德華力之間，形成和破壞都比較容易。其動態可逆的特點,使其對外部環境的刺激能產生獨特的響應，在決定材料的性質和新型材料的設計中至關重要。因此，氫鍵在現代化學、材料科學以及生命科學中所起的作用越來越重要。
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練習
1.下列物質性質的變化規律與分子間作用力無關的是( )
A.CCI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸點逐漸降低
B.HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性依次減弱
C.CO的熔、沸點比N2的高
D.CH4、CH3—CH3、CH3—CH2—CH3的沸點逐漸升高
B
2.有關物質結構的下列說法中正確的是（ ）
A.形成氫鍵A—H…B—的三個原子總在一條直線上
B.含極性鍵的共價化合物一定是電解質
C.氯化鈉固體中的離子鍵在溶于水時被破壞
D.HF的分子間作用力大于HCl,故HF比HCI更穩定
C
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練習
3.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
4.目前,全世界鎳的消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅,居有色金屬第五位。鎳行業發展蘊藏著巨大潛力。
I.(1)硫酸鎳溶于氨水形成[Ni(NH)6]SO4藍色溶液。
①基態Ni2+的核外電子排布式為_______________________
②在[Ni(NH3)6]2+中存在的化學鍵有________(填字母)。
A.離子鍵 B.共價鍵 C.配位鍵 D. 氫鍵 E.σ鍵 F.π鍵
Ⅱ.丁二酮肟是一種檢驗Ni2+的靈敏試劑。
(2)丁二酮肟(HON=C_____C=NOH )分子中C原子軌道雜化類型為______
1 mol 丁二酮肟分子所含 σ鍵的數目為_________
CH3
CH3
(3)配合物Ni(CO)4在常溫下為液態,易溶于 CCl4、苯等有機溶劑。Ni(CO)4中Ni原子與CO的C原子形成配位鍵。不考慮空間結構，Ni(CO)4的結構可用示(用“→”表示出配位意圖表示為__________________
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