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第三節(jié) 分子結構與物質性質
第二章 分子結構與性質
第2課時 分子間作用力
學習目標
1、認識分子間存在相互作用，知道范德華力是常見的分子間作用力；能說明范德華力對物質熔點、沸點等性質的影響，形成“結構決定性質”的基本觀念。
2、知道氫鍵是常見的分子間作用力；能說明氫鍵對物質熔點、沸點等性質的影響，能舉例說明氫鍵對于生命的重大意義。
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
下雪不冷，化雪冷；水變成水蒸氣(100℃)；3000℃時，水會分解生成氫氣和氧氣。這說明了什么？
2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)
H2O(s)=H2O(l)
H2O(l)=H2O(g)
1.冰融化\水沸騰發(fā)生的是物理變化，水的分解發(fā)生的是化學變化。
2.冰融化\水沸騰和分解都需要破壞微粒間的作用力。冰融化\水沸騰破壞的是分子間的某種作用力，而水的分解是分子內H—O共價鍵被破壞。冰融化\水沸騰的溫度遠比水分解的溫度低，說明這種分子間作用力很弱。比化學鍵的鍵能小。
H>0
【新課導入】
一、 范德華力
1、概念：
把分子聚集在一起的作用力，稱為范德華力
范德華(1837-1923)：荷蘭物理學家，最早研究分子間普遍存在作用力。1910年因研究氣態(tài)和液態(tài)方程獲諾貝爾物理學獎。
實質：
分子間的一種靜電作用
2、特點：
①范德華力很弱，比化學鍵的鍵能小1~2數(shù)量級
②范德華力一般沒有方向性和飽和性。只要分子周圍空間允許，總是盡可能多的吸引其他分子。
分子 HCl HBr HI
范德華力(kJ/mol) 21.14 23.11 26.00
共價鍵鍵能(kJ/mol) 431.8 366 298.7
3、存在：
①大多數(shù)共價化合物：
例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各種有機化合物（如CH4）等
②大多數(shù)非金屬單質：例如：H2、P4、S8、C60等
③各種稀有氣體：例如Ar、Kr等等
范德華力是分子之間普遍存在的一種相互作用力。但只有分子間充分接近（300-500pm）時才有分子間的相互作用力。
注意：金剛石(C)、單質硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等內部只有共價鍵，不存在分子。
石墨層與層之間存在分子間作用力。
分子 Ar CO HI HBr HCl
分子量 40 28 128.5 81.5 36.5
范德華力(kJ/mol) 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
4、影響因素：
①組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大
②分子的極性越大，范德華力越大
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
鹵素單質都是都是雙原子分子，組成和結構相似，從F2到I2相對分子質量逐漸增大，范德華力逐漸增大，所以，熔沸點逐漸升高。
【思考與討論】怎樣解釋鹵素單質從的熔點和沸點越來越高？
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
氣態(tài)
液態(tài)
固態(tài)
常溫下
單質 相對分子質量 沸點/℃
正戊烷 72 36.1
異戊烷 72 28
新戊烷 72 10
5、范德華力對物質性質的影響：
范德華力主要影響物理性質，主要包括物質的熔、沸點及溶解性等
（1）范德華力對物質的熔、沸點的影響——范德華力越大、熔沸點越高。
①組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，物質熔、沸點越高
②相對分子質量相同或相近時，分子的極性越大，物質熔、沸點越高
③在同分異構體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，范德華力越小，物質熔、沸點就越低
（2）范德華力對物質溶解性的影響——溶質分子與溶劑分子間的范德華力越大，則溶質的溶解性越大。
例如;稀有氣體在水中的溶解度從氦到氡依次增大。
課堂練習1：下列關于范德華力的敘述中，正確的是(　　)
A．范德華力的實質也是一種電性作用，所以范德華力是一種特殊的化學鍵
B．范德華力與化學鍵的區(qū)別是作用力的強弱問題
C．任何分子間在任意情況下都會產生范德華力
D．范德華力非常微弱，故破壞分子間的范德華力不需要消耗能量
B
課堂練習2：填寫下列空格：
(1)N2的沸點比CO的沸點___(填“高”或“低”)，其原因是_______________
________________________________________________________________。
(2)BCl3的沸點比BF3的___(填“高”或“低”)，其原因是_________________
________________________________________。
低
N2為非極性分子，
CO為極性分子，且二者相對分子質量相近，極性分子間的范德華力較強
高
BCl3與BF3的結構
相似，BCl3的相對分子質量大，范德華力強
(3)下列變化或事實與范德華力無關的是___(填字母)。
A.CO2氣體加壓或降溫時變成干冰 B.碘溶于四氯化碳
C.CS2的沸點高于N2 D.食鹽熔化
D
思考與討論
分子 CH4 SiH4 GeH4 SnH4
相對分子質量 16 32 76.6 122.7
沸點/℃
第ⅣA族氫化物
請大家預測第ⅣA族氫化物隨著相對分子質量的增大，它們的沸點如何變化？那第ⅥA族呢？
–161.5
–112
–88
–52
思考與討論
為什么第ⅥA族元素的氫化物的沸點中，水的沸點出現(xiàn)“反?！?，水的沸點是最高的。這是為什么？
除范德華力之外的另一種特殊的分子間作用力——氫鍵。
2
3
4
5
-150
-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
×
×
×
×
HI
CH4
SiH4
PH3
GeH4
SnH4
NH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸點/℃
周期
IVA-VIIA氫化物的沸點
H—O鍵極性很強
無內層電子，幾乎成為“裸露”的質子，有空軌道。
電負性大，半徑小
氫鍵
O
H
H
O
H
H
δ＋
δ＋
δ－
δ－
…
①部分裸露的氫原子核
②電負性很大且半徑小的原子提供孤電子對
2.形成的條件
孤電子對
1.氫鍵的形成
二、氫鍵
由已經與電負性很大的原子(如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之間的作用力。
通常用“X—H…Y”表示
“—”表示共價鍵
“…”表示形成的氫鍵
“X、Y”可以相同可以不同
3.氫鍵的概念
4.氫鍵的表示
O—H…O
N—H…N
F—H…F
O—H
…
N
O—H
…
F
N—H
…
O
F—H
…
O
類型 氫鍵 范德華力 化學鍵
鍵能或范德 華力強度 一般不超過 40kJ/mol 一般是 2～20kJ/mol 一般是
100～600kJ/mol
氫鍵、范德華力、化學鍵的比較
①介于化學鍵與范德華力間，不屬于化學鍵。
5.氫鍵的特征
②具有方向性和飽和性。




180°
冰的結構
a、方向性
b、飽和性
X—H Y三個原子盡可能在同一條直線上。
X—H…Y 在同一直線上時，氫鍵最強。
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。
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。
F原子電負性最大，F(xiàn)—H F是最強的氫鍵；
氫鍵強弱變化順序為：
F—H F > O—H O > O—H N > N—H N
6.氫鍵的強弱
X—H Y強弱與X和Y的電負性有關。
電負性越大，則氫鍵越強
C原子吸引電子能力較弱，一般不形成氫鍵。
思考與討論
名稱 熔點/℃ 沸點/℃
鄰羥基苯甲醛 2 196.5
對羥基苯甲醛 115 250
鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛的熔點和沸點
為什么兩者的熔點和沸點不同？
分子內氫鍵
分子間氫鍵
7.氫鍵的種類
(1)分子間氫鍵
氫鍵普遍存在于已經與N、O、F形成共價鍵的氫原子與另外的N、O、F原子之間。如：HF、H2O、NH3 相互之間C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之間
某些物質在分子內也可形成氫鍵，當苯酚在鄰位上有—CHO、—COOH、—NO2和
—OH時，可形成分子內的氫鍵,組成“螯合環(huán)”的特殊結構.
(2)分子內氫鍵
這里的氫鍵，不屬于分子間作用力,屬于分子內官能團之間的作用力。
鄰羥基苯甲醛
鄰羥基苯甲酸
鄰羥基硝基苯
注：氫鍵具有方向性，分子間氫鍵常是直線形的，分子內氫鍵多是折線形易形成平面環(huán)，環(huán)的大小以五或六原子環(huán)最穩(wěn)定。分子內氫鍵可以使分子更穩(wěn)定。且分子內氫鍵會削弱分子間氫鍵形成.
8.氫鍵對物質性質的影響
（1）對物質熔、沸點的影響
鄰羥基苯甲醛（熔點-7 ℃）
對羥基苯甲醛（熔點115 ℃）
分子間氫鍵增大了分子間作用力，使物質熔、沸點升高。
分子內氫鍵降低了分子的極性，使分子間作用力減小，物質的熔、沸點降低。
在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。氫鍵（具有方向性）的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。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。
冰中一個水分子
周圍有4個水分子
冰的結構
冰融化，分子間空隙減小
（2）氫鍵對水密度的影響
解釋冰的密度比液態(tài)水的密度小的原因
（3）氫鍵對相對分子質量測定的影響
解釋接近水的沸點的水蒸氣的相對分子質量測定值比按化學式H2O計算出來的相對分子質量大一些的原因。
接近水的沸點的水蒸氣中存在相當量的水分子因氫鍵而相互締合形成所謂的締合分子(H2O)n。
與水分子間能形成氫鍵的物質在水中的溶解度增大
氨氣極易溶于水、乙醇、乙醛、乙酸與水互溶而乙烷不溶于水
（4）氫鍵對溶解度的影響
課本P58 科學 技術 社會——生物大分子中的氫鍵
沒有氫鍵就沒有生命
范德華力 氫鍵 共價鍵
概念 分子之間普遍存在的一種作用力 已經與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很強的原子之間的靜電作用 原子間通過共用電子對所形成的相互作用
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 【歸納小結】
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(shù)目。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)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。如CF4H2S ②分子內存在氫鍵時，降低物質的熔、沸點 共價鍵鍵能越大，分子穩(wěn)定性越強
范德華力 氫鍵 共價鍵
【歸納小結】
①氫鍵的形成都會使物質的熔、沸點升高。 (　　)
②氫鍵是一種特殊的化學鍵,它廣泛存在于自然界中的物質中。(　　)
③HF的沸點較高,是因為H—F鍵的鍵能很大。(　　)
④每個水分子內含有兩個氫鍵( )
⑤在水蒸氣、水和冰中都含有氫鍵( )
⑥分子間形成氫鍵能使物質的熔點和沸點升高( )
⑦HF的穩(wěn)定性很強,是因為其分子間能形成氫鍵( )
⑧鄰羥基苯甲醛的熔點比對羥基苯甲醛的熔點高( )
課堂練習3：判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
×
×
×
√
×
×
×
×
課堂練習4：下列現(xiàn)象與氫鍵有關的是 (　　)
①HF的熔、沸點比ⅦA族其他元素氫化物的高
②乙醇可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液態(tài)水的密度小
④水分子高溫下也很穩(wěn)定
⑤ 鄰羥基苯甲酸的熔、沸點比對羥基苯甲酸的低
A．②③④⑤ 　B．①②③⑤ C．①②③④ D．①②③④⑤
B
課堂練習5：人們熟悉的影片《蜘蛛俠》為我們塑造了一個能飛檐走壁、過高樓如履平地的蜘蛛俠，現(xiàn)實中的蜘蛛能在天花板等比較滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不能從天花板上掉下的主要原因是( 　　)
A．蜘蛛腳的尖端鋒利，能抓住天花板
B．蜘蛛的腳上有“膠水”，從而能使蜘蛛粘在天花板上
C．蜘蛛腳上的大量細毛與天花板之間的范德華力這一“黏力”使蜘蛛不致墜落
D．蜘蛛有特異功能，能抓住任何物體
C
課堂練習6：①常溫下，在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷，原因是_______________________________________________。
乙醇與水形成分子間氫鍵而氯乙烷不能與水形成氫鍵
②在常壓下，甲醇的沸點(65 ℃)比甲醛的沸點(－19 ℃)高。主要原因是 ___________________。
甲醇分子間存在氫鍵
③在CO2低壓合成甲醇反應(CO2＋3H2=CH3OH＋H2O)中，所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為 _______________________，原因是
_________________________________________________________
H2O>CH3OH>CO2>H2
H2O與CH3OH均為極性分子，水分子間含氫鍵比甲醇中多；CO2與H2均為非極性分子，CO2相對分子質量較大，范德華力較大
課堂練習7：回答下列問題
(1)尿素[CO(NH2)2]易溶于水，其原因除尿素和水都是極性分子外，還有______________________________。
(2)已知A、B的結構如圖：A的熔、沸點
高于B的原因為_______________
尿素與水分子之間可以形成氫鍵
A分子間存在氫鍵
(3)已知鄰羥基苯胺的結構為 ，
鄰羥基苯胺的沸點 ______對羥基苯胺的沸點(填“低于” “高于”或“不確定”)；其原因是：
____________________________________________________________
低于
鄰羥基苯胺容易形成分子內氫鍵，沸點降低，對羥基苯胺容易形成分子間氫鍵，沸點升高，因此鄰羥基苯胺的沸點低于對羥基苯胺的沸點

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