資源簡介

(共31張PPT)
專題3 微粒間作用力與物質性質
第四單元 分子間作用力 分子晶體
3.4.1 范德華力
氫鍵
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析：
學生能夠從宏觀現象（如物質的熔點、沸點、溶解性、密度、黏度等）深入理解其微觀本質，即分子間作用力（范德華力和氫鍵）的差異與作用方式，建立宏觀性質與微觀結構之間的緊密聯系。
證據推理與模型認知：
依據給定的物質性質數據（如氫化物沸點、有機物熔沸點等）和實驗現象（如冰的密度反常、氨在水中的溶解性等），引導學生進行合理推理，構建分子間作用力影響物質性質的思維模型。
教學重難點
重點
深入剖析范德華力的影響因素，通過實例對比清晰闡述其如何影響物質的熔點、沸點、溶解度等關鍵物理性質
詳細講解氫鍵的形成條件（氫原子與電負性大、半徑小的原子共價結合且存在合適的孤電子對原子）、表示方法（X—H…Y）和分類。
難點
由于氫鍵涉及到分子間較為復雜的靜電作用和電子云分布變化，學生理解起來具有一定難度。
在實際化學問題中，許多物質的性質受到范德華力和氫鍵的共同影響，且二者作用程度和方式各異，這使得學生在綜合分析時容易混淆和判斷失誤。
同學們，在我們的日常生活中，會遇到許多奇妙的現象。比如，水在常溫下是液態，而硫化氫在常溫下卻是氣態，這是為什么呢？還有，為什么乙醇能與水以任意比例互溶，而乙醚在水中的溶解度卻很小呢？再看冬天的雪花，它們為什么會呈現出如此美麗而規則的六邊形結構呢？這些現象都與分子間的作用力密切相關。今天，我們就一起來探究分子間作用力中的范德華力和氫鍵，看看它們是如何在微觀世界里發揮作用，從而影響物質的宏觀性質的。
課前導入
范德華力
PART 01
分子間作用力
(1)概念：將分子聚集在一起的作用力稱為分子間作用力。
(2)存在：共價分子間都存在分子間作用力。
(3)特點：分子間作用力本質上是一種靜電作用，比化學鍵弱得多。
(4)分類：范德華力和氫鍵是兩種最常見的分子間作用力。
范德華力
(1)存在：
范德華力是一種普遍存在于固體、液體和氣體分子之間的一種作用力。
(2)特點：與共價鍵相比，范德華力較小，一般沒有飽和性和方向性。
(3)影響因素：
①分子的大小、空間構型以及分子中電荷分布是否均勻。
②組成和結構相似的分子，其范德華力一般隨著相對分子質量的增大而增大。
范德華力
(4)對物質性質的影響：
①分子間范德華力越大，物質的熔、沸點越高。
Ⅰ：組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大，物質的熔、沸點就越高。如熔、沸點：CF4Ⅱ：組成相似且相對分子質量相近的物質，分子的電荷分布越不均勻，范德華力越大，其熔、沸點就越高，如熔、沸點：CO>N2。
Ⅲ：在同分異構體中，一般來說，支鏈越多，熔、沸點就越低，如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。
②溶質與溶劑分子間的范德華力越大，物質的溶解度越大
范德華力的幾種不同類型
1.電荷分布不均勻的分子（如HCl、H2O等）之間以其帶異號電荷的一端互相吸引，產生的靜電作用使分子按一定的取向排列（如圖a所示），從而使體系處于比較穩定的狀態。
2. 電荷分布均勻的分子（如O2、N2、CO2等），由于核外電子的不斷運動，分子中電子產生的負電荷重心與原子核產生的正電荷重心瞬時不重合，使分子的電荷分布不均勻，其帶異號電荷的一端也互相吸引，這樣分子間也會產生靜電作用力（如圖b所示）。
范德華力的幾種不同類型
3. 電荷分布均勻的分子在電荷分布不均勻的分子的作用下，導致電荷分布均勻的分子的負電荷重心和正電荷重心不重合，其帶異號電荷的一端也互相吸引，產生靜電作用力（如圖c所示）。
范德華力的幾種不同類型
范德華力與化學鍵的比較
化學鍵 范德華力
概念 是物質中直接相鄰的原子或離子之間存在的強烈的相互作用 是一種普遍存在于固體、液體和氣體中分子之間的作用力
存在 分子(或晶體)內原子間 分子間(近距離)
強弱 較強 比化學鍵弱得多
對物質性質的影響 影響化學性質(分子)和物理性質(晶體) 主要影響物理性質
氫鍵
PART 02
氫鍵
1．氫鍵的形成和表示
H原子與電負性大、半徑較小的原子X以共價鍵結合時，H原子能夠跟另一個電負性大、半徑較小的原子Y之間形成氫鍵，通常用X—H…Y表示。上述X、Y通常指N、O、F等。
2．氫鍵的特點
(1)氫鍵可以存在于分子之間，也可以存在于分子內部。
(2)氫鍵比化學鍵弱，比范德華力強。
(3)氫鍵有分子內氫鍵和分子間氫鍵兩種。
水分子之間形成
氫鍵的示意圖
氫鍵的形成
氫鍵對物質物理性質的影響
分子間氫鍵對物質物理性質的影響
(1)含有分子間氫鍵的物質具有較高的熔點、沸點。
如氟化氫的熔、沸點比氯化氫高。
(2)含有分子間氫鍵的液體一般黏度比較大。
如甘油、硫酸等。
(3)分子間氫鍵的存在使溶質在水中的溶解度比較大。
如氨極易溶于水，乙醇和水能以任意比互溶等。
氫鍵對物質物理性質的影響
含有分子內氫鍵的物質具有較低的熔、沸點。
例如，鄰羥基苯甲醛能形成分子內氫鍵，對羥基苯甲醛能形成分子間氫鍵。當對羥基苯甲醛熔融時，需要消耗較多的能量克服分子間氫鍵，所以對羥基苯甲醛的熔點高于鄰羥基苯甲醛。
醋酸和硝酸相對分子質量接近，但兩種物質的熔點和沸點相差很大，因為醋酸分子形成了分子間氫鍵，而硝酸分子形成了分子內氫鍵。
氫鍵對物質物理性質的影響
對物質密度的影響：
氫鍵的存在會使某些物質的密度反常，如水的密度比冰的密度大。
水的沸點較高，水結冰時體積膨脹、密度減小。水的這些特殊物理性質與水分子之間形成的氫鍵有關。水蒸氣中水分子主要以單個分子的形式存在，液態水中多個水分子通過氫鍵結合在一起，形成(H2O)n。冰中所有水分子中的氫原子都參與形成氫鍵，使水分子之間的間隙增大，由此形成一個有很多
“孔洞”的結構，使冰的密度小于水，所以冰浮于水上。
大多數物質在固態時的密度要比液態時大，而水是一個例外。正是由于氫鍵的存在，冬季江河、湖泊中魚類等生物才免遭凍死的災難，人們也可以在冰上開展冰球、滑冰等運動項目。
氫鍵對物質物理性質的影響
冰上運動項目
氫鍵對于生命非常重要，生物體內的蛋白質和DNA(脫氧核糖核酸)的分子內或分子間都存在著大量的氫鍵。氫鍵對維持生物大分子的空間構型和生理活性具有重要意義。例如，生物的遺傳基因本質上就是DNA分子中的堿基順序，而DNA的雙螺旋結構，像雙股電線一樣纏繞在一起，它是由兩條DNA大分的堿基通過氫鍵配對形成的。此外，更復雜的DNA雙螺旋結構也是靠大量氫鍵相連而穩定存在于生命體中的。氫鍵在DNA分子中扮演著相當重要的角色。沒有氫鍵的存在，也就沒有這些特殊而又穩定的大分子結構。正是這些大分子支撐了生物機體，擔負著營養貯存、遺傳信息的編碼和復制等一切生物功能。
DNA的雙螺旋
結構示意圖
氫鍵與生活的重要聯系
自氫鍵被發現以來，化學家們就從未間斷對它的研究。氫鍵廣泛存在于許多化合物和溶液中，對物質性質的影響很大，如熔、沸點，在不同溶劑中的溶解性能等。生活中常見的紙張、衣物、皮革、煤炭、潤滑油脂以及棉花等纖維素類材料中，人體中與生命息息相關的蛋白質和核酸中都有氫鍵存在，肌肉的運動也與氫鍵的形成與斷裂有關。在化學工業中有關氫鍵應用的例子就更多了，色譜技術、極譜分析法以及吸附等方法都與氫鍵有關。煤中的氫鍵對煤的性質、結構及轉化等都有重要的影響，通過煤中氫鍵的調控可以實現煤的優化和高效轉化。
弱作用力的“強作用”
“超分子”被稱為共價鍵分子化學的一次升華，超分子化學被稱為“超越分子概念的化學”。在形成超分子的各種分子間相互作用中，氫鍵尤為特殊，被稱為“超分子化學中的萬能相互作用”。氫鍵的強度在化學鍵和范德華力之間，具有方向性和飽和性，使得它在超分子自組裝過程中起著關鍵的作用。利用分子間氫鍵鍵合，可以按照所希望的方式將一定的結構單元或功能單元組裝成具有儲存信息、轉移信息和催化功能的超分子結構，使現代化學在生命科學、材料和信息技術等方面發揮更大的作用。而用傳統的有機合成方法，是很難制備上述材料的。
氫鍵的存在
(1)H原子必須與N、O或F原子以共價鍵結合。如：
①含羥基（-OH）的化合物：水分子、含氧酸（如H2SO4、CH3COOH）、醇類（如C2H5OH）等。
②含氨基（-NH2）的化合物：NH3、R-NH2等。
③HF。
(2)含有N、O、F（有孤電子對存在、與電負性較小的原子相連）的化合物。
①（1）中所列舉的幾類物質。
②含碳氧雙鍵的化合物：如醛（-CHO）、羧酸（-COOH）等。
③含硝基（-NO2）的化合物。
課堂小結
PART 03
范德華力
分子間作用力
2
1
分子間作用力
氫鍵
3
概念、特點
分類
存在和特點
對物質性質的影響
形成和表示方法
分類和特點
對物質性質的影響
4
范德華力、氫鍵對物質性質的影響
熔、沸點
溶解性
密度、黏度
課堂練習
PART 04
1．下列說法正確的是(　　)
A．H2O的熱穩定性比H2S強，是因為H2O分子間作用力比H2S強
B．離子化合物中一定含有離子鍵，一定不含共價鍵
C．NaClO是含有兩種類型化學鍵的離子化合物
D．SiO2屬于共價晶體，熔化時破壞共價鍵和分子間作用力
C
2．在“石蠟→液體石蠟→石蠟蒸氣→裂化氣”的變化過程中，被破壞的作用力依次是(　　)
A．范德華力、范德華力、范德華力
B．范德華力、范德華力、共價鍵
C．范德華力、共價鍵、共價鍵
D．共價鍵、共價鍵、共價鍵
B
3．下列現象與氫鍵有關的是(　　)
①H2O的熔、沸點比ⅥA族其他元素簡單氫化物的高　②水分子高溫下也很穩定　③接近水的沸點的水蒸氣的相對分子質量測定值比用化學式H2O計算出來的相對分子質量大一些　④鄰羥基苯甲酸的熔、沸點比對羥基苯甲酸的低
A．①②③④ B．①③④ C．①②③ D．①②④
B
4．下列關于氫鍵X—H…Y的說法中，錯誤的是(　　)
A．X、Y元素具有強電負性，是氫鍵形成的基本條件
B．氫鍵是共價鍵的一種
C．某些物質因分子之間存在氫鍵，導致沸點反常升高
D．同一分子內也可能形成氫鍵
B
Thanks
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