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(共32張PPT)
微專題2　基于微粒間的相互作用
認識物質的性質
目 標 素 養
1.正確理解離子鍵、共價鍵、范德華力、氫鍵等不同類型作用力的本質,掌握其基本特征。
2.能舉例說明不同類型作用力對物質性質的影響,認識物質的性質與微觀結構的關系。
3.深化對微粒間相互作用模型的認知,發展證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
知識講解
1.作用力及類型。
*金屬鍵也是一種化學鍵,將在下一章學習。
2.各種作用力的實質、特征及影響強度的因素。
作用力類型 實質 特征 影響強度的因素
離子鍵 相鄰的陰、陽離子之間的相互作用 作用力強,無飽和性和方向性 離子半徑,離子所帶單位電荷的數目等
共價鍵 相鄰的原子間通過共用電子對(原子軌道重疊)所形成的相互作用 作用力強,有飽和性和方向性 原子半徑、共用電子對數等
作用力類型 實質 特征 影響強度的因素
范德
華力 存在于充分接近的分子間的一種作用力 比化學鍵弱得多,無飽和性和方向性 分子的極性,相對分子質量等
氫鍵 由已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子形成的一種作用力:X—H…Y 比范德華力稍強,比化學鍵弱得多,有飽和性和方向性 X、Y兩種原子的電負性、原子半徑等
3.多視角認識共價鍵。
分類依據 類別 形成條件 特征
鍵的極性 極性
鍵 不同元素原子之間的作用 共用電子對偏向吸引電子能力較強的原子,鍵有極性
非極
性鍵 同種元素原子之間的作用 共用電子對不偏移,鍵無極性
原子軌道
重疊方式 σ鍵 原子軌道“頭碰頭”重疊 軸對稱
π鍵 原子軌道“肩并肩”重疊 鏡面對稱
分類依據 類別 形成條件 特征
原子間共
用電子對
數目 共價單鍵 原子間有1個共用電子對 只有1個σ鍵,沒有π鍵
共價雙鍵 原子間有2個共用電子對 有1個σ鍵和1個π鍵
共價三鍵 原子間有3個共用電子對 有1個σ鍵和2個π鍵
典例剖析
【例1】 下列敘述中不正確的是　　　 。
①氫鍵有方向性和飽和性,是氫元素與其他元素形成的共價鍵
②σ鍵能單獨形成,而π鍵不能單獨形成
③所有的共價鍵都有方向性,這與原子軌道的重疊方式有關
④氫鍵屬于分子間作用力,所以氫鍵只存在于分子與分子之間
⑤CH3CH=CH2分子中,σ鍵與π鍵數目之比為7∶2
⑥金屬原子只能形成離子鍵,不能形成共價鍵
①③④⑤⑥
解析:氫鍵屬于分子間作用力,不屬于化學鍵,共價鍵屬于化學鍵,①錯誤;若成鍵原子間只共用一對電子,一定形成σ鍵而不是π鍵,即π鍵不能單獨形成,②正確;s-s軌道形成的σ鍵沒有方向性,③錯誤;氫鍵是一種分子間作用力,但氫鍵可以存在于分子內部,如鄰羥基苯甲醛、生物大分子都存在分子內氫鍵,④錯誤;CH3CH=CH2分子中,有6個C—H σ鍵和2個C—C σ鍵,有1個π鍵,所以σ鍵與π鍵數目之比為8∶1,⑤錯誤;金屬原子也可以形成共價鍵,如Al2Cl6分子中存在Al—Cl共價鍵,⑥錯誤。綜上所述,錯誤的是①③④⑤⑥。
方法導引 微粒間的作用力是一種靜電作用,既有靜電引力,又有靜電斥力。要熟悉各類作用力之間的相互關系,既要掌握其一般規律,又要充分認識其特殊性。例如極性鍵又分為強極性鍵和弱極性鍵,非極性鍵和離子鍵可以看作是極性鍵的兩個極端,弱極性鍵趨向非極性鍵,強極性鍵趨向離子鍵。同時還要認識到,沒有純粹的離子鍵,許多離子鍵中都含有一定的共價鍵成分,鹵化銀的鍵型從離子鍵(AgF)向共價鍵(AgI以共價鍵為主)過渡就是很好的例證(下一章會詳細講)。
學以致用
1.隨著溫度的升高,水從固態熔化成液態,再蒸發成氣態,最終分解成氫氣和氧氣,如圖所示,這個過程中主要克服的作用力依次是(　　)。
A.分子間作用力、分子間作用力、氫鍵、極性共價鍵
B.氫鍵、氫鍵、分子間作用力、極性共價鍵
C.分子間作用力、分子間作用力、氫鍵、非極性共價鍵
D.氫鍵、氫鍵、分子間作用力、非極性共價鍵
答案:B
解析:由圖可知,水從固態熔化成液態時,部分氫鍵被破壞,再蒸發成氣態時剩余的氫鍵被破壞并克服分子間作用力,2 000 ℃分解成氫氣和氧氣時破壞極性共價鍵,所以破壞的作用力依次為氫鍵、氫鍵、分子間作用力、極性共價鍵。
2.下列敘述中正確的有(　　)項。
①所有化合物中都存在化學鍵?、贜H3的電子式:
③某元素原子的最外層只有一個電子,它跟鹵素原子結合時所形成的化學鍵一定是離子鍵?、苡煞墙饘僭亟M成的化合物中不含離子鍵　⑤σ鍵可以以兩原子核的連線為軸自由旋轉,π鍵則不能?、匏肿娱g既存在范德華力,又存在氫鍵?、咴仉娯撔灾畲笥?.7的原子一般形成離子鍵,也可能形成共價鍵
A.2 B.3 C.4 D.5
答案:C
解析:離子化合物中一定存在離子鍵,共價化合物中一定存在共價鍵,所以化合物中一定存在化學鍵,①正確;NH3的電子式為 ,②錯誤;氫原子和鹵素原子結合時形成共價鍵,③錯誤;只含非金屬元素的化合物中可能含離子鍵,如NH4Cl,④錯誤;σ鍵是原子軌道通過“頭碰頭”重疊形成的,有軸對稱性,能自由旋轉,而π鍵是原子軌道通過“肩并肩”重疊形成的,不具有軸對稱性,不能自由旋轉,⑤正確;水分子間既存在范德華力,又存在氫鍵,⑥正確;元素電負性差大于1.7的原子一般形成離子鍵,也可能形成共價鍵,如電負性差為2.0的B和F形成的BF3中只有共價鍵,⑦正確。綜上所述,正確的是①⑤⑥⑦,共4項。
知識講解
1.各類作用力對物質性質的影響。
(1)離子化合物都含有離子鍵,一般具有較高的熔點和沸點,硬度較大,難于壓縮。離子鍵越強,物質的熔點、沸點越高,硬度越大。離子鍵的強弱也會影響物質的某些化學性質,如穩定性。強堿、大多數鹽、活潑金屬氧化物等都含有離子鍵。
(2)共價鍵通常用鍵參數描述其對分子性質的影響。
一般鍵長越小,鍵能越大,共價鍵越強,分子越穩定。非金屬單質、大多數非金屬氧化物、酸、大多數有機化合物等都是由共價鍵形成的。
(3)范德華力主要影響物質的熔點、沸點、硬度等物理性質,范德華力越強,物質的熔點、沸點越高,硬度越大。范德華力廣泛存在于充分接近的分子之間,主要存在于由分子構成的物質中。
(4)分子間氫鍵的存在,能使物質的熔點、沸點升高。氫鍵對電離、溶解度等產生影響,若溶劑和溶質分子之間可以形成氫鍵,則溶質的溶解度增大。
2.鍵的極性對化學性質的影響。
酸性強弱 理論解釋
三氟乙酸>
三氯乙酸 氟的電負性大于氯的電負性,F—C的極性大于Cl—C的極性,使F3C—的極性大于Cl3C—的極性,導致三氟乙酸的羧基中羥基的極性更大,更易電離出氫離子
三氯乙酸>
二氯乙酸>
氯乙酸 Cl3C—的極性>Cl2HC—的極性>ClH2C—的極性,極性越強,羧基中羥基的極性就越大,就越易電離出氫離子
甲酸>乙
酸>丙酸 烴基越長使羧基中羥基的極性越小,羧酸的酸性越弱
典例剖析
【例2】 解釋下列現象或事實:
(2)氨(NH3)的熔點、沸點比聯氨(H2N—NH2)的熔點、沸點低,原因是　 。
(3)硝酸和尿素( )的相對分子質量接近,但常溫下硝酸為揮發性液體,尿素為固體,原因是 　 。
(4)硅是重要的半導體材料,廣泛應用于計算機芯片和太陽能電池等。碳和硅的有關化學鍵鍵能如下表。SiH4的穩定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是 　 。
(5)下表是CO和N2的鍵能數據(單位:kJ·mol-1)。
物質 A—B A=B A≡B
CO 351 745 1 071.9
N2 139 418 946
請結合數據說明CO比N2活潑的原因: 　 。
答案:(1)苯胺分子間存在氫鍵,甲苯分子間不存在氫鍵,氫鍵可使物質的熔點、沸點升高
(2)聯氨分子間形成的氫鍵數目多于氨分子間形成的氫鍵數目
(3)硝酸存在分子內氫鍵,尿素存在分子間氫鍵,分子間氫鍵可使物質的熔點、沸點升高
(4)C—H的鍵能大于C—O,C—H比C—O穩定。而Si—H的鍵能小于Si—O,所以Si—H不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si—O
(5)CO和N2的結構式分別為C≡O和N≡N,CO斷裂第一個π鍵需要能量1 071.9 kJ·mol-1-745 kJ·mol-1=326.9 kJ·mol-1,N2斷裂第一個π鍵需要能量946 kJ·mol-1-418 kJ·mol-1=528 kJ·mol-1, CO的第一個π鍵比N2的第一個π鍵更容易斷裂,因此CO比N2活潑
方法導引
在解釋同類物質的熔點、沸點高低等問題時,一般從是否形成分子間氫鍵以及氫鍵的數目等角度分析;在解釋物質的穩定性、活潑性等問題時,一般從共價鍵的強度分析,大多從鍵能的大小通過定量計算得出原因,強化證據推理與模型認知學科核心素養。
學以致用
3.肼(N2H4)又名聯氨,是一種強還原性的高能物質,在航天、能源等領域有廣泛應用。肼分子結構如圖所示。
(1)關于N2H4分子說法正確的是　　　(填字母,下同)。
A.只含有極性鍵的極性分子
B.含有非極性鍵的極性分子
C.只含有極性鍵的非極性分子
D.含有非極性鍵的非極性分子
B
(2)N2H4的相對分子質量與CH2=CH2的接近,但沸點遠高于CH2=CH2,原因是 　　　　　　　　。
A.N2H4分子內可形成氫鍵
B.N2H4分子間可形成氫鍵
C.N2H4分子中共價鍵鍵能更大
D.N2H4分子能形成內鹽
B
解析:(1)N2H4分子中存在N—H極性鍵、N—N非極性鍵;根據圖知,N2H4分子結構不對稱,正負電荷中心不重合,為極性分子。
(2)N2H4的相對分子質量與CH2=CH2的接近,但沸點遠高于CH2=CH2,原因是N2H4分子間可形成氫鍵,乙烯不能形成分子間氫鍵。
4.解釋下列現象或事實:
(1)H2O在乙醇中的溶解度大于H2S在乙醇中的溶解度,其原因是 　 。
(3)有一類組成最簡單的有機硅化合物叫硅烷。硅烷的沸點與相對分子質量的關系如圖所示,呈現這種變化的原因是
　 。
(4)納米TiO2是一種應用廣泛的催化劑,其催化的一個實例如下所示?；衔镆业姆悬c明顯高于化合物甲,主要原因是
　 。
答案:(1)水分子與乙醇分子之間能形成氫鍵
(2)<　 能形成分子內氫鍵,使其更難電離出H+
(3)硅烷由分子構成,隨相對分子質量的增大,范德華力增大,沸點升高
(4)化合物乙分子間存在氫鍵

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