高中化学苏教版（2021） 选择性必修2 专题3 第四单元 第1课时　分子间作用力-同步学案

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第四单元　分子间作用力　分子晶体
第1课时　分子间作用力
[核心素养发展目标]　
1.熟知常见分子间作用力(范德华力和氢键)的本质及其对物质性质的影响。
2.能从微观角度理解氢键的特征、表示方法及形成条件。
一、分子间作用力和范德华力
1．分子间作用力
(1)概念：分子之间都存在的一种相互作用，叫分子间作用力。分子间作用力实质上是一种静电作用，它比化学键弱得多。
(2)分类：范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。
2．范德华力
(1)概念：范德华力是分子之间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。
(2)特点
范德华力约比化学键键能小1～2个数量级，且没有方向性和饱和性。
(3)影响因素
影响范德华力的因素很多，如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。对于组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。
(4)对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点、溶解度等，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。

1．273 K、101 kPa时，O2在水中的溶解量(49 cm3·L－1)大于N2在水中的溶解量(24 cm3·L－1)，其原因是什么？
提示　O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大。
2．范德华力的类型有几种。
提示　①电荷分布不均匀的分子(如HCl、H2O等)之间的范德华力。
②电荷分布均匀的分子(如O2、N2、CO2等)之间的范德华力。
③电荷分布均匀的分子与电荷分布不均匀的分子之间的范德华力。
3．根据下表，怎样解释卤素单质从F2～I2的熔点和沸点越来越高？
单质
熔点/℃
沸点/℃
F2
－219.6
－188.1
Cl2
－101
－34.6
Br2
－7.2
58.78
I2
113.5
184.4

提示　卤素单质分子(都是非极性分子)的结构相似，F2～I2相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，其熔、沸点依次升高。

1．下列有关范德华力的叙述正确的是(　　)
A．范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一种特殊的化学键
B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同
C．任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量
答案　B
解析　范德华力的实质是一种电性作用，但范德华力是分子间较弱的作用力，不是化学键，A错误；化学键是微粒间的强烈的相互作用，范德华力是分子间较弱的作用力，B正确；若分子间的距离足够远，则分子间没有范德华力，C错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D错误。
2．有下列两组命题，其中乙组命题正确且能用甲组命题正确解释的是(　　)
甲组
乙组
Ⅰ.H—I键的键能大于H—Cl键的键能
a.HI比HCl稳定
Ⅱ.H—I键的键能小于H—Cl键的键能
b.HCl比HI稳定
Ⅲ.HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力
c.HI的沸点比HCl的高
Ⅳ.HI分子间的范德华力小于HCl分子间的范德华力
d.HI的沸点比HCl的低

①Ⅰ　a　②Ⅱ　b　③Ⅲ　c　④Ⅳ　d
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
答案　B
解析　键能的大小影响物质的稳定性，键能越大，物质越稳定。H—Cl键的键能大于H—I键的键能，所以HCl比HI稳定。范德华力影响物质的熔、沸点的高低，范德华力越大，熔、沸点越高。由于HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，所以HI的沸点比HCl的高。
二、氢键
1．氢键的概念及表示方法
(1)概念：氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。
(2)表示方法
氢键的通式可用X—H…Y表示。式中X和Y表示电负性大而半径较小的非金属原子，“—”表示共价键，“…”表示氢键。
2．氢键的形成条件
(1)要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。
(2)要有一个电负性很大，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。
(3)X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。
一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H键、H—O键、H—F键的物质或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。
3．氢键的特征
(1)氢键比化学键弱，比范德华力强。
(2)氢键具有一定的方向性和饱和性。
4．氢键的类型
(1)分子间氢键，如水中，O—H…O。
(2)分子内氢键，如。
5．氢键对物质物理性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响：分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显高，如熔、沸点：NH3>PH3；同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如熔、沸点：邻羟基苯甲酸HCl>HBr>HI
D．由于氢键的存在，影响了蛋白质分子独特的结构
答案　C
解析　冰中水分子排列有序，含有氢键数目增多，使体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上，是分子间存在氢键所致，A正确；乙醇与水分子间存在氢键，增加乙醇在水中的溶解度，所以由于氢键的存在，乙醇比甲醚更易溶于水，B正确；卤素的氢化物中只有HF含有氢键，卤素的氢化物的沸点：HF>HI>HBr>HCl，C错误；氢键具有方向性和饱和性，所以氢键的存在，影响了蛋白质分子独特的结构，D正确。
6．在水中水分子可彼此通过氢键形成(H2O)n的小集团。在一定温度下(H2O)n的n＝5，每个水分子被4个水分子包围着形成四面体。(H2O)n的n＝5时，下列说法正确的是(　　)
A．(H2O)n是一种新的水分子
B．(H2O)n仍保留着水的化学性质
C．1 mol (H2O)n中有2个氢键
D．1 mol (H2O)n中有4 mol氢键
答案　B
解析　(H2O)n是水分子间通过氢键形成的小集团，不是一种新的水分子，故A错误；(H2O)n是水分子间通过氢键形成的小集团，仍保留着水的化学性质，故B正确；1 mol (H2O)n中有2nNA个氢键，故C错误；1 mol (H2O)n中有2n mol氢键，故D错误。
7．下列说法错误的是(　　)
A．卤族元素的氢化物中HF的沸点最高，是由于HF分子间存在氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键的键能大
D．氨极易溶于水与氨分子和水分子间形成氢键有关
答案　C
解析　HF分子间存在氢键，故沸点相对较高，A项正确；能形成分子间氢键的物质熔、沸点较高，邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低，B项正确；H2O分子中的O可与周围H2O分子中的两个H原子形成两个氢键，而HF分子中的F原子只能形成一个氢键，氢键越多，沸点越高，所以H2O的沸点高，C项错误；氨分子和水分子间形成氢键，导致氨极易溶于水，D项正确。
题组三　化学键与分子间作用力
8．CO2气体在一定条件下可与金属镁反应，干冰在一定条件下也可以形成CO2气体，这两个变化过程中需要克服的作用分别是(　　)
A．分子间作用力，离子键
B．化学键，分子间作用力
C．化学键，化学键
D．分子间作用力，分子间作用力
答案　B
解析　CO2气体在一定条件下可与金属镁反应生成氧化镁和碳，属于化学变化，克服的是化学键；干冰在一定条件下也可以形成CO2气体，属于状态的变化，需要克服的是分子间作用力。
9．下列说法正确的是(　　)
A．NH4NO3中既有离子键又有共价键，属于共价化合物
B．SiC是共价晶体，加热熔化时需破坏共价键
C．H2O2易分解是因为H2O2分子间作用力弱
D．NaHSO4晶体溶于水时，离子键被破坏，共价键不受影响
答案　B
解析　NH4NO3中既有离子键又有共价键，属于离子化合物，故A错误；SiC是共价晶体，原子间通过共价键结合形成空间网状结构，所以SiC加热熔化时需破坏共价键，故B正确；H2O2易分解是因为分子内化学键弱，和H2O2分子间作用力无关，故C 错误；硫酸氢钠溶于水时发生电离，电离方程式为NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，所以有离子键和共价键被破坏，故D错误。

10．下列说法正确的是(　　)
A．H2O的热稳定性比H2S强，是因为H2O分子间作用力比H2S强
B．离子化合物中一定含有离子键、一定不含共价键
C．NaClO是含有两种类型化学键的离子化合物
D．SiO2属于共价晶体，熔化时破坏共价键和分子间作用力
答案　C
解析　稳定性是化学性质，与分子间作用力无关，而与共价键的强弱有关，故A错误；离子化合物中一定含有离子键，可能存在共价键，如 Na2O2，NaOH等，故B错误；NaClO中含有离子键和共价键，属于离子化合物，故C正确；SiO2属于共价晶体，熔化时只破坏共价键，故D错误。
11．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示键，下列说法不正确的是(　　)
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子中有一个键是配位键
C．CO分子中有2个π键
D．N2与CO的化学性质相同
答案　D
解析　根据图像知，氮气和一氧化碳都含有两个π键和一个σ键，所以N2分子与CO分子中都含有三键，故A正确；一氧化碳分子中有一个π键是由氧原子提供一对电子而形成的配位键，故B正确；一氧化碳中含有两个π键和一个σ键，故C正确；氮气在空气中不燃烧，一氧化碳在空气中可以燃烧，所以N2与CO的化学性质不相同，故D错误。
12．已知各种硝基苯酚的性质如表，下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是(　　)
名称
结构简式
溶解度/(g/100 g水，25 ℃)
熔点/℃
沸点/℃
邻硝基苯酚

0.2
45
100
间硝基苯酚

1.4
96
194
对硝基苯酚

1.7
114
295

A．邻硝基苯酚分子内形成氢键，使其熔、沸点低于另两种硝基苯酚
B．间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键
C．对硝基苯酚分子间能形成氢键，使其熔、沸点较高
D．三种硝基苯酚都不能与水分子形成氢键，所以在水中溶解度小
答案　D
解析　分子内形成氢键使物质熔、沸点降低，邻硝基苯酚熔、沸点低于另两种硝基苯酚，是因为分子内形成氢键，故A正确；间硝基苯酚的熔、沸点在两者之间，是因为间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键，故B正确；形成分子间氢键能增大其熔、沸点，对硝基苯酚熔点114 ℃、沸点295 ℃都很高，是因为对硝基苯酚分子间能形成氢键，故C正确；间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键，故D错误。
13．回答下列问题。
(1)氨(NH3)的熔、沸点比联氨(N2H4)低的主要原因是________________________________。
(2)乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是________________________________________________________________。
(3)常温下丙酸为液体，而氨基乙酸为固体，主要原因是____________________________。
(4)比较As的氢化物与同族第2、3周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由：
______________________________________________________________________________。
(5)H2SO4为粘稠状、难挥发性的强酸，而HNO3是易挥发性的强酸，其原因是__________。
答案　(1)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键
(2)乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键
(3) 羧基的存在使丙酸形成分子间氢键，而氨基乙酸分子中，羧基和氨基均能形成分子间氢键
(4)稳定性：NH3>PH3>AsH3，因为键长越短，键能越大，化合物越稳定；沸点：NH3>AsH3>PH3，NH3可以形成分子间氢键，沸点最高，AsH3相对分子质量比PH3大，分子间作用力大，因而AsH3的沸点比PH3高
(5)H2SO4分子之间容易形成氢键，而HNO3易形成分子内氢键，造成分子间作用力减弱，易挥发
14．根据下列要求回答相关问题：
(1)下列物质沸点递变顺序正确的是________(填字母，下同)。
A．SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4
B．SbH3＞AsH3＞PH3＞NH3
C．HI＞HBr＞HCl＞HF
D．H2Te＞H2Se＞H2S＞H2O
(2)下列过程中：①冰融化成水，②HNO3溶于水，③NH4Cl受热分解，依次克服作用力的类型分别是____________。
A．氢键、范德华力、离子键
B．氢键、极性键、离子键
C．范德华力、氢键、非极性键
D．范德华力、非极性键、极性键
(3)下列说法正确的是__________。
A．氨、氯化氢与水分子都能形成氢键，故极易溶于水
B．由于氢键存在，卤化氢中HF最稳定
C．冰的密度小于水，是由于水分子间存在氢键
D．NH3、H2O、HF相对分子质量增大，沸点升高
答案　(1)A　(2)B　(3)C
解析　(1)氢化物的相对分子质量越大，沸点越高，则沸点：SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4，A正确；氢化物的相对分子质量越大，沸点越高，含有氢键的沸点较高，氨分子间存在氢键，所以沸点：NH3＞SbH3＞AsH3＞PH3，B错误；氢化物的相对分子质量越大，沸点越高，含有氢键的沸点较高，HF分子间存在氢键，所以沸点：HF＞HI＞HBr＞HCl，C错误；氢化物的相对分子质量越大，沸点越高，含有氢键的沸点较高，水分子间存在氢键，所以沸点：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，D错误。
(2)①冰中水分子间存在氢键，所以冰融化成水克服氢键；②HNO3溶于水发生电离，破坏了共价键，所以克服极性键；③NH4Cl属于离子晶体，含有离子键，NH4Cl受热分解克服离子键。
(3)氯化氢与水分子之间不能形成氢键，氨与水分子间能形成氢键，A错误；氢化物的稳定性与共价键有关，共价键越强，氢化物越稳定，与氢键无关，B错误；在冰中，由于氢键的作用，水分子间形成正四面体结构，使得水分子间的空隙变大，所以水变成冰后体积增大，密度变小，C正确；NH3、H2O、HF分子间存在氢键，沸点高低与氢键有关，所以不能根据相对分子质量大小来判断沸点，D错误。
15．(1)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。图中虚线代表氢键，其表示式为(NH)N—H…Cl、________________、________________。

(2)在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低为____________，原因是_____________________________________________________。
答案　(1)(H3O＋)O—H…N(N)
(NH)N—H…N(N)
(2)H2O＞CH3OH＞CO2＞H2　H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大、范德华力较大
解析　(1)结合题图可知，N与H3O＋中的H原子，与NH中的H原子间均存在氢键。(2)比较分子晶体的沸点时注意考虑范德华力和氢键。
16．(1)水分子间存在一种“氢键”(介于范德华力与化学键之间)的作用，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过氢键相互连接成庞大的分子晶体，其结构示意图如图1所示：


①1 mol冰中有________ mol 氢键。
②在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________ kJ ·mol－1。
③氨极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是________________________(填图2中的字母)。
(2)图3折线c可以表达出第________族元素氢化物的沸点的变化规律。两位同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线a和b，你认为正确的是______(填“a”或“b”)；部分有机物的熔、沸点见下表：

由这些数据你能得出的结论是___________________________________________________，
_________________________________________________________________(至少写2条)。
答案　(1)①2　②20　③b　(2)ⅣA　b　有机物相对分子质量越大，分子间作用力越强，故沸点越高；当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低；当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高
解析　(1)①根据冰的结构示意图，每个H2O分子通过氢键与4个H2O分子结合，平均每个H2O分子含有氢键数目为4×＝2，故1 mol冰中含2 mol氢键。②冰的升华热是51 kJ·mol－1，水分子间还存在范德华力(11 kJ·mol－1)，1 mol水中含有2 mol氢键，升华热＝范德华力＋氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20 kJ·mol－1。③NH3溶于水后形成NH3·H2O，NH3·H2O的电离方程式为NH3·H2ONH＋OH－，可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构，NH3·H2O的合理结构是b。(2)折线a和b都有沸点先小后大，则开始物质的沸点高，与氢键有关，而a中原子序数大的氢化物沸点高于含氢键的物质，与事实不符，故a错误、b正确；只有折线c中的物质间没有氢键，则c为碳族元素氢化物，即折线c可以表达出ⅣA族元素氢化物的沸点的变化规律。根据表中所给的物质可以看出：有机物的相对分子质量越大、分子间作用力越强，沸点越高，并且当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低；当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高。