3.4.1 范德华力 氢键-2023-2024学年度高二化学同步精品讲义（苏教选择性必修2）

第四单元 分子间作用力 分子晶体
第1课时 范德华力 氢键
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1．了解范德华力的实质及对物质的影响。
2．了解氢键的实质、特点、形成条件及对物质性质的影响。
知识精讲

知识点01 范德华力
1．分子间作用力
(1)概念：将分子聚集在一起的作用力称为分子间作用力。
(2)存在：共价分子间都存在分子间作用力。
(3)特点：分子间作用力本质上是一种静电作用，比化学键弱得多。
(4)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)存在：范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体分子之间的一种作用力。
(2)特点：与共价键相比，范德华力较小，一般没有饱和性和方向性。
(3)影响因素：
①分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。
②组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大。
(4)对物质性质的影响：
主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。
①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。
②溶质与溶剂分子间的范德华力越大，物质的溶解度越大。
【即学即练1】HCl、HBr、HI三种物质的热稳定性顺序是__________，熔、沸点高低顺序是_______________，请说明原因。
答案：HCl>HBr>HI HI>HBr>HCl
因为键能H-Cl>H-Br>H-I，因此热稳定性顺序是HCl>HBr>HI；HCl、HBr、HI是结构相似的3种分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
知识点02 氢键
1．氢键的形成和表示
H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y之间形成氢键，通常用X—H…Y表示。上述X、Y通常指N、O、F等。
2．氢键的特点
(1)氢键可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部。
(2)氢键比化学键弱，比范德华力强。
(3)氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。
3．氢键对物质物理性质的影响
(1)含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点。如氟化氢的熔、沸点比氯化氢高。
(2)含有分子间氢键的液体一般黏度比较大。如甘油、硫酸等。
(3)分子间氢键的存在使溶质在水中的溶解度比较大。如氨极易溶于水，乙醇和水能以任意比互溶等。
(4)含有分子内氢键的物质具有较低的熔、沸点。如：
对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛()。
醋酸和硝酸相对分子质量接近，但两种物质的熔点和沸点相差很大，因为醋酸分子形成了分子间氢键，而硝酸分子形成了分子内氢键。
(5)对物质密度的影响：氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。
【即学即练2】指出下列变化克服的作用力：
①碘升华________ ②NaCl熔化_________
③乙醇溶于水_______ ④SiO2熔化_________
答案：范德华力 离子键 氢键 共价键
【即学即练3】氦晶体的升华能是0.105 kJ·mol-1，而冰的升华能则为46.9 kJ·mol-1。能解释这一事实的叙述是（ ）
①氦原子间仅存在范德华力 ②冰中有氢键 ③氦原子之间的化学键很弱 ④水分子之间的共价键强
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
答案：A
解析：氦晶体中只存在范德华力，冰晶体中存在氢键，升华时分别克服范德华力和氢键。
【即学即练4】下列说法不正确的是（ ）
A．CaO中的离子键比MgO的弱
B．甲醇(CH3OH)的沸点比甲醛(HCHO)的沸点高
C．HF、H2O的沸点比HCl、H2S的沸点高很多
D．的沸点比的沸点高
答案：D
解析：A选项，CaO和MgO都是离子晶体，由于r(Mg2+)CaO，MgO的离子键更强，正确；B选项，甲醇中含有羟基（-OH），能形成分子间氢键，甲醛分子间不能形成氢键，因此甲醇的沸点高，正确；C选项，HF、H2O都能形成分子间氢键，正确；D选项，能形成分子内氢键，只能形成分子间氢键，因此的沸点低，错误。故选D。

能力拓展

考法01 范德华力、氢键对物质性质的影响
1．对物质熔、沸点的影响
(1)范德华力对物质熔沸点的硬性
①组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高。如熔、沸点：CF4H2S。

②分子内氢键和分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。如：

邻羟基苯甲醛分子内的氢键 对羟基苯甲醛分子间的氢键
对羟基苯甲醛的熔点、沸点分别比邻羟基苯甲醛的熔点、沸点高。
2．对物质溶解性的影响
(1)范德华力对物质溶解性的影响：
溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越大，溶解度就越大。如在273K、101kPa时，氧气在水中的溶解量（49cm3·L-1）比氮气在水中的溶解量（24cm3·L-1）大，就是因为O2分子与水分子之间的作用力比N2分子与水分子之间的作用力大所造成的。
(2)氢键对物质溶解性的影响：
溶剂和溶质之间存在氢键，溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就比较小。如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水混溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键
3．对物质密度、黏度的影响
(1)由于水分子间存在氢键，液态水变为冰，密度会变小。
(2)分子间氢键的存在，使物质的黏度增大，如硫酸、甘油等。
【典例1】下列叙述正确的是(　　)
A．F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关
B．H2S的相对分子质量比H2O的大，其沸点比水的高
C．稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大
D．干冰汽化时破坏了共价键
答案：A
解析：A项，从F2→I2，相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔、沸点升高；B项，H2O分子之间有氢键，其沸点高于H2S；C项，稀有气体分子为单原子分子，分子内无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)；D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。

考法02 氢键的形成
1．水分子间氢键的形成
水分子中H—O键是极性键，氢原子与氧原子的共用电子对强烈地偏向氧原子，使氢原子几乎成为“裸露”的质子。这样，一个水分子中相对显正电性的氢原子，就能与另一个水分子中显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种作用就是氢键。
2．氢键的形成条件
（1）要有与一个电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O分子中的氢原子。
（2）要有一个电负性很大，含有孤电子对和带有部分负电荷的原子Y，如H2O分子中的氧原子。
（3）X、Y的半径要小，这样空间位阻就小。
3．氢键的表示方法
氢键不是化学键，是一种特殊的分子间作用力。通常用X—H…Y表示。其中X和Y代表电负性大而原子半径小的非金属原子，如F、O、N等。
如水分子间的氢键表示为：O—H…O
如果是混合物，可能存在多种氢键，如氨水中，存在的氢键可能有以下4种情况：

氢键分别表示为O—H…O、N—H…N、O—H…N、N-H…O。
4．氢键的分类
氢键既可存在于分子间又可存在于分子内，前者为分子间氢键，后者为分子内氢键。如：

H2O分子间的氢键 邻羟基苯甲醛分子内的氢键
5．氢键的存在
（1）H原子必须与N、O或F原子以共价键结合。如：
①含羟基（-OH）的化合物：水分子、含氧酸（如H2SO4、CH3COOH）、醇类（如C2H5OH）等。
②含氨基（-NH2）的化合物：NH3、R-NH2等。
③HF。
（2）含有N、O、F（有孤电子对存在、与电负性较小的原子相连）的化合物。
①（1）中所列举的几类物质。
②含碳氧双键的化合物：如醛（-CHO）、羧酸（-COOH）等。
③含硝基（-NO2）的化合物。
【典例2】物质的下列性质或数据与氢键无关的是（　　）
A．甲酸(HCOOH)蒸气的密度在 373K时为 1.335g/L，在 297K时为 2.5 g/L
B．邻羟基苯甲酸（ ）的熔点为159℃，对羟基苯甲酸（）的熔点为213℃
C．乙醚微溶于水，而乙醇可与水以任意比混溶
D．HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
答案：D
解析：A选项，甲酸分子间形成氢键，形成缔合分子[(HCOOH)n]，在不同温度下，缔合分子的数目不同，因此密度不同，温度升高，缔合分子数减少，密度减小；B选项，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，因此熔点较低；C选项，乙醇能与水形成分子间氢键，因此在水中的溶解度很大；D选项，HF和HCl分解要破坏共价键，与氢键无关。故选D。

分层提分

题组A 基础过关练
1．下列叙述与分子间作用力无关的是（　　）
A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固
B．干冰易升华
C．氟、氯、溴、碘单质的熔沸点依次升高
D．氯化钠的熔点较高
答案：D
2．已知HCl的沸点为﹣85℃，则HI的沸点可能为（　　）
A．﹣167℃ B．﹣87℃ C．﹣35℃ D．50℃
答案：C
解析：HI的相对分子质量较大，因此沸点比HCl高，又因为HI常温下为气态，因此C选项正确。
3．下列变化中，不存在化学键断裂的是（　　）
A．氯化氢气体溶于水 B．干冰气化
C．氯化钠固体溶于水 D．氢气在氯气中燃烧
答案：B
解析：A选项，HCl溶于水，HCl发生电离：HCl=H++Cl-，要破坏共价键；B选项，干冰气化，只需要克服分子间作用力；C选项，氯化钠是离子晶体，溶于水要破坏离子键；D选项，氢气和氯气发生化学变化，一定有化学键断裂。故选B。
4．下列说法中，正确的是(　　)
A．范德华力存在于所有分子之间
B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素
C．Cl2相对其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强作用
D．范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用
答案：A
解析：A选项，范德华力存在于所有分子间，正确；B选项，范德华力主要影响共价分子的物理性质，错误；C选项，范德华力是一种很弱的作用力，错误；D选项，范德华力与分子的大小、分子的空间构型、和分子中电荷分布是否均匀有关，因此有方向性和饱和性，错误。故选A。
5．关于下列分子晶体的熔、沸点高低的叙述中，正确的是(　　)
A．Cl2>I2 B．SiCl4>CCl4 C．AsH3晶体碘
答案：A
解析：同类分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
6．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是(　　)
A．范德华力是决定由分子构成物质熔、沸点高低的惟一因素
B．范德华力与物质的性质没有必然的联系
C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质
D．范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素
答案：D
解析：范德华力存在于分子之间，是影响物质部分物理性质的一种因素。
7．夏天，冰块可以降温，以下对冰的描述中不正确的是(　　)
A．冰形成后，密度小于水，故冰山浮在水面上
B．在冰中存在分子间氢键，导致冰山硬度大
C．在冰中每个水分子能形成2个氢键
D．在冰中含有的作用力有共价键、氢键和范德华力
答案：C
解析：水在形成冰时，由于氢键的存在，使得密度减小，故冰浮在水面上；在冰中每个水分子形成四个氢键，它们分别为水分子中每个O原子能与两个氢原子形成两个氢键，而分子中的两个氢原子分别与另外的水分子中的氧原子形成氢键；在水分子内含有O—H共价键，水分子间存在氢键，同时也存在范德华力等分子间作用力。
8．下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是（ ）
A．NH3 B． C．H2O D．C2H5OH
答案：B
解析：除了形成分子内氢键外，还可能形成分子间氢键。
9．如图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素氢化物的沸点：

其中表示第ⅥA族元素氢化物沸点的是曲线________；表示第ⅣA族元素氢化物沸点的是曲线________。同一族中第三、四、五周期元素的氢化物的沸点依次升高，其原因是__________________________________________。A、B、C曲线中第二周期元素的氢化物的沸点显著高于第三周期元素氢化物的沸点，其原因是___________________________________。 
答案：A　D　同族元素的氢化物相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高　H2O、HF、NH3分子间存在氢键，分子间作用力显著增大，因而沸点显著升高
解析：组成和结构相似的氢化物，其相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高。因此，同一主族元素形成的氢化物的沸点按从上到下逐渐递增的趋势。但是由于H2O、HF、NH3分子间存在氢键，分子间作用力显著增大，因而沸点显著升高。
10．请写出下列物质性质的变化规律与哪种作用有关。
(1)HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱：____________。 
(2)He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等稀有气体单质的熔点和沸点逐渐升高：______________。 
(3)沸点：>>__________________。 
(4)熔点：H2Se>H2Te
D．表中物质HF和H2O，由于氢键的影响，其分子特别稳定
答案：C
解析：He、Ne、Ar、Kr是同一主族元素的原子，根据递变顺序，可知a为Ne；F、Cl、Br、I属于同一主族元素的原子，且b应是单质形式，即为Br2，c为氢化物，即HF，则a、b、c的化学式分别为Ne、Br2、HF，稀有气体无任何化学键，A项错误；卤素单质均表现为较强的氧化性，对应的氢化物中氢氟酸是弱酸，B项错误；O、S、Se、Te原子的得电子能力依次减弱，非金属性越来越弱，则氢化物的稳定性越来越弱，系列④中各化合物的稳定性顺序为H2O>H2S>H2Se>H2Te，C项正确；氢键影响物理性质，分子的稳定性与共价键的强弱有关，与氢键无关，D项错误。
5．(1)①元素的第一电离能：Al________ Si(填“>”或“