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2021学年第2章 微粒间相互作用与物质性质第4节 分子间作用力图文课件ppt
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这是一份2021学年第2章 微粒间相互作用与物质性质第4节 分子间作用力图文课件ppt，共56页。PPT课件主要包含了内容索引，自主梳理，氢键不属于化学键，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验等内容，欢迎下载使用。
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1.通过理解分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响,能从微观层次理解物质的某些性质与分子间作用力有关,发展宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过了解氢键对物质性质的影响,能列举含有氢键的物质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、分子间作用力1.分子之间存在着多种相互作用,人们将这些作用统称为分子间作用力。分子间作用力比化学键弱得多,其中最常见的一种是范德华力。
2.范德华力(1)定义:分子间普遍存在的一种相互作用力,它使许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特点:范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多,范德华力的作用能一般只有2~20 kJ·ml-1,而化学键的键能一般为100~600 kJ·ml-1。(3)实质。范德华力的实质也是电性作用,它没有饱和性和方向性。
3.范德华力与物质的性质范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力越强,物质的熔点、沸点越高。例如,卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点依次升高,是因为它们的范德华力逐渐增强。在常温、常压下,氟单质和氯单质为气体,溴单质为液体,碘单质为固体。
【微思考1】范德华力与化学键的作用微粒有什么不同?提示 化学键的成键微粒包括原子、离子、电子,而范德华力存在于分子之间。【微思考2】液态苯、汽油等发生汽化时,为何需要加热?提示 液态苯、汽油等发生汽化需要吸收能量克服其分子间的相互作用。
二、氢键与物质性质1.氢键(1)氢键的形成。在水分子中,氢原子以共价键与氧原子结合。氧元素的电负性很大,在与氢原子形成共价键时氧原子强烈吸引共用电子,使之偏向自己,从而使自身带有部分负电荷,同时使氢原子带有部分正电荷。当一个水分子中的这种氢原子和另一个水分子中的氧原子接近时,带有部分正电荷的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它,并产生静电作用形成氢键。氢键也是一种常见的分子间作用力。
(2)氢键的表示形式。①通常用X—H…Y表示氢键,其中X—H表示氢原子和X原子以共价键相结合。②X—H…Y中H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小,但比共价键键长(共价半径之和)大得多。氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
2.氢键形成的条件(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。(2)X、Y原子所属元素具有较大的电负性和较小的原子半径。X、Y原子一般是氮原子、氧原子和氟原子。
3.氢键对物质性质的影响(1)氢键的作用能一般不超过40 kJ· ml-1,比化学键的键能小得多,比范德华力的作用能大一些。氢键的形成赋予物质一些特殊的性质,主要表现为物质的熔点和沸点升高。另外,氢键对物质的电离、溶解等过程也产生影响。 (2)氢键影响熔、沸点的原因:分子间存在着氢键时,破坏分子间的氢键,会消耗更多的能量,所以存在氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
(3)氢键的分类。尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力,但是氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间,如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间就存在氢键。
【微思考3】为什么氢键在自然界中能广泛存在?提示 只要具备形成氢键的条件,物质将倾向于尽可能多地形成氢键,以最大限度地降低体系的能量。氢键的形成和破坏所对应的能量变化比较小;氢键的形成不像共价键的形成对方向的要求那么高,在物质内部分子不断运动变化的情况下氢键仍能不断地断裂和形成。因此,氢键广泛存在于自然界中。
1.正误判断:(1)范德华力是决定由分子构成物质的熔点、沸点高低的唯一因素。( )(2)范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质。( )(3)范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素。( )(4)每个水分子内含有两个氢键。( )(5)HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键。( )
2.关于氢键,下列说法正确的是( )A.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于H2O分子间形成氢键B.分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高C.氨在水中溶解度很大,与氨和水分子之间形成的氢键无关D.氢键比范德华力强,所以它属于化学键
答案 B解析 H2O是一种非常稳定的化合物,与H、O原子间形成的共价键有关,而与氢键无关,A项错误;氢键能影响物质的熔、沸点,分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高,B项正确;氨在水中溶解度很大,主要是因为氨与水分子之间形成分子间氢键,C项错误;氢键比范德华力强,是一种介于化学键与范德华力之间的分子间作用力,不属于化学键,D项错误。
下图中列出了部分卤族元素单质的熔、沸点。
1.卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么?提示 组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量,熔、沸点就越高。2.碘单质中存在几种作用力?当碘单质发生三态变化时破坏的是什么作用?提示 碘单质中碘分子内有I—I共价键,碘分子之间有范德华力。当碘单质发生三态变化时,由于碘分子间的范德华力比I—I共价键弱得多,因此克服范德华力所需的能量不足以破坏I—I共价键,仅仅是碘分子之间的作用力改变了,I—I共价键依然不变。
1.影响范德华力的因素主要包括相对分子质量的大小、分子的空间结构以及分子中电荷分布是否均匀等。对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和极性的增大而增大。
2.范德华力对物质性质的影响一般说来,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。具体如下:①组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点:F2
【典例1】在下列几组气体中,试分析判断每组中哪种气体更易液化。①Cl2、N2 ②SiH4、CH4 ③SO2、CO2 ④邻二甲苯、对二甲苯 ⑤甲烷、乙烷 ⑥正丁烷、异丁烷
答案 ①Cl2 ②SiH4 ③SO2 ④邻二甲苯⑤乙烷 ⑥正丁烷
解析 ①②⑤三组气体中的分子均为组成和结构相似的分子,只要从相对分子质量的大小就可以判断更易液化的气体分别是各组气体中相对分子质量较大的分子,即①Cl2、②SiH4、⑤乙烷。③组中SO2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量,并且SO2是极性分子,所以SO2分子间的范德华力大于CO2分子间的范德华力,故SO2易液化。④组中的邻二甲苯、对二甲苯的相对分子质量相等,邻二甲苯分子的对称性较差,所以邻二甲苯分子间的范德华力大于对二甲苯分子间的范德华力,故邻二甲苯易液化。⑥组中正丁烷、异丁烷是同分异构体,异丁烷分子含有支链,使分子间接触面积减小,分子间作用力减小,所以正丁烷分子更易液化。
方法技巧一般来说,组成和结构相似的物质,范德华力的大小可从相对分子质量的大小进行比较,随着相对分子质量的增大,范德华力增大。在分子体积大小相近、相对分子质量相等或相近的情况下,范德华力往往随着分子极性的增强而增强。在相对分子质量相等或相近的情况下,分子之间的接触面积越大,范德华力越强。
变式训练1-1下列叙述与范德华力无关的是( )A.气体物质加压或降温时能凝结或凝固B.通常状况下氯化氢为气体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解析 范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。A项,气体物质加压时,范德华力增大,降温时,气体分子的平均动能减小,分子靠自身的动能不足以克服范德华力,从而聚集在一起形成液体甚至固体;B项,HCl分子之间的作用力是很弱的范德华力,因此通常状况下氯化氢为气体;C项,一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增大,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高;D项,NaCl中Na+和Cl-之间以较强的离子键结合,所以NaCl的熔点较高,与范德华力无关。
变式训练1-2下列物质的变化,破坏的主要是范德华力的是( )A.碘单质的升华 B.NaCl溶于水C.将水加热变为气态D.NH4Cl受热分解答案 A解析 碘的升华,只是状态发生了变化,破坏的是范德华力,没有破坏化学键;NaCl溶于水会破坏离子键;水由液态变为气态,破坏的是氢键和范德华力;NH4Cl受热分解,破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。
下图是部分氧族元素的氢化物的熔点和沸点。
1.为什么H2O的熔、沸点出现了反常?提示 由于H2O分子间容易形成氢键,使它的熔、沸点反常得高。2.从氨合成塔的气体中分离出NH3,采用什么分离方法?提示 加压使NH3液化,因为NH3分子间易形成氢键,沸点高,易液化。3.甲醇的沸点明显高于甲醛,乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是什么?提示 甲醇分子间、乙酸分子间能形成氢键,而甲醛分子间、乙醛分子间都不能形成氢键。
1.氢键(1)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负电荷的Y原子,如H2O中的氧原子。③X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为N、O、F与H。
(2)氢键的存在。①含H—O、N—H、H—F键的物质。②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。
(3)氢键的类型。氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
(4)氢键对物质性质的影响。①对熔点、沸点的影响。a.分子间氢键的形成使物质的熔点、沸点升高,因为要使液体汽化,必须破坏大部分分子间的氢键,这需要较多的能量;要使晶体熔化,也要破坏一部分分子间的氢键。所以,存在分子间氢键的化合物的熔点、沸点要比没有氢键的同类化合物高。b.分子内氢键的形成使物质的熔点、沸点降低,如邻羟基苯甲醛的熔点、沸点比对羟基苯甲醛的熔点、沸点低。
②对溶解度的影响。在极性溶剂里,如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键,则溶质的溶解性增大。例如,乙醇和水能以任意比例互溶。③对水的密度的影响。绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度,但是在0 ℃附近的水的密度却是液态的大于固态的。水的这一反常现象也可用氢键解释。
2.范德华力、氢键及共价键的比较
【典例2】水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5,由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰,未变形的(H2O)5的结构如下图所示。试回答下列问题:
(1)下列叙述中正确的是 (填字母)。 A.1 ml冰中有4 ml氢键B.平均每个水分子有2个氢键C.冰中的氢键没有方向性(2)在冰的结构中,分子间除氢键外,还存在范德华力,已知冰中水分子间范德华力的能量为7 kJ·ml-1,冰的升华热(1 ml冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·ml-1,则冰中氢键的能量为 。 (3)在液态水中,水以多种微粒的形式存在,试画出如下微粒的结构式:
答案 (1)B (2)22 kJ·ml-1(3)
解析 (1)每个水分子形成4个氢键,但每个氢键为2个水分子所共有,所以每个水分子只有2个氢键,即1 ml冰中有2 ml氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。
方法点拨解氢键类题目应注意的事项解此类题目,关键是抓住氢键的特点。氢键具有方向性和饱和性。方向性指氢键X—H…Y中的三个原子总是尽可能沿直线分布。饱和性指每个X—H只能与一个Y原子形成氢键。
【变式设问】为什么冰的密度比水小?答案 冰的密度比水小,与水分子间的氢键有关,冰中氢键较多,导致冰体积较大,密度较小。
变式训练2-1下列说法不正确的是( )A.分子间作用力是分子间相互作用的总称B.分子间氢键的形成对物质的溶解度及熔、沸点有影响C.范德华力和氢键可同时存在于分子之间D.氢键是一种特殊的化学键,它广泛地存在于自然界中
答案 D解析 分子间存在多种相互作用,这些作用统称为分子间作用力,A正确;分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外,对物质的溶解度也有影响,B正确;范德华力和氢键均属于分子间作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C正确;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。
变式训练2-2下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )A.氨气极易溶于水
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 NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的大,与氢键无关。
1.在某种物质中,范德华力的作用能为a kJ·ml-1,化学键的键能为b kJ·ml-1,则a、b的大小关系是( )A.a>bB.a
答案 C解析 葡萄糖易溶于水是因为葡萄糖分子和水分子间可以形成氢键,A正确;水通常情况下为液态,在4 ℃时水的密度最大,是因为水分子之间会形成氢键,降温时,水分子间形成的氢键数目增多,水分子之间空隙变大,使密度减小,B正确;硫酸是一种强酸,在水中能全部电离,与氢键无关,C不正确;水分子间形成氢键,使水的熔、沸点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。
3.下列物质中不存在氢键的是( )A.冰醋酸中醋酸分子之间B.液态氟化氢中氟化氢分子之间C.NH3·H2O中的NH3与H2O分子之间D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间答案 D解析 只有非金属性很强的元素(如N、O、F)与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一分子中非金属性很强的原子形成氢键。碳元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。
4.在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是( )A.范德华力、范德华力、范德华力B.共价键、共价键、共价键C.范德华力、共价键、共价键D.范德华力、范德华力、共价键
答案 D 解析 石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气属于物质的三态变化,属于物理变化,破坏了范德华力,石蜡蒸气→裂化气发生了化学变化,破坏了共价键;所以在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是范德华力、范德华力、共价键,故答案为D。
5.(1)氨气溶于水时,大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( )
(2)氟元素在元素周期表的各元素中电负性最大,用氢键表示式写出氟元素的氢化物溶液中存在的所有氢键 。 (3)下列物质变化,只与范德华力有关的是 (填字母)。 A.干冰熔化B.乙酸汽化C.乙醇与丙酮混溶
E.碘溶于四氯化碳F.石英熔融
答案 (1)B (2)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O (3)AE
解析 (1)从氢键的成键原理上讲,A、B两项都成立,C、D两项都错误;但是H—O键的极性比H—N键的大,H—O键上氢原子的正电性更大,更容易与氮原子形成氢键,所以氢键主要存在于H2O分子中的H与NH3分子中的N之间。另外,可从熟知的性质加以分析,NH3·H2O能电离出
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1.通过理解分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响,能从微观层次理解物质的某些性质与分子间作用力有关,发展宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过了解氢键对物质性质的影响,能列举含有氢键的物质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、分子间作用力1.分子之间存在着多种相互作用,人们将这些作用统称为分子间作用力。分子间作用力比化学键弱得多,其中最常见的一种是范德华力。
2.范德华力(1)定义:分子间普遍存在的一种相互作用力,它使许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特点:范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多,范德华力的作用能一般只有2~20 kJ·ml-1,而化学键的键能一般为100~600 kJ·ml-1。(3)实质。范德华力的实质也是电性作用,它没有饱和性和方向性。
3.范德华力与物质的性质范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力越强,物质的熔点、沸点越高。例如,卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点依次升高,是因为它们的范德华力逐渐增强。在常温、常压下,氟单质和氯单质为气体,溴单质为液体,碘单质为固体。
【微思考1】范德华力与化学键的作用微粒有什么不同?提示 化学键的成键微粒包括原子、离子、电子,而范德华力存在于分子之间。【微思考2】液态苯、汽油等发生汽化时,为何需要加热?提示 液态苯、汽油等发生汽化需要吸收能量克服其分子间的相互作用。
二、氢键与物质性质1.氢键(1)氢键的形成。在水分子中,氢原子以共价键与氧原子结合。氧元素的电负性很大,在与氢原子形成共价键时氧原子强烈吸引共用电子,使之偏向自己,从而使自身带有部分负电荷,同时使氢原子带有部分正电荷。当一个水分子中的这种氢原子和另一个水分子中的氧原子接近时,带有部分正电荷的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它,并产生静电作用形成氢键。氢键也是一种常见的分子间作用力。
(2)氢键的表示形式。①通常用X—H…Y表示氢键,其中X—H表示氢原子和X原子以共价键相结合。②X—H…Y中H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小,但比共价键键长(共价半径之和)大得多。氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
2.氢键形成的条件(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。(2)X、Y原子所属元素具有较大的电负性和较小的原子半径。X、Y原子一般是氮原子、氧原子和氟原子。
3.氢键对物质性质的影响(1)氢键的作用能一般不超过40 kJ· ml-1,比化学键的键能小得多,比范德华力的作用能大一些。氢键的形成赋予物质一些特殊的性质,主要表现为物质的熔点和沸点升高。另外,氢键对物质的电离、溶解等过程也产生影响。 (2)氢键影响熔、沸点的原因:分子间存在着氢键时,破坏分子间的氢键,会消耗更多的能量,所以存在氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
(3)氢键的分类。尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力,但是氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间,如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间就存在氢键。
【微思考3】为什么氢键在自然界中能广泛存在?提示 只要具备形成氢键的条件,物质将倾向于尽可能多地形成氢键,以最大限度地降低体系的能量。氢键的形成和破坏所对应的能量变化比较小;氢键的形成不像共价键的形成对方向的要求那么高,在物质内部分子不断运动变化的情况下氢键仍能不断地断裂和形成。因此,氢键广泛存在于自然界中。
1.正误判断:(1)范德华力是决定由分子构成物质的熔点、沸点高低的唯一因素。( )(2)范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质。( )(3)范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素。( )(4)每个水分子内含有两个氢键。( )(5)HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键。( )
2.关于氢键,下列说法正确的是( )A.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于H2O分子间形成氢键B.分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高C.氨在水中溶解度很大,与氨和水分子之间形成的氢键无关D.氢键比范德华力强,所以它属于化学键
答案 B解析 H2O是一种非常稳定的化合物,与H、O原子间形成的共价键有关,而与氢键无关,A项错误;氢键能影响物质的熔、沸点,分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高,B项正确;氨在水中溶解度很大,主要是因为氨与水分子之间形成分子间氢键,C项错误;氢键比范德华力强,是一种介于化学键与范德华力之间的分子间作用力,不属于化学键,D项错误。
下图中列出了部分卤族元素单质的熔、沸点。
1.卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么?提示 组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量,熔、沸点就越高。2.碘单质中存在几种作用力?当碘单质发生三态变化时破坏的是什么作用?提示 碘单质中碘分子内有I—I共价键,碘分子之间有范德华力。当碘单质发生三态变化时,由于碘分子间的范德华力比I—I共价键弱得多,因此克服范德华力所需的能量不足以破坏I—I共价键,仅仅是碘分子之间的作用力改变了,I—I共价键依然不变。
1.影响范德华力的因素主要包括相对分子质量的大小、分子的空间结构以及分子中电荷分布是否均匀等。对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和极性的增大而增大。
2.范德华力对物质性质的影响一般说来,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。具体如下:①组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点:F2
【典例1】在下列几组气体中,试分析判断每组中哪种气体更易液化。①Cl2、N2 ②SiH4、CH4 ③SO2、CO2 ④邻二甲苯、对二甲苯 ⑤甲烷、乙烷 ⑥正丁烷、异丁烷
答案 ①Cl2 ②SiH4 ③SO2 ④邻二甲苯⑤乙烷 ⑥正丁烷
解析 ①②⑤三组气体中的分子均为组成和结构相似的分子,只要从相对分子质量的大小就可以判断更易液化的气体分别是各组气体中相对分子质量较大的分子,即①Cl2、②SiH4、⑤乙烷。③组中SO2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量,并且SO2是极性分子,所以SO2分子间的范德华力大于CO2分子间的范德华力,故SO2易液化。④组中的邻二甲苯、对二甲苯的相对分子质量相等,邻二甲苯分子的对称性较差,所以邻二甲苯分子间的范德华力大于对二甲苯分子间的范德华力,故邻二甲苯易液化。⑥组中正丁烷、异丁烷是同分异构体,异丁烷分子含有支链,使分子间接触面积减小,分子间作用力减小,所以正丁烷分子更易液化。
方法技巧一般来说,组成和结构相似的物质,范德华力的大小可从相对分子质量的大小进行比较,随着相对分子质量的增大,范德华力增大。在分子体积大小相近、相对分子质量相等或相近的情况下,范德华力往往随着分子极性的增强而增强。在相对分子质量相等或相近的情况下,分子之间的接触面积越大,范德华力越强。
变式训练1-1下列叙述与范德华力无关的是( )A.气体物质加压或降温时能凝结或凝固B.通常状况下氯化氢为气体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解析 范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。A项,气体物质加压时,范德华力增大,降温时,气体分子的平均动能减小,分子靠自身的动能不足以克服范德华力,从而聚集在一起形成液体甚至固体;B项,HCl分子之间的作用力是很弱的范德华力,因此通常状况下氯化氢为气体;C项,一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增大,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高;D项,NaCl中Na+和Cl-之间以较强的离子键结合,所以NaCl的熔点较高,与范德华力无关。
变式训练1-2下列物质的变化,破坏的主要是范德华力的是( )A.碘单质的升华 B.NaCl溶于水C.将水加热变为气态D.NH4Cl受热分解答案 A解析 碘的升华,只是状态发生了变化,破坏的是范德华力,没有破坏化学键;NaCl溶于水会破坏离子键;水由液态变为气态,破坏的是氢键和范德华力;NH4Cl受热分解,破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。
下图是部分氧族元素的氢化物的熔点和沸点。
1.为什么H2O的熔、沸点出现了反常?提示 由于H2O分子间容易形成氢键,使它的熔、沸点反常得高。2.从氨合成塔的气体中分离出NH3,采用什么分离方法?提示 加压使NH3液化,因为NH3分子间易形成氢键,沸点高,易液化。3.甲醇的沸点明显高于甲醛,乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是什么?提示 甲醇分子间、乙酸分子间能形成氢键,而甲醛分子间、乙醛分子间都不能形成氢键。
1.氢键(1)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负电荷的Y原子,如H2O中的氧原子。③X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为N、O、F与H。
(2)氢键的存在。①含H—O、N—H、H—F键的物质。②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。
(3)氢键的类型。氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
(4)氢键对物质性质的影响。①对熔点、沸点的影响。a.分子间氢键的形成使物质的熔点、沸点升高,因为要使液体汽化,必须破坏大部分分子间的氢键,这需要较多的能量;要使晶体熔化,也要破坏一部分分子间的氢键。所以,存在分子间氢键的化合物的熔点、沸点要比没有氢键的同类化合物高。b.分子内氢键的形成使物质的熔点、沸点降低,如邻羟基苯甲醛的熔点、沸点比对羟基苯甲醛的熔点、沸点低。
②对溶解度的影响。在极性溶剂里,如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键,则溶质的溶解性增大。例如,乙醇和水能以任意比例互溶。③对水的密度的影响。绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度,但是在0 ℃附近的水的密度却是液态的大于固态的。水的这一反常现象也可用氢键解释。
2.范德华力、氢键及共价键的比较
【典例2】水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5,由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰,未变形的(H2O)5的结构如下图所示。试回答下列问题:
(1)下列叙述中正确的是 (填字母)。 A.1 ml冰中有4 ml氢键B.平均每个水分子有2个氢键C.冰中的氢键没有方向性(2)在冰的结构中,分子间除氢键外,还存在范德华力,已知冰中水分子间范德华力的能量为7 kJ·ml-1,冰的升华热(1 ml冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·ml-1,则冰中氢键的能量为 。 (3)在液态水中,水以多种微粒的形式存在,试画出如下微粒的结构式:
答案 (1)B (2)22 kJ·ml-1(3)
解析 (1)每个水分子形成4个氢键,但每个氢键为2个水分子所共有,所以每个水分子只有2个氢键,即1 ml冰中有2 ml氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。
方法点拨解氢键类题目应注意的事项解此类题目,关键是抓住氢键的特点。氢键具有方向性和饱和性。方向性指氢键X—H…Y中的三个原子总是尽可能沿直线分布。饱和性指每个X—H只能与一个Y原子形成氢键。
【变式设问】为什么冰的密度比水小?答案 冰的密度比水小,与水分子间的氢键有关,冰中氢键较多,导致冰体积较大,密度较小。
变式训练2-1下列说法不正确的是( )A.分子间作用力是分子间相互作用的总称B.分子间氢键的形成对物质的溶解度及熔、沸点有影响C.范德华力和氢键可同时存在于分子之间D.氢键是一种特殊的化学键,它广泛地存在于自然界中
答案 D解析 分子间存在多种相互作用,这些作用统称为分子间作用力,A正确;分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外,对物质的溶解度也有影响,B正确;范德华力和氢键均属于分子间作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C正确;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。
变式训练2-2下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )A.氨气极易溶于水
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 NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的大,与氢键无关。
1.在某种物质中,范德华力的作用能为a kJ·ml-1,化学键的键能为b kJ·ml-1,则a、b的大小关系是( )A.a>bB.a
答案 C解析 葡萄糖易溶于水是因为葡萄糖分子和水分子间可以形成氢键,A正确;水通常情况下为液态,在4 ℃时水的密度最大,是因为水分子之间会形成氢键,降温时,水分子间形成的氢键数目增多,水分子之间空隙变大,使密度减小,B正确;硫酸是一种强酸,在水中能全部电离,与氢键无关,C不正确;水分子间形成氢键,使水的熔、沸点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。
3.下列物质中不存在氢键的是( )A.冰醋酸中醋酸分子之间B.液态氟化氢中氟化氢分子之间C.NH3·H2O中的NH3与H2O分子之间D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间答案 D解析 只有非金属性很强的元素(如N、O、F)与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一分子中非金属性很强的原子形成氢键。碳元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。
4.在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是( )A.范德华力、范德华力、范德华力B.共价键、共价键、共价键C.范德华力、共价键、共价键D.范德华力、范德华力、共价键
答案 D 解析 石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气属于物质的三态变化,属于物理变化,破坏了范德华力,石蜡蒸气→裂化气发生了化学变化,破坏了共价键;所以在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是范德华力、范德华力、共价键,故答案为D。
5.(1)氨气溶于水时,大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( )
(2)氟元素在元素周期表的各元素中电负性最大,用氢键表示式写出氟元素的氢化物溶液中存在的所有氢键 。 (3)下列物质变化,只与范德华力有关的是 (填字母)。 A.干冰熔化B.乙酸汽化C.乙醇与丙酮混溶
E.碘溶于四氯化碳F.石英熔融
答案 (1)B (2)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O (3)AE
解析 (1)从氢键的成键原理上讲,A、B两项都成立,C、D两项都错误;但是H—O键的极性比H—N键的大,H—O键上氢原子的正电性更大,更容易与氮原子形成氢键,所以氢键主要存在于H2O分子中的H与NH3分子中的N之间。另外,可从熟知的性质加以分析,NH3·H2O能电离出
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