高中苏教版 (2019)第四单元 分子间作用力 分子晶体第1课时学案

第四单元　分子间作用力　分子晶体

第1课时　分子间作用力

一、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。分子间作用力实质上是一种静电作用。

(2)分类

分子间作用力分为范德华力和氢键。

(3)特点

分子间作用力比化学键弱得多，主要影响物质的物理性质。

2．范德华力

(1)概念

范德华力是存在于分子之间的一种作用力，普遍存在于固体、液体和气体分子之间。

(2)特征

作用力很小，约比化学键键能小1个～2个数量级。无方向性和饱和性。

(3)影响因素

分子的大小、分子的空间结构及分子中电荷分布是否均匀等。

(4)范德华力对分子构成的物质性质的影响

①分子组成和结构相似的物质，其相对分子质量越大，则范德华力越大，物质的熔沸点越高，如熔、沸点：I2 ＞Br2 ＞Cl2 ＞F2 。相对分子质量相近，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，物质的熔沸点越高(如：CO＞N2 )。

②若溶质分子能与溶剂分子形成较强的范德华力，则溶质在该溶剂中的溶解度_较大。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)范德华力的实质是一种静电作用，所以范德华力是一种特殊的化学键。                             (×)

(2)范德华力与化学键的区别是作用力的强弱。 (√)

(3)任何分子间在任意情况下都会产生范德华力。 (×)

(4)范德华力非常微弱，故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量。 (×)

(5)范德华力：HI＞HBr＞HCl，分子稳定性：HI＞HBr＞HCl。 (×)

二、氢键

1．定义：以水中氢键的形成为例：水分子中的O—H键是一种极性共价键，氧原子与氢原子共用的电子对强烈地偏向_氧原子，使H原子几乎成了“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相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用叫做氢键。

2．表示方法：X－H…Y。

3．形成条件

(1)电负性大而原子半径较小且含有孤电子对的非金属原子。

(2)要有与电负性大的元素原子形成强极性键的氢原子。

4．特点

(1)氢键有饱和性和方向性

①饱和性：分子中每一个X—H键中的H只能与一个Y原子形成氢键，如果再有第二个Y与H结合，则Y与Y之间的斥力将比H…Y之间的引力大，也就是说H原子没有足够的空间再与另一个Y原子结合。

②方向性：X—H…Y系统中，X—H…Y一般在同一直线上，这样才可使X和Y距离最远，两原子间的斥力最小，系统更稳定。

(2)氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关 : 一般X、Y元素的电负性越大，半径越小形成的氢键越强。

例如：F—H…F >O—H…O > N—H…N。

微点拨：虽然HF分子间氢键比H2O分子间氢键更强，但液体氟化氢的蒸发热却比水的蒸发热低，原因和氢键数目多少有关，1个HF分子能形成一个氢键，1个H2O分子均摊两个氢键。

5．类型：氢键可分为_分子间氢键和分子内氢键两种类型。

6．氢键对化合物性质的影响

(1)对熔、沸点的影响

①分子间存在氢键的物质比分子间存在范德华力的物质的熔、沸点高。

②互为同分异构体的物质，存在分子间氢键物质的熔、沸点比存在分子内氢键物质的熔、沸点高。

(2)对物质溶解度的影响：溶质与溶剂分子间若形成氢键，则会增大溶质在该溶剂中的溶解度。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高与氢键强弱有关。 (×)

(2)H2O的熔、沸点高于H2S的熔、沸点是因为H2O分子间存在氢键。

  (√)

(3)可燃冰中，甲烷分子与水分子间可形成氢键。 (×)

(4)白酒中，乙醇分子和水分子间存在范德华力和氢键。 (√)

(5)氨气比甲烷易溶于水与范德华力大小有关。 (×)

卤素单质的相对分子质量和熔、沸点

[问题1]　卤素单质的熔、沸点有怎样的变化规律？

[提示]　熔、沸点：I2＞Br2＞Cl2＞F2。

[问题2]　导致卤素单质熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质相对分子质量的变化规律有怎样的关系？

[提示]　范德华力：I2＞Br2＞Cl2＞F2，卤素单质的相对分子质量越大，范德华力越强。

[问题3]　试比较甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷的熔、沸点高低。

[提示]　熔、沸点：正丁烷＞丙烷＞乙烷＞甲烷。

范德华力对物质性质的影响

1．对物质熔、沸点的影响

(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：CF4<CCl4<CBr4<CI4；CH4<C2H6<C3H8<C4H10。

(2)组成相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。

(3)在同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。

2．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273 K、101 kPa时，氧气在水中的溶解量(49 cm3·L－1)比氮气在水中的溶解量(24 cm3·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。

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

D　[气体物质加压或降温时能凝结或凝固，干冰易升华，氟、氯、溴、碘单质的熔沸点依次升高均是分子间作用力发生改变；氯化钠的熔点较高和离子键有关。]

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 ℃

C　[相对分子质量：HCl<HI，则范德华力：HCl<HI，故沸点：HCl<HI，由已知HCl的沸点为－85 ℃，可知HI的沸点高于－85 ℃，结合常温下HI为气态，推测HI的沸点可能为－35 ℃。]

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

B　[氯化氢气体溶于水断裂共价键，A不选；干冰气化破坏分子间作用力，B选；氯化钠固体溶于水断裂离子键，C不选；氢气在氯气中燃烧断裂共价键，D不选。]

ⅣA～ⅦA族元素的氢化物沸点和周期关系图如图所示，仔细审阅图像，宏观辨识同族元素氢化物沸点变化规律，微观探析呈现这种规律变化的原因。

[问题1]　ⅣA族元素的氢化物稳定性有何递变规律？说明呈现这种规律的原因。

[提示]　稳定性：CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4，共价键键能：C－H＞Si－H＞Ge－H＞Sn－H。

[问题2]　ⅣA族元素的氢化物沸点有何递变规律？说明呈现这种规律的原因。

[提示]　沸点：CH4 <SiH4 <GeH4 <SnH4，相对分子质量：CH4 <SiH4 <GeH4 <SnH4，范德华力：CH4 <SiH4 <GeH4 <SnH4。

[问题3]　NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素氢化物的熔、沸点高的原因是什么？

[提示]　NH3、H2O和HF它们各自的分子间形成了氢键。

[问题4]　沸点H2O＞HF＞NH3的原因是什么？

[提示]　1 mol分子均摊的氢键数目：H2O＞HF，故沸点H2O＞HF；电负性：F＞N，原子半径：F <N，故沸点HF＞NH3。

分子间作用力和共价键的比较

按要求回答下列问题：

(1)HCHO分子与氢气的加成产物的熔、沸点比CH4的熔、沸点高，其主要原因是(需指明加成产物是何物质)_______________________________________

__________________________________________________________________。

(2)S位于元素周期表中________族，该族元素氢化物中，H2Te比H2S沸点高的原因是___________________________________________________________

____________________________________________________________________，

H2O比H2Te沸点高的原因是_______________________________________

________________________________________________________________。

(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是________________________________

________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(4)氨是一种易液化的气体，请简述其易液化的原因：____________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(5)硫的氢化物在乙醇中的溶解度小于氧的氢化物在乙醇中的溶解度的原因是__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(6)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是______________________________

__________________________________________________________________。

[答案]　(1)加成产物CH3OH分子之间能形成氢键

(2)ⅥA　两者均为分子晶体且结构相似，H2Te相对分子质量比H2S大，分子间范德华力更强　两者均为分子晶体，H2O分子间存在氢键

(3)硅烷为分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间范德华力增强，熔、沸点升高

(4)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，易液化

(5)H2O与乙醇分子间可形成氢键

(6)化合物乙分子间可形成氢键

1．(双选)二氧化碳由固体(干冰)变为气体时，下列各项发生变化的是(　　)

A．分子间距离 B．极性键

C．分子之间的作用力 D．离子键被破坏

AC　[二氧化碳由固体(干冰)变为气体时，分子间距离变大，分子之间的作用力破坏，分子内极性键不变，二氧化碳分子内不含离子键。]

2．固体乙醇晶体中不存在的作用力是(　　)

A．离子键 B．范德华力

C．极性键 D．非极性键

A　[固体乙醇晶体属于共价化合物，不含离子键。]

3．下列物质间分子间作用力最大的是(　　)

A．I2 B．Br2 

C．Cl2 D．F2

A　[组成与结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。]

4．下列物质沸点的比较正确的是(　　)

A．H2O＞H2S＞H2Se B．F2＞Cl2＞Br2

C．CH4＞SiH4＞GeH4 D．Al＞Mg＞Na

D　[一般来说，组成与结构相似的分子，相对分子质量越大，沸点越高，则沸点：H2Se＞H2S，A错误；沸点Br2＞Cl2＞F2，B错误；沸点GeH4＞SiH4＞CH4，C错误； 自由电子越多，半径越小，金属键越强，沸点越高，沸点Al＞Mg＞Na，D正确。]

5．下列说法正确的是(　　)

A．H2O的沸点比HF高，是由于每摩尔分子中水分子形成的氢键数目多

B．液态氟化氢中氟化氢分子之间形成氢键，可写为(HF)n，则NO2分子间也是因氢键而聚合形成N2O4

C．HCl极易溶于水，原因是HCl分子与水分子之间形成了氢键

D．可燃冰(CH4·8H2O)的形成是由于甲烷分子与水分子之间存在氢键

A　[1个水分子能形成4个氢键，1个HF分子能形成2个氢键，则每摩尔分子中水分子形成的氢键数目多，A正确；NO2分子间不存在氢键，NO2分子间因形成化学键而聚合成N2O4，B错误；只有非金属性很强的元素(如N、O、F)原子才能与氢原子形成极性较强的共价键，分子间才能形成氢键，C错误；甲烷分子和水分子之间不能形成氢键，D错误。]

6．请回答下列问题：

(1)NH3的沸点(－33.5 ℃)高于NF3的沸点(－129 ℃)的主要原因是_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(2)化学式为N2H4C，属离子化合物，各原子均具有稀有气体稳定结构。写出它的电子式____________________________________。

(3)常压下，SO3的沸点(44.8 ℃)比SO2的沸点(－10 ℃)高，其主要原因是_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

[解析]　(1)分子间能形成氢键的氢化物熔沸点较高，氨气分子间有氢键，NF3分子间没有氢键，氢键的存在导致氨气熔沸点较高。

(2)化学式为N2H4C，属离子化合物，则所含的离子为NH与CN－，所以NH4CN的电子式是

(3)SO3的相对分子质量大，分子间作用力强，故SO3的沸点比SO2的沸点高。

[答案]　(1)NH3分子间存在氢键

　(3)SO3的相对分子质量大，分子间作用力强，故SO3的沸点高