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2020-2021学年第2章 微粒间相互作用与物质性质第4节 分子间作用力教学演示ppt课件
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这是一份2020-2021学年第2章 微粒间相互作用与物质性质第4节 分子间作用力教学演示ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，相互作用，范德华力，电性作用，～600，～20，方向性和饱和性，分子内，分子间，大一些等内容，欢迎下载使用。
一、范德华力与物质性质1.分子间作用力(1)概念:分子之间存在着多种_________,统称分子间作用力。(2)分类:最常见的分子间作用力是_________和_____。
2.范德华力(1)概念:范德华力是_____之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)实质:范德华力实质也是一种_________。(3)特征:①范德华力的作用通常比化学键的键能小得多,化学键的键能一般为_________kJ·ml-1,而范德华力的作用一般只有______kJ·ml-1。②范德华力没有_______________。
(4)影响因素:①相对分子质量一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐_____。②分子的极性一般来说,分子的极性越大,范德华力越___。(5)对物质性质的影响:主要影响物质的物理性质。范德华力越大,物质的熔点、沸点越高。
【巧判断】(1)分子间作用力是化学键的一种。( )提示:×。分子间作用力是一种弱相互作用,不是化学键。(2)水分解以及水的三态变化水分子中的化学键都被破坏。( )提示:×。水分解时改变分子间作用力和分子内的化学键,三态转变时只改变分子间作用力。
(3)Cl2、Br2、I2在常温常压下分别为气态、液态和固态,是因为分子间作用力逐渐增大。( )提示:√。 Cl2、Br2、I2 的组成和结构相似,由于相对分子质量逐渐增大,所以范德华力逐渐增大,故熔、沸点升高,状态由气体变为液体、固体。
二、氢键与物质性质1.氢键(1)概念:当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时,H原子与另一个电负性大的原子Y之间的静电作用。(2)表示形式①通常用X—H…Y表示氢键,其中X—H表示H原子和__原子以共价键相结合,与__原子形成氢键。X、Y为N、O、F。②氢键的键长是指X和Y的距离;氢键的作用能是指X—H…Y 分解为X—H和Y所需要的能量。
(3)类型①_______氢键,如: 。②_______氢键,如 (对羟基苯甲醛)。
(4)特征①氢键的作用能比范德华力的作用能_______,比化学键的键能_______。②氢键具有一定的_____性和_____性。
【情境·思考】马王堆古墓出土的帛画至今两千多年,上面的动物仍然栩栩如生。我们知道丝绸织物洗涤以后容易变形,你知道是什么原因吗?提示:丝绸纤维是蛋白质组成的,蛋白质上氨基和羧基有机会形成氢键,丝绸在水洗和干燥的过程中氢键发生不可逆的改变,改变了蛋白质的结构。
2.氢键对物质性质的影响(1)当形成分子间氢键时,物质的熔、沸点将_____。(2)当形成分子内氢键时,物质的熔、沸点将_____。(3)氢键也影响物质的_____、_____等过程。氢键的存在使物质的溶解度_____。(4)氢键对水的性质的影响水结成冰时,体积膨胀,密度_____。
【微思考】在ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物中,为什么NH3、H2O、HF三者的相对分子质量分别小于同主族其他元素的氢化物,但熔点、沸点却比其他元素的氢化物高?提示:因为NH3、H2O、HF三者的分子间能形成氢键,同族其他元素的氢化物中不能形成氢键,所以它们的熔点和沸点高于同族其他元素的氢化物。
知识点一 范德华力、氢键和共价键的比较【重点释疑】
【易错提醒】(1)氢键和范德华力都属于分子间作用力,不能把氢键当成是化学键。(2)分子间氢键和范德华力可以同时存在。(3)分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质,而化学键决定分子的稳定性。(4)只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力(包括范德华力和氢键)。(5)某些分子间作用力包括范德华力和氢键,所以分子间作用力不等价于范德华力。
【思考·讨论】(1)任何物质的分子之间都一定存在分子间作用力吗?一定存在化学键吗?分子内呢?提示:任何物质的分子间一定存在分子间作用力,一定不存在化学键。分子内可能不存在化学键,如稀有气体分子,大部分存在化学键。有的分子内存在氢键,如邻羟基苯甲醛,大部分分子内不存在氢键。(2)物质三态变化一定破坏分子间作用力吗?提示:不一定。有些物质不是由分子组成的,如氯化钠是由钠离子和氯离子组成的,所以三态变化时破坏的是离子键,不是分子间作用力。
【案例示范】【典例】若不断地升高温度,实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是( )A.氢键、分子间作用力、非极性键B.氢键、氢键、极性键C.氢键、极性键、分子间作用力D.分子间作用力、氢键、非极性键
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)注意氢键存在时物质的状态;(2)如果发生了化学变化,一定有化学键的断裂和形成。【解析】选B。因为O的电负性较大,在雪花、水中存在O—H…O氢键,故在实现雪花→水→水蒸气的变化阶段主要破坏水分子间的氢键,而由水蒸气→氧气和氢气的过程中则破坏了O—H极性共价键。
【误区警示】(1)氢键与范德华力主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点、溶解度等。化学键主要影响物质的化学性质,如物质的稳定性等。(2)氢键的作用能比范德华力的作用能大一些,比化学键的键能小得多。
【迁移·应用】1.(2020·泰安高二检测) 下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属同种类型的是( )A.金属钠与晶体硅分别受热熔化B.氯化铵与苯分别受热变为气体C.氯化钠与氯化氢分别溶解在水中D.碘与干冰分别受热变为气体
【解析】选D。各种粒子变化时克服的作用力:A项,钠:金属键,硅:共价键;B项,NH4Cl:化学键,苯:范德华力;C项,NaCl:离子键,HCl:共价键;D项,I2:范德华力,干冰:范德华力。
2.(双选)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、熔沸点有影响C.范德华力和氢键不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
【解析】选C、D。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分子间的作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C错误;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。
【补偿训练】1.下列有关物质的结构和性质的叙述错误的是( )A.水是一种非常稳定的化合物,这是由于水中存在O—HB.分子间作用力包括氢键和范德华力C.水、冰中都含氢键D.分子中一定有共价键,可能存在分子间作用力【解析】选D。水是一种稳定的化合物,是因为含有O—H共价键;水和冰分子中都存在氢键;分子中也有无共价键的,如稀有气体。
2.(2020·福州高二检测)下列现象,不能用氢键知识解释的是( )A.葡萄糖易溶于水B.在4 ℃时水的密度最大C.硫酸是一种强酸D.水通常情况下为液态
【解析】选C。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,使水的沸点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。
【素养提升】脱氧核糖核苷酸(DNA)是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
已知,在DNA分子碱基对之间存在的氢键共5个,是G和C之间的三个氢键和A和T之间的两个氢键。据此回答下列问题:(1)图中脱氧核糖核苷酸中,能够形成氢键的原子有哪些?为什么?提示:碱基中的N原子和O原子均可以形成氢键,因为二者电负性大,共用电子对的偏向较大,吸电子能力变强,导致带部分负电荷。
(2)氨气中的N原子和水分子中的O原子均易形成氢键,故当氨溶于水时,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的结构式是什么?提示:由于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N 和OH-,故结构式为 。
(3)在元素周期表中氟的电负性最大,用氢键表示式写出氟的氢化物溶液中存在的所有氢键。提示:HF在水溶液中形成的氢键可从HF和HF、H2O和H2O、HF和H2O(HF提供氢)、H2O和HF(H2O提供氢)四个方面来考虑。由此可以得出HF水溶液中存在的氢键为F—H…F、O—H…O、F—H…O、O—H…F。
知识点二 范德华力和氢键对物质性质的影响【重点释疑】1.范德华力对物质性质的影响(1)对物质熔点、沸点的影响:一般来说,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,物质的熔点、沸点通常越高。如熔点、沸点:I2>Br2>Cl2>F2,Rn>Xe>Kr>Ar>Ne>He。
(2)对物质溶解性的影响:如在273 K、101 kPa时,氧气在水中的溶解度比氮气在水中的溶解度大,就是因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大所导致的。(3)“相似相溶”原理:极性分子易溶于极性溶剂中(如HCl易溶于水中),非极性分子易溶于非极性溶剂中(如I2易溶于CCl4中,S易溶于CS2中)。
2.氢键对物质性质的影响(1)对物质熔点、沸点的影响。①某些氢化物分子间存在氢键,如H2O、NH3、HF等,会使同族氢化物沸点反常,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②当氢键存在于分子内时,它对物质性质的影响与分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。邻羟基苯甲醛的氢键存在于分子内部,对羟基苯甲醛的氢键存在于分子间,因此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)对物质密度的影响:氢键的存在,会使某些物质的密度出现反常,如液态水变为冰,密度会变小。(3)对物质溶解度的影响: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,在水中溶解度就相对小。如NH3极易溶于水,甲醇、乙醇、乙酸等能与水以任意比混溶,就是因为它们与水形成了分子间氢键。(4)氢键对物质结构的影响:氢键的存在使一些物质具有一些特殊结构,如冰晶体的孔穴结构使体积膨胀。
【易错提醒】(1)水分子间存在氢键,水蒸气中就不存在了。(2)一个H2O分子最多可形成四个氢键。(3)因为HF分子间形成氢键,氟化氢的熔、沸点在卤素氢化物中最高。
【思考·讨论】(1)CCl4、SiCl4、SnCl4的稳定性为什么逐渐减弱,而它们的沸点逐渐升高?提示:分子稳定性取决于键长和键能,CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长,键能逐渐减小,分子稳定性逐渐减弱;由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小,CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似,随相对分子质量的增加,它们分子间的作用力逐渐增大,沸点逐渐升高。(2)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、乙醛分子间不能形成氢键。
【案例示范】【典例】下列两组命题中,B组中命题正确,且能用A组中的命题加以解释的是( )A.Ⅰ ① B.Ⅱ ② C.Ⅲ ③ D.Ⅳ ④
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)分子的稳定性取决于共价键的稳定性。键能越大,键长越短,共价键越稳定,分子越稳定。(2)分子的熔、沸点取决于分子间作用力的大小,若有氢键,熔、沸点会反常升高。
【解析】选B。碘和氯属于同主族,碘的原子半径大于氯的原子半径,碘的非金属性弱于氯的非金属性,H—Cl键的键能大于H—I键的键能,HCl的稳定性大于HI的稳定性,A错误,B正确。HCl和HI结构相似,HI的范德华力大于HCl的范德华力,HI的熔、沸点要高于HCl的熔、沸点,D错误。H2S的结构和H2O的结构相似,但由于H2O分子间存在较强的氢键,所以H2O的熔、沸点高,C错误。
【规律方法】判断物质性质影响因素的解题流程(1)首先要弄清该性质是物理性质还是化学性质,然后找出其影响因素。(2)根据作用力的强弱分析物质性质的变化规律。如键能越大,键长越短,化学性质越稳定;相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。
【迁移·应用】1.(2020·郴州高二检测)下列关于范德华力的叙述中,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问题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,故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量
【解析】选B。范德华力的实质也是一种电性作用,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.卤素单质从F2到I2在常温常压下的聚集态由气态、液态到固态的原因是( )A.原子间的化学键键能逐渐减小B.范德华力逐渐增大C.原子半径逐渐增大D.氧化性逐渐减弱【解析】选B。卤素单质从F2到I2结构相似,相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,分子的熔、沸点依次升高。
【补偿训练】(2020·雅安高二检测)下列物质的熔、沸点比较中正确的是( )A.HBr>HIB.CH4>CCl4C.NH3>PH3D.CH3CH2CH3>CH3CH2OH
【解析】选C。A、B、C三组都是组成和结构相似的分子,熔、沸点的比较主要是比较分子间作用力的大小。A、B项中两组分子之间只存在范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,A、B均错。C项中NH3分子之间还存在氢键,因此其沸点比PH3高,C正确。D项中CH3CH2OH是乙醇,由于氢键的作用,常温下为液态,而CH3CH2CH3是丙烷——液化气的主要成分,常温下为气态,CH3CH2OH的沸点比CH3CH2CH3高,D错。
【素养提升】一般情况下,结构和组成相似的物质,随相对分子质量的增加,熔、沸点逐渐升高。化学课外小组同学查阅资料得ⅥA族元素氢化物熔、沸点关系图示:
氧族元素的氢化物的熔点和沸点
为什么H2O的沸点最高?提示:氧元素电负性较大,水分子中的氧原子与其他H2O分子中的氢原子形成了氢键,使H2O的沸点升高,而另外三种物质分子间无氢键,故水的沸点最高。
1.(2020·南昌高二检测)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
【解析】选D。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加,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高;D项,NaCl中将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。
2.下列有关氢键的说法正确的是( )A.氢键是一种比较弱的化学键B.HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键C.乙醇分子与水分子之间形成氢键,使乙醇能与水以任意比互溶D.碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是因为碘化氢分子之间存在氢键
【解析】选C。A.氢键属于分子间作用力,不属于化学键,错误;B.HF的稳定性很强,是因为其分子内H—F键很稳定,与氢键无关,错误;C.乙醇分子与水分子之间形成氢键,使乙醇能与水以任意比互溶,正确;D.碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是因为碘化氢的相对分子质量比氯化氢大,错误。
3.(2020·开封高二检测)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【解析】选D。只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一非金属性很强的原子形成氢键(如N、O、F)。C元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。
4.下列有关物质性质判断正确且可以用范德华力来解释的是( )A.沸点:HBr>HClB.沸点:CH3CH2BrHClD.—OH上氢原子的活泼性:H—O—H>C2H5—O—H
【解析】选A。HBr与HCl结构相似,HBr的相对分子质量比HCl大,HBr分子间的范德华力比HCl强,所以其沸点比HCl高;C2H5Br的沸点比C2H5OH低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力的缘故;HF比HCl稳定是由于H—F键键能比H—Cl键键能大的缘故;H2O分子中的—OH氢原子比C2H5OH中的—OH氢原子更活泼是由于—C2H5的影响使O—H键极性减弱的缘故。
5.水分子间存在一种叫“氢键”的作用(介于范德华力与化学键之间)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固态冰。则:(1)1 ml冰中有________ml氢键。 (2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子,其电离方程式为__________________________。
(3)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·ml-1)。已知冰的升华热是51 kJ·ml-1,则冰中氢键的作用能是________kJ·ml-1。 (4)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点(℃),则x、y、z的大小关系________。其判断依据是__________。
一、范德华力与物质性质1.分子间作用力(1)概念:分子之间存在着多种_________,统称分子间作用力。(2)分类:最常见的分子间作用力是_________和_____。
2.范德华力(1)概念:范德华力是_____之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)实质:范德华力实质也是一种_________。(3)特征:①范德华力的作用通常比化学键的键能小得多,化学键的键能一般为_________kJ·ml-1,而范德华力的作用一般只有______kJ·ml-1。②范德华力没有_______________。
(4)影响因素:①相对分子质量一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐_____。②分子的极性一般来说,分子的极性越大,范德华力越___。(5)对物质性质的影响:主要影响物质的物理性质。范德华力越大,物质的熔点、沸点越高。
【巧判断】(1)分子间作用力是化学键的一种。( )提示:×。分子间作用力是一种弱相互作用,不是化学键。(2)水分解以及水的三态变化水分子中的化学键都被破坏。( )提示:×。水分解时改变分子间作用力和分子内的化学键,三态转变时只改变分子间作用力。
(3)Cl2、Br2、I2在常温常压下分别为气态、液态和固态,是因为分子间作用力逐渐增大。( )提示:√。 Cl2、Br2、I2 的组成和结构相似,由于相对分子质量逐渐增大,所以范德华力逐渐增大,故熔、沸点升高,状态由气体变为液体、固体。
二、氢键与物质性质1.氢键(1)概念:当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时,H原子与另一个电负性大的原子Y之间的静电作用。(2)表示形式①通常用X—H…Y表示氢键,其中X—H表示H原子和__原子以共价键相结合,与__原子形成氢键。X、Y为N、O、F。②氢键的键长是指X和Y的距离;氢键的作用能是指X—H…Y 分解为X—H和Y所需要的能量。
(3)类型①_______氢键,如: 。②_______氢键,如 (对羟基苯甲醛)。
(4)特征①氢键的作用能比范德华力的作用能_______,比化学键的键能_______。②氢键具有一定的_____性和_____性。
【情境·思考】马王堆古墓出土的帛画至今两千多年,上面的动物仍然栩栩如生。我们知道丝绸织物洗涤以后容易变形,你知道是什么原因吗?提示:丝绸纤维是蛋白质组成的,蛋白质上氨基和羧基有机会形成氢键,丝绸在水洗和干燥的过程中氢键发生不可逆的改变,改变了蛋白质的结构。
2.氢键对物质性质的影响(1)当形成分子间氢键时,物质的熔、沸点将_____。(2)当形成分子内氢键时,物质的熔、沸点将_____。(3)氢键也影响物质的_____、_____等过程。氢键的存在使物质的溶解度_____。(4)氢键对水的性质的影响水结成冰时,体积膨胀,密度_____。
【微思考】在ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物中,为什么NH3、H2O、HF三者的相对分子质量分别小于同主族其他元素的氢化物,但熔点、沸点却比其他元素的氢化物高?提示:因为NH3、H2O、HF三者的分子间能形成氢键,同族其他元素的氢化物中不能形成氢键,所以它们的熔点和沸点高于同族其他元素的氢化物。
知识点一 范德华力、氢键和共价键的比较【重点释疑】
【易错提醒】(1)氢键和范德华力都属于分子间作用力,不能把氢键当成是化学键。(2)分子间氢键和范德华力可以同时存在。(3)分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质,而化学键决定分子的稳定性。(4)只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力(包括范德华力和氢键)。(5)某些分子间作用力包括范德华力和氢键,所以分子间作用力不等价于范德华力。
【思考·讨论】(1)任何物质的分子之间都一定存在分子间作用力吗?一定存在化学键吗?分子内呢?提示:任何物质的分子间一定存在分子间作用力,一定不存在化学键。分子内可能不存在化学键,如稀有气体分子,大部分存在化学键。有的分子内存在氢键,如邻羟基苯甲醛,大部分分子内不存在氢键。(2)物质三态变化一定破坏分子间作用力吗?提示:不一定。有些物质不是由分子组成的,如氯化钠是由钠离子和氯离子组成的,所以三态变化时破坏的是离子键,不是分子间作用力。
【案例示范】【典例】若不断地升高温度,实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是( )A.氢键、分子间作用力、非极性键B.氢键、氢键、极性键C.氢键、极性键、分子间作用力D.分子间作用力、氢键、非极性键
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)注意氢键存在时物质的状态;(2)如果发生了化学变化,一定有化学键的断裂和形成。【解析】选B。因为O的电负性较大,在雪花、水中存在O—H…O氢键,故在实现雪花→水→水蒸气的变化阶段主要破坏水分子间的氢键,而由水蒸气→氧气和氢气的过程中则破坏了O—H极性共价键。
【误区警示】(1)氢键与范德华力主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点、溶解度等。化学键主要影响物质的化学性质,如物质的稳定性等。(2)氢键的作用能比范德华力的作用能大一些,比化学键的键能小得多。
【迁移·应用】1.(2020·泰安高二检测) 下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属同种类型的是( )A.金属钠与晶体硅分别受热熔化B.氯化铵与苯分别受热变为气体C.氯化钠与氯化氢分别溶解在水中D.碘与干冰分别受热变为气体
【解析】选D。各种粒子变化时克服的作用力:A项,钠:金属键,硅:共价键;B项,NH4Cl:化学键,苯:范德华力;C项,NaCl:离子键,HCl:共价键;D项,I2:范德华力,干冰:范德华力。
2.(双选)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、熔沸点有影响C.范德华力和氢键不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
【解析】选C、D。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分子间的作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C错误;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。
【补偿训练】1.下列有关物质的结构和性质的叙述错误的是( )A.水是一种非常稳定的化合物,这是由于水中存在O—HB.分子间作用力包括氢键和范德华力C.水、冰中都含氢键D.分子中一定有共价键,可能存在分子间作用力【解析】选D。水是一种稳定的化合物,是因为含有O—H共价键;水和冰分子中都存在氢键;分子中也有无共价键的,如稀有气体。
2.(2020·福州高二检测)下列现象,不能用氢键知识解释的是( )A.葡萄糖易溶于水B.在4 ℃时水的密度最大C.硫酸是一种强酸D.水通常情况下为液态
【解析】选C。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,使水的沸点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。
【素养提升】脱氧核糖核苷酸(DNA)是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
已知,在DNA分子碱基对之间存在的氢键共5个,是G和C之间的三个氢键和A和T之间的两个氢键。据此回答下列问题:(1)图中脱氧核糖核苷酸中,能够形成氢键的原子有哪些?为什么?提示:碱基中的N原子和O原子均可以形成氢键,因为二者电负性大,共用电子对的偏向较大,吸电子能力变强,导致带部分负电荷。
(2)氨气中的N原子和水分子中的O原子均易形成氢键,故当氨溶于水时,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的结构式是什么?提示:由于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N 和OH-,故结构式为 。
(3)在元素周期表中氟的电负性最大,用氢键表示式写出氟的氢化物溶液中存在的所有氢键。提示:HF在水溶液中形成的氢键可从HF和HF、H2O和H2O、HF和H2O(HF提供氢)、H2O和HF(H2O提供氢)四个方面来考虑。由此可以得出HF水溶液中存在的氢键为F—H…F、O—H…O、F—H…O、O—H…F。
知识点二 范德华力和氢键对物质性质的影响【重点释疑】1.范德华力对物质性质的影响(1)对物质熔点、沸点的影响:一般来说,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,物质的熔点、沸点通常越高。如熔点、沸点:I2>Br2>Cl2>F2,Rn>Xe>Kr>Ar>Ne>He。
(2)对物质溶解性的影响:如在273 K、101 kPa时,氧气在水中的溶解度比氮气在水中的溶解度大,就是因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大所导致的。(3)“相似相溶”原理:极性分子易溶于极性溶剂中(如HCl易溶于水中),非极性分子易溶于非极性溶剂中(如I2易溶于CCl4中,S易溶于CS2中)。
2.氢键对物质性质的影响(1)对物质熔点、沸点的影响。①某些氢化物分子间存在氢键,如H2O、NH3、HF等,会使同族氢化物沸点反常,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②当氢键存在于分子内时,它对物质性质的影响与分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。邻羟基苯甲醛的氢键存在于分子内部,对羟基苯甲醛的氢键存在于分子间,因此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)对物质密度的影响:氢键的存在,会使某些物质的密度出现反常,如液态水变为冰,密度会变小。(3)对物质溶解度的影响: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,在水中溶解度就相对小。如NH3极易溶于水,甲醇、乙醇、乙酸等能与水以任意比混溶,就是因为它们与水形成了分子间氢键。(4)氢键对物质结构的影响:氢键的存在使一些物质具有一些特殊结构,如冰晶体的孔穴结构使体积膨胀。
【易错提醒】(1)水分子间存在氢键,水蒸气中就不存在了。(2)一个H2O分子最多可形成四个氢键。(3)因为HF分子间形成氢键,氟化氢的熔、沸点在卤素氢化物中最高。
【思考·讨论】(1)CCl4、SiCl4、SnCl4的稳定性为什么逐渐减弱,而它们的沸点逐渐升高?提示:分子稳定性取决于键长和键能,CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长,键能逐渐减小,分子稳定性逐渐减弱;由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小,CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似,随相对分子质量的增加,它们分子间的作用力逐渐增大,沸点逐渐升高。(2)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、乙醛分子间不能形成氢键。
【案例示范】【典例】下列两组命题中,B组中命题正确,且能用A组中的命题加以解释的是( )A.Ⅰ ① B.Ⅱ ② C.Ⅲ ③ D.Ⅳ ④
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)分子的稳定性取决于共价键的稳定性。键能越大,键长越短,共价键越稳定,分子越稳定。(2)分子的熔、沸点取决于分子间作用力的大小,若有氢键,熔、沸点会反常升高。
【解析】选B。碘和氯属于同主族,碘的原子半径大于氯的原子半径,碘的非金属性弱于氯的非金属性,H—Cl键的键能大于H—I键的键能,HCl的稳定性大于HI的稳定性,A错误,B正确。HCl和HI结构相似,HI的范德华力大于HCl的范德华力,HI的熔、沸点要高于HCl的熔、沸点,D错误。H2S的结构和H2O的结构相似,但由于H2O分子间存在较强的氢键,所以H2O的熔、沸点高,C错误。
【规律方法】判断物质性质影响因素的解题流程(1)首先要弄清该性质是物理性质还是化学性质,然后找出其影响因素。(2)根据作用力的强弱分析物质性质的变化规律。如键能越大,键长越短,化学性质越稳定;相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。
【迁移·应用】1.(2020·郴州高二检测)下列关于范德华力的叙述中,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问题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,故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量
【解析】选B。范德华力的实质也是一种电性作用,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.卤素单质从F2到I2在常温常压下的聚集态由气态、液态到固态的原因是( )A.原子间的化学键键能逐渐减小B.范德华力逐渐增大C.原子半径逐渐增大D.氧化性逐渐减弱【解析】选B。卤素单质从F2到I2结构相似,相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,分子的熔、沸点依次升高。
【补偿训练】(2020·雅安高二检测)下列物质的熔、沸点比较中正确的是( )A.HBr>HIB.CH4>CCl4C.NH3>PH3D.CH3CH2CH3>CH3CH2OH
【解析】选C。A、B、C三组都是组成和结构相似的分子,熔、沸点的比较主要是比较分子间作用力的大小。A、B项中两组分子之间只存在范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,A、B均错。C项中NH3分子之间还存在氢键,因此其沸点比PH3高,C正确。D项中CH3CH2OH是乙醇,由于氢键的作用,常温下为液态,而CH3CH2CH3是丙烷——液化气的主要成分,常温下为气态,CH3CH2OH的沸点比CH3CH2CH3高,D错。
【素养提升】一般情况下,结构和组成相似的物质,随相对分子质量的增加,熔、沸点逐渐升高。化学课外小组同学查阅资料得ⅥA族元素氢化物熔、沸点关系图示:
氧族元素的氢化物的熔点和沸点
为什么H2O的沸点最高?提示:氧元素电负性较大,水分子中的氧原子与其他H2O分子中的氢原子形成了氢键,使H2O的沸点升高,而另外三种物质分子间无氢键,故水的沸点最高。
1.(2020·南昌高二检测)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
【解析】选D。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加,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高;D项,NaCl中将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。
2.下列有关氢键的说法正确的是( )A.氢键是一种比较弱的化学键B.HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键C.乙醇分子与水分子之间形成氢键,使乙醇能与水以任意比互溶D.碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是因为碘化氢分子之间存在氢键
【解析】选C。A.氢键属于分子间作用力,不属于化学键,错误;B.HF的稳定性很强,是因为其分子内H—F键很稳定,与氢键无关,错误;C.乙醇分子与水分子之间形成氢键,使乙醇能与水以任意比互溶,正确;D.碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是因为碘化氢的相对分子质量比氯化氢大,错误。
3.(2020·开封高二检测)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【解析】选D。只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一非金属性很强的原子形成氢键(如N、O、F)。C元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。
4.下列有关物质性质判断正确且可以用范德华力来解释的是( )A.沸点:HBr>HClB.沸点:CH3CH2Br
【解析】选A。HBr与HCl结构相似,HBr的相对分子质量比HCl大,HBr分子间的范德华力比HCl强,所以其沸点比HCl高;C2H5Br的沸点比C2H5OH低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力的缘故;HF比HCl稳定是由于H—F键键能比H—Cl键键能大的缘故;H2O分子中的—OH氢原子比C2H5OH中的—OH氢原子更活泼是由于—C2H5的影响使O—H键极性减弱的缘故。
5.水分子间存在一种叫“氢键”的作用(介于范德华力与化学键之间)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固态冰。则:(1)1 ml冰中有________ml氢键。 (2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子,其电离方程式为__________________________。
(3)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·ml-1)。已知冰的升华热是51 kJ·ml-1,则冰中氢键的作用能是________kJ·ml-1。 (4)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点(℃),则x、y、z的大小关系________。其判断依据是__________。
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