高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第4节 分子间作用力教学设计

第二章第四节分子间作用力教学设计

一、教材分析

本节是位于鲁科版化学选择性必修第二册物质结构与性质第2章第4节。本章内容为微粒间相互作用与物质性质。前三节主要讲了分子内部存在的化学键。重点学习了共价键、离子键、配位键、金属键等。本节在学习前三节的基础上，进一步对物质微粒之间的作用力进行学习。学习了分子之间存在的作用力。是对前面学习内容的进一步延伸，具有启上的作用。下一章重点学习的晶体部分，也需要用到分子间作用力有关知识来对其性质进行进一步分析，具有启下的作用。

分子间作用力本节内容脉络清晰。重点讲述了两种分子间作用力范德华力与氢键。其中，范德华力介绍篇幅较少，在高考考查中也较少。氢键为本节课学习的重点内容，要重点理解氢键的形成过程以及形成条件，氢键在高考考查中属于热点内容，常出现于非选择部分的填空部分。

二、学情分析

从学生的认知能力来看，学生处于高二年级，逻辑思维能力和空间想象能力都比较完备。已经具备学习本节内容的认知能力。但是本节内容主要以范德华力和氢键的形成过程为主，如果单纯讲解，对学生来讲还是过于抽象，可以辅助模型或者动画。让学生对于范德华力和氢键形成过程有更深程度的认识，进一步培养学生的模型认知能力。

从学生知识水平来看，学生在必修二部分对化学键进行了初步学习，在第二章前三节对于化学键进行了更深层次的学习。学生对于分子内作用力具有较高的知识储备。分子间作用力可以用学习分子内化学键的知识思路进行进一步的学习。

三、教学目标

1、知道分子间作用力的广泛存在，及其对物质性质（如熔点、沸点及溶解度的影响），增强学生的宏观辨析与微观探析核心素养。

2、学生了解氢键的形成条件、类型、特点以及氢键对于物质性质的影响，培养学生的证据推理与模型认知核心素养。

3、通过本节内容的学习，能运用分子间作用力有关知识解释生活中的有关现象，引导学生从生活中认识化学，化学的研究是为了让人类生活变得更美好，培养学生的科学态度与创新意识。

四、教学重难点

教学重点：氢键的形成条件、类型、特点以及氢键对于物质性质的影响

教学难点：氢键的形成条件、类型、特点以及氢键对于物质性质的影响

五、课前准备

多媒体教学环境、学案、氢键形成的模型

六、教学过程

1、新课导入

【提出问题】

教师提出电解水和水的三态变化实验过程中能量变化是怎么样的？电解水和水的三态变化实验过程中有没有破坏水分子之间的共价键？

【学生思考并回答】

电解水和水的三态变化过程中都需要吸收能量。电解水过程能破坏共价键。水的三态变化过程中不能破坏共价键。

2、分子间作用力

【过渡语】

水由固体变成气体的过程中，需要吸收能量，但是并没有破坏水分子间的化学键，说明水分子间还存在一定的作用力。

【分子间作用力概念】

分子之间的相互作用力成为分子间作用力。

【分子间作用力分类】

分子间作用力常见的有两大类范德华力和氢键。接下来我们会展开学习。

【辨析概念】

分子间作用力与化学键有何异同？

【学生思考并回答】

1、形成微粒：化学键形成微粒为分子内部，而分子间作用力形成为例为分子之间。

2、从强弱来看，化学键的键能比分子间作用力强得多。

【对点训练】

给大家两分钟的时间完成对点训练。学生完成之后对答案并进行讲解。

1、所有物质的分子之间一定存在分子间作用力。

2、分子间作用力是化学键的一种。

3、干冰升华过程中，二氧化碳分子间作用力增大。

4、二氧化碳溶于水和干冰升华过程都只有分子间作用力改变。

3、范德华力

【范德华力概念】

范德华力是分子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。

【范德华力实质】

电性作用

【范德华力特点】

① 范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级，其强度一般是2~20 kJ/mol。

②范德华力没有方向性和饱和性

【范德华力的影响因素】

分析表格回答下列问题

1、HCl、HBr、HI三者分子结构结构相似，为什么 HCl、HBr、HI范德华力逐渐增大？

2、Ar的相对分子质量大于CO，为什么CO分子间的范德华更大？  

 【学生回答问题】

1、HCl、HBr、HI三者分子结构结构相似， HCl、HBr、HI的相对分子质量逐渐增大，范德华力逐渐增大。说明结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。

2、Ar的相对分子质量大于CO，但CO分子间的范德华更大，因为CO分子极性大于Ar。分子的极性越大，范德华力越大。                                                       

 【教师总结】

①一般地，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。如范德华力：F2＜Cl2＜Br2＜I2；HCl＜HBr＜HI；He＜Ne＜Ar。

②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。如CO为极性分子，N2为非极性分子，范德华力：CO＞N2。

【范德华力对物质性质的影响】

【提出问题】

运用分子间作用力的有关知识，说明为什么卤素单质F2~I2的熔点和沸点越来越高？

【学生思考并回答问题】

 卤素单质F2、Cl2、Br2、I2为非极性分子,相对分子质量增大，范德华力增大是因为它们的范德华力逐渐增强，熔沸点增大。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。

【总结】

范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。范德华力越大，物质的熔、沸点越高。             

【提出问题】

思考范德华力和化学键对物质性质的影响有何不同？

【学生思考并回答问题】

范德华力主要影响物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。

【范德华力的提出】

为了研究气体分子的运动规律，科学家提出了一种理想气体模型，假设气体分子不具有体积，并且气体分子之间不存在相互作用。根据这种模型提出的理想气体方程对气体分子运动规律的描述与实验事实出现了偏差。荷兰物理学家范德华( J.van der Waas)修正了关于气体分子运动的以上假设，指出气体分子本身具有体积，并且分子间存在引力。由此，范德华提出了描述实际气体行为的范德华气态方程，根据这个方程计算的结果与实验事实十分吻合。由于是范德华首次将分子间作用力的概念引入气态方程，人们便将分子间作用力称为范德华力。

【范德华力的形成】

极性分子相互靠近时，一个分子的正电荷端与另一个分子的负电荷端相互吸引，这种静电吸引力称为取向力。分子极性越强，取向力就越大。

一个分子受到极性分子的诱导作用，导致正电荷重心与负电荷重心不重合或距离加大，进而使两种分子之间产生吸引力或使吸引力增强，这种吸引力称为诱导力。

原子核和电子总是在不停地运动，因此即使是非极性分子，其正电荷重心与负电荷重心也会发生瞬间不重合；当分子相互靠近时，分子之间会产生静电吸引力，这种静电吸引力叫作色散力。分子越大，分子内的电子越多，分子越容易变形，色散力就越大。除了极性特别强的极性分子间的范德华力以取向力为主以外，其他分子之间的范德华力往往以色散力为主。

【范德华力的分类】

取向力：极性分子与极性分子之间的固有偶极之间的静电引力。

诱导力：在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力子。

色散力：任何一个分子，由于电子的不断运动和原子核的不断振动，常发生电子云和原子核之间的瞬时相对位移，从而产生瞬时偶极。分子靠瞬时偶极而相互吸引，这种力称为色散力。

【对点训练1】

极性分子与极性分子之间，存在      、      、      。

极性分子与非极性分子之间，存在                 、          。

非极性分子与非极性分子之间，存在                    。

答案：取向力、诱导力、色散力；诱导力、色散力；色散力

【对点训练2】

1、CS2的熔沸点比CO2高，与分子间的范德华力有关系

2、荷兰物理学家范德华研究出分子间作用力——范德华力

3、硼酸具有片层状结构，层与层之间、单元间都以范德华力连接

4、下列叙述与范德华力无关的是

A．CO2加压时形成干冰                      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．氯化钾的熔点较高  

答案：√、√、×、D

4、氢键

【氢键的提出】

阅读课本69页，回答下列问题。你注意到我们每天都离不开的水有什么反常之处吗?物质由液态变为固态时，通常是体积变小，但水结冰后体积却变大，如果是在密闭容器里的水结成冰，甚至可能将容器撑破。另外，在氧族元素的氢化物中，常温、常压下硫化氢(H2S)、硒化氢(H2Se)、H2Te都是气体，只有水以液态存在。按照一般规律，水的沸点应该低于硫化氢的沸点，但事实却相反图2-4-4)。这是为什么?

【回答问题】

1、由图可知第VIA元素的氢化物中，常温常压下H2S. H2Se. H2Te都是气体，只有水以液态存在。按照一般规律，水的沸点应该低于H2S的沸点。

2、物质由液态变为固态时，通常体积变小，但水结冰后体积却变大。充满水的密闭容器，结冰时甚至能将容器撑破

【教师讲解】

水的熔点和沸点的反常现象以及水分子和冰晶体的性质使人们推想，水分子之间除了范德华力以外还存在其他作用力，正是这种作用力，使水分子之间的相互吸引作用变得更强，造成水的熔点和沸点反常升高。人们计算出水分子之间的范德华力，发现它大约只占冰中水分子间作用力测定值的1/6。为了解释这些事实，人们提出了氢键的概念。

【氢键的概念】

   在水分子的O-H中，共用电子对强烈的偏向O，使得H几乎成为“裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中相对显负电性的O的孤电子对产生静电作用，这种静电作用就是氢键。

2013年，国家纳米中心利用非接触原子力显微镜（NC—AFM），在世界上首次得到了8－羟基喹啉分子间氢键的实空间图像。

【氢键的表示】

X —— H · · · Y

大小比较：化学键            氢键               范德华力

答案：＞、＞

氢键的作用能:  指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。

【氢键的形成条件】

1、有X-H共价键，X原子电负性强，原子半径小，主要是F、O、N。Cl虽然电负性大，但因其原子半径大，一般不形成氢键

2、 X—H…Y中的Y必须电负性强、原子半径小、具有孤对电子。X、Y可以相同，也可以不同。

【氢键的特点】

方向性和饱和性

【氢键的分类】

1、分子间氢键：一个分子的X—H键与另一个分子的Y原子相结合而成的氢键，这种氢键称为分子间氢键。

2、分子内氢键： 一个分子的X—H键与该分子内部的原子Y相结合而成的氢键，称为分子内氢键。

【提出问题】

请从邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛的结构出发，分析二者形成的氢键类型有何差别？对熔沸点有何影响？

【回答问题】

分子间氢键使物质熔、沸点升高。分子内氢键使物质的沸点和熔点降低。

【氢键对物质性质的影响】

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。

【水的特殊物理性质】

1、水的熔沸点比较高  

2、冰的密度比液态水小  

3、水在4℃时密度最大

【提出问题】

思考：在水的三态中，水分子之间存在什么样的分子间作用力？

1、在水蒸气中，由于分子间距离远，不能形成分子间作用力，水以单个的H2O分子形式存在；无氢键。

2、在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成(H2O)n

3、在固态水(冰)中，水分子大范围地以氢键互相联结(也存在范德华力)，

【提出问题】

阅读课本71页，冰的密度比液态水小的原因？

【回答问题】

冰中的水分子之间最大程度地形成氢键。由于氢键有方向性，每个水分子的两对孤对电子和两个氢原子只能沿着四个 sp3杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与周围四个水分子接触。水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。

【提出问题】

阅读课本71页，在4℃时水的密度最大的原因？

【回答问题】

冰中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔冰有2NA个氢键。冰中氢键的作用能为18.8kJ·mol-1，而冰的熔化热只有5.0kJ·mol-1。当在0℃冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大约13%的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团(H2O)n。温度升高使冰融化为水的过程，实际上包括两种过程：①水分子间的氢键减少，使水的密度变大，水分子的热运动即热膨胀作用使水的密度减小。②随着温度升高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在4℃时两种作用达到平衡。

所以，当温度升高时，由0℃到4℃时水的密度逐渐增大，4℃时水的密度达到最大，4℃后水的密度变小。

【提出问题】

阅读课本71页，羊毛织品水洗后变形的原因？

【回答问题】

大家知道，羊毛织品水洗后会变形，这是什么原因呢?羊毛纤维是蛋白质构成的，蛋白质上的氨基和羰基可能会形成氢键。羊毛在浸水和干燥的过程中，会在这些氢键处纳入水和去除水，而且其变化往往是不可逆的，从而改变了原先蛋白质的构造，即原先的氢键部位可能发生移动，由此引起羊毛织品变形。

【提出问题】

阅读课本71页，思考氢键广泛存在于自然界中的原因？

【回答问题】

 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

【课堂小结】