高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第四单元 分子间作用力 分子晶体教课ppt课件

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分点突破（一）　范德华力
1. 分子间作用力（1）概念分子之间存在着将分子聚集在一起的作用力，这种作用力称 为分子间作用力。
①分子间作用力本质上是一种 作用，它比化学 键 得多。
②分子间作用力不是化学键，主要影响物质的物理性质。
和 是两种最常见的分子间作用力。
范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体中分子之间的 作用力。
范德华力比较小，且一般没有 和 ⁠。
（3）影响因素影响范德华力的因素很多，如 、 ⁠ 以及分子中电荷分布是否均匀等。对于组成和结构 相似的分子（如卤素单质），其范德华力一般随着相对分子 质量的增大而增大。
（4）对物质性质的影响范德华力的大小，对由分子构成的物质的性质，如 ⁠ 、 、 等都有影响。如相同条件下氧 气在水中的溶解量（49 mL·L－1）比氮气在水中的溶解量（24 mL·L－1）大，就是O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之 间的作用力 所导致的；烷烃（C n H2 n＋2）的熔、沸点随 着其相对分子质量的增加而 ⁠。
3. 范德华力的存在（1）离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力。（2）范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大 多数非金属单质分子之间及稀有气体分子之间。但像二氧 化硅、金刚石等由共价键形成的物质的微粒之间不存在范 德华力。
4. 化学键与范德华力的比较
1. 范德华力的类型有几种？
提示：①电荷分布不均匀的分子（如HCl、H2O等）之间的范德 华力；
②电荷分布均匀的分子（如O2、N2、CO2等）之间的范德华力；
③电荷分布均匀的分子在电荷分布不均匀的分子之间的范德华力。
2. 已知卤素单质的相对分子质量和熔、沸点数据如表所示：
（1）卤素单质的熔、沸点有怎样的变化规律？
提示：随相对分子质量的增大，卤素单质的熔、沸点依次 升高。
（2）卤素单质熔、沸点规律变化的原因是什么？
提示：卤素单质组成和结构相似，分子之间存在范德华 力，相对分子质量越大，范德华力越大，相应单质的熔、 沸点越高。
（3）卤素单质的稳定性由强到弱的顺序是什么？为什么？
提示：键能越大，物质越稳定，故稳定性由强到弱的顺序 是：F2＞Cl2＞Br2＞I2。
1. 下列关于范德华力的叙述正确的是（　　）
解析：　范德华力是分子间存在的相互作用，它不是化学键且比 化学键弱得多，只能影响由分子构成的物质的熔、沸点；稀有气体 为单原子分子，分子之间存在范德华力。
2. 下列叙述与范德华力无关的是（　　）
解析：　一般来说，由分子构成的物质，其物理性质通常与范德 华力的大小密切相关，A、B、C三个选项中涉及的物质都是由分子 构成，故其表现的物理性质与范德华力的大小有关系；D项中，NaCl是离子化合物，不存在分子，故其物理性质与范德华力无关。
3. 某化学科研小组对范德华力提出了以下几种观点，你认为不正确的 是（　　）
解析： 　范德华力实质是一种分子之间的电性作用，由于分子本 身不显电性，所以范德华力比较弱，作用力较小。随着分子间间距 的增加，范德华力迅速减弱，所以范德华力作用范围很小；范德华 力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质的因素之一；在常见 气体中，Cl2的相对分子质量较大，分子间范德华力较强，所以易 液化，但相对于化学键，仍属于弱作用力，A不正确。
1. 氢键的含义与表示方法（1）含义氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另 一个电负性很大的原子之间的作用力。（2）表示方法氢键通常用X—H…Y表示。其中X和Y代表电负性大而原 子半径较小的非金属原子，“—”表示共价键，“…”表 示氢键。
（1）要有一个所属元素电负性大的原子X及与其形成强极性键的H 原子。
（2）要有一个所属元素电负性大、含有孤电子对且相对显负电性 的原子Y。
（3）X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小，X、Y一般是F、 O、N。所以氢键存在于含H—F键、H—O键、H—N键的物质 中，如H2O、HF、NH3和有机化合物中的醇类、酚类、羧酸 类物质等。
（1）氢键不属于化学键，是一种分子间作用力。氢键比化学键 弱，比范德华力强。
（2）氢键具有一定的方向性（X—H…Y尽可能在同一条直线上） 和饱和性（X—H只能和一个Y原子形成氢键）。
（1） 氢键，如水分子间O—H…O。
（2） 氢键，如 。
5. 氢键对物质物理性质的影响
（1）对物质熔、沸点的影响
分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显 ，如 熔、沸点：HF HCl；同分异构体形成分子间氢键的物 质比形成分子内氢键的物质熔、沸点 ，如熔、沸点： 邻羟基苯甲醛 对羟基苯甲醛。
（2）对物质溶解度的影响
溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度 ，如 NH3、乙醇等易溶于水。
（3）对物质密度的影响
分子间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 ⁠。
（4）对液体黏度的影响
含有分子间氢键的液体一般黏度较 ，如甘油、浓硫 酸等。
1. 氧和硫同为ⅥA族元素，H2O和H2S的结构也很相似。从相对分子质量对分子间作用力和物质性质影响的角度分析，应该是H2S的沸点高于H2O，但通常情况下，H2O是液体（沸点为100 ℃），H2S是气体（沸点为－61 ℃）。
（1）导致H2O沸点“反常”的原因是什么？
提示：H2O分子之间存在氢键。
（2）虽然HF分子间氢键比H2O分子间氢键更强，但液体氟化氢的 沸点却比水的沸点低，试解释其原因。
提示：每个HF分子最多与周围的HF分子形成2个氢键，而每 个H2O分子最多可与周围的H2O分子形成4个氢键，即H2O分 子间氢键比HF分子间氢键多，H2O的沸点比HF的高。
2. 醋酸（熔点16.6 ℃，沸点117.9 ℃）与硝酸（熔点－42 ℃，沸点 83 ℃）的相对分子质量相近，但熔、沸点差异较大，试从形成氢 键类型上分析其原因。
提示：醋酸和硝酸均能形成氢键，但醋酸形成分子间氢键，而硝酸 形成分子内氢键，故醋酸的熔、沸点比硝酸的熔、沸点高。
1. （2024·盐城高二检测）下列关于分子间作用力的说法正确的是 （　　）
解析： 　范德华力是短程作用力，分子之间距离太远可忽略，A 正确；H2O比H2S稳定是因为H—O键键能大于H—S键键能，B错 误；氢键属于分子间作用力，不属于化学键，C错误；卤素氢化物 中，HF分子间存在氢键，熔、沸点较高，D错误。
2. 下列物质的性质或数据与氢键无关的是（　　）
解析： 　A项，甲酸能形成分子间氢键，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项，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，因此熔点较低；C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项，HF和HCl分解要破坏共价键，与氢键无关。
氢键对物质性质的影响（理解与辨析）
【典例】　试用相关知识回答下列问题。
（1）有机化合物大多难溶于水，而乙醇和乙酸可与水互溶，原因 是 　　。
提示：乙醇和乙酸均可与水形成分子间氢键。
（2）乙醚（C2H5OC2H5）的相对分子质量大于乙醇，但乙醇的沸点却 比乙醚的高得多，原因是 　　　　。
提示：乙醇分子间存在氢键。
（3）从氨合成塔里分离出NH3，通常采用的方法是 　　，原因 是 　　。
提示：加压使NH3液化后，与H2、N2分离；NH3分子间存在氢 键，易液化。
（4）水在常温下，其组成的化学式可用（H2O） m 表示，原因 是 　　　　。
提示：常温下，水分子不是以单个分子的形式存在的，而是依 靠氢键缔合成较大的“分子”
　氢键对物质性质的影响归纳
（1）氢键对物质熔、沸点的影响
分子间存在氢键时，物质熔化或汽化时，除破坏范德华力外， 还需破坏分子间的氢键，消耗更多的能量，所以存在分子间氢 键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
①ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比 同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种“反常”现象是 由于它们各自的分子间形成了氢键。
②均为强酸的硫酸和硝酸，前者难挥发，后者易挥发，是因为 硫酸分子间有氢键存在，而硝酸存在分子内氢键。
（2）氢键对物质溶解度的影响如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。低级的 醇、醛、酮等可溶于水，都与它们的分子能与水分子形成氢 键有关。
如液态HF和水中，通过氢键分别形成大量缔合分子（HF） n 和 （H2O） n 。又如在HF水溶液中，由于通过氢键形成 （H2O…H—F）、（F—H…F—H），大大降低了HF电离出H＋ 和F－能力，同时，由于（HF） n 的形成降低了HF的浓度，使氢 氟酸成为弱酸（其他氢卤酸为强酸）。
（4）氢键对水的密度的影响由于氢键具有方向性，一个水分子的氧原子与另一个水分子的 氢原子沿一定方向形成氢键，当所有水分子全部缔合——结冰 后，所有的水分子按一定的方向全部形成了氢键，成为晶体， 因此在冰的结构中形成许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。 故冰的体积大于等质量的水的体积，冰的密度小于水的密度。
1. （2024·南京高二检测）下列物质性质的比较，与氢键无关的是 （　　）
解析： 　CH3CH2OH能与水形成氢键，溶解度大，CH3OCH3不能 与水分子形成氢键，溶解度小，故水溶性：CH3CH2OH＞ CH3OCH3，与氢键有关，A不符合题意；NH4Cl固体是离子晶体， 固体HCl为分子晶体，则熔点：NH4Cl＞HCl，与氢键无关，B符合 题意；对羟基苯甲醛存在分子间氢键，邻羟基苯甲醛存在分子内氢 键，分子间氢键致使熔、沸点升高，因此沸 点： ＞
与氢键有关，C不符合题意； 更易与碱基形成氢键配对，所以 与碱基配对的能力： ，与氢键有关，D不符合题意。
2. （1）一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构（如图所 示）的水合物晶体，其相关参数见表格。CH4与H2O形成的水合物 晶体俗称“可燃冰”。
②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的 设想。已知题图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据题述图 表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是 ⁠ ⁠。
①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是 ⁠。
CO2的分子直
径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4　
解析：①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是范德华力和氢键。②根据题给数据可知，笼状空腔的直径是0.586 nm，而CO2分子的直径是 0.512 nm，笼状空腔直径大于CO2分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。
（2）H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，因为 ⁠ ⁠。
解析：水可以与乙醇互溶，是因为H2O与CH3CH2OH之间可以形成分子间氢键。
CH3CH2OH之间可以形成氢键　
1. （2024·镇江高二检测）下列说法正确的是（　　）
解析： 　液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A不 正确；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体不导电，B不正确； 冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能 形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶2，C不 正确；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时，水分子之间 的空隙变大，故其体积会变大，D正确。
2. 下列关于范德华力的叙述中，正确的是（　　）
解析： 　范德华力是分子之间的一种相互作用，其实质也是一种 电性作用，是弱相互作用，化学键是强烈的相互作用，故范德华力 不是化学键，A错误，B正确；范德华力普遍存在于分子之间，但 也必须满足一定的距离要求，若分子间的距离足够大，分子之间很 难产生相互作用，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。
3. 下列说法不正确的是（　　）
解析：　并不是所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键不是 化学键，是一种分子间作用力，本质上也是一种静电作用。
4. 下列说法不正确的是（　　）
解析：　HCl、HBr、HI的组成和结构相似，相对分子质量越大， 范德华力越强，熔、沸点越高，A项正确；H2O分子之间存在氢 键，H2S分子之间不能形成氢键，H2O的熔、沸点比H2S的高，B项 正确；氢键是由已经与电负性很大的原子（F、O、N原子）形成共 价键的H原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力，甲烷分子 和水分子间不能形成氢键，C项错误；乙醇分子和水分子间存在氢 键和范德华力，D项正确。
5. 化学键、范德华力、氢键是构成物质的微粒之间的常见作用力。对 于①化学键的作用，②范德华力的作用，③氢键的作用，由强到弱 的顺序为 （填序号）。化学键、范德华力、氢键均影 响物质的性质，化合物CCl4、CF4、CBr4、CI4中，熔点和沸点由高 到低的顺序是 ，其原因是 ⁠ ⁠；
氨易液化的原因是 ⁠。
解析：氨分子间可形成氢键，使NH3的沸点较高，故易液化。
CI4＞CBr4＞CCl4＞CF4　
结构相似，相对
分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高　
NH3分子间可形成氢键　
6. 冰的部分结构如图所示，其中，中心水分子与4个相邻水分子构成 正四面体结构。在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是 ⁠， 还有 ，由于该主要作用力与共价键一样具有 性， 故1个水分子周围只有 个紧邻的水分子，这些水分子位于 ⁠ 的顶点。
解析：在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，还有范德华 力，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，这些 水分子位于正四面体的顶点。
题组一　范德华力与物质的性质1. 下列说法中正确的是（　　）
解析： 　干冰和碘都由分子构成，状态改变时，克服的均是范德 华力，A正确；乙酸存在分子间氢键，熔点较高，甲酸甲酯中不存 在氢键，熔点较低，B错误；氯化钙溶于水时破坏离子键，氯化氢 溶于水时破坏共价键，C错误；分子的稳定性由化学键强弱决定， 与范德华力无关，D错误。
2. 下列说法正确的是（　　）
解析： 　分子间作用力主要影响物质的物理性质，化学键主要影 响物质的化学性质，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，A 项错误，B项正确；分子的组成和结构相似时，相对分子质量越 大，其分子间作用力越大，C项错误；分子间不只有范德华力，还 可能存在其他作用力，D项错误。
3. 卤素单质从F2到I2在常温常压下的聚集状态由气态、液态到固态的 原因是（　　）
解析： 　卤素单质从F2到I2，相对分子质量依次增大，范德华力 增大，物质的熔、沸点升高，B正确。
4. 下列物质发生变化时，破坏的主要是范德华力的是（　　）
解析： 　碘单质升华，破坏的是范德华力；NaCl溶于水，破坏的 是离子键；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，综上所述，A项符合题意。
5. 下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是（　　）
解析： 　HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键 键能依次减小，与范德华力无关；CO2、CS2的相对分子质量依次 增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增 大； 、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性 依次减弱，与范德华力无关；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低 是由于C2H5OH分子间形成氢键。
题组二　氢键及其对物质性质的影响
6. 下列物质分子内和分子间均可形成氢键的是（　　）
解析： 　通常能形成氢键的分子中含有：N—H键、H—O键或 H—F键。NH3、CH3CH2OH有氢键但只存在于分子间。B项 中 的O—H键与另一分子中 中的O可形成 分子间氢键，同一分子内的O—H键与邻位 中的O可形成分 子内氢键。
7. （2024·苏州高二检测）元素Y最高价氧化物的水化物是强酸，Y的 气态氢化物（YH3）在水中可形成氢键，其氢键最可能的形式为 （　　）
解析： 　元素Y最高价氧化物的水化物是强酸，Y的气态氢化物为 YH3，推出Y为N，O的电负性大于N，因此H—O键中键合电子偏向 于氧，使得水分子中的H原子更易与N原子形成氢键，B选项正确。
8. 下列事实不可以用氢键来解释的是（　　）
解析： 　氢键影响物质的部分物理性质，稳定性属于化学性质， 则水是稳定的化合物与氢键无关，A符合题意；HF分子间存在氢 键，使HF聚合在一起，非气态时，氟化氢可以形成（HF） n ，因此 测量氟化氢相对分子质量实验值总是大于20，B不符合题意；水结 冰，形成分子间氢键，使体积膨胀，密度变小，C不符合题意；氨 分子间存在氢键，使氨的熔、沸点升高，则氨气易液化，D不符合 题意。
9. （2024·镇江高二检测）下列有关物质性质的比较中，正确的是 （　　）
解析： 　非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强， 酸性：H2SO4＞H3PO4，A正确；HF能形成氢键导致其沸点高于 HCl，沸点：HCl＜HF，B错误；非金属性越强，其简单氢化物稳 定性越强，稳定性：H2S＜H2O，C错误；离子晶体的熔、沸点和晶 格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比，氧化镁中 离子半径更小、所带电荷更多，故晶格能更大，熔点：MgO＞ NaF，D错误。
10. 中国科学院国家纳米科学中心的科研人员在国际上首次“拍到” 氢键的“照片”，实现了氢键的实空间成像，为“氢键的本质” 这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。下列说法不正 确的是（　　）
解析： 　由于氢键具有方向性，在结冰时，水分子之间形成间 隙，导致冰的密度比水的小，浮于水面上，A项正确；乙醇中的 羟基含O—H键，水分子中含O—H键，二者可以形成氢键，乙醇 与水互溶，而甲醚分子中不存在O—H键，不能形成氢键，甲醚难 溶于水，B项正确；HF分子间能形成氢键，故沸点高低顺序为HF ＞HI＞HBr＞HCl，C项错误；按氢键形成条件，N—H键与O—H 键可形成氢键，D项正确。
11. （2024·连云港高二检测）你认为下列说法中正确的是（　　）
解析： 　氢键既可以存在于分子之间，也可以存在于分子之 内，A错误；对于组成和结构相似的分子，其范德华力随着相对 分子质量的增大而增大，B正确；NH3比CH4沸点高，主要原因是 NH3形成分子间氢键，CH4不能形成分子间氢键，C错误；冰熔化 时既破坏范德华力又破坏了分子间氢键，D错误。
12. “冰面为什么滑？”这与冰层表面的结构有关（如图）。下列有关说法错误的是（　　）
解析： 　水分子的稳定性是由水分子内O—H键的键能决定的， 与氢键无关，A错误；在冰中，1个水分子与周围的4个水分子通 过氢键相连接，从而形成空间网状结构，B正确；“准液体” 中，水分子间的距离不完全相等，所以1个水分子与少于4个水分 子间形成氢键，形成氢键的机会比固态中少，C正确；当温度达 到一定数值时，“准液体”中的水分子与下层冰之间形成的氢键 被破坏，使一部分水分子能够自由流动，从而产生“流动性的水 分子”，造成冰面变滑，D正确。
13. 下列事实与氢键有关的是（　　）
解析： 　同一主族的元素，非金属性随着原子序数的增加而减 弱，所以其氢化物的热稳定性逐渐减弱，与氢键无关，A不选； 水的分解需要破坏化学键，与氢键无关，B不选；CH4、SiH4、 GeH4、SnH4熔点随相对分子质量增大而升高，与范德华力有关， 与氢键无关，C不选；氢键具有方向性，氢键的存在迫使四面体 中心的每个水分子与四面体顶点方向的4个相邻水分子相互吸引， 这一排列使冰晶体中的水分子间留有较大空隙，所以水结成冰 时，体积增大，与氢键有关，选D。
14. 氢键的本质是缺电子的氢原子和富电子的原子或原子团之间的一 种弱的电性作用。近年来，人们发现了双氢键，双氢键是指带正 电的H原子与带负电的H原子之间的一种弱电性相互作用。下列不 可能形成双氢键的是（　　）
解析： 　Be—H中H显－1价，H—O中H显＋1价，Be—H…H— O有可能形成双氢键，A不符合题意；K—H中H显－1价，H—N中 H显＋1价，K—H…H—N有可能形成双氢键，B不符合题意；O— H中H显＋1价，H—N中H显＋1价，O—H…H—N不可能形成双氢 键，C符合题意；F—H中H显＋1价，H—Al中H显－1价，F— H…H—Al有可能形成双氢键，D不符合题意。
15. 水分子间存在一种“氢键”的作用（作用力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 分子晶体。
（1）1 ml冰中有 ml“氢键”。
（2）水蒸气中常含有部分（H2O）2，要确定（H2O）2的存在， 可采用的方法是 （填字母）。
解析：水蒸气中常含有部分（H2O）2，1 L（H2O）2的质量比1 L H2O的大，与金属钠反应产生的氢气多，浓硫酸增重的质量大，选A、B。
（3）已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能 的原因是 ⁠。
解析：双氧水分子间的氢键数目 比水分子间多，沸点更高。
H2O2分子间的氢键数目比H2O分子间多　
（4）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，则冰晶体中每个氢键 的能量是 kJ·ml－1。
16. 氧是地壳中含量最多的元素，氮是空气中含量最多的元素。
（1）H2O中的O—H键、分子间的范德华力和氢键由强到弱的顺 序依次为 ＞ ＞ ⁠。
解析： O—H键属于化学键，氢键和范德华力均属于分 子间作用力，但氢键比范德华力强。
（2） 的沸点高于 的沸点，其原因 是 ⁠ ⁠。
解析： 和 分子间都存在 范德华力，但前者存在分子间氢键，后者存在分子内氢键， 分子间氢键使物质的沸点升高，故前者的沸点高于后者的沸 点。
能形成分子间氢键，而　 能
（3）N、P、As都属于ⅤA族元素，形成简单氢化物的沸点由高到 低的顺序为 （填分子式，下同）＞ ＞ ⁠。
解析：N、P、As元素形成的简单氢化物分别为NH3、PH3、AsH3，NH3能形成分子间氢键，其沸点最高；AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量，则AsH3的范德华力强于PH3的范德华力，故AsH3的沸点高于PH3的沸点。
（4）如图1表示某种含氮有机化合物的结构简式，其分子内4个氮 原子分别位于正四面体的4个顶点（见图2）。分子内存在空 腔，能嵌入某种离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是 （填字母）。