鲁科版 (2019)选择性必修2第4节 分子间作用力优秀导学案

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1.范德华力的概念及影响因素
(1)概念：物质的分子之间存在一种相互作用力叫分子间作用力，又叫范德华力。
(2)影响因素：一般来说，相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力越大。
2.
(1)实质：电性作用。
(2)大小：范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多，化学键的键能一般为100～600 kJ·ml－1，而范德华力的作用能一般只有2～20 kJ·ml－1。
(3)特征：范德华力没有方向性和饱和性，只要分子周围空间允许，当气体分子凝聚时，它总是尽可能多的吸引其他分子。
(4)影响因素：主要包括相对分子质量的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。
实例：
(1)液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？
答案 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。
(2)降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？
答案 降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。当分子靠自身的动能不足以克服分子间相互作用力时，分子就会凝聚在一起，形成液体或固体。
(3)卤素单质F2、Cl2、Br2、I2，按其相对分子质量增大的顺序，物理性质(如颜色、状态、熔点、沸点)有何变化规律？
答案 颜色逐渐加深；由气态到液态、固态；熔、沸点逐渐升高。
3．范德华力对物质性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响
①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高。例如熔、沸点：CF4②组成相似且相对分子质量相近的物质，分子电荷分布越不均匀，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，支链数越多，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，溶解度越大。
考点2氢键与物质性质
1．氢键的概念及表示方法
(1)概念：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分子中电负性很大的原子之间的作用力。
(2)表示方法：氢键的通式可用A—H…B—表示。式中A和B表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。
2．氢键的形成条件
(1)要有一个与电负性很强的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。
(2)要有一个电负性很强，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。
(3)X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。
一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。
3．氢键的特征
(1) 氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力，其键能比化学键弱，比范德华力强。
(2)氢键具有一定的方向性和饱和性
X—H与Y形成分子间氢键时，氢原子只能与一个Y原子形成氢键，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定 (如下图)。
4．氢键的类型
(1)分子间氢键，如水中，O—H…O—。
(2)分子内氢键，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、沸点明显高，如NH3>PH3；同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸。
(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增大，如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水。
(3)对物质密度的影响：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大。水结冰体积膨胀，是因为冰中所有水分子通过有方向性和饱和性的氢键互相联结成晶体，而液态水中只有大部分水分子以氢键结合成为(H2O)n。
(4)氢键对物质电离性质的影响：如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1比对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1小很多。
注意：比较由分子构成的物质熔、沸点大小时，首先应考虑分子间是否存在氢键。
例题精析
【例题1】下列有关范德华力的叙述正确的是( )
A．范德华力的实质是一种电性作用，所以范德华力是一种较弱的化学键
B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同
C．稀有气体固态时原子间不存在范德华力
D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量
【答案】B
【例题2】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．熔、沸点高低：CH3CH3C．干冰易升华，SO2固体不易升华 D．氯化钠的熔点较高
【答案】D
【例题3】下列每组物质都能形成分子间氢键的是( )
A．HClO4和H2SO4 B．CH3COOH和H2Se C．C2H5OH和NaOH D．H2O2和HNO3
【答案】A
【例题4】下列物质的性质可用氢键来解释的是( )
A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高
C．、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱
D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高
【答案】D
【例题5】我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题：
经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
图中虚线代表氢键，其表示式为(NHeq \\al(＋,4))N—H…Cl、________、________。
(2)在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______________________，原因是__________________________________________。
【答案】(1)(H3O＋)O—H…N(Neq \\al(－,5)) (NHeq \\al(＋,4))N—H…N(Neq \\al(－,5))
(2)H2O＞CH3OH＞CO2＞H2 H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2分子量较大、范德华力较大
【例题6】短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的特征电子排布可表示为A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题：
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子：①BC2 ②BA4 ③A2C2 ④BE4，其中属于极性分子的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是_________________。
(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其分子式分别为____________、____________。DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为___________________(用化学式表示)。
【答案】(1)③ (2)H2O分子间形成氢键 (3)C6H6 H2O 大于 (4)SiCl4>CCl4>CH4
课堂运用
【基础】
1．(双选)下列物质中不存在氢键的是( )
A.液态氢的分子之间
B.液态氟化氢中氟化氢分子之间
C.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间
D.可燃冰(CH4·nH2O)中甲烷分子与水分子之间
2．下列关于氢键的说法正确的是( )
A.由于氢键的作用,使NH3、H2O、HF的沸点反常,且沸点高低顺序为HF>H2O>NH3
B.氢键只能存在于分子间,不能存在于分子内
C.没有氢键,就没有生命
D.相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键,且氢键的数目依次增多
3．下列有关范德华力的强弱对比正确的是( )
A.CH4>CH3CH3
B.CH3CH2CH2CH2CH3>
C.SO2D.>
4.氦晶体的升华能是0.105 kJ·ml-1,而冰的升华能则为46.9 kJ·ml-1。能解释这一事实的叙述是( )
A.氦原子间仅存在范德华力
B.氦原子很小,且电子少
C.冰中只有范德华力
D.水分子内的共价键强
5.在化学上常用一条短线表示一个化学键,如图所示的有关结构中,直线(包括虚线)不表示化学键或分子间作用力的是( )
【巩固】
1.下列变化规律正确并且与化学键的强弱无关的是( )
A.H2O、H2S、H2Se、H2Te的热稳定性依次减弱
B.熔点:Al>Mg>Na>K
C.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
D.CF4、CCl4、CBr4、CI4的熔、沸点依次升高
2．如图所示每条折线表示元素周期表ⅣA～ⅦA中的某一族元素氢化物的沸点变化,每个小黑点代表一种氢化物,其中a点代表的是
( )
A.H2S B.HCl C.PH3D.SiH4
3.关于氢键,下列说法正确的是( )
A.由于冰中的水分子间存在氢键,所以其密度大于液态水
B.可以用氢键解释接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式(H2O)计算出来的相对分子质量大
C.分子间氢键和分子内氢键都会使熔、沸点升高
D.水加热到很高的温度都难以分解,这是由于氢键所致
4．二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等,一旦进入人体会导致急性肾衰竭,危及生命。二甘醇的结构简式是HOCH2CH2OCH2CH2OH。下列有关二甘醇的叙述正确的是( )
A.符合通式CnH2nO3
B.能溶于水,不溶于乙醇
C.分子间不存在范德华力
D.分子间能形成氢键
5．下列选项不能用学过的氢键知识进行解释的是( )
A.相对分子质量小的醇与水互溶,而相对分子质量较大的醇则不溶于水
B.氨易液化,而氮气不容易液化
C.因为液态水中存在氢键,所以水比硫化氢稳定
D.邻羟基苯甲醛()的沸点比对羟基苯甲醛()的沸点低
【拔高】
1.在水中,水分子可彼此通过氢键形成(H2O)n的小集团。在一定温度下(H2O)n的n=5,每个水分子被4个水分子包围着形成四面体。(H2O)n的n=5时,下列说法中正确的是( )
A.(H2O)n是一种新的水分子 B.(H2O)n仍保留着水的化学性质
C.1 ml (H2O)n中有2个氢键 D.1 ml (H2O)n中有4 ml氢键
2.A、B、C、D、E为短周期的5种非金属元素,其中A、B、C的特征电子排布可表示为A:asa,B:bsbbpb,C:csccp2c,D与B同主族,E在C的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题:
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子,下列分子:①BC2 ②BA4
③A2C2 ④BE4,其中属于极性分子的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高,其原因是______。
(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂,其分子式分别为________
________、________________。DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为______________________(用化学式表示)。
答案：
【基础】
1．【答案】A、D 2．【答案】C 3．【答案】B。 4.【答案】A 5.【答案】C。
【巩固】
1.【答案】D 2.【答案】D 3.【答案】B 4.【答案】D 5．【答案】C
【拔高】
1.【答案】B。
2.【答案】(1)③ (2)H2O分子间形成氢键 (3)C6H6 H2O 大于 (4)SiCl4>CCl4>CH4