2021-2022学年高中化学新鲁科版选择性必修2 第2章 第4节分子间作用力 学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高中化学新鲁科版选择性必修2 第2章 第4节分子间作用力 学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 624.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-23 08:17:44 | ||
图片预览
文档简介
第4节 分子间作用力
必备知识·自主学习
一、范德华力与物质性质
1．分子间作用力
2．范德华力
(1)范德华力
(2)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100～600 kJ·mol－1，而范德华力的作用一般只有2～20 kJ·mol－1。
②范德华力没有方向性和饱和性。
(3)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，范德华力逐渐增大。
②分子的极性
一般来说，分子的极性越大，范德华力越大。
(4)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。
INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)范德华力与化学键的作用微粒有什么不同？
提示：化学键的成键微粒包括原子、离子、电子，而范德华力存在于分子之间。
(2)液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？
提示：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。
(3)判断正误：(正确的打“√”错误的打“×”)。
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。
③Cl2、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X原子以共价键相结合，与Y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分子内氢键，如：。
②分子间氢键，如
。
(4)特征
①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。
②氢键具有一定的方向性和饱和性。
2．氢键对物质性质的影响
(1)氢键的作用能一般不超过40 kJ· mol－1，比化学键的键能小得多，比范德华力的作用能大。氢键的形成赋予物质一些特殊的性质，主要表现为物质的熔点和沸点升高。另外，氢键对物质的电离、溶解等过程也产生影响。
(2)氢键影响熔、沸点的原因：分子间存在着氢键时，破坏分子间的氢键，会消耗更多的能量，所以存在氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)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。
(2)为什么氢键在自然界中能广泛存在？
提示：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。
(3)(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。
关键能力·合作学习
知识点一 范德华力、氢键和共价键的比较
范德华力 氢键 共价键
概念 物质分子之间普遍存在的一种作用力 已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的静电作用 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类 / 分子内氢键、分子间氢键 极性共价键非极性共价键
特征 无方向性和饱和性 有方向性和饱和性 有方向性和饱和性
强度 共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素 ①随分子极性的增大而增大②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 对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，作用越强 成键原子半径和共用电子对数目。键长越短，键能越大，共价键越稳定
对物质性质的影响 ①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。如F2H2S，HF>HCl，NH3>PH3 ①影响分子的稳定性②共价键键能越大，分子稳定性越强
【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。
INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" \* MERGEFORMAT
【典例】(2021·惠州高二检测)下列说法不正确的是( )
A．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键
B．离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用
C．只有电负性很强、半径很小的原子(如F、O、N)才可能形成氢键
D．氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强
【解题指南】解答本题注意以下两点：
(1)注意各种键之间的区别与联系；
(2)注意氢键的形成条件。
【解析】选A。氢键不是化学键，本质上是一种分子间作用力，氢键要比化学键弱得多，一般只有电负性很强，半径很小的原子才能形成氢键，故A错，B、C、D正确。
INCLUDEPICTURE "误区警示JS.TIF" INCLUDEPICTURE "误区警示JS.TIF" \* MERGEFORMAT (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。
INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" \* MERGEFORMAT
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NH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、氢键对物质性质的影响
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。
INCLUDEPICTURE "易错提醒JS.TIF" INCLUDEPICTURE "易错提醒JS.TIF" \* MERGEFORMAT (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。
INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" \* MERGEFORMAT
【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组 B组
Ⅰ.H—I键的键能大于H—Cl键的键能 ①HI比HCl稳定
Ⅱ.H—I键的键能小于H—Cl键的键能 ②HCl比HI稳定
Ⅲ.H2S的范德华力大于H2O的范德华力 ③H2S的沸点比H2O的高
Ⅳ.HI的范德华力小于HCl的范德华力 ④HI的沸点比HCl的低
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。
INCLUDEPICTURE "规律方法JS.TIF" INCLUDEPICTURE "规律方法JS.TIF" \* MERGEFORMAT 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。
INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么？
提示：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，克服范德华力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔、沸点越高。
(2)卤族单质形成氢化物的熔点变化趋势是否与卤族单质的熔点变化趋势相同？
提示：不相同。HF分子间易形成氢键，氢键比范德华力强，HF的熔点最高。
INCLUDEPICTURE "课堂小结JS.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂小结JS.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "箭头ZJS.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头ZJS.TIF" \* MERGEFORMAT 三言两语话重点 INCLUDEPICTURE "箭头JS.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头JS.TIF" \* MERGEFORMAT
1．掌握三个定义：分子间作用力、范德华力和氢键。
2．学会两个实质：范德华力和氢键的实质。
3．会分析两个影响因素：范德华力对物质性质的影响、氢键对物质性质的影响。
课堂检测·素养达标
1．(2021·青岛高二检测)下列有关范德华力的叙述中正确的是( )
A．范德华力是一种很强的作用力
B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素
C．因为相对分子质量Mr(I2)>Mr(Br2)，所以范德华力I2>Br2，I2比Br2稳定
D．范德华力比较弱，范德华力越大，物质的熔点和沸点越高
【解析】选D。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，因此范德华力比较弱。范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质(如熔、沸点以及溶解度等)的因素之一；对于组成和结构相似的分子组成的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，但分子的稳定性与范德华力无关，由于键能I—II2。
【补偿训练】
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．(2021·苏州高二检测)下列事实与氢键无关的是( )
A．液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在
B．冰的密度比液态水的密度小
C．乙醇能与水以任意比混溶，而甲醚(CH3—O—CH3)难溶于水
D．NH3比PH3稳定
【解析】选D。氢键是已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，它只影响物质的物理性质，与物质的稳定性无关。
3．(2021·济南高二检测)下列说法正确的是( )
A．HF具有弱酸性，与HF分子间存在氢键有关
B．邻硝基苯酚与对硝基苯酚的沸点相同
C．NH3在水中的溶解度较大，与氢键无关
D．H2O的沸点低于H2S的沸点
【解析】选A。A项，由于氟原子电负性高，半径小，HF分子间存在氢键，在水中与水分子也形成氢键使其不易电离出H＋，呈弱酸性，正确；B项，前者主要形成分子内氢键，后者主要形成分子间氢键，故后者沸点高，错误；C项，在极性溶剂中，若溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度会增大，错误；D项，H2O分子间存在氢键，因此H2O的沸点高于H2S的沸点，错误。
【补偿训练】
(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．(双选)(2021·南京高二检测)下列物质的变化，破坏的主要是分子间作用力的是( )
A．Na2CO3·10H2O失水变为Na2CO3
B．KCl溶于水
C．将液溴加热变为气态
D．干冰升华
【解析】选C、D。Na2CO3·10H2O失水破坏的是化学键；KCl溶于水，会破坏离子键；液溴由液态变为气态，破坏的是分子间作用力；干冰升华破坏的是分子间作用力。
5．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＞HCl
B．沸点：CH3CH2Br＜C2H5OH
C．稳定性：HF＞HCl
D．—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。
6．(2021·滨州高二检测)下列说法不正确的是( )
A．共价键有方向性
B．氢键有方向性
C．冰晶体中水分子的空间利用率比液态水分子的空间利用率低
D．在冰的晶体中，每个水分子周围只有六个紧邻的水分子
【解析】选D。在冰的晶体中，每个水分子与周围四个水分子形成氢键，故周围紧邻四个水分子。
7．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 mol冰中有________mol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·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰中氢键的作用能是________kJ·mol－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_________________________________。
【解析】H2O电离后形成的2种离子是H3O＋和OH－，氢键的作用能为＝20 kJ·mol－1。
答案：(1)2 (2)2H2OH3O＋＋OH－ (3)20
(4)x＞z＞y H2O中存在氢键，H2Se的相对分子质量大于H2S的相对分子质量，故H2Se的范德华力大于H2S的范德华力，则沸点由高到低的顺序为H2O＞H2Se＞H2S
INCLUDEPICTURE "左JS.TIF" INCLUDEPICTURE "左JS.TIF" \* MERGEFORMAT 素养新思维 INCLUDEPICTURE "右JS.TIF" INCLUDEPICTURE "右JS.TIF" \* MERGEFORMAT
8．水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰，其结构如图所示。试回答下列问题：
(1)下列叙述中正确的是________(填字母)。
A．1 mol冰中有4 mol氢键
B．平均每个水分子有2个氢键
C．冰中的氢键没有方向性
(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7 kJ·mol－1，冰的升华热(1 mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·mol－1，则冰中氢键的能量是____________。
(3)在液态水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构式：
H5O__________________、H9O_________________________。
【解析】(1)每个水分子形成4个氢键，但每个氢键为2个水分子所共有，所以每个水分子只有2个氢键，即1 mol冰中有2 mol氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。(2)氢键的能量为(51－7) kJ·mol－1×＝22 kJ·mol－1。(3)H5O为2个水分子结合1个氢离子，H9O为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。
答案：(1)B (2)22 kJ·mol－1
(3)
- 1 -
必备知识·自主学习
一、范德华力与物质性质
1．分子间作用力
2．范德华力
(1)范德华力
(2)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100～600 kJ·mol－1，而范德华力的作用一般只有2～20 kJ·mol－1。
②范德华力没有方向性和饱和性。
(3)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，范德华力逐渐增大。
②分子的极性
一般来说，分子的极性越大，范德华力越大。
(4)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。
INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)范德华力与化学键的作用微粒有什么不同？
提示：化学键的成键微粒包括原子、离子、电子，而范德华力存在于分子之间。
(2)液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？
提示：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。
(3)判断正误：(正确的打“√”错误的打“×”)。
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。
③Cl2、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X原子以共价键相结合，与Y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分子内氢键，如：。
②分子间氢键，如
。
(4)特征
①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。
②氢键具有一定的方向性和饱和性。
2．氢键对物质性质的影响
(1)氢键的作用能一般不超过40 kJ· mol－1，比化学键的键能小得多，比范德华力的作用能大。氢键的形成赋予物质一些特殊的性质，主要表现为物质的熔点和沸点升高。另外，氢键对物质的电离、溶解等过程也产生影响。
(2)氢键影响熔、沸点的原因：分子间存在着氢键时，破坏分子间的氢键，会消耗更多的能量，所以存在氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" INCLUDEPICTURE "自主探索JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)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。
(2)为什么氢键在自然界中能广泛存在？
提示：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。
(3)(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。
关键能力·合作学习
知识点一 范德华力、氢键和共价键的比较
范德华力 氢键 共价键
概念 物质分子之间普遍存在的一种作用力 已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的静电作用 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类 / 分子内氢键、分子间氢键 极性共价键非极性共价键
特征 无方向性和饱和性 有方向性和饱和性 有方向性和饱和性
强度 共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素 ①随分子极性的增大而增大②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 对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，作用越强 成键原子半径和共用电子对数目。键长越短，键能越大，共价键越稳定
对物质性质的影响 ①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。如F2
【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。
INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" \* MERGEFORMAT
【典例】(2021·惠州高二检测)下列说法不正确的是( )
A．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键
B．离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用
C．只有电负性很强、半径很小的原子(如F、O、N)才可能形成氢键
D．氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强
【解题指南】解答本题注意以下两点：
(1)注意各种键之间的区别与联系；
(2)注意氢键的形成条件。
【解析】选A。氢键不是化学键，本质上是一种分子间作用力，氢键要比化学键弱得多，一般只有电负性很强，半径很小的原子才能形成氢键，故A错，B、C、D正确。
INCLUDEPICTURE "误区警示JS.TIF" INCLUDEPICTURE "误区警示JS.TIF" \* MERGEFORMAT (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。
INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" \* MERGEFORMAT
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NH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、氢键对物质性质的影响
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。
INCLUDEPICTURE "易错提醒JS.TIF" INCLUDEPICTURE "易错提醒JS.TIF" \* MERGEFORMAT (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。
INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" INCLUDEPICTURE "典例示范JS.TIF" \* MERGEFORMAT
【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组 B组
Ⅰ.H—I键的键能大于H—Cl键的键能 ①HI比HCl稳定
Ⅱ.H—I键的键能小于H—Cl键的键能 ②HCl比HI稳定
Ⅲ.H2S的范德华力大于H2O的范德华力 ③H2S的沸点比H2O的高
Ⅳ.HI的范德华力小于HCl的范德华力 ④HI的沸点比HCl的低
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。
INCLUDEPICTURE "规律方法JS.TIF" INCLUDEPICTURE "规律方法JS.TIF" \* MERGEFORMAT 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。
INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" INCLUDEPICTURE "素养训练JS.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么？
提示：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，克服范德华力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔、沸点越高。
(2)卤族单质形成氢化物的熔点变化趋势是否与卤族单质的熔点变化趋势相同？
提示：不相同。HF分子间易形成氢键，氢键比范德华力强，HF的熔点最高。
INCLUDEPICTURE "课堂小结JS.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂小结JS.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "箭头ZJS.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头ZJS.TIF" \* MERGEFORMAT 三言两语话重点 INCLUDEPICTURE "箭头JS.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头JS.TIF" \* MERGEFORMAT
1．掌握三个定义：分子间作用力、范德华力和氢键。
2．学会两个实质：范德华力和氢键的实质。
3．会分析两个影响因素：范德华力对物质性质的影响、氢键对物质性质的影响。
课堂检测·素养达标
1．(2021·青岛高二检测)下列有关范德华力的叙述中正确的是( )
A．范德华力是一种很强的作用力
B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素
C．因为相对分子质量Mr(I2)>Mr(Br2)，所以范德华力I2>Br2，I2比Br2稳定
D．范德华力比较弱，范德华力越大，物质的熔点和沸点越高
【解析】选D。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，因此范德华力比较弱。范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质(如熔、沸点以及溶解度等)的因素之一；对于组成和结构相似的分子组成的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，但分子的稳定性与范德华力无关，由于键能I—I
【补偿训练】
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．(2021·苏州高二检测)下列事实与氢键无关的是( )
A．液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在
B．冰的密度比液态水的密度小
C．乙醇能与水以任意比混溶，而甲醚(CH3—O—CH3)难溶于水
D．NH3比PH3稳定
【解析】选D。氢键是已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，它只影响物质的物理性质，与物质的稳定性无关。
3．(2021·济南高二检测)下列说法正确的是( )
A．HF具有弱酸性，与HF分子间存在氢键有关
B．邻硝基苯酚与对硝基苯酚的沸点相同
C．NH3在水中的溶解度较大，与氢键无关
D．H2O的沸点低于H2S的沸点
【解析】选A。A项，由于氟原子电负性高，半径小，HF分子间存在氢键，在水中与水分子也形成氢键使其不易电离出H＋，呈弱酸性，正确；B项，前者主要形成分子内氢键，后者主要形成分子间氢键，故后者沸点高，错误；C项，在极性溶剂中，若溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度会增大，错误；D项，H2O分子间存在氢键，因此H2O的沸点高于H2S的沸点，错误。
【补偿训练】
(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．(双选)(2021·南京高二检测)下列物质的变化，破坏的主要是分子间作用力的是( )
A．Na2CO3·10H2O失水变为Na2CO3
B．KCl溶于水
C．将液溴加热变为气态
D．干冰升华
【解析】选C、D。Na2CO3·10H2O失水破坏的是化学键；KCl溶于水，会破坏离子键；液溴由液态变为气态，破坏的是分子间作用力；干冰升华破坏的是分子间作用力。
5．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＞HCl
B．沸点：CH3CH2Br＜C2H5OH
C．稳定性：HF＞HCl
D．—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。
6．(2021·滨州高二检测)下列说法不正确的是( )
A．共价键有方向性
B．氢键有方向性
C．冰晶体中水分子的空间利用率比液态水分子的空间利用率低
D．在冰的晶体中，每个水分子周围只有六个紧邻的水分子
【解析】选D。在冰的晶体中，每个水分子与周围四个水分子形成氢键，故周围紧邻四个水分子。
7．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 mol冰中有________mol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·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰中氢键的作用能是________kJ·mol－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_________________________________。
【解析】H2O电离后形成的2种离子是H3O＋和OH－，氢键的作用能为＝20 kJ·mol－1。
答案：(1)2 (2)2H2OH3O＋＋OH－ (3)20
(4)x＞z＞y H2O中存在氢键，H2Se的相对分子质量大于H2S的相对分子质量，故H2Se的范德华力大于H2S的范德华力，则沸点由高到低的顺序为H2O＞H2Se＞H2S
INCLUDEPICTURE "左JS.TIF" INCLUDEPICTURE "左JS.TIF" \* MERGEFORMAT 素养新思维 INCLUDEPICTURE "右JS.TIF" INCLUDEPICTURE "右JS.TIF" \* MERGEFORMAT
8．水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰，其结构如图所示。试回答下列问题：
(1)下列叙述中正确的是________(填字母)。
A．1 mol冰中有4 mol氢键
B．平均每个水分子有2个氢键
C．冰中的氢键没有方向性
(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7 kJ·mol－1，冰的升华热(1 mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·mol－1，则冰中氢键的能量是____________。
(3)在液态水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构式：
H5O__________________、H9O_________________________。
【解析】(1)每个水分子形成4个氢键，但每个氢键为2个水分子所共有，所以每个水分子只有2个氢键，即1 mol冰中有2 mol氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。(2)氢键的能量为(51－7) kJ·mol－1×＝22 kJ·mol－1。(3)H5O为2个水分子结合1个氢离子，H9O为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。
答案：(1)B (2)22 kJ·mol－1
(3)
- 1 -