人教版选修二 2.3.3 氢键 课件（43张ppt）

(共43张PPT)
物质的结构
和性质
第三节 分子结构与物质的性质
第三课时
氢键
一、范德华力
1.定义：把分子聚集在一起的相互作用力
2.实质：分子间的静电作用。
3.范德华力广泛存在于分子之间，但只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中。
4.范德华力没有饱和性和方向性。
只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。
5.范德华力的大小和特征
1.范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级
2.组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大
3.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。
上节回顾
注意：键能大小影响分子的热稳定性,
范德华力的大小影响物质的熔、沸点。
3．互为同分异构体的分子，支链越多， 分子间范德华力越弱,
熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
2. 相对分子质量相近的物质，分子极性越大，范德华力越大
其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。
组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高，
如熔、沸点：CF46.范德华力对物质熔、沸点的影响
二、氢键及其对物质性质的影响
1. 氢键概念：氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很强的原子之间的作用力.
氢键
O
H
H
δ＋
δ－
…
H—O键极性很强
O
H
H
δ－
无内层电子，几乎成为“裸露”的质子
电负性大，半径小
δ＋
δ＋
三、氢键及其对物质性质的影响
2. 氢键的表示方法: X—H---Y（X、Y一般为F、O、N）
共价键
氢键
3. 氢键的本质：
→不属于化学键
→氢键介于范德华力和化学键之间,是一种较弱的静电作用力。
氢键键长
三、氢键及其对物质性质的影响
① 与电负性大且半径小的原子(F、 O、N)相连的 H
4. 氢键形成的两个条件:
② 在附近有电负性大, 半径小的原子(F、O、 N)
O—H
…
O
N—H
…
N
F—H
…
F
三、氢键及其对物质性质的影响
5. 氢键的特征：具有方向性和饱和性
①方向性(X—H…Y三个原子尽可能在同一条直线上)
→原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小,形成的氢键最强,体系最稳定
→原因是H原子半径很小,再有一个原子接近时,会受到X、Y原子电子云的排斥。
②饱和性
(一个X—H只能和一个Y原子结合)
→氢键强弱与X和Y的吸引电子的能力有关，
一般X、Y元素吸引电子能力越强(即电负性越大)，则氢键越强。
6. 氢键的强弱
三、氢键及其对物质性质的影响
X—H…Y
→氢键强弱变化顺序为：F-H…F > O-H…O > O-H…N > N-H…N
7. 氢键的分类
①分子间氢键
如：HF、H2O、NH3 相互之间
C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之间
三、氢键及其对物质性质的影响
②分子内氢键
某些物质在分子内也可形成氢键，例如当苯酚在邻位上有—CHO、—COOH、—OH和—NO2时，可形成分子内的氢键，组成“螯合环”的特殊结构.
(2)分子内氢键：
例如：
对羟基苯甲醛
对羟基苯甲酸
(1)分子间氢键：
邻羟基苯甲醛
邻羟基苯甲酸
邻硝基苯酚
氢键
氢键
氢键
氢键
氢键
(不属于分子间作用力)
(属于分子间作用力)
(1) 对物质熔、沸点的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
8. 氢键对物质物理性质的影响
①分子间氢键使物质熔、沸点升高
-150
-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
2
3
4
5
×
×
×
×
CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸
点
/℃
周期
一些氢化物的沸点
②分子内氢键使物质熔、沸点降低
注意:标况下，HF非气态
邻羟基苯甲醛
对羟基苯甲醛
分子内氢键
分子间氢键
(熔点-7℃ 沸点196.5℃)
(熔点115℃ 沸点246.6℃)
(2) 氢键对水分子的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
8. 氢键对物质物理性质的影响
水的熔点(℃) 水的沸点(℃) 水在0℃时密度(g/ml) 水在4℃时密度(g/ml)
0.00 100.00 0.9998 1.0000
②水结冰时,体积膨胀,密度降低
①氢键使水分子沸点反常的高
→每个水分子与4个水分子相邻
→水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键。
→常温下液态水中除了含有简单H2O外，还含有通过氢键联系在一起的缔合分子(H2O)2、(H2O)3……(H2O)n等。当水结成冰后，水分子大范围地以氢键互相联结成为晶体，因此在冰的结构中形成许多空隙，体积膨胀，密度减小。
冰
(2) 氢键对水分子的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
8. 氢键对物质物理性质的影响
②水结冰时,体积膨胀,密度降低
①氢键使水分子沸点反常的高
③接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量的测定值比按化学式H2O计算出来的相对分子质量大。
用氢键解释这种异常性：接近水的沸点的水蒸气中存在相当量的水分子因氢键而相互缔合，形成所谓的缔合分子(H2O)n。
“水上漂”
水中的氢键很脆弱，破坏的快，形成的也快。总的结果是水分子总是以不稳定的氢键连在一片。水的这一特性使水有了较强的内聚力和表面能力。由于具有较高的表面能力，所以昆虫能在水面上行走。当然也和昆虫本身所具有的结构有关系.
思考1：为什么NH3极易溶于水？
提示　①NH3与H2O之间形成分子间氢键；②NH3和H2O均是极性分子
(3)氢键对物质溶解度的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
8. 氢键对物质物理性质的影响
问题：NH3溶于水主要是形成 N-H…Ｏ还是形成O-H…N
极性分子易溶于极性分子形成的溶剂中。(“相似相溶”)
√
思考2：为什么甲醛易溶于水？
δ-
δ+
δ+
δ-
δ+
δ+
极性分子
甲醛能和H2O之间形成氢键
原子 电负性
C 2.5
H 2.1
O 3.5
(3)氢键对物质溶解度的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
8. 氢键对物质物理性质的影响
→低级醇、醛、酮、羧酸等分子都能与水分子间形成氢键，均可溶于水。
1.(1)试表示HF水溶液中的氢键
深度思考
提示　F—H…F　O—H…F　F—H…O　O—H…O
(2)甲酸可通过氢键形成二聚物，HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。
提示　
生物大分子中的氢键
科学 技术 社会
P58
生命体中许多大分子内也存在氢键
生物大分子中的氢键
科学 技术 社会
P58
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。
解决问题
羊毛织品水洗后为什么会变形
DNA分子有两条链，链内原子之间以很强的共价键结合，链之间则是两条链上的碱基以氢键配对，许许多多的氢键将两条链连成独特的双螺旋结构，这是遗传基因复制机理的化学基础。
DNA双螺旋结构中的氢键
解决问题
化学键 范德华力 氢键
存在范围 分子内，原子间 分子之间 分子间或分子内
作用力 强弱 较强 比化学键的键能小1～2个数量级 比化学键的键能小1～2个数量级，介于范德华力和化学键之间
对物质性质的影响 主要影响 化学性质 主要影响物理性质（如熔、沸点、溶解度） 主要影响物理性质
（如熔、沸点、溶解度）
【归纳小结】
1. 相似相溶
四.溶解性
p59
(属于经验规律)
而F2、Cl2、Br2、I2、萘是非极性分子,易溶于常见的非极性溶剂——CCl4、苯
例如：蔗糖、NH3、HCl 、SO2 均为极性分子，易溶于最常见的极性溶剂—— H2O
→非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。
→“相似相溶”是经验规律，有不符合规律的情况。
如，NO、CO都是极性分子，但是均难溶于水
物质在水中的溶解性与哪些因素有关？
【思考】
四.溶解性
p59
①外界因素：主要有温度、压强等。
物质相互溶解的性质十分复杂，受许多因素影响。
→固体溶解度主要受温度影响，大多数固体溶解度随温度升高而增大[Ca(OH)2例外]。
→气体溶解度随温度升高而减小，
随压强的增大而增大。
2.影响物质溶解性的因素
四.溶解性
p59
②氢键：
溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好
→CH3OH是极性分子，易溶于极性溶剂水，
且甲醇与水分子间还存在氢键，使溶解度更大
2.影响物质溶解性的因素
→溶质和溶剂分子间存在氢键会提高溶解度
【思考与交流】分析表中数据，解释溶解度变化规律
名称 甲醇 乙醇 1-丙醇 1-丁醇 1-戊醇
溶解度/g ∞ ∞ ∞ 0.11 0.030
规律：随分子中的碳原子数增加，饱和一元醇在水中的溶解度逐渐减小。
某些物质在293 K,100 g水中的溶解度
→“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。
CH3OH、C2H5OH、 CH3CH2CH2OH中的—OH和H2O中的—OH相近，
因而甲醇、乙醇、丙醇能与水任意比例互溶。
丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)、戊醇(CH3CH2CH2CH2CH2OH)中烃基较大，其中的—OH跟水分子中的—OH相似性差异较大，因此它在水中溶解度明显减小。
四.溶解性
p59
2.影响物质溶解性的因素
③分子结构
→分子结构相似度越高，互溶性越好
如，低级醇、低级醛、低级酸均易溶于水(当然也有氢键的因素)，高级醇、高级醛、高级酸含疏水基团(烃基)越大，溶解性越差。
④溶质能与水反应，也会增大溶质在水中的溶解度
如： NH3 ( 1 : 700 )、 SO2 ( 1 : 40 )
SO2 ＋H2O
H2SO3
NH3 + H2O
NH3·H2O
(1)比较NH3和CH4在水中的溶解度。怎样用“相似相溶”规律理解它们的溶解度不同
→CH4是非极性分子，难溶于水。
(2)为什么在日常生活中用有机溶剂(如乙酸乙酯等)溶解油漆而不用水
油漆的主要成分是非极性或极性很小的有机分子，故易溶于非极性或极性很小的有机溶剂中，如苯、甲苯、乙酸乙酯等，而不溶于水。
【思考与讨论】P59
→NH3是极性分子，易溶于极性溶剂水中；
而且NH3可以和H2O形成分子间氢键，使溶解度更大。
【思考与讨论】P59
(3)在一个小试管里放入一小粒碘晶体，加入约5 mL蒸馏水，观察碘在水中的溶解性（若有不溶的碘，可将碘水溶液倾倒在另一个试管里继续下面的实验)。在碘水溶液中加入约1 ml CCl4，振荡试管，观察碘被CCl4萃取，形成紫红色的碘的CCl4溶液。再向试管里加入1 ml 浓碘化钾(KI）水溶液，振荡试管，溶液紫色变浅，这是由于在水溶液里可发生如下反应:I2+I- I3-。实验表明碘在纯水还是在CCl4中溶解性较好 为什么？
视频：碘单质的溶解性
→I2是非极性分子，所以在极性溶剂水中的溶解度很小，而易溶于非极性溶剂CCl4 。
→碘水中加人浓的KI溶液后，由于发生反应:I2+I- I3-，
碘生成了无色的I3-，并溶解到水中，碘的浓度降低，所以溶液紫色变浅。
请利用物质的溶解性的影响因素解释实验现象
碘水溶液
向碘水溶液中加入CCl4后
I2 + I-
I3-
【活学活用】
分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释
【思考与交流】
水是极性溶剂，根据“相似相溶”，非极性溶质在水中的溶解度不大。
非极性分子
分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释
【思考与交流】
异常数据：CO2、Cl2是非极性分子，但在水中具有较好的溶解度。
化学反应：如果溶质与水发生化学反应,可增大其溶解度。
分析下表，你能得到哪些规律，并加以解释
【思考与交流】
SO2是极性分子，且SO2能与水反应
在该表中，氨气溶解度最高。
NH3是极性分子，NH3和H2O发生反应，
且NH3分子和H2O分子间能形成氢键
1. 相似相溶
→非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。
【归纳小结】
物质在水中的溶解性的影响因素
2.外界因素：主要有温度、压强等。
3.氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好
4.分子结构的相似性：分子结构相似度越高，互溶性越好
5.溶质能与水反应，也会增大溶质在水中的溶解度
(1)范德华力的实质也是一种电性作用(　　)
(2)任何分子间在任何情况下都会产生范德华力(　　)
(3)HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，故HI的沸点比HCl的高(　　)
(4)CO的沸点大于N2(　　)
(5)氢键的键长是指“X—H…Y”中“H…Y”的长度(　　)
(6)H2O的热稳定性大于H2S，是因为H2O分子间存在氢键(　　)
(7)冰融化成水，仅仅破坏氢键(　　)
(8)氢键均能使物质的熔、沸点升高(　　)
判断正误
√
×
√
√
×
×
×
×
(9)形成氢键A—H…B的三个原子总在一条直线上(　　)
(10)I2在酒精中易溶，故可用酒精萃取碘水中的碘(　　)
(11)配制碘水时，为了增大碘的溶解性，常加入KI溶液(　　)
(12)SO2和HCl均易溶于水，原因之一是它们都是极性分子(　　)
×
×
√
√
判断正误
1.下列关于氢键的说法中正确的是( )
A. 每个水分子内含有两个氢键
B. 在所有的水蒸气、水、冰中都含有氢键
C. 分子间能形成氢键，使物质的熔沸点升高
D. HF稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键
C
【课堂练习】
【课堂练习】
2、 下列说法错误的是( )
A.卤族元素的氢化物中HF的沸点最高，是由于HF分子间存在氢键
B.邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C.的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键的键能大
D.氨气极易溶于水与氨气分子和水分子间形成氢键有关
C
3.下列事实可用氢键解释的是（ ）
A.氯气易液化 B. 氨气极易溶于水
C.HF的酸性比HI的弱 D.水加热到很高的温度都难以分解
B
【课堂练习】
4.下列与氢键有关的说法中错误的是
A.卤化氢中HF沸点较高，是由于HF分子间存在氢键
B.邻羟基苯甲醛( )的熔、沸点比对羟基苯甲醛( )
的熔、沸点低
C.氨水中存在分子间氢键
D.形成氢键A—H…B—的三个原子总在一条直线上
D
→氢键具有一定的方向性，但形成氢键的原子不一定在一条直线上，如
【课堂练习】
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
A
H—F键能比H—Cl键能大
由于—C2H5的影响使O—H极性减弱的缘故。
C2H5OH分子间形成氢键
【课堂练习】
6.试用有关知识解释下列现象：
(1)乙醚(C2H5OC2H5)的相对分子质量远大于乙醇，但乙醇的沸点却比乙醚高很多，原因：_______________________________________________。
(2)从氨合成塔里出来的H2、N2、NH3的混合物中分离出NH3，常采用加压使NH3液化的方法：___________________________________________
____________________________________________________。
(3)水在常温下，其组成的化学式可用(H2O)m表示，原因：____________
___________________________________________________________________________________。
乙醇分子之间形成的氢键作用远大于乙醚分子间的范德华力，故沸点比乙醚高很多
NH3分子间可以形成氢键，而N2、H2分子间的范德华力很小，故NH3可采用加压液化的方法从混合物中分离
水中水分子间通过氢键缔合成较大分子团，所以用(H2O)m表示，而不是以单个分子形式存在
常温下，液态
7.过氧化氢是一种医用杀菌消毒剂，已知分子的结构如下图所示。分子不是直线形，两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上，书面夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。试回答：
①下列关于的说法正确的是_______（填序号）。
a.该分子中有极性键 b.该分子中有非极性键
c.该分子中氧原子的轨道发生sp2杂化 d.该分子是非极性分子
②分子间易形成氢键，该氢键的表示式是_____________。
③难溶于CS2，主要原因是__________________________________。
④易溶于水，主要原因是_______________________________________________________。
⑤分子中氧元素的化合价为_____，原因是__________________________________________________________________。
ab
O—H…O
H2O2为极性分子，CS2为非极性分子
H2O2易与H2O分子间形成氢键且H2O和H2O2均为极性分子
-1
O—H键为极性键，且电负性O>H，共用电子对偏向氧，故氧元素显-1价
O—O键为非极性键，