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第1课时 分子间作用力(基础课)
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第4节 分子间作用力
素养目标 1．认识分子间存在着多种相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力。
2．了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。
旧知
回顾 1．化学键是分子内相邻原子间的强相互作用，破坏化学键需要吸收的能量较高。
2．卤素单质的熔、沸点从上到下依次升高；烷烃同系物的熔、沸点随着碳原子数的增大而升高。
3．常见的非金属氢化物常温下一般为气态，如H2S、HCl、HBr等，而水在常温下是液态。
必备知识 自主预习
一、范德华力与物质性质
1．分子间作用力
(1)概念
分子之间存在着多种相互作用，人们将这些作用统称为分子间作用力。
(2)分类
想一想 任何物质的分子之间都一定存在作用力吗？
提示：一定存在。
2．范德华力及其对物质性质的影响
(1)概念及实质：范德华力是分子之间普遍存在的一种__________，其实质是____作用。
(2)特征
①范德华力的作用能通常比化学键的键能______。
②范德华力没有____性和方向性。
相互作用力
电性
小得多
饱和
(3)影响因素
①______________相似的物质，随着相对分子质量的增加，分子间的范德华力逐渐增强。
②分子的极性越大，分子间的范德华力越大。
(4)对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的物理性质，范德华力越强，物质的熔点、沸点____。
分子结构和组成
越高
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)分子间作用力是化学键的一种。 ( )
(2)水分解以及水的三态变化，水分子中的化学键都被破坏。 ( )
(3)Cl2、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。 ( )
(4)气体分子的稳定性与分子间作用力的大小有关。 ( )
×
×
√
×
二、氢键与物质性质
1．氢键
(1)概念
在水分子中，氧元素的电负性很大，使得 ，当一个水分子中的带部分正电荷的氢原子和另一个水分子中带部分负电荷的氧原子充分接近时，产生静电作用形成氢键。
(2)表示形式
①通常用__________表示氢键，其中X—H表示氢原子和X原子以______相结合。
②H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小，但比共价键键长(共价半径之和)大得多。
③氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
2．氢键形成的条件
(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。
(2)X、Y原子所属元素通常具有较大的______和较小的________，主要是__________。
X—H…Y
共价键
电负性
原子半径
N、O、F
3．氢键对物质性质的影响
(1)氢键的分类
分为分子间氢键和分子内氢键。
(2)氢键对物质性质的影响
①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将____。
②当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将____。
③氢键也影响物质的____、____等过程。
升高
降低
电离
溶解
想一想 水结冰时为什么会体积膨胀，密度减小？
提示：冰的密度比水小是由于氢键的存在造成的。氢键使冰中水分子间形成孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，而使得冰的体积膨胀、密度变小。
关键能力 情境探究
[情境探究]
尿素(60)、醋酸(60)、硝酸(63)是相对分子质量相近的三种分子，但这三种物质的熔点和沸点相差较大。尿素熔点在200 ℃以上，常温下是固体；醋酸的熔点为16.6 ℃，在温度低于16.6 ℃时即凝结成冰状的固体；硝酸的熔点为－41.59 ℃，常温下硝酸是一种具有挥发性的液体。
范德华力、氢键与共价键的比较
1．以上三种物质中都存在氢键，为什么硝酸的熔、沸点很低？
提示：尿素、醋酸能形成分子间氢键，而硝酸能形成分子内氢键(如图所示)，使其熔、沸点较低。
2．尿素和醋酸比较，常温下尿素为什么是固体？分子间作用力的强弱与分子中可形成氢键的氢原子个数有何关系？
提示：尿素CO(NH2)2中4个氢原子均可形成氢键，而醋酸分子中只有羧基上的一个氢原子形成氢键，分子中可形成氢键的氢原子个数越多，形成的氢键越多，分子间作用力就越强。
[归纳总结]
范德华力 氢键 共价键
特征 无方向性，无饱和性 有一定的方向性和饱和性 有方向性，有饱和性
强度 共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素 ①随着分子极性增大而增大
②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大 对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，氢键越强 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
[能力达成]
1．下列现象与氢键有关的是( )
①NH3的熔、沸点比ⅤA族其他元素氢化物的高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液态水的密度小
④HF、NH3都极易溶于水
⑤水分子高温下也很稳定
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．①②④ D．①②③
√
B [NH3分子间存在氢键，ⅤA族其他元素的氢化物只存在范德华力，氢键大于范德华力，所以NH3的熔、沸点比ⅤA族其他元素的氢化物高，①符合题意； 小分子的醇(如甲醇、乙醇等)、羧酸和水分子之间能形成氢键，则小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶，②符合题意；冰中存在氢键，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，③符合题意；HF、NH3均为极性分子，H2O也是极性分子，且HF、NH3均能与H2O之间形成分子间氢键，故HF、NH3都极易溶于水与氢键有关，④符合题意；水分子高温下也很稳定，是由于分子中共价键键能大，与氢键无关，⑤不符合题意。]
2．对事实：“100 ℃时，水会沸腾变成水蒸气；温度达到2 200 ℃以上时，H2O分解为H2和O2”的解释不正确的是( )
A．100 ℃所提供的能量，破坏了水分子之间存在的相互作用
B．2 200 ℃所提供的能量，破坏了水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用
C．100 ℃及2 200 ℃时，水分子均变为氢原子和氧原子
D．对比温度值可知，水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用比水分子之间存在的相互作用强
√
C [A．100 ℃时，水会沸腾变成水蒸气，说明破坏了水分子之间存在的相互作用，故A正确；B．温度达到2 200 ℃以上时，H2O分解为H2和O2，说明发生了化学变化，有旧化学键的断裂和新化学键的形成，故B正确；C．100 ℃，只是水的状态变化，无化学变化，无化学键的断裂，故C错误；D．2 200 ℃时破坏水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用，100 ℃时破坏水分子之间存在的相互作用，故D正确。]
3．(双选)下列说法正确的是( )
A．H2O的沸点比HF高，是由于每摩尔分子中水分子形成的氢键数目多
B．液态氟化氢中氟化氢分子之间形成氢键，可写为(HF)n，则NO2分子间也因氢键而聚合形成N2O4
C．氨气极易溶于水，原因之一是氨分子与水分子之间形成了氢键
D．可燃冰(CH4·8H2O)的形成是由于甲烷分子与水分子之间存在氢键
√
√
AC [1个水分子能形成4个氢键，1个HF分子能形成2个氢键，A项正确；NO2分子间不存在氢键，NO2分子间因形成化学键而聚合成N2O4，B项错误；只有非金属性很强的元素(如N、O、F)原子才能与氢原子形成极性较强的共价键，分子间才能形成氢键，C—H键不是极性较强的共价键，C项正确，D项错误。]
[情境探究]
观察图像信息，分析有关问题：
范德华力和氢键对物质性质的影响
1．卤族元素单质熔、沸点发生如图所示变化的原因是什么？
提示：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔、沸点就越高。
2．在ⅥA族元素的氢化物中，为什么H2O的沸点最高？
提示：氧元素电负性较大，水分子中的氧原子与其他H2O分子中的氢原子形成了氢键，使H2O的沸点升高，而另外三种物质分子间无氢键，故水的沸点最高。
[归纳总结]
1．范德华力对熔、沸点的影响规律
(1)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、沸点越高，如熔、沸点：CF4(2)F2N2。
2．氢键对物质性质的影响
[注意] X—H…Y的氢键强弱与X、Y的电负性和X—H键键长有关，X、Y的电负性越大，X—H键键长越短，氢键越强。
[能力达成]
1．氢键可以影响物质的性质，下列事实可用氢键解释的是( )
A．氯气易液化
B．水的沸点高于H2S
C．水加热到很高温度都难分解
D．HF比HI的酸性弱
B [水分子存在分子间氢键，因此水的沸点高于H2S，B符合题意。]
√
2．(双选)DNA分子通过两条链上的碱基以氢键为主要相互作用维系在一起，形成独特的双螺旋结构，构成遗传基因复制机里的化学基础，下列说法正确的是( )
A．碱基就是氨基
B．碱基互补配对时氢键仅在氮、氢原子间形成
C．氢键对物质的熔、沸点产生影响
D．羊毛织品水洗后变形和氢键有关
√
√
CD [A．氨基是碱基的一种，A错误；B．碱基互补配对时氢键在氮氢、氧氢原子间形成，B错误；C．氢键对物质的熔、沸点、溶解度、密度、酸性等性质均会产生影响，C正确；D．羊毛织品浸入水后，随着水分子的介入，织品原有的氢键被破坏，织品的形状发生改变，晾干后，随着水分子的撤出，氢键重新建立，但不是维持水洗前的织品形状了，D正确。]
3．下列说法不正确的是( )
A．由于氢键的存在，冰能浮在水面上
B．由于氢键的存在，乙醇比二甲醚更易溶于水
C．由于氢键的存在，沸点的大小顺序为HF>HCl>HBr>HI
D．蛋白质中存在氢键
√
C [由于氢键具有方向性，在结冰时，水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，导致冰的密度比水的小，浮于水面上，A项正确；乙醇中的羟基氢原子与水分子中的氧原子可形成分子间氢键，乙醇的羟基氧原子与水分子中的氢原子之间也可以形成氢键，致使其与水混溶，而二甲醚中的O与H不相连，无法形成氢键，难溶于水，B项正确；HF分子间能形成氢键，故沸点大小顺序为HF>HI>HBr>HCl，C项错误；蛋白质分子中，氨基和羰基可能会形成氢键，D项正确。]
[教材链接]
[教材 追根寻源]
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_________________。
B
22 kJ·mol-1
学习效果 随堂评估
1．若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间主要的相互作用依次是( )
A．氢键；分子间作用力；非极性键
B．氢键；分子间作用力；极性键
C．氢键；极性键；分子间作用力
D．分子间作用力；氢键；非极性键
2
4
3
题号
1
5
√
B [固态水中和液态水中含有氢键，当雪花→水→水蒸气主要是氢键、分子间作用力被破坏，但属于物理变化，共价键没有破坏；水蒸气→氧气和氢气，为化学变化，破坏的是极性共价键。]
2
4
3
题号
1
5
2．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( )
A．Be—H…H—O B．K—H…H—N
C．O—H…H—N D．F—H…H—Al
2
3
题号
1
4
5
√
C [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，不选A；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，不选B；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，选C；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，不选D。]
2
3
题号
1
4
5
3．蜘蛛能在天花板等比较滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不会从天花板上掉下的主要原因是( )
A．蜘蛛的脚尖端锋利，能抓住天花板
B．蜘蛛的脚上有“胶水”，从而能使蜘蛛粘在天花板上
C．蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力，这一“黏力”使蜘蛛不致坠落
D．蜘蛛有特异功能，能抓住任何物体
2
3
题号
4
1
5
√
C [蜘蛛不会掉下的主要原因是蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力。]
4．(双选)冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是( )
A．晶胞中z方向上的两个氧原子最短距
离为d，则冰晶胞中的氢键的长为2d
B．冰晶体中，相邻的水分子间皆以氢键结合
C．冰密度比干冰的小，主要是因为冰晶体分
子间的氢键存在方向性、饱和性
D．硫化氢的熔、沸点与水相近
2
4
3
题号
1
5
√
√
AD [A．氢键键长可以表示为通过氢键相连接的两个氧原子的核间距，z方向上距离最近的两个O原子所在的水分子即通过氢键连接，A错误；B．在冰晶体中，相邻水分子之间存在氢键，形成正四面体结构，B正确；C．在冰晶体中，由于氢键有方向性和饱和性，迫使在四面体中心的每个水分子与顶角方向的4个相邻水分子形成氢键，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，密度较小，C正确；D．硫化氢分子间不存在氢键，熔、沸点与水不相近，D错误。]
2
4
3
题号
1
5
5．氢键对生命活动具有重要意义。DNA中四种碱基间的配对方式如图。(～代表糖苷键)
2
4
3
题号
1
5
2
4
3
题号
1
5
1s22s22p3
氨基中氮原子有1个孤电子对，
氢离子有空轨道，可形成配位键
sp2
小于
(4)氢键在DNA复制过程中起重要作用
①碱基中，O、N能与H形成氢键而C不能，原因是___________________。
②下列说法正确的是____________(填字母)。
a．氢键的强度较小，在DNA解旋和复制时容易断裂和形成
b．鸟嘌呤与胞嘧啶之间的相互作用比腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的更强
c．碱基配对时，一个H可以同时与多个原子形成氢键
2
4
3
题号
1
5
O、N电负性大于C
ab
2
4
3
题号
1
5
(4)①氢键为分子间的相互作用力，O、N、F的电负性大，带有较多的负电荷，可以与呈正电性的H原子形成氢键。由于C电负性小，因此不能与H形成氢键；②氢键的强度小，在DNA解旋和复制时断裂和形成，a正确；鸟嘌呤与胞嘧啶之间有三个氢键，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间的相互作用更强，b正确；由结构可知，碱基配对时，一个H不可以同时与多个原子形成氢键，c错误。
2
4
3
题号
1
5第4节 分子间作用力
第1课时 分子间作用力(基础课)
素养 目标 1．认识分子间存在着多种相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力。 2．了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。
旧知 回顾 1．化学键是分子内相邻原子间的强相互作用，破坏化学键需要吸收的能量较高。 2．卤素单质的熔、沸点从上到下依次升高；烷烃同系物的熔、沸点随着碳原子数的增大而升高。 3．常见的非金属氢化物常温下一般为气态，如H2S、HCl、HBr等，而水在常温下是液态。
一、范德华力与物质性质
1．分子间作用力
(1)概念
分子之间存在着多种相互作用，人们将这些作用统称为分子间作用力。
(2)分类
任何物质的分子之间都一定存在作用力吗？
提示：一定存在。
2．范德华力及其对物质性质的影响
(1)概念及实质：范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力，其实质是电性作用。
(2)特征
①范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多。
②范德华力没有饱和性和方向性。
(3)影响因素
①分子结构和组成相似的物质，随着相对分子质量的增加，分子间的范德华力逐渐增强。
②分子的极性越大，分子间的范德华力越大。
(4)对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的物理性质，范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)分子间作用力是化学键的一种。 ( )
(2)水分解以及水的三态变化，水分子中的化学键都被破坏。 ( )
(3)Cl2、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。 ( )
(4)气体分子的稳定性与分子间作用力的大小有关。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)×
二、氢键与物质性质
1．氢键
(1)概念
在水分子中，氧元素的电负性很大，使得，当一个水分子中的带部分正电荷的氢原子和另一个水分子中带部分负电荷的氧原子充分接近时，产生静电作用形成氢键。
(2)表示形式
①通常用X—H…Y表示氢键，其中X—H表示氢原子和X原子以共价键相结合。
②H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小，但比共价键键长(共价半径之和)大得多。
③氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
2．氢键形成的条件
(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。
(2)X、Y原子所属元素通常具有较大的电负性和较小的原子半径，主要是N、O、F。
3．氢键对物质性质的影响
(1)氢键的分类
分为分子间氢键和分子内氢键。
(2)氢键对物质性质的影响
①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。
②当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将降低。
③氢键也影响物质的电离、溶解等过程。
水结冰时为什么会体积膨胀，密度减小？
提示：冰的密度比水小是由于氢键的存在造成的。氢键使冰中水分子间形成孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，而使得冰的体积膨胀、密度变小。
范德华力、氢键与共价键的比较
尿素(60)、醋酸(60)、硝酸(63)是相对分子质量相近的三种分子，但这三种物质的熔点和沸点相差较大。尿素熔点在200 ℃以上，常温下是固体；醋酸的熔点为16.6 ℃，在温度低于16.6 ℃时即凝结成冰状的固体；硝酸的熔点为－41.59 ℃，常温下硝酸是一种具有挥发性的液体。
1．以上三种物质中都存在氢键，为什么硝酸的熔、沸点很低？
提示：尿素、醋酸能形成分子间氢键，而硝酸能形成分子内氢键(如图所示)，使其熔、沸点较低。
2．尿素和醋酸比较，常温下尿素为什么是固体？分子间作用力的强弱与分子中可形成氢键的氢原子个数有何关系？
提示：尿素CO(NH2)2中4个氢原子均可形成氢键，而醋酸分子中只有羧基上的一个氢原子形成氢键，分子中可形成氢键的氢原子个数越多，形成的氢键越多，分子间作用力就越强。
范德华力 氢键 共价键
特征 无方向性，无饱和性 有一定的方向性和饱和性 有方向性，有饱和性
强度 共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素 ①随着分子极性增大而增大 ②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大 对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，氢键越强 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
1．下列现象与氢键有关的是( )
①NH3的熔、沸点比ⅤA族其他元素氢化物的高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液态水的密度小
④HF、NH3都极易溶于水
⑤水分子高温下也很稳定
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．①②④ D．①②③
B [NH3分子间存在氢键，ⅤA族其他元素的氢化物只存在范德华力，氢键大于范德华力，所以NH3的熔、沸点比ⅤA族其他元素的氢化物高，①符合题意； 小分子的醇(如甲醇、乙醇等)、羧酸和水分子之间能形成氢键，则小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶，②符合题意；冰中存在氢键，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，③符合题意；HF、NH3均为极性分子，H2O也是极性分子，且HF、NH3均能与H2O之间形成分子间氢键，故HF、NH3都极易溶于水与氢键有关，④符合题意；水分子高温下也很稳定，是由于分子中共价键键能大，与氢键无关，⑤不符合题意。]
2．对事实：“100 ℃时，水会沸腾变成水蒸气；温度达到2 200 ℃以上时，H2O分解为H2和O2”的解释不正确的是( )
A．100 ℃所提供的能量，破坏了水分子之间存在的相互作用
B．2 200 ℃所提供的能量，破坏了水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用
C．100 ℃及2 200 ℃时，水分子均变为氢原子和氧原子
D．对比温度值可知，水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用比水分子之间存在的相互作用强
C [A．100 ℃时，水会沸腾变成水蒸气，说明破坏了水分子之间存在的相互作用，故A正确；B．温度达到2 200 ℃以上时，H2O分解为H2和O2，说明发生了化学变化，有旧化学键的断裂和新化学键的形成，故B正确；C．100 ℃，只是水的状态变化，无化学变化，无化学键的断裂，故C错误；D．2 200 ℃时破坏水分子中氢原子和氧原子之间存在的相互作用，100 ℃时破坏水分子之间存在的相互作用，故D正确。]
3．(双选)下列说法正确的是( )
A．H2O的沸点比HF高，是由于每摩尔分子中水分子形成的氢键数目多
B．液态氟化氢中氟化氢分子之间形成氢键，可写为(HF)n，则NO2分子间也因氢键而聚合形成N2O4
C．氨气极易溶于水，原因之一是氨分子与水分子之间形成了氢键
D．可燃冰(CH4·8H2O)的形成是由于甲烷分子与水分子之间存在氢键
AC [1个水分子能形成4个氢键，1个HF分子能形成2个氢键，A项正确；NO2分子间不存在氢键，NO2分子间因形成化学键而聚合成N2O4，B项错误；只有非金属性很强的元素(如N、O、F)原子才能与氢原子形成极性较强的共价键，分子间才能形成氢键，C—H键不是极性较强的共价键，C项正确，D项错误。]
范德华力和氢键对物质性质的影响
观察图像信息，分析有关问题：
1．卤族元素单质熔、沸点发生如图所示变化的原因是什么？
提示：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔、沸点就越高。
2．在ⅥA族元素的氢化物中，为什么H2O的沸点最高？
提示：氧元素电负性较大，水分子中的氧原子与其他H2O分子中的氢原子形成了氢键，使H2O的沸点升高，而另外三种物质分子间无氢键，故水的沸点最高。
1．范德华力对熔、沸点的影响规律
(1)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、沸点越高，如熔、沸点：CF4(2)F2N2。
2．氢键对物质性质的影响
[注意] X—H…Y的氢键强弱与X、Y的电负性和X—H键键长有关，X、Y的电负性越大，X—H键键长越短，氢键越强。
1．氢键可以影响物质的性质，下列事实可用氢键解释的是( )
A．氯气易液化
B．水的沸点高于H2S
C．水加热到很高温度都难分解
D．HF比HI的酸性弱
B [水分子存在分子间氢键，因此水的沸点高于H2S，B符合题意。]
2．(双选)DNA分子通过两条链上的碱基以氢键为主要相互作用维系在一起，形成独特的双螺旋结构，构成遗传基因复制机里的化学基础，下列说法正确的是( )
A．碱基就是氨基
B．碱基互补配对时氢键仅在氮、氢原子间形成
C．氢键对物质的熔、沸点产生影响
D．羊毛织品水洗后变形和氢键有关
CD [A．氨基是碱基的一种，A错误；B．碱基互补配对时氢键在氮氢、氧氢原子间形成，B错误；C．氢键对物质的熔、沸点、溶解度、密度、酸性等性质均会产生影响，C正确；D．羊毛织品浸入水后，随着水分子的介入，织品原有的氢键被破坏，织品的形状发生改变，晾干后，随着水分子的撤出，氢键重新建立，但不是维持水洗前的织品形状了，D正确。]
3．下列说法不正确的是( )
A．由于氢键的存在，冰能浮在水面上
B．由于氢键的存在，乙醇比二甲醚更易溶于水
C．由于氢键的存在，沸点的大小顺序为HF>HCl>HBr>HI
D．蛋白质中存在氢键
C [由于氢键具有方向性，在结冰时，水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，导致冰的密度比水的小，浮于水面上，A项正确；乙醇中的羟基氢原子与水分子中的氧原子可形成分子间氢键，乙醇的羟基氧原子与水分子中的氢原子之间也可以形成氢键，致使其与水混溶，而二甲醚中的O与H不相连，无法形成氢键，难溶于水，B项正确；HF分子间能形成氢键，故沸点大小顺序为HF>HI>HBr>HCl，C项错误；蛋白质分子中，氨基和羰基可能会形成氢键，D项正确。]
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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：、。
[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。为2个水分子结合1个氢离子为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．若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间主要的相互作用依次是( )
A．氢键；分子间作用力；非极性键
B．氢键；分子间作用力；极性键
C．氢键；极性键；分子间作用力
D．分子间作用力；氢键；非极性键
B [固态水中和液态水中含有氢键，当雪花→水→水蒸气主要是氢键、分子间作用力被破坏，但属于物理变化，共价键没有破坏；水蒸气→氧气和氢气，为化学变化，破坏的是极性共价键。]
2．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( )
A．Be—H…H—O B．K—H…H—N
C．O—H…H—N D．F—H…H—Al
C [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，不选A；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，不选B；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，选C；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，不选D。]
3．蜘蛛能在天花板等比较滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不会从天花板上掉下的主要原因是( )
A．蜘蛛的脚尖端锋利，能抓住天花板
B．蜘蛛的脚上有“胶水”，从而能使蜘蛛粘在天花板上
C．蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力，这一“黏力”使蜘蛛不致坠落
D．蜘蛛有特异功能，能抓住任何物体
C [蜘蛛不会掉下的主要原因是蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力。]
4．(双选)冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是( )
A．晶胞中z方向上的两个氧原子最短距离为d，则冰晶胞中的氢键的长为2d
B．冰晶体中，相邻的水分子间皆以氢键结合
C．冰密度比干冰的小，主要是因为冰晶体分子间的氢键存在方向性、饱和性
D．硫化氢的熔、沸点与水相近
AD [A．氢键键长可以表示为通过氢键相连接的两个氧原子的核间距，z方向上距离最近的两个O原子所在的水分子即通过氢键连接，A错误；B．在冰晶体中，相邻水分子之间存在氢键，形成正四面体结构，B正确；C．在冰晶体中，由于氢键有方向性和饱和性，迫使在四面体中心的每个水分子与顶角方向的4个相邻水分子形成氢键，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，密度较小，C正确；D．硫化氢分子间不存在氢键，熔、沸点与水不相近，D错误。]
5．氢键对生命活动具有重要意义。DNA中四种碱基间的配对方式如图。(～代表糖苷键)
(1)基态N的核外电子排布式为____________。
(2)碱基中的—NH2具有一定的碱性，可以结合H＋形成，从结构角度解释可以结合的原因：____________。
(3)鸟嘌呤是一种常见的碱基。
①鸟嘌呤中2号N的杂化类型为____________。
②鸟嘌呤中N—H键的平均键长____________。(填“大于”“小于”或“等于”)0.29 nm。
(4)氢键在DNA复制过程中起重要作用
①碱基中，O、N能与H形成氢键而C不能，原因是____________。
②下列说法正确的是____________(填字母)。
a．氢键的强度较小，在DNA解旋和复制时容易断裂和形成
b．鸟嘌呤与胞嘧啶之间的相互作用比腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的更强
c．碱基配对时，一个H可以同时与多个原子形成氢键
[解析] (1)基态N的核外电子排布式为1s22s22p3。
(2)氨基中氮原子有1个孤电子对，氢离子有空轨道，可形成配位键，生成，所以—NH2具有一定的碱性。
(3)①由鸟嘌呤结构可知，2号N原子有2个σ键和1对孤电子对，所以杂化方式为sp2；②由结构可知，鸟嘌呤中N—H键的平均键长小于0.29 nm。
(4)①氢键为分子间的相互作用力，O、N、F的电负性大，带有较多的负电荷，可以与呈正电性的H原子形成氢键。由于C电负性小，因此不能与H形成氢键；②氢键的强度小，在DNA解旋和复制时断裂和形成，a正确；鸟嘌呤与胞嘧啶之间有三个氢键，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间的相互作用更强，b正确；由结构可知，碱基配对时，一个H不可以同时与多个原子形成氢键，c错误。
[答案] (1)1s22s22p3
(2)氨基中氮原子有1个孤电子对，氢离子有空轨道，可形成配位键
(3)①sp2 ②小于
(4)①O、N电负性大于C ②ab
课时分层作业(十四) 分子间作用力
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是( )
A．在由分子所构成的物质中，不一定含有共价键
B．氢键不是化学键而是分子间的一种作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间
C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大
D．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性
B [由分子所构成的物质，不一定含有共价键，如稀有气体，由单原子分子构成，不含共价键，A正确；氢键是分子间的一种作用力，可以存在于分子与分子之间，也可以存在于分子内，B错误；范德华力是分子间普遍存在的一种作用力，结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，分子的极性越大，范德华力越大，C正确；共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，是一种强的相互作用力，有方向性和饱和性，D正确。]
2．下列物质中，分子间能形成氢键的是( )
A．CH3CH3 B．CH3CH2Br
C．CH3OCH3 D．CH3CH2OH
D [氢键的表示方法X—H…Y，X、Y表示电负性强、原子半径小的元素，一般为N、O、F。CH3CH2OH中含有—OH，O元素的电负性强，原子半径小，因此乙醇分子间可以形成氢键，故D正确。]
3．下列主族元素最简单氢化物的沸点依次升高的是( )
A．ⅣA族 B．ⅤA族
C．ⅥA族 D．ⅦA族
A [分子间氢键使物质的熔、沸点升高，主要是N、O、F与H之间形成氢键，如NH3、HF、H2O沸点高于同主族其他元素的最简单氢化物，故没有反常的是ⅣA族。]
4．氨晶体中，氨分子中的每个H均参与一个氢键的形成，N原子邻接几个氢原子？ 1 mol固态氨中有几摩尔氢键？( )
A．4，1 B．6，1 C．4，3 D．6, 3
D [氨分子中的每个H均参与一个氢键的形成，即每个NH3形成了三个氢键，N与3个H还形成3个共价键，所以每个N邻接6个氢原子。1 mol固态氨中含有3 mol氢键。]
5．下列关于HF的性质，与氢键无关的是( )
A．HF的酸性弱于HCl
B．HF的沸点高于HCl
C．HF易溶于水
D．常温常压下，HF以缔合分子形式存在
A [A．氢键是分子间的作用力，影响物质的物理性质，不影响化学性质，酸性强弱与氢键无关，选项A符合题意；B．HF与HCl结构相似，都是由分子通过分子间作用力结合形成的分子晶体，但在HF分子之间还存在氢键，增加了分子之间的吸引作用，导致物质的沸点： HF > HCl，选项B不符合题意；C．HF、H2O中均存在分子间氢键，根据“相似相溶”原理，HF易溶于水，与氢键有关，选项C不符合题意；D．HF由于分子间氢键作用而以缔合分子(HF)n形式存在，与氢键有关，选项D不符合题意。]
6．某科学家发现了DNA双螺旋结构，DNA分子的两条链之间通过氢键结合，DNA分子复制前首先将双链解开。以下有关DNA分子的说法正确的为( )
A．DNA分子中既含有极性键又含有非极性键
B．DNA分子中的化学键主要有共价键和氢键
C．DNA分子的双链解开的过程既有物理变化又有化学变化
D．DNA的两条链之间通过共价键结合
A [DNA分子中含有碳碳非极性键和碳氢等极性键，A正确；氢键是较强的分子间作用力，不是化学键，B错误；DNA分子的双链解开的过程是破坏氢键的过程，没有新物质生成，属于物理变化，C错误；由题意可知，DNA分子的两条链之间通过氢键结合，D错误。]
7．相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点远高于烷烃。根据表中数据得出的结论错误的是( )
化合物(相对分子质量) 沸点/℃ 化合物(相对分子质量) 沸点/℃
甲醇(32) 64.7 乙烷(30) －88.6
乙醇(46) 78.3 丙烷(44) －42.1
正丙醇(60) 97.2 正丁烷(58) －0.5
正丁醇(74) 117.9 正戊烷(72) 36.1
A．醇分子之间的作用力只存在氢键
B．对组成和结构相似且晶体中无氢键的分子晶体来说相对分子质量越大，物质的熔、沸点越高
C．烷烃分子之间的作用力主要是范德华力
D．氢键作用力比范德华力大，故相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点高于烷烃
A [A．醇分子间存在范德华力，不只存在氢键，故A错误；B．对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，相对分子质量越大，熔、沸点越高，故B正确；C．范德华力是普遍存在的一种分子间作用力，烷烃分子之间的作用力主要是范德华力，故C正确；D．醇一般可以形成分子间氢键，氢键作用力比范德华力大，故相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点高于烷烃，故D正确。]
8．甲醇(CH3OH)空气氧化法是生产工业甲醛(HCHO)的常用方法。发生的反应为2CH3OH＋O2 ＋2H2O。
(1)C、H、O三种元素的电负性由大到小的顺序为________。
(2)H2O的氧原子的杂化轨道类型为________，空间结构为________。
(3)HCHO分子内σ键与π键个数之比为________________________________，
HCHO的空间结构为________。
(4)相同条件下，CH3OH的沸点比O2的高，主要原因为________。
(5)工业上利用甲醛易溶于水的性质吸收产品，解释甲醛易溶于水的原因：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)元素的非金属性越强，电负性越大，C、H、O三种元素的非金属性强弱顺序为O>C>H。
(2)水分子中氧原子的价电子对数为4，孤电子对数为2，所以氧原子的杂化方式为sp3，分子的空间结构为角形。(3)甲醛分子中的单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，所以1个分子中σ键与π键个数之比为3∶1，甲醛分子中碳原子为sp2杂化，所以分子的空间结构为平面三角形。(4)甲醇和氧气的相对分子质量相同，由于甲醇分子能形成分子间氢键，而氧分子不能形成分子间氢键，所以甲醇分子间的作用力强于氧气分子，沸点高于氧气分子。(5)甲醛分子的空间结构是结构不对称的平面三角形，属于极性分子，且甲醛分子能与水分子形成分子间氢键，所以甲醛易溶于水。
[答案] (1)O>C>H
(2)sp3 角形
(3)3∶1 平面三角形
(4)甲醇形成分子间氢键
(5)甲醛与水都是极性分子，甲醛分子与水分子能形成分子间氢键
9．短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的价电子排布式可表示为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中属于极性分子的是________(填序号)；分子BC2中含________个σ键，含________个π键。
(2)C的最简单氢化物比下一周期同族元素的最简单氢化物沸点还要高，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，其分子式为________、________。DE4在前者中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解度。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为____________________________
(填化学式)。
[解析] 由题意可得：a＝1，b＝c＝2，即A为H，B为C，C为O；由D与B同主族，且为非金属元素，得D为Si；由E在C的下一周期且E为同周期电负性最大的元素可知E为Cl。
(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2为极性分子，其他为非极性分子，1个CO2中含2个σ键，2个π键。(2)C的最简单氢化物为H2O，水分子间可形成氢键是其沸点较高的重要原因。(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂。SiCl4为非极性分子，易溶于非极性溶剂苯中。(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点从高到低的顺序为SiCl4>CCl4>CH4。
[答案] (1)③ 2 2
(2)水分子间存在氢键
(3)C6H6 H2O 大于
(4)SiCl4>CCl4>CH4
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
10．氢气是清洁能源之一。C16S8分子是新型环烯类储氢材料，利用物理吸附的方法来储存氢分子，其分子结构如图所示，下列相关说法正确的是( )
A．C16S8的熔点由所含的化学键键能决定
B．C16S8完全燃烧的产物中有非极性分子
C．分子中的σ键和π键的数目比为4∶1
D．C16S8储氢时与H2间的作用力为氢键
BC [A． C16S8是分子晶体，熔点由范德华力大小决定，故A错误；B．C16S8完全燃烧的产物分别为CO2和SO2，CO2为非极性分子，SO2为极性分子，故B正确；C． 由分子结构可知，一个分子中σ键的数目为32，π键的数目为8，故分子中的σ键和π键的数目比为4∶1，故C正确；D．C16S8中没有能形成氢键的原子，H2为分子晶体，故二者之间的作用是范德华力，故D错误。]
11．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，下列说法正确的是( )
A．(H2O)5是一种新的水分子
B．(H2O)5仍保留着水的化学性质
C．1 mol (H2O)5中有2个氢键
D．1 mol (H2O)5中有4 mol氢键
B [(H2O)5是水分子之间通过氢键结合而成的，氢键不属于化学键，因此(H2O)5不是一种新的分子，(H2O)5仍保留着水的化学性质。(H2O)5中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔水有2NA个氢键(NA为阿伏加德罗常数的值)，当n＝5时，1 mol (H2O)5所含氢键数相当于5 mol 水分子含有的氢键数，应为。]
12．(1)已知苯酚()具有弱酸性，其Ka＝1.1×10-10 kJ·mol-1；水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键。据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2(水杨酸)______(填“>”或“<”)Ka(苯酚)，其原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)关于化合物，下列叙述正确的有________(填字母)。
A．分子间可形成氢键
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中有7个σ键和1个π键
D．该分子在水中的溶解度大于2-丁烯
[解析] (1)当形成分子内氢键后，导致酚羟基的电离能力减弱，故其电离能力比苯酚弱。(2)分子中不存在与电负性大的元素原子相连的氢原子，所以不存在氢键，故A项错误；分子中碳碳键是非极性键，碳氢键、碳氧键是极性键，故B项正确；1个单键是1个σ键，1个双键是1个σ键和1个π键，所以1个分子中有9个σ键和3个π键，故C项错误；由于该化合物中的醛基与H2O分子之间能形成氢键，所以该分子在水中的溶解度大于2-丁烯，故D项正确。
[答案] (1)< 中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋ (2)BD
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