第2章
微粒间相互作用与物质性质
第4节 分子间作用力
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2020山东平度一中高二检测)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
答案D
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,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。
2.(2020江苏睢宁高级中学高二检测)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
答案D
解析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.下列说法正确的是( )
A.由于氢键的存在,冰才能浮在水面上
B.氢键是自然界中最重要、存在最广泛的化学键之一
C.由于氢键的存在,沸点:HCl>HBr>HI>HF
D.氢键的存在决定了水分子中氢氧键的键角是104.5°
答案A
解析冰中分子排列有序,氢键数目增多,体积膨胀,密度减小,所以冰能浮在水面上,A项正确;氢键属于分子间作用力,不属于化学键,B项错误;卤素的氢化物中只有HF分子间存在氢键,故沸点:HF>HI>HBr>HCl,C项错误;键角是共价键的参数,氢键不是共价键,是分子间作用力,所以键角与氢键无关,D项错误。
4.(2020天津育贤中学高二检测)如图中每条折线表示周期表中ⅣA~ⅦA族中的某一族元素简单氢化物的沸点变化,其中a点代表的是( )
A.H2S
B.HCl
C.PH3
D.SiH4
答案D
解析由图可知a点所在曲线上氢化物的沸点没有反常现象,说明不是ⅤA、ⅥA、ⅦA族的氢化物,则只能为ⅣA族的氢化物,即a为SiH4。
5.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
答案D
解析在冰的晶体中,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。
6.(2020海南海口实验中学高二检测)下列几种氢键:
①O—H…O ②N—H…N ③F—H…F ④O—H…N。氢键从强到弱的顺序正确的是( )
A.③>①>④>②
B.①>②>③>④
C.③>②>①>④
D.①>④>③>②
答案A
解析F、O、N的电负性依次降低,F—H、O—H、N—H键的极性依次降低,故F—H…F中的氢键最强,其次是O—H…O,再次是O—H…N,最弱是N—H…N。
7.(2020北京理工大学附属中学高二检测)下列化合物的沸点,前者低于后者的是( )
A.乙醇与氯乙烷
B.邻羟基苯甲酸()与对羟基苯甲酸()
C.对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛
D.C3F8(全氟丙烷)与C3H8
答案B
解析根据一般强弱规律:分子间氢键>分子内氢键>范德华力;对于分子结构相似的物质的沸点比较,当无氢键存在时,可比较相对分子质量的相对大小,相对分子质量越大,沸点越高。
8.(1)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(N)N—H…Cl、 、 。?
(2)在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+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()
(N)N—H…N()
(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相对分子质量较大、范德华力较大
解析(1)结合题图可知,与H3O+中的H原子、N中的H原子间均存在氢键。
(2)比较由分子晶体组成的物质的沸点时要注意考虑范德华力和氢键。
提升能力跨越等级
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;氢键;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
答案B
解析固态水和液态水分子间作用力相同,均为氢键和范德华力,区别在于氢键的数目,故由固态水→液态水主要破坏氢键,同样由液态水→气态水,也是主要破坏氢键,而由H2O(气)H2(气)+O2(气)时,破坏的主要是化学键。
2.下列关于范德华力的叙述正确的是( )
A.范德华力的实质也是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊化学键
B.范德华力与化学键的作用力强弱不同
C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
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
解析范德华力是分子与分子之间的一种相互作用,其实质与化学键类似,也是一种电性作用,但两者的作用力强弱不同。化学键是强烈的相互作用,范德华力是较弱的作用力,故范德华力不是化学键;虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量;范德华力普遍地存在于分子之间,但也必须满足一定的距离要求,若分子间的距离足够大,分子之间也难产生相互作用。
3.(2020天津宝坻一中高二检测)下列各组物质的熔、沸点高低只与范德华力有关的是( )
A.Li、Na、K、Pb
B.HF、HCl、HBr、HI
C.LiCl、NaCl、KCl、RbCl
D.F2、Cl2、Br2、I2
答案D
解析A项中为金属,它们的熔、沸点高低与金属键强弱有关;B项中HF的熔、沸点高还与氢键有关;C项中的物质属于离子化合物,它们的熔、沸点高低由离子键强弱决定;D项各物质是由分子构成的,熔、沸点只与范德华力有关。
4.(2020江苏南京师范大学附属中学高二检测)下列物质分子内和分子间均可形成氢键的是( )
A.NH3
B.
C.H2S
D.C2H5OH
答案B
解析NH3、CH3CH2OH存在分子间氢键。B项既存在分子间氢键,同时也存在分子内氢键。H2S中不存在氢键。
5.下列两组命题中,Ⅱ组中命题正确,且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是( )
选项
Ⅰ组
Ⅱ组
A
相对分子质量:HCl>HF
沸点:HCl高于HF
B
键能:H—O>H—S键
沸点:H2O高于H2S
C
分子间作用力:H2O>H2S
稳定性:H2O强于H2S
D
相对分子质量:HI>HCl
沸点:HI高于HCl
答案D
解析由于相对分子质量:HCl>HF,所以范德华力:HCl>HF,但HF分子间存在氢键,而HCl分子间不存在氢键,所以沸点HCl低于HF,A中Ⅱ组命题不正确;由于原子半径:OH—S键,但沸点与共价键的键能无关,H2O分子间存在氢键,所以沸点H2O高于H2S,B中Ⅰ组命题不能解释Ⅱ组命题;由于相对分子质量H2S>H2O,所以范德华力H2S>H2O,但H2O分子间存在氢键,所以分子间作用力H2O>H2S,由于键能H—O>H—S键,所以稳定性H2O强于H2S,分子的稳定性与分子间作用力无关,所以C中Ⅰ组命题不能解释Ⅱ组命题;由于相对分子质量HI>HCl,所以范德华力HI>HCl,沸点HI高于HCl,Ⅰ组命题能解释Ⅱ组命题。
6.(2020山东桓台一中高二检测)已知各种硝基苯酚的性质如下表:
名称
结构式
溶解度
(g/100
g
水,25
℃)
熔点
/℃
沸点
/℃
邻硝
基苯酚
0.2
45
100
续 表
名称
结构式
溶解度
(g/100
g
水,25
℃)
熔点
/℃
沸点
/℃
间硝
基苯酚
1.4
96
194
对硝
基苯酚
1.7
114
295
下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是( )
A.邻硝基苯酚分子内形成氢键,使其熔、沸点低于另两种硝基苯酚
B.间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键,也能与水分子形成氢键
C.对硝基苯酚分子间能形成氢键,使其熔沸点较高
D.三种硝基苯酚都不能与水分子形成氢键,所以在水中溶解度小
答案D
解析邻硝基苯酚形成分子内氢键,间硝基苯酚、对硝基苯酚主要形成分子间氢键,分子间氢键的形成使其熔、沸点升高,A、C项正确;三种硝基苯酚都可以与水分子形成氢键,故B项正确,D项不正确。
7.回答下列问题:
(1)硅烷(SinH2n+2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如下图所示,呈现这种变化关系的原因是 。?
(2)①H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为 。?
的沸点比的沸点低,原因是 。?
②乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是 。?
③H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因它们是极性分子外,还因为 ,乙醇在H2O中的溶解度大于在H2S中的溶解度,其原因是 。?
(3)关于化合物,下列叙述正确的是 (填字母序号)。?
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.分子中含有7个σ键和1个π键
d.该分子在水中的溶解度大于CH3CHCHCH3
答案(1)硅烷的结构和组成相似,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高
(2)①O—H键>氢键>范德华力 形成的是分子内的氢键,而可形成分子间的氢键,分子间氢键使分子间的作用力增大
②乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键 ③H2O与CH3CH2OH分子间可以形成氢键 H2O分子和乙醇分子之间可形成氢键,而H2S分子和乙醇分子之间不形成氢键
(3)bd
解析(1)硅烷是由分子通过范德华力形成的晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高。
(2)①化学键是相邻两个或多个原子之间强烈的相互作用;分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴,但氢键强于范德华力,所以它们从强到弱的顺序为O—H键>氢键>范德华力。对羟基苯甲醛易形成分子间氢键,邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键,分子间氢键使分子间作用力增大,所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。②乙二胺分子中存在N—H键,故乙二胺分子间存在氢键,三甲胺中不能形成氢键,所以乙二胺的沸点高于三甲胺。③H2O与乙醇可以形成分子间氢键,使得水与乙醇互溶;而H2S与乙醇不能形成分子间氢键,故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。
(3)题给分子中不存在与电负性很强、原子半径小的元素相连的H原子,所以不存在氢键,故a不正确;分子中碳碳键是非极性键,碳氢键、碳氧键是极性键,b正确;分子中有3个碳碳σ键、2个碳氧σ键、4个碳氢σ键,2个碳氧π键和1个碳碳π键,共有9个σ键和3个π键,故c不正确;由于醛基中的氧原子与水分子间形成氢键,增大了其在水中的溶解度,故d正确。
8.回答下列问题:
(1)NH3在水中的溶解度是常见气体中最大的。
①下列因素与NH3的水溶性没有关系的是 (填字母序号,下同)。?
a.NH3和H2O都是极性分子
b.NH3在水中易形成氢键
c.NH3溶于水建立了以下平衡:NH3+H2ONH3·H2ON+OH-
d.NH3是一种易液化的气体
②NH3和PH3在常温、常压下都是气体,但NH3比PH3易液化,其主要原因是 。?
a.N—H比P—H的键能大
b.分子的极性NH3比PH3强
c.相对分子质量PH3比NH3大
d.NH3分子之间存在氢键,PH3分子间不存在氢键
(2)胆矾晶体是配制波尔多液的主要原料,其结构示意图可简单表示如图:
①胆矾的化学式用配合物的形式表示为 。?
②胆矾中含有的作用力除极性共价键、配位键外还有 。?
③胆矾晶体中杂化轨道类型是sp3的原子是 。?
(3)现有有机物A()和
B(),工业上用水蒸气蒸馏法将A和B进行分离,则首先被蒸出的成分是 。?
(4)人工模拟是当前研究的热点。有研究表明,化合物X可用于研究模拟酶,当其结合或Cu(Ⅰ)(Ⅰ表示化合价为+1)时,分别形成a和b:
①a中连接相邻含N杂环的碳碳键可以旋转,说明该碳碳键具有 键的特性。?
②微粒间的相互作用包括化学键和其他作用力,比较a和b中微粒间相互作用力的差异 。?
(5)硼砂是含结晶水的四硼酸钠,硼砂晶体由Na+、[B4H4O9]2-和H2O构成,它们之间存在的作用力有 (填序号)。?
a.离子键
b.共价键
c.金属键
d.范德华力
e.氢键
答案(1)①d ②d
(2)①[Cu(H2O)4]SO4·H2O ②离子键、氢键
③S、O
(3)A (4)①σ ②a中存在氢键和范德华力,b中存在配位键 (5)ade
解析(1)①NH3极易溶于水主要是因为NH3分子与H2O分子间形成氢键,另外还有其他原因,NH3和H2O都是极性分子,NH3和H2O能够发生化学反应。NH3易液化是因为NH3分子之间易形成氢键,而不是NH3与H2O分子之间的作用。②“易液化”属于物质的物理性质,与分子间作用力有关,与化学键无关。若按照相对分子质量与分子间作用力的关系应该是PH3比NH3的沸点高、PH3比NH3易液化,而实际是NH3比PH3易液化,这是因为在NH3分子间存在比范德华力强的氢键。
(2)每个Cu2+与4个H2O分子形成配位键,所以胆矾的化学式为[Cu(H2O)4]SO4·H2O,由图示看出胆矾中除极性键、配位键外,还含有离子键和氢键两种作用力。S的价电子对数==4,所以S原子采取sp3杂化,H2O分子中O原子价电子对数为=4,所以O原子也采取sp3杂化。
(3)A易形成分子内氢键,B易形成分子间氢键,所以B的沸点比A的高。
(4)微粒间的相互作用包括化学键和分子间相互作用,比较a和b中微粒间相互作用的差异可知,a中存在范德华力和氢键,b中存在配位键。
(5)在晶体中Na+与[B4H4O9]2-之间存在离子键,H2O分子间存在氢键和范德华力。
贴近生活拓展创新
(1)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
分子
分子直
径/nm
分子与H2O的结合
能E/(kJ·mol-1)
CH4
0.436
16.40
CO2
0.512
29.91
①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是 。?
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。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586
nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是 。?
(2)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为 。?
答案(1)①氢键、范德华力
②CO2的分子直径小于笼状空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4
(2)H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键
解析(1)②根据题给数据可知,笼状结构的空腔直径是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)水可以与乙醇互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为H2O与CH3CH2OH之间可以形成分子间氢键。(共47张PPT)
第4节 分子间作用力
1.能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响。能从微观层次理解物质的某些性质与分子间作用力有关,发展宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.知道氢键对物质性质的影响,能列举含有氢键的物质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
必备知识
正误判断
一、分子间作用力
1.分子间存在多种相互作用,人们将这些作用统称为分子间作用力。分子间作用力比化学键弱得多,其中最常见的一种是范德华力。
2.范德华力
(1)定义:分子间普遍存在的一种相互作用力,它使许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。
(2)特点:范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多,范德华力的作用能一般只有2~20
kJ·mol-1,而化学键的键能一般为100~600
kJ·mol-1。
(3)实质。
范德华力的实质也是电性作用,它没有饱和性和方向性。
必备知识
正误判断
3.范德华力与物质的性质
范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力越强,物质的熔点、沸点越高。
例如,卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点依次升高,是因为它们的范德华力逐渐增强。在常温、常压下,氟单质和氯单质为气体,溴单质为液体,碘单质为固体。
必备知识
正误判断
【微思考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。
【微思考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。
必备知识
正误判断
二、氢键与物质性质
1.氢键
(1)氢键的形成。
在水分子中,氢原子以共价键与氧原子结合。氧元素的电负性很大,在与氢原子形成共价键时氧原子强烈吸引共用电子,使之偏向自己,从而使自身带有部分负电荷,同时使氢原子带有部分正电荷。当一个水分子中的这种氢原子和另一个水分子中的氧原子接近时,带有部分正电荷的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它,并产生静电作用形成氢键。氢键也是一种常见的分子间作用力。
必备知识
正误判断
(2)氢键的表示形式。
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。
②X—H…Y中H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小,但比共价键键长大得多。氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
必备知识
正误判断
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原子所属元素具有较大的电负性和较小的原子半径。X、Y原子一般是氮原子、氧原子和氟原子。
必备知识
正误判断
3.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一些。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。
(3)氢键的分类。
尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力,但是氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间,如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间就存在氢键。
必备知识
正误判断
【微思考3】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。
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.范德华力是决定由分子构成物质的熔点、沸点高低的唯一因素。( )
2.范德华力与物质的性质没有必然的联系。( )
3.范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质。( )
4.范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素。( )
5.每个水分子内含有两个氢键。( )
6.冰、液态水、水蒸气中都存在氢键。( )
7.HF的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键。( )
答案:1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
范德华力对物质性质的影响
问题探究
下图中列出了部分卤族元素单质的熔、沸点。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
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,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.碘单质中存在几种作用力?当碘单质发生三态变化时破坏的是什么作用?
提示:碘单质中碘分子内有I—I共价键,碘分子之间有范德华力。
当碘单质发生三态变化时,由于碘分子间的范德华力比I—I共价键弱得多,因此克服范德华力所需的能量不足以破坏I—I共价键,仅仅是碘分子之间的作用力改变了,I—I共价键依然不变。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.影响范德华力的因素
主要包括相对分子质量的大小、分子的空间结构以及分子中电荷分布是否均匀等。对组成和结构相似的分子,其范德华力一般随着相对分子质量和极性的增大而增大。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.范德华力对物质性质的影响
一般说来,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。具体如下:
①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、沸点通常越高。如熔、沸点:F2②分子组成相同的物质(即互为同分异构体),分子对称性越好,分子间作用力越小,物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点:新戊烷<异戊烷<正戊烷;对二甲苯<间二甲苯<邻二甲苯。
③相对分子质量相近的物质,分子的极性越小,分子间作用力越小,物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点:N2探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
【微点拨】(1)在由分子构成的物质中,分子与分子之间存在着分子间作用力,而在分子内部的成键原子之间存在共价键。
(2)离子化合物中不存在分子间作用力。
(3)金刚石、单质硅、二氧化硅等由原子通过共价键相结合构成的物质中,铝、铜、铁等金属单质中,均不存在分子间作用力。
(4)稀有气体是由分子构成的物质,但其分子是单原子分子,所以其原子(实为分子)间的作用力是分子间作用力。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1在下列几组气体中,试分析判断每组中哪种气体更易液化。
①Cl2、N2 ②SiH4、CH4 ③SO2、CO2 ④邻二甲苯、对二甲苯 ⑤甲烷、乙烷 ⑥正丁烷、异丁烷
答案:①Cl2 ②SiH4 ③SO2
④邻二甲苯 ⑤乙烷 ⑥正丁烷
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
解析:①②⑤三组气体中的分子均为组成和结构相似的分子,只要从相对分子质量的大小就可以判断更易液化的气体分别是各组气体中相对分子质量较大的分子,即①Cl2、②SiH4、⑤乙烷。③组中SO2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量,并且SO2是极性分子,所以SO2分子间的范德华力大于CO2分子间的范德华力,故SO2易液化。④组中的邻二甲苯、对二甲苯的相对分子质量相等,邻二甲苯是极性分子,对二甲苯是非极性分子,所以邻二甲苯分子间的范德华力大于对二甲苯分子间的范德华力,故邻二甲苯易液化。⑥组中正丁烷、异丁烷是同分异构体,异丁烷分子含有支链,使分子间接触面积减小,分子间作用力减小,所以正丁烷分子更易液化。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
方法技巧一般来说,组成和结构相似的物质,范德华力的大小可从相对分子质量的大小进行比较,随着相对分子质量的增大,范德华力增大。在分子体积大小相近、相对分子质量相等或相近的情况下,范德华力往往随着分子极性的增强而增强。在相对分子质量相等或相近的情况下,分子之间的接触面积越大,范德华力越强。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1(2020海南华侨中学高二检测)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
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析: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大,范德华力逐渐增强,物质的熔、沸点逐渐升高;D项,NaCl中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。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2下列物质的变化,破坏的主要是范德华力的是( )
A.碘单质的升华
B.NaCl溶于水
C.将水加热变为气态
D.NH4Cl受热分解
答案:A
解析:碘的升华,只是状态发生了变化,破坏的是范德华力,没有破坏化学键;NaCl溶于水会破坏离子键;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(包括共价键和离子键)。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
氢键对物质性质的影响
问题探究
下图是部分氧族元素的氢化物的熔点和沸点。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.为什么H2O的熔、沸点出现了反常?
提示:由于H2O分子间容易形成氢键,使它的熔、沸点反常得高。
2.从氨合成塔的气体中分离出NH3,采用什么分离方法?
提示:加压使NH3液化,因为NH3分子间易形成氢键,沸点高,易液化。
3.甲醇的沸点明显高于甲醛,乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是什么?
提示:甲醇分子间、乙酸分子间能形成氢键,而甲醛分子间、乙醛分子间都不能形成氢键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.氢键
(1)形成条件。
①要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子,如H2O中的氢原子。
②要有一个电负性很大,含有孤电子对并带有部分负电荷的Y原子,如H2O中的氧原子。
③X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为N、O、F与H。
(2)氢键的存在。
①含H—O、N—H、H—F键的物质。
②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(3)氢键的类型。
氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(4)氢键对物质性质的影响。
①对熔点、沸点的影响。
a.分子间氢键的形成使物质的熔点、沸点升高,因为要使液体汽化,必须破坏大部分分子间的氢键,这需要较多的能量;要使晶体熔化,也要破坏一部分分子间的氢键。所以,存在分子间氢键的化合物的熔点、沸点要比没有氢键的同类化合物高。
b.分子内氢键的形成使物质的熔点、沸点降低,如邻羟基苯甲醛的熔点、沸点比对羟基苯甲醛的熔点、沸点低。
②对溶解度的影响。
在极性溶剂里,如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键,则溶质的溶解性增大。例如,乙醇和水能以任意比例互溶。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
③对水的密度的影响。
绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度,但是在0℃附近的水的密度却是液态的大于固态的。水的这一反常现象也可用氢键解释。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.范德华力、氢键及共价键的比较
类型
范德华力
氢键
共价键
特征
无方向性,无饱和性
有方向性,有饱和性
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
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
对物质
性质的
影响
①影响物质的熔、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F2①分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸点H2O>H2S,在水中的溶解性NH3>PH3
②分子内氢键的存在,使物质的熔、沸点降低,如熔、沸点:
>
①影响分子的稳定性
②共价键键能越大,分子稳定性越强
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2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,未变形的(H2O)5的结构如右图所示。试回答下列问题:
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(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,已知冰中水分子间范德华力的能量为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 。?
(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
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)B (2)22
kJ·mol-1
(3)
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
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。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
方法点拨解氢键类题目应注意的事项
解此类题目,关键是抓住氢键的特点。氢键具有方向性和饱和性。方向性指氢键X—H…Y中的三个原子总是尽可能沿直线分布。饱和性指每个X—H只能与一个Y原子形成氢键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1下列说法不正确的是( )
A.分子间作用力是分子间相互作用的总称
B.分子间氢键的形成对物质的溶解度及熔、沸点有影响
C.范德华力和氢键可同时存在于分子之间
D.氢键是一种特殊的化学键,它广泛地存在于自然界中
答案:D
解析:分子间存在多种相互作用,这些作用统称为分子间作用力,A正确;分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外,对物质的溶解度也有影响,B正确;范德华力和氢键均属分子间的作用力,两者有可能同时存在于分子之间,C正确;氢键属于分子间作用力,而不是化学键,D错误。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2(2020天津实验中学高二检测)下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
A.氨气极易溶于水
B.邻羟基苯甲酸(
)的熔点为159
℃,对羟基苯甲酸
(
)的熔点为213
℃
C.乙醚微溶于水,而乙醇可与水以任意比混溶
D.HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的大,与氢键无关。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.在某种物质中,范德华力的作用能为a
kJ·mol-1,化学键的键能为b
kJ·mol-1,则a、b的大小关系是( )
A.a>b
B.aC.a=b
D.无法确定
答案:B
解析:范德华力是分子间作用力,其强度较弱,化学键的键能比范德华力的作用能大得多。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.(2020山东济南历城第二中学高二检测)下列现象不能用氢键知识解释的是( )
A.葡萄糖易溶于水
B.在4
℃时水的密度最大
C.硫酸是一种强酸
D.水通常情况下为液态
答案:C
解析:葡萄糖易溶于水是因为葡萄糖分子和水分子间可以形成氢键,A正确;水通常情况下为液态,在4
℃时水的密度最大,是因为水分子之间会形成氢键,降温时,水分子间形成的氢键数目增多,水分子之间空隙变大,使密度减小,B正确;硫酸是一种强酸,在水中能全部电离,与氢键无关,C不正确;水分子间形成氢键,使水的熔点较高,所以水通常情况下为液态,D正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.(2020河南实验中学高二检测)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
答案:D
解析:只有非金属性很强的元素(如N、O、F)与氢元素形成强极性的共价键之后,氢原子才可能与另一分子中非金属性很强的原子形成氢键。碳元素的非金属性不强,CH4与H2O分子间不存在氢键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
4.下列物质发生状态变化时,克服了范德华力的是( )
A.食盐熔化
B.晶体硅熔化
C.碘升华
D.氢氧化钠熔化
答案:C
解析:氯化钠、氢氧化钠均是离子化合物,熔化时离子键断裂,A、D项错误;晶体硅熔化时克服的是共价键,B项错误;碘升华时克服的是范德华力,C项正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
5.(1)氨气溶于水时,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的结构式为( )
(2)氟在元素周期表的各元素中电负性最大,用氢键表示式写出氟的氢化物溶液中存在的所有氢键 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(3)下列物质变化,只与范德华力有关的是 。?
A.干冰熔化
B.乙酸汽化
C.乙醇与丙酮混溶
E.碘溶于四氯化碳
F.石英熔融
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)B (2)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O (3)AE
解析:(1)从氢键的成键原理上讲,A、B两项都成立,C、D两项都错误;但是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
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)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水溶液中所存在的氢键。
(3)A项,干冰熔化需要破坏范德华力;B项,乙酸分子之间存在范德华力与氢键,所以汽化时破坏范德华力和氢键;C项,乙醇与丙酮混溶时,破坏乙醇分子之间的范德华力与氢键,还破坏丙酮分子之间的范德华力;D项,该有机物分子之间不能形成氢键,只存在范德华力,但水分子之间存在范德华力和氢键,故该溶解过程破坏范德华力与氢键;E项,碘、四氯化碳分子之间只存在范德华力,相溶时只破坏范德华力;F项,石英熔化时只破坏共价键。
