【課件】分子間作用力（范德華力、氫鍵）課件高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié)分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)學(xué)習(xí)目標1.了解范德華力的實質(zhì)及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。2.了解氫鍵形成的條件及存在，學(xué)會氫鍵的表示方法，會分析氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。2.3.2分子間的作用力教材內(nèi)容：P55-58壁虎為什么能緊緊貼著墻壁？近年來，有人用計算機模擬，證明壁虎的足與墻體之間的作用力在本質(zhì)上是它的細毛與墻體之間的范德華力。圖2-24壁虎細毛結(jié)構(gòu)的仿生膠帶

科學(xué)?技術(shù)?社會——壁虎與范德華力【新課導(dǎo)入】教材：P56下雪不冷，化雪冷；水變成水蒸氣(100℃)；3000℃時，水會分解生成氫氣和氧氣。這說明了什么？2H2O(l)

=2H2(g)+O2(g)

H2O(s)=H2O(l)H2O(l)=H2O(g)1.冰融化\水沸騰發(fā)生的是物理變化，水的分解發(fā)生的是化學(xué)變化。2.冰融化\水沸騰和分解都需要破壞微粒間的作用力。冰融化\水沸騰破壞的是分子間的某種作用力，而水的分解是分子內(nèi)H—O共價鍵被破壞。冰融化\水沸騰的溫度遠比水分解的溫度低，說明這種分子間作用力很弱。比化學(xué)鍵的鍵能小。?H>0【新課導(dǎo)入】1.概念：范德華（vanderWaals）是最早研究分子間普遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科學(xué)家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力。范德華(1837-1923)：荷蘭物理學(xué)家，最早研究分子間普遍存在作用力。1910年因研究氣態(tài)和液態(tài)方程獲諾貝爾物理學(xué)獎。2.

本質(zhì)：分子間的一種靜電作用3.特點：(1)廣泛存在于分子之間(2)只有分子充分接近時才能體現(xiàn)(3)范德華力一般沒有方向性和飽和性。只要分子周圍空間允許，總是盡可能多的吸引其他分子。(4)范德華力很弱，比化學(xué)鍵的鍵能小1~2數(shù)量級(通常小10-100倍)大約只有幾到幾十KJ·mol-1微粒間作用力能量kJ·mol-1化學(xué)鍵100-600范德華力2-20一、范德華力4.存在：(1)大多數(shù)共價化合物(原子間以共價鍵相互連接,按一定結(jié)合方式形成分子)分子之間有分子間作用力,例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各種有機化合物（如CH4）等(2)大多數(shù)非金屬單質(zhì)：例如：H2、P4、S8、C60等(3)各種稀有氣體(單原子分子)：例如Ar、Kr等注意：離子化合物和金屬單質(zhì)不存在分子間作用力；金剛石(C)、單質(zhì)硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等原子晶體，內(nèi)部只有共價鍵，不存在分子。石墨層與層之間存在分子間作用力。分子ArCOHIHBrHCl分子量4028128.581.536.5范德華力(kJ/mol)8.508.7526.0023.1121.145.影響因素：(1)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大(2)相對分子質(zhì)量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大分子相對分子質(zhì)量分子的極性范德華力(kJ·mol-1)CO28極性8.75N228非極性8.50結(jié)論：結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點越高分子相對分子質(zhì)量分子的極性熔點/℃沸點/℃N228非極性-210.00-195.81CO28極性-205.05-191.49結(jié)論：相對分子質(zhì)量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高單質(zhì)相對分子質(zhì)量熔點/℃沸點/℃F238-219.6-188.1Cl271-101-34.6Br2160-7.258.78I2254113.5184.4單質(zhì)相對分子質(zhì)量沸點/℃正戊烷7236.1異戊烷7228新戊烷7210結(jié)論：在同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多、越分散,分子間范德華力越弱，熔、沸點就越低，如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。6.范德華力對物質(zhì)性質(zhì)的影響：（1）范德華力對物質(zhì)的熔、沸點的影響——范德華力越大、熔沸點越高。①組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，物質(zhì)熔、沸點越高②相對分子質(zhì)量相同或相近時，分子的極性越大，物質(zhì)熔、沸點越高③在同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，范德華力越小，物質(zhì)熔、沸點就越低（2）范德華力對物質(zhì)溶解性的影響——溶質(zhì)分子與溶劑分子間的范德華力越大，則溶質(zhì)的溶解性越大。固體→液體→氣體的過程，熵值增大，分子間的距離不斷被拉開，這個過程是分子吸收外界能量，克服范德華力某分子的范德華力如果越大，克服它就需要吸收外界更多的能量，因此只有外界溫度較高時，分子才能順利克服范德華力，實現(xiàn)固體→液體ia→氣體的三態(tài)變化范德華力越大，則分子的熔沸點越高（與化學(xué)性質(zhì)無關(guān)）范德華力是怎樣影響分子的物理性質(zhì)（如熔沸點）的？注意：鍵能大小影響分子的熱穩(wěn)定性,范德華力的大小主要影響物理性質(zhì)，包括物質(zhì)的熔、沸點及溶解性等例如;稀有氣體在水中的溶解度從氦到氡依次增大。小結(jié)

夏天經(jīng)常見到許多壁虎在墻壁或天花板上爬行，卻掉不下來，壁虎為什么能在天花板上爬行自如？這曾是一個困擾科學(xué)家一百多年的謎。用電子顯微鏡可觀察到，壁虎的四足覆蓋著幾十萬條纖細的由角蛋白構(gòu)成的納米級尺寸的毛。壁虎的足有多大吸力？實驗證明，如果在一個分幣的面積上布滿100萬條壁虎足的細毛，可以吊起20kg重的物體。近年來，有人用計算機模擬，證明壁虎的足與墻體之間的作用力在本質(zhì)上是它的細毛與墻體之間的范德華力。壁虎與范德華力

情景再現(xiàn)1．人們熟悉的影片《蜘蛛俠》為我們塑造了一個能飛檐走壁、過高樓如履平地的蜘蛛俠，現(xiàn)實中的蜘蛛能在天花板等比較滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不能從天花板上掉下的主要原因是(

)A．蜘蛛腳的尖端鋒利，能抓住天花板B．蜘蛛的腳上有“膠水”，從而能使蜘蛛粘在天花板上C．蜘蛛腳上的大量細毛與天花板之間的范德華力這一“黏力”使蜘蛛不致墜落D．蜘蛛有特異功能，能抓住任何物體2.將干冰氣化，破壞了CO2分子晶體的

。3.將CO2氣體溶于水，破壞了CO2分子

。4.BF3的熔點比BCl3________(填“高”“低”或“無法確定”)。解析:蜘蛛不能掉下的根本原因是蜘蛛腳上的大量細毛與天花板之間存在范德華力。C低分子間作用力共價鍵對點訓(xùn)練

-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸點/℃周期一些氫化物的沸點固態(tài)非金屬元素的氫化物，熔沸點與其Mr有關(guān)．一般：同一主族非金屬氫化物，從上到下，Mr逐漸增大，熔沸點應(yīng)逐漸升高．而HF、H2O、NH3卻出現(xiàn)反常，為什么？說明在HF、H2O、NH3分子間還存在除范德華力之外的其他分子間作用力—氫鍵．注意：并不是有氫就能形成氫鍵，必須是已經(jīng)與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子之間才能形成氫鍵。H—O鍵極性很強無內(nèi)層電子，幾乎成為“裸露”的質(zhì)子電負性大，半徑小氫鍵OHHOHHδ＋δ＋δ－δ－…半徑小，含孤對電子δ＋δ＋1、概念：氫鍵是一種特殊的分子間作用力，它是由已經(jīng)與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子（如水分子中的氫）與另一個電負性很大的原子（如水分子中的氧）之間的作用力。形成原理：例如在水分子的O-H中，共用電子對強烈的偏向O，使得H幾乎成為“裸露”的質(zhì)子(H+)，這種顯正電性H與另一個水分子中相對顯負電性的O的孤電子對接近并產(chǎn)生靜電作用，這種靜電作用就是氫鍵。2.本質(zhì)：也是一種靜電作用(1)要有與電負性很大的原子X相連(以共價鍵結(jié)合)的氫原子；(2)要有電負性很大且含有孤電子對的原子Y；(3)X與Y的原子半徑要小.(X\Y可以是同種元素,也可以是不同種)綜上所述，能形成氫鍵的元素一般是F、O和N。(C原子半徑較大、無孤對電子、電負性較小、吸引電子能力較弱，一般不形成氫鍵。)3.形成條件點撥：一般來說，能形成氫鍵的元素有N、O、F。所以氫鍵一般存在于含N—H、H—O、H—F的物質(zhì)中，或有機化合物中的醇類和羧酸類等物質(zhì)中。二、氫鍵O—H…ON—H…NF—H…F4.表示方法：通常用X—H…Y—來表示(X、Y可以相同，也可以不同),“—”表示共價鍵

,“…”表示形成的氫鍵（X、Y一般為N、O、F）。不僅氟化氫分子之間、氨分子之間存在氫鍵，而且它們跟水分子之間也存在氫鍵5.鍵長：X—H···Y，指XY之間的距離。注意：氫鍵的鍵長一般定義為X—H…Y的長度，而不是H…Y的長度類型1234水分子間O—H···ONH3分子間N—H···NHF分子間F—H···F氨水中O—H···ON—H···NN—H···OO—H···NHF水溶液中O—H···OF—H···FF—H···OO—H···F鍵長教材：P57圖2-256.氫鍵的特點：具有方向性和飽和性(1)方向性：A—H…B—總是盡可能在同一直線上。

(2)飽和性：

每個裸露的氫原子核只能形成一個氫鍵每個孤電子對也只能形成一個氫鍵。A—H與B形成分子間氫鍵時，3個原子總是盡可能沿直線分布，使A，B盡量遠離，這樣電子云排斥作用最小，體系能量最低，氫鍵最強，最穩(wěn)定，所以氫鍵具有方向。由于H原子半徑比A，B的原子半徑小得多，當H與一個B原子形成氫鍵A—H···B后，H周圍的空間被占據(jù)，A，B的電子云排斥作用將阻礙另一個B原子與H靠近成鍵，即H只能與一個B形成氫鍵，氫鍵具有飽和性。H的體積小，1個H只能形成1個氫鍵7.氫鍵強度(鍵能大小)結(jié)論：氫鍵不是化學(xué)鍵，而是特殊的分子間作用力(因此氫鍵只能影響物理性質(zhì))，其鍵能介于化學(xué)鍵和范德華力之間。氫鍵的強弱：與X和Y原子的電負性(吸引電子能力)及半徑大小有關(guān)：電負性大，半徑小，則氫鍵強。F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N類型強度化學(xué)鍵一般在100~600kJ?mol－1范德華力一般在2~20kJ?mol－1氫鍵一般不超過40kJ?mol－1，比范德華力大些

化學(xué)鍵>氫鍵>范德華力注意：存在氫鍵的分子間也存在范德華力,但存在范德華力的分子間不一定存在氫鍵。氫鍵鍵能：指斷開單位物質(zhì)的量的X—H···Y中

的H···Y鍵所需要的能量。氫鍵X－H···Y鍵能/(KJ/mol)鍵長/pm代表性例子F－H···F28.1255(HF)nO－H···O18.8276冰O－H···O25.9266甲醇、乙醇N－H···O20.9286CH3CONH2N－H···N5.4338NH38.氫鍵的種類(1)分子間氫鍵

氫鍵普遍存在于已經(jīng)與N、O、F形成共價鍵的氫原子與另外的N、O、F原子之間。如：HF、H2O、NH3

相互之間C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之間某些物質(zhì)在分子內(nèi)也可形成氫鍵當苯酚在鄰位上有—CHO、—COOH、—NO2和—OH時，可形成分子內(nèi)的氫鍵,組成“螯合環(huán)”的特殊結(jié)構(gòu).(2)分子內(nèi)氫鍵對羥基苯甲醛不屬于化學(xué)鍵這里的氫鍵，不屬于分子間作用力,屬于分子內(nèi)官能團之間的作用力。鄰羥基苯甲醛鄰羥基苯甲酸鄰羥基硝基苯硝酸不屬于化學(xué)鍵，屬于分子間作用力注：氫鍵具有方向性，分子間氫鍵常是直線形的，分子內(nèi)氫鍵多是折線形易形成平面環(huán)，環(huán)的大小以五或六原子環(huán)最穩(wěn)定。分子內(nèi)氫鍵可以使分子更穩(wěn)定。且分子內(nèi)氫鍵會削弱分子間氫鍵形成.(1)對物質(zhì)熔、沸點的影響(2)對物質(zhì)溶解度的影響鄰苯二甲酸的電離平衡常數(shù)Ka1（1.1x10-3）比對苯二甲酸的電離平衡常數(shù)Ka1（2.9x10-4）大鄰苯二甲酸存在分子內(nèi)氫鍵，鄰苯二甲酸的電離平衡常數(shù)Ka1比對苯二甲酸的電離平衡常數(shù)Ka1大補充：氫鍵對物質(zhì)電離性質(zhì)(化性)的影響

9.氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(3)對物質(zhì)密度的影響(以水為例)分子間氫鍵

例：互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)，能形成分子內(nèi)氫鍵的，其熔沸點比能形成分子間氫鍵的物質(zhì)的低。分子內(nèi)氫鍵鄰羥基苯甲醛(熔點-7℃)OHCHO對羥基苯甲醛(熔點115℃)OHCHO9.氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(1)氫鍵對物質(zhì)熔沸點的影響：分子內(nèi)氫鍵使物質(zhì)熔、沸點降低：分子內(nèi)氫鍵可以使分子更穩(wěn)定。且分子內(nèi)氫鍵的形成會削弱分子間氫鍵形成，故一般熔沸點較低。9.氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(1)氫鍵對物質(zhì)熔沸點的影響：分子間氫鍵使物質(zhì)熔、沸點升高：分子間存在氫鍵時，大大地加強了分子間的結(jié)合力，物質(zhì)在熔化或汽化時，除需破壞范德華力外，還需破壞分子間氫鍵，消耗更多的能量，所以存在分子間氫鍵的物質(zhì)一般具有較高的熔、沸點。這種反?，F(xiàn)象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵。

3.對于同一主族非金屬元素的氫化物而言，從上到下，相對分子質(zhì)量逐漸增大，熔沸點應(yīng)逐漸升高。而HF、H2O、NH3卻出現(xiàn)反常。例如：1.醇(含氫鍵)比相對分子質(zhì)量相當?shù)臒N(無氫鍵)熔沸點高；2.醇(含氫鍵)比含有相同碳原子數(shù)的醚(無羥基H無氫鍵)熔沸點高沸點H2O、HF、NH3沸點依次降低的原因：物質(zhì)的沸點與氫鍵的強弱和數(shù)目有關(guān):單個氫鍵的鍵能是(HF)n＞H2O＞(NH3)n，而平均每個分子含氫鍵數(shù)：水中2個，(HF)n和(NH3)n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是(H2O)nX2＞(HF)n＞(NH3)n因此：沸點H2O>HF>NH3注意:標況下，HF非氣態(tài)思考與討論物質(zhì)溶解性CH3CH3難溶CH3CH2OH互溶CH3CHO互溶CH3COOH互溶9.氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(2)氫鍵對溶解度的影響極性溶劑里，溶質(zhì)分子與溶劑分子間的氫鍵使溶質(zhì)溶解度增大，如HCl-1:500，NH3-1:700。

2.為什么甲醛易溶于水？δ-δ+δ+δ-δ+δ+極性分子甲醛能和H2O之間形成氫鍵原子電負性C2.5H2.1O3.5

低級醇、醛、酮、羧酸等分子都能與水分子間形成氫鍵，均可溶于水。1.NH3為什么極易溶于水？提示：極性分子易溶于極性分子形成的溶劑中。(“相似相溶”)

①NH3與H2O之間形成分子間氫鍵；②NH3和H2O均是極性分子思考與討論(1)水分子間形成氫鍵，增大了水分子間的作用力，使水的熔、沸點比同主族元素氫化物的熔、沸點反常的高。(2)實驗證明：接近水的沸點的水蒸氣的相對分子質(zhì)量的測定值比按化學(xué)式H2O計算出來的相對分子質(zhì)量大一些。(3)水結(jié)冰時，體積增大，密度減小。10.氫鍵對水性質(zhì)的影響：用氫鍵能夠解釋這種異常性：接近水的沸點的水蒸氣中存在相當量的水分子因氫鍵而相互締合，形成所謂的締合分子(H2O)n。熔點/℃沸點/℃ρ(0℃)ρ(4℃)ρ(20℃)ρ(100℃)0.00100.000.9998411.0000000.9982030.958354在水蒸氣中，水以單個的H2O分子形式存在；無氫鍵。在液態(tài)水中，經(jīng)常是幾個水分子通過氫鍵結(jié)合起來，形成(H2O)n；在固態(tài)水(冰)中，水分子大范圍地以氫鍵互相聯(lián)結(jié)(也存在范德華力)冰的密度比液態(tài)水小，在4℃時水的密度最大的原因在冰的晶體中，每個水分子周圍有4個緊鄰的水分子。氫鍵（具有方向性）的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。密度比液態(tài)水小。所以當冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時。熱運動使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，由于熱運動加劇，分子間距離增大，密度漸漸減小。冰中一個水分子周圍有4個水分子冰的結(jié)構(gòu)冰融化，分子間空隙減小水的熔點(℃)水的沸點(℃)水在0℃時密度(g/ml)水在4℃時密度(g/ml)0.00100.000.99981.0000裝滿水的玻璃瓶切勿放入急凍室思考與討論1.水結(jié)冰時體積增大，密度減小，從而浮在水面;2.冰浮在水面，成為一隔熱層，使下面的水的溫度保持在4℃左右;3.結(jié)冰時散熱，冰融時吸熱，這一過程有緩沖水溫變化的作用，也有利于生物的生存。怎樣理解水的密度在4℃時最大？水的這一特殊性對生命的存在有什么重要意義？氫鍵的意義和價值化學(xué)與生活試管玻璃的SiO2與水分子間形成氫鍵，使水沿著試管壁上升，從而形成凹液面。

請你結(jié)合圖像中的微觀結(jié)構(gòu)，試解釋試管液面呈現(xiàn)凹液面的原因？思考與討論1.氫鍵的形成都會使物質(zhì)的熔、沸點升高。(

)2.氫鍵是一種特殊的化學(xué)鍵,它廣泛存在于自然界中的物質(zhì)中。(

)3.HF的沸點較高,是因為H—F鍵的鍵能很大。(

)4.每個水分子內(nèi)含有兩個氫鍵()5.在水蒸氣、水和冰中都含有氫鍵()6.分子間形成氫鍵能使物質(zhì)的熔點和沸點升高()7.HF的穩(wěn)定性很強,是因為其分子間能形成氫鍵()8.鄰羥基苯甲醛的熔點比對羥基苯甲醛的熔點高()判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)×××√××××對點訓(xùn)練氫鍵與熔沸點形成分子間氫鍵會使物質(zhì)熔沸點增大，形成分子內(nèi)氫鍵會使物質(zhì)熔沸點降低同為分子晶體，×××存在氫鍵