较强的分子间作用力

第2课时较强的分子间作用力一氢键目标定位1.了解氢键形成的条件及氢键的存在。2.学会氢键的表示方法，会分析氢键对物 质性质的影响。新知导学新即探究点点落实一、氢键1. 比较h2o和h2s的分子组成、立体构型及其物理性质，分析h2o的熔、沸点比h2s高的 原因是什么？答案 h2o和h2s分子组成相似，都是V形极性分子，常温下h2o为液态，熔、沸点比h2s 高。在水分子中，氢原子与非金属性很强的氧原子形成共价键时，由于氧的电负性比氢大得 多，所以它们的共用电子对就强烈地偏向氧原子，而使氢原子核几乎“裸露”出来。这样带 正电的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子的孤电子对发生一定程度的轨道重叠作用， 使水分子之间作用力增强，这种分子间的作用力就是氢键，比范德华力大。硫化氢分子不能 形成氢键，故水的熔、沸点比硫化氢的高。2 .氢键的概念及表示方法氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另 一分子中电负性很大的原子之间的作用力。氢键的通式可用AH-B表示。式中A和B 表示F、O、N，“一”表示共价键，”表示氢键。3. 氢键的形成条件有哪些？答案(1)要有一个与电负性很强的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。(2) 要有一个电负性很强，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。(3) X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含NH、HO、HF键 的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。4. 氢键的特征是什么？答案(1)饱和性在形成氢键时，由于氢原子半径比X、Y原子半径小得多，当氢原子与一个Y原子形成氢键 XH-Y后，氢原子周围的空间已被占据，X、Y原子的电子云的排斥作用将阻碍一个Y原 子与氢原子靠近成键，也就是说氢原子只能与一个Y原子形成氢键，即氢键具有饱和性。(2) 方向性XH与Y形成分子间氢键时，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定，所以氢键Hq分子间或铤示意图还具有方向性（如下图）。F F（HFjn n=2.3AHF命子祠氤健示意图5. 氢键的类型氢键不是化学键，仅为一种分子间作用力，氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在的氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键（如下图）。分子内纵锥邻羟基苯甲醛 爆点* ar 沸点+ !%,： VIIcz/H 分子间富捶对粒基苯甲醇 燃点：list 沸点；空代-归纳总皓-（2）在氢键AHB中，氢键的键能的大小与A、B的电负性大小有关，电负性越大，则键能越大，氢键越强。氢键的键能还与A、B原子的半径大小有关，尤其是与B原子的半径大 小有关，半径越小，则键能越大，氢键越强。活学活用1.A.下列关于范德华力与氢键的叙述中正确的是（）任何物质中都存在范德华力，而氢键只存在于含有N、O、F的物质中B.范德华力比氢键的作用还要弱C.范德华力与氢键共同决定物质的物理性质D.范德华力与氢键的强弱都只与相对分子质量有关答案B解析 只有由分子组成的物质中才存在范德华力，A项错误；范德华力弱于氢键，B项正确;只有由分子组成且分子之间存在氢键的物质，其物理性质才由范德华力和氢键共同决定，C项错误；氢键的强弱主要与形成氢键的原子的电负性有关，D项错误。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。0HOH nII I IHCCH ON|VOH 0IIII /HCCHo NIII、答案解析依据氢键的表示方法及形成条件画出。二、氢键对物质性质的影响1. 试比较下列物质的熔、沸点。(1) H2O、H2S、H2Se、H2TeHO-CHO、CH(2) 顼.答案(1)H2OH2TeH2SeH2SHO(2) L2. 为什么NH3极易溶于水？答案 由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以NH3极易溶于水。即:11HII、H() 、H-flN3. 为什么冰浮在水面上？答案由于水分子之间存在氢键，水凝结为冰时，体积变大，密度变小；冰融化为水时，体 积减小，密度变大。4. 为什么测定接近沸点的水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O计算出来的大？答案 因在接近沸点时，水分子通过氢键形成“缔合”分子，所以水蒸气的相对分子质量比 用化学式H2O计算出来的大。归纳总结(1) 氢键影响物质的熔、沸点分子间存在氢键时，使物质具有较高的熔、沸点。分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点。（2）氢键影响物质的溶解度（3）氢键的存在引起密度的变化N活学活用3. 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（11 ）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答案D解析HF分子间存在氢键A-HB，使氟化氢分子间作用力增大，所以氟化氢的沸点较高， A正确；邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键，所以邻羟基 苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低，B正确；氨水中氨分子之间、水分子之间 以及氨分子与水分子之间都存在氢键，C正确；氢键具有一定的方向性，但不是一定在一条直线上，如，故D错误。易错提醒 形成氢键A-HB的三个原子不一定在一条直线上；分子内氢键使物质的熔、 沸点降低，而分子间氢键使物质的熔、沸点升高。4. 下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第WA、VA、WA、WA族元素的气态氢化物的 沸点，其中表示第WA族元素气态氢化物的沸点的是曲线；表示第WA族元素气态 氢化物的沸点的是曲线；同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依 次升高，其原因是。A. B.C曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点， 其原因是，如果把这些氢化物分 子间存在的主要影响沸点的相互作用表示为 AHB，则A元素一般具有的特点是答案A D组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点升高H2O、HF、 NH3分子间存在氢键电负性大，原子半径小解析 WA、VA、WA、WA族第二周期元素的气态氢化物沸点最高的是水，最低的是甲烷； 由图可知，A、B、C、D曲线中表示WA族元素气态氢化物沸点的是曲线A ；表示WA族元 素气态氢化物沸点的是曲线D。同一族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中分子间的范 德华力依次增大，所以沸点依次升高。A、B、C曲线中第二周期元素的气态氢化物中都存在 氢键，所以它们的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点。学习小结范德华力、氢键及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 的一种相互作用力已经与电负性很大的原子 形成共价键的氢原子与另 一个分子中电负性很大的 原子之间的作用力原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用微粒分子或原子（稀有气体）氢原子、电负性很大的原子原子强度比较共价键氢键范德华力影响随着分子极性的增大对于 AH-B，A、B成键原子半径越小，强度的因素而增大；组成和结构相似的物 质，相对分子质量越大， 范德华力越大的电负性越大，B原子的半 径越小，作用力越大键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响 影响物质的熔点、沸 点、溶解度等物理性质； 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 F Cl Br I，2 Jn? *且2 *2， CF4CCl4H2S，HFHCl， nh3ph3 影响分子的稳定性； 共价键的键能越大，分子稳定性越强达标检测当堂楼删吼固反馈1. 下列说法中不正确的是（）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，氢键比范德华力强答案A解析 并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键，氢键只形成于电负性强的元素（如N、O、F）与氢形成的氢化物的分子之间。氢键不是化学键，是介于范德华力和化学键之间的特殊作 用力，本质上也是一种静电作用。2. 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（ch3och3）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大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原 子之间的作用力，它只影响物质的物理性质，故只有D与氢键无关。3. 下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是（）HOCHOA. NH3B.C. H2OD. C2H5OH答案B解析 形成氢键的分子含有NH、HO或HF键。NH3、H2O、CH3CH2OH都能形成氢HU 久 C1K)YY键但只存在于分子间。B中的O、H间可形成分子间氢键，OH键与.形成分子内氢键。4. 下列几种氢键：OH-O,NH-N,FH-F，OH-N,按氢键从强到弱 的顺序排列正确的是()A的B .迤 C &D .海 答案A解析F、O、N电负性依次降低，FH、OH、NH键的极性依次降低，故FH-F中氢键最强，其次为OH-O再次是OH-N，最弱的为NHN。5. 试用有关知识解释下列现象：(1) 有机物大多难溶于水，而乙醇、乙酸可与水互溶：。(2) 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：。(3) 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：。(4) 水在常温下，其组成化学式可用(H2O)汤表示：。答案(1)乙醇分子中的醇羟基、乙酸分子中的羧羟基均可与水形成分子间氢键，相互结合成 缔合分子，故表现为互溶(2) 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(3) 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(4) 常温下，液态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 个分子形式存在解析(1)乙醇(C2H5OH)分子中的醇羟基、乙酸(：L NI 11II hn答案B-11-111 O-H解析 从氢键的成键原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形， 易于提供孤电子对，所以以B方式结合空间阻碍最小，结构最稳定；从事实上讲，依据 NH3-H2ONH+ + OH -可知答案是 B。2. 下列物质中含有氢键，且氢键最强的是()A. 甲醇 B. NH3 C.冰 D. (HF)”答案D解析 氢键可表示为XHY(X、Y可相同也可不同，一般为N、O、F),当X、Y原子 半径越小、电负性越大时，在分子间H与Y产生的静电吸弓作用越强，形成的氢键越牢固。3. 在硼酸B（OH）3分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是（）A. sp，范德华力B. sp2，范德华力C. sp2，氢键D. sp3，氢键答案C解析B原子最外层的3个电子都参与成键，故B原子可以形成sp2杂化轨道；b（oh）3分子 中的一OH可以与相邻分子中的H原子形成氢键。故选C。题组二分子间作用力对物质性质的影响4. 下列事实与氢键没有关系的是（）A. H2O比H2S更难分解B. HF的熔、沸点高于HClC. 酒精可以和水以任意比例互溶D. 邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛答案 A解析 溶质与水分子间形成氢键会促进溶解，分子间形成氢键会导致物质的熔、沸点升高， 分子内形成氢键则会导致物质的熔、沸点降低。氢化物的稳定性与分子内的共价键的键能有 关，与氢键无关。常见的氢化物分子间存在氢键的有HF、H2O、NH3。酒精分子中OH极 性强，能与水形成氢键。邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛易形成分子间氢 键。5. 下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是（）A. F Cl Br I . 22 2 *2B.CF 4CCl4CBr4CI4C. HFHClHBrHID. CH4SiH4GeH4SnH4答案 D解析 物质的熔、沸点高低由分子间作用力大小决定，分子间作用力越大，熔、沸点越高， 反之越低。A中卤素单质随相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增大，熔、沸点升高， 故A错误；同理B错误；C中虽然四种物质的相对分子质量增大，但是，在HF分子中存在 氢键，故HF的熔、沸点是最高的。6. 下列叙述正确的是（）A. 由于氢键的存在，使水凝结为冰时密度减小，体积增大B. 由于氢键的存在，导致某些物质的气化热、升华热减小C. 氢键能存在于固态、液态甚至于气态中D. 氢键能随时断裂、随时形成答案A解析 氢键是比范德华力强而比化学键弱的一种分子间作用力，水分子间形成氢键使水结成 冰，水的密度减小，体积增大。7. 共价键、离子键和范德华力是构成物质时粒子间的不同作用力。下列物质中，只含有上述 一种作用力的是（）A. 干冰B.氯化钠C.氢氧化钠D.碘答案 B解析 A中，干冰由CO2分子构成，故存在分子间作用力，CO2分子内部存在极性键；B中， 氯化钠由Na +和Cl-构成，只存在离子键；C中，氢氧化钠由Na +和OH一构成，故存在离子 键，OH-内存在极性键；D中，碘是由分子构成，故存在分子间作用力，弓分子内部存在 非极性键。8. 下列说法中错误的是（）A卤化氢中，HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键B. H2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关C. 氨水中含有分子间氢键D. 氢键XH-Y的三个原子总在一条直线上答案 D解析 因氟化氢分子之间存在氢键，所以HF是卤化氢中沸点最高的；氨水中除NH3分子之 间存在氢键，NH3与H2O , H2O与H2O之间都存在氢键，C正确；氢键中的XH-Y三原 子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线 上，故D错。9. 下列说法不正确的是（）A. 分子间作用力是分子间相互作用力的总称B. 分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度等也有影响C. 范德华力与氢键可同时存在于分子之间D. 氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中答案D解析 分子间存在多种相互作用力，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。10. 比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是()A. 乙醇与氯乙烷B. 邻羟基苯甲酸8既与对羟基苯甲酸i HOOlOoU )o o Ik ll, urc-Hc.对羟基苯甲醛I与邻羟基苯甲醛 、./D. H2O 与 H2Te答案B解析 氢键分为两类：存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子 内氢键。同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的 熔、沸点。如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醛等容易形成分子内氢键，沸点较低；而对羟基苯 甲酸、对羟基苯甲醛则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以B选项正确；对于A选项，由 于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5 C)高于氯乙烷的沸点 (12.3 C)；同样道理，D选项中，H2O的沸点(100。)高于H2Te的沸点。能力提升11. 氧是地壳中含量最多的元素。(1) 氧元素基态原子核外未成对电子数为。(2) H2O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Oil1 1 高，原因是的沸点比H+可与H2O形成H3O+, H3O+中O原子采取 杂化。H3O+中HOH键角比H2O中HOH键角大，原因为答案(1)2 (2)O-H键、氢键、范德华力 邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，而对羟基苯甲 醛形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大(3)sp3 H2O中O原子有2对孤电子 对，H3O4中O原子只有1对孤电子对，排斥力较小解析(1)氧元素核外有8个电子，其基态原子核外电子排布为1S22S22P4，所以氧元素基态原 子核外未成对电子数为2。(2)O-H键属于共价键，强度最大，分子间的范德华力和氢键均 属于分子间作用力的范畴，但氢键要强于分子间的范德华力，所以它们从强到弱的顺序依次 为O-H键、氢键、范德华力；氢键不仅存在于分子之间，有时也存在于分子内，邻羟基苯 甲醛在分子内形成氢键，而在分子之间不存在氢键，对羟基苯甲醛正好相反，只能在分子间 形成氢键，而在分子内不能形成氢键，所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。(3)依 据价层电子对互斥理论知Hq +中O上的孤电子对数二 2x(5-3X1) = 1，由于H3O +的中心 原子O的价层电子对数为3 + 1=4，所以H3O +的VSEPR模型为四面体，因此H3O +中O原 子采取的是sp3杂化；同理可以计算出H2O中O原子上的孤电子对数= JX(6-2X1) = 2,因 此排斥力较大，水分子中H-O-H键角较小。12. X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的 L层电子数是K层的两倍，Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Q的核电荷数是X与Z 的核电荷数之和，E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：(1) X、Y的元素符号依次为、。(2) XZ2与YZ2分子的立体构型分别是和，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是(写分子式)，理由是。Q的元素符号是，它属于第 周期，它的核外电子排布式为，在形成化合物时它的最高化合价为。(4)用氢键表示式写出E的氢化物溶液中存在的所有氢键：。答案(1)S C(2) V形 直线形so2因为co2是非极性分子，so2和h2o都是极性分子，so2在h2o中 的溶解度较大(3) Cr 四 1s22s22p63s23p63d54s1 +6 价(4) FH“F、FH-O、OH-F、OH-O解析 由“X原子核外的M层中只有两对成对电子”则X为硫元素。“ Y原子核外的L层 电子数是K层的两倍”则Y为碳元素。“Z是地壳内含量最高的元素”则Z为氧元素。“Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和”则Q为铬元素，其元素符号为Cr，位于元素周期表 的第四周期，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54si ,在形成化合物时其最高化合价为+6价。“E在元素周期表的各元素中电负性最大”即E为氟F)元素，在E的氢化物(HF)溶液 中存在的所有氢键为FHO、OHF、OHO、FHF。XZ2与YZ2分别为SO2和 CO2分子，其立体构型分别为V形(角形)和直线形，在相同条件下二者在水中溶解度较大的 是SO2，原因是CO2是非极性分子，SO2和h2o都是极性分子，SO2在h2o中溶解度较大。13. (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”。可燃冰cn水合物参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/kJ-mol-1CH40.43616.40CO20.51229.91 “可燃冰”中分子间存在的两种作用力是。 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)氢键、范德华力CO2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)“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是分子间作用力和氢键。根据表格数据 可知，笼状空腔的直径是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，是因为H2O与CH3CH2OH之间可以形成分子间氢键。14. 现有A、B两有机物，结构简式如下所示，A 蹑旧 OznYAoH，A可通过分子内氢键形成一个六元环，而B只能通过分子间氢键缔合。D/N(1)若用“”表示硝基、用“”表示氢键，画出A分子形成分子内氢键时的结构:(2) A、B分别溶于水，的溶解度稍大些。(选填“A”或“B”，下同)(3) 工业上用水蒸气蒸馏法分离A、B的混合物，则首先被蒸出的成分是。HI ：II答案(1) (2)B (3)A15. 水是自然界中普遍存在的一种物质，也是维持生命活动所必需的一种物质。信息一：水的性质存在许多反常现象，如固态密度小于液态密度使冰浮在水面上，沸点相对 较高使水在常温常压下呈液态等。信息二：在20 C、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”(如图)：试根据以上信息回答下列问题：(1) s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为笔，p轨道以“头碰头”方式重叠形成 的共价键可用符号表示为5pp，则H2O分子中含有的共价键用符号表示为。(2) 下列物质熔化时，所克服的微粒间的作用与“热冰”熔化时所克服的作用类型完全相同的 是(填字母)。A.金刚石B.干冰C. 食盐D.固态氨已知：2H2OH3O+OH-，H3O+的立体构型是，在 OH-、H2O、H3O+.