【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(biāo)1.了解范德華力的實(shí)質(zhì)及對(duì)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(huì)氫鍵的表示方法，會(huì)分析氫鍵對(duì)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(jì)算機(jī)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(xì)毛與墻體之間的范德華力。圖2-24壁虎細(xì)毛結(jié)構(gòu)的仿生膠帶

科學(xué)?技術(shù)?社會(huì)——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(shí)，水會(huì)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(jià)鍵被破壞。冰融化\水沸騰的溫度遠(yuǎn)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(jiǎng)。2.

本質(zhì)：分子間的一種靜電作用3.特點(diǎn)：(1)廣泛存在于分子之間(2)只有分子充分接近時(shí)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(jí)(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(jià)化合物(原子間以共價(jià)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(jī)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(jià)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(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大(2)相對(duì)分子質(zhì)量相同或相近時(shí)，分子的極性越大，范德華力越大分子相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高分子相對(duì)分子質(zhì)量分子的極性熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃N228非極性-210.00-195.81CO28極性-205.05-191.49結(jié)論：相對(duì)分子質(zhì)量相同或相近時(shí)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高單質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃F238-219.6-188.1Cl271-101-34.6Br2160-7.258.78I2254113.5184.4單質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量沸點(diǎn)/℃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(diǎn)就越低，如沸點(diǎn)：正戊烷>異戊烷>新戊烷。6.范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響：（1）范德華力對(duì)物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)的影響——范德華力越大、熔沸點(diǎn)越高。①組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，物質(zhì)熔、沸點(diǎn)越高②相對(duì)分子質(zhì)量相同或相近時(shí)，分子的極性越大，物質(zhì)熔、沸點(diǎn)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(diǎn)就越低（2）范德華力對(duì)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(gè)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(shí)，分子才能順利克服范德華力，實(shí)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(diǎn)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(diǎn)）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(diǎn)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(gè)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(xì)的由角蛋白構(gòu)成的納米級(jí)尺寸的毛。壁虎的足有多大吸力？實(shí)驗(yàn)證明，如果在一個(gè)分幣的面積上布滿100萬條壁虎足的細(xì)毛，可以吊起20kg重的物體。近年來，有人用計(jì)算機(jī)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(xì)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(gè)能飛檐走壁、過高樓如履平地的蜘蛛俠，現(xiàn)實(shí)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(xì)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(diǎn)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(xì)毛與天花板之間存在范德華力。C低分子間作用力共價(jià)鍵對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸點(diǎn)/℃周期一些氫化物的沸點(diǎn)固態(tài)非金屬元素的氫化物，熔沸點(diǎn)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(diǎn)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—?dú)滏I．注意：并不是有氫就能形成氫鍵，必須是已經(jīng)與電負(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性很大的原子之間才能形成氫鍵。H—O鍵極性很強(qiáng)無內(nèi)層電子，幾乎成為“裸露”的質(zhì)子電負(fù)性大，半徑小氫鍵OHHOHHδ＋δ＋δ－δ－…半徑小，含孤對(duì)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(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的氫原子（如水分子中的氫）與另一個(gè)電負(fù)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(duì)強(qiáng)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(gè)水分子中相對(duì)顯負(fù)電性的O的孤電子對(duì)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(fù)性很大的原子X相連(以共價(jià)鍵結(jié)合)的氫原子；(2)要有電負(fù)性很大且含有孤電子對(duì)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(duì)電子、電負(fù)性較小、吸引電子能力較弱，一般不形成氫鍵。)3.形成條件點(diǎn)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(jī)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(jià)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(diǎn)：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(gè)裸露的氫原子核只能形成一個(gè)氫鍵每個(gè)孤電子對(duì)也只能形成一個(gè)氫鍵。A—H與B形成分子間氫鍵時(shí)，3個(gè)原子總是盡可能沿直線分布，使A，B盡量遠(yuǎn)離，這樣電子云排斥作用最小，體系能量最低，氫鍵最強(qiáng)，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(dāng)H與一個(gè)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(gè)B原子與H靠近成鍵，即H只能與一個(gè)B形成氫鍵，氫鍵具有飽和性。H的體積小，1個(gè)H只能形成1個(gè)氫鍵7.氫鍵強(qiáng)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(qiáng)弱：與X和Y原子的電負(fù)性(吸引電子能力)及半徑大小有關(guān)：電負(fù)性大，半徑小，則氫鍵強(qiáng)。F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N類型強(qiáng)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(jià)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(dāng)苯酚在鄰位上有—CHO、—COOH、—NO2和—OH時(shí)，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(duì)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(tuán)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(huì)削弱分子間氫鍵形成.(1)對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響(2)對(duì)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(duì)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(duì)苯二甲酸的電離平衡常數(shù)Ka1大補(bǔ)充：氫鍵對(duì)物質(zhì)電離性質(zhì)(化性)的影響

9.氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(3)對(duì)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(diǎn)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(diǎn)-7℃)OHCHO對(duì)羥基苯甲醛(熔點(diǎn)115℃)OHCHO9.氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(1)氫鍵對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響：分子內(nèi)氫鍵使物質(zhì)熔、沸點(diǎn)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(huì)削弱分子間氫鍵形成，故一般熔沸點(diǎn)較低。9.氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(1)氫鍵對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響：分子間氫鍵使物質(zhì)熔、沸點(diǎn)升高：分子間存在氫鍵時(shí)，大大地加強(qiáng)了分子間的結(jié)合力，物質(zhì)在熔化或汽化時(shí)，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(diǎn)。這種反?，F(xiàn)象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵。

3.對(duì)于同一主族非金屬元素的氫化物而言，從上到下，相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增大，熔沸點(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量相當(dāng)?shù)臒N(無氫鍵)熔沸點(diǎn)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(diǎn)高沸點(diǎn)H2O、HF、NH3沸點(diǎn)依次降低的原因：物質(zhì)的沸點(diǎn)與氫鍵的強(qiáng)弱和數(shù)目有關(guān):單個(gè)氫鍵的鍵能是(HF)n＞H2O＞(NH3)n，而平均每個(gè)分子含氫鍵數(shù)：水中2個(gè)，(HF)n和(NH3)n只有1個(gè)，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是(H2O)nX2＞(HF)n＞(NH3)n因此：沸點(diǎn)H2O>HF>NH3注意:標(biāo)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(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：(2)氫鍵對(duì)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(fù)性C2.5H2.1O3.5

低級(jí)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(diǎn)比同主族元素氫化物的熔、沸點(diǎn)反常的高。(2)實(shí)驗(yàn)證明：接近水的沸點(diǎn)的水蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定值比按化學(xué)式H2O計(jì)算出來的相對(duì)分子質(zhì)量大一些。(3)水結(jié)冰時(shí)，體積增大，密度減小。10.氫鍵對(duì)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(diǎn)的水蒸氣中存在相當(dāng)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(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃ρ(0℃)ρ(4℃)ρ(20℃)ρ(100℃)0.00100.000.9998411.0000000.9982030.958354在水蒸氣中，水以單個(gè)的H2O分子形式存在；無氫鍵。在液態(tài)水中，經(jīng)常是幾個(gè)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(shí)水的密度最大的原因在冰的晶體中，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)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(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)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(dāng)大的空隙。密度比液態(tài)水小。所以當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時(shí)。熱運(yùn)動(dòng)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(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離增大，密度漸漸減小。冰中一個(gè)水分子周圍有4個(gè)水分子冰的結(jié)構(gòu)冰融化，分子間空隙減小水的熔點(diǎn)(℃)水的沸點(diǎn)(℃)水在0℃時(shí)密度(g/ml)水在4℃時(shí)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(shí)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(shí)散熱，冰融時(shí)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(shí)最大？水的這一特殊性對(duì)生命的存在有什么重要意義？氫鍵的意義和價(jià)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(qǐng)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(huì)使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)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(diǎn)較高,是因?yàn)镠—F鍵的鍵能很大。(

)4.每個(gè)水分子內(nèi)含有兩個(gè)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(diǎn)和沸點(diǎn)升高()7.HF的穩(wěn)定性很強(qiáng),是因?yàn)槠浞肿娱g能形成氫鍵()8.鄰羥基苯甲醛的熔點(diǎn)比對(duì)羥基苯甲醛的熔點(diǎn)高()判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)×××√××××對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練氫鍵與熔沸點(diǎn)形成分子間氫鍵會(huì)使物質(zhì)熔沸點(diǎn)增大，形成分子內(nèi)氫鍵會(huì)使物質(zhì)熔沸點(diǎn)降低同為分子晶體，×××存在氫鍵