高中化学-24-分子间作用力与物质性质课件-鲁科版选修3.ppt

1、一二一、范德华力与物质性质1.范德华力(van der Waals force)是分子之间普遍存在的一种相互作用力,它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多,化学键的键能一般为100600 kJmol-1,而范德华力的作用能一般只有220 kJmol-1。一二2.范德华力对物质性质的影响(1)分子间作用力比化学键弱得多,它主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质,而化学键主要影响物质的化学性质。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

2、。事实表明,范德华力越强,物质的熔点、沸点越高。一般来说,结构和组成相似的物质,随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐增强。(2)分子间作用力的范围很小,即分子充分接近(如固体和液体)时才有相互间的作用力,可见,分子间作用力是一种短程作用力。克服范德华力所需的能量不足以破坏化学键。例如,干冰的状态发生改变时,仅仅是二氧化碳分子之间的作用力改变了,其内部的碳氧共价键依然不变。一二二、氢键与物质性质1.氢键在水分子中,氢原子以共价键与氧原子结合。氧元素的电负性很强,氧原子强烈吸引共用电子对使之偏向自己,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,就好像使氢原子核“裸露”出来一样。当一个水分

3、子中的这种氢原子和另一个分子中的氧原子接近时,原子核“裸露”的氢原子允许带有部分负电荷的氧原子充分接近它,并产生静电相互作用和一定程度的轨道重叠作用,这种作用就是氢键。通常用XHY表示氢键,其中XH表示氢原子和X原子以共价键相结合。氢键的键长是指X和Y间的距离,氢键的键能是指XHY分解为XH和Y所需要的能量。一二(1)氢键不是化学键,属分子间作用力的范畴。除NH3、H2O、HF外,与它们同主族的元素的其他气态氢化物的沸点仍遵循相对分子质量增大,范德华力增大的规律。(2)H2O、HF、NH3的分子之间既存在范德华力,又存在氢键。因此,冰融化或水汽化不仅要破坏范德华力,还必须提供额外的能量破坏分子

4、间氢键。2.氢键形成的条件在用XHY表示的氢键中,氢原子位于其间是氢键形成的最重要的条件。同时,氢原子两边的X原子和Y原子所属元素具有很强的电负性、很小的原子半径是氢键形成的另一个条件。或者说X原子和Y原子具有强烈吸引电子的作用,氢键才能形成。这类原子应该是位于元素周期表的右上角元素的原子,主要是氮原子、氧原子和氟原子。一二3.氢键对物质性质的影响(1)影响因素: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。如NH3极易溶解于水,主要是

5、由于氨分子和水分子之间形成了氢键,彼此互相缔合,因而加大溶解。冰的硬度比一般固体共价化合物的硬度大,就是因为冰中有氢键的缘故。氢键的存在使物质的溶解性增大。(2)原因:分子间存在着氢键时,破坏分子间的氢键,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。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究一 范德华力与物质性质 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测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、沸点越高。2.I2单质中存在几种作用力?当I2发生三态变化时破坏的

6、是什么作用力?提示：I2单质中I2分子内有II共价键,I2分子间有范德华力。当I2发生三态变化时,由于I2分子间的范德华力比II共价键弱得多,因此克服范德华力所需的能量不足以破坏II共价键,仅仅是克服了I2分子之间的作用力,II共价键依然不变。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测范德华力(1)影响范德华力的因素。主要包括相对分子质量的大小、分子的空间构型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。(2)范德华力对物质性质的影响。对物质熔点、沸点的影响。一般说来,分子间作用力越大,物质的熔点、沸点越高。具体如下:探究一探究二问题引导名师

7、精讲即时检测a.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,物质的熔点、沸点通常越高。如熔点、沸点:F2Cl2Br2I2;CF4CCl4CBr4CI4。b.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,物质的熔点、沸点通常越低。如熔点、沸点:新戊烷异戊烷正戊烷;对二甲苯间二甲苯邻二甲苯。c.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,物质的熔点、沸点通常越低。如熔点、沸点:N2CO。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测对物质溶解性的影响。如:在293 K、101 kPa时,氧气在100 g水中的溶解度比氮气在100 g水中的溶解度大,就是

8、因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大所导致的。注意:必须是由分子构成的物质内的分子之间才有分子间作用力:a.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。b.离子化合物中不存在分子间作用力。c.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。d.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。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题1】在下列几组气体中,试分析判断哪种气体更易液化。Cl2、N2SiH4、CH4SO2、

9、CO2邻二甲苯、对二甲苯甲烷、乙烷正丁烷、异丁烷解析：三组气体中的分子均为组成结构相似的分子,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Cl2、SiH4、乙烷。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。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。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,分子间的范德华

10、力减小,所以正丁烷分子更易液化。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测答案：Cl2SiH4SO2 邻二甲苯乙烷丁烷方法技巧一般来说,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。探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练1NCl3是一种淡黄色油状液体,已知其分子具有三角锥形结构,下列对NCl3的有关描述正确的是()A.它是一种非极性分子B.分子中存在非极性共价键C.它的沸点比

11、PCl3的低D.因NCl键的键能大,所以NCl3沸点高解析：NCl3分子具有三角锥形结构,结构不对称,它是由NCl极性键构成的极性分子。NCl3与PCl3组成、结构相似,因相对分子质量:NCl3HFNH3CH4,且水的沸点是100,因此,由上至下4条折线分别代表A、A、A、A族元素的氢化物的沸点变化。A族元素氢化物沸点由低到高的顺序是CH4SiH4GeH4SnH4(H2SeH2S。答案：(1)2(2)20(3)xzy水分子间存在氢键,故沸点最高,硒化氢比硫化氢相对分子质量大,分子间作用力大,故硒化氢沸点高探究一探究二即时检测1.下列说法中,正确的是()A.范德华力存在于所有分子之间B.范德华力

12、是影响所有物质物理性质的因素C.Cl2相对于其他气体来说,是易液化的气体,由此可以得出结论,范德华力属于一种强作用力D.范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用解析：随着分子间距的增加,范德华力迅速减弱,所以范德华力作用范围很小;范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质(如熔点、沸点以及溶解度等)的因素之一;在常见气体中,Cl2的相对分子质量较大,分子间范德华力较强,所以易液化,但其作用相对于化学键,仍属于弱作用力。只有D选项正确。答案：D探究一探究二即时检测2.当干冰变为气态二氧化碳时,下列所述各项中发生变化的是()A.分子空间构型B.范德华力C.分子内共价键D.化学性质解析：干

13、冰变为气态二氧化碳只是分子间的距离变大,不影响分子内的化学键和空间构型及化学性质,变化的是范德华力。答案：B探究一探究二即时检测3.关于氢键,下列说法正确的是()A.每一个水分子内含有两个氢键B.冰、水和水蒸气中都存在氢键C.DNA中的碱基互补配对是通过氢键来实现的D.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于氢键所致解析：氢键存在于水分子之间而不存在于水分子之内,故A项错误;气态的水分子之间距离较大,一般认为不存在氢键,故B项错误;水分子的稳定性是由OH共价键的键能决定的,与分子间作用力没关系,故D项错误。答案：C探究一探究二即时检测4.下列说法不正确的是()A.分子间作用力是分子间多种相互作用

14、的总称B.分子间氢键的形成除使物质的熔点、沸点升高,对物质的溶解度、硬度等也都有影响C.范德华力与氢键可同时存在于分子之间D.氢键是一种特殊化学键,它广泛地存在于自然界中解析：氢键不是化学键,化学键是分子内相邻的原子间强烈的相互作用,而氢键是比范德华力稍强的作用力,化学键与氢键不是包含与被包含的关系。答案：D探究一探究二即时检测5.(1)氨气溶于水时,大部分NH3与H2O以氢键(用“”表示)结合形成NH3H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3H2O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。探究一探究二即时检测答案：(1)B(2)FHF、FHO、OHF、OHO