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第二章 分子结构与性质
第3节 分子结构和物质的性质
第2课时 分子间的作用力
下雪不冷，化雪冷；水变成水蒸气(100℃)；3000℃时，水会分解生成氢气和氧气。这说明了什么？
2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)
H2O(s)=H2O(l)
H2O(l)=H2O(g)
冰融化\水沸腾发生的是物理变化，水的分解发生的是化学变化。
冰融化\水沸腾和分解都需要吸收能量用于破坏微粒间的作用力。
冰融化\水沸腾破坏的是分子间的某种作用力，而水的分解是分子内H—O共价键被破坏。
冰融化\水沸腾的温度远比水分解的温度低，说明这种分子间作用力很弱。比化学键的键能小。
H>0
H>0
范德华（van der Waals）是最早研究分子间普遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。
任务一 范德华力及其对物质性质的影响
1.范德华力
概念：
范德华(1837-1923)：荷兰物理学家，最早研究分子间普遍存在作用力。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。
本质：
分子间的一种静电作用
特点：
①广泛存在于分子之间
②只有分子充分接近时才能体现
③范德华力一般没有方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，总是尽可能多的吸引其他分子。
④范德华力很弱，比化学键的键能小1~2数量级(通常小10-100倍)大约只有几到几十 KJ·mol-1
微粒间作用力 能量kJ·mol -1
化学键 100 - 600
范德华力 2 - 20
任务一 范德华力及其对物质性质的影响
1.范德华力
存在：
①大多数共价化合物(原子间以共价键相互连接,按一定结合方式形成分子)分子之间有分子间作用力,例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各种有机化合物等。
②大多数非金属单质：例如：H2、P4、S8、C60等。
③各种稀有气体(单原子分子)：例如Ar、Kr等。
注意：离子化合物和金属单质不存在分子间作用力；金刚石(C)、单质硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等原子晶体，内部只有共价键，不存在分子；石墨层与层之间存在分子间作用力。
化学键
分子间作用力
分子间作用力
化学键
分子间作用力
任务一 范德华力及其对物质性质的影响
1.范德华力
影响因素：

分子 Ar CO HI HBr HCl
相对分子质量 40 28 129 81 36.5
范德华力 （kJ/mol） 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
组成结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。
相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。
任务一 范德华力及其对物质性质的影响
2.范德华力对物质熔沸点的影响
结论：结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高
分子 相对分子质量 分子的极性 熔点/℃ 沸点/℃
N2 28 非极性 -210.00 -195.81
CO 28 极性 -205.05 -191.49
结论：相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高
单质 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃
F2 38 -219.6 -188.1
Cl2 71 -101 -34.6
Br2 160 -7.2 58.78
I2 254 113.5 184.4
单质 相对分子质量 沸点/℃
正戊烷 72 36.1
异戊烷 72 28
新戊烷 72 10
结论：在同分异构体中，一般来说，支链数越多、越分散,分子间范德华力越弱，熔、沸点就越低。
任务一 范德华力及其对物质性质的影响
问题：对于同一主族非金属元素氢化物而言，从上到下，相对分子质量逐渐增大，范德华力逐渐增大，熔沸点逐渐升高。而HF、H2O、NH3却出现反常，为什么？
在HF、H2O、NH3分子间还存在除范德华力之外的其他作用。
这种作用力就是氢键。
-150
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0
25
50
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100
2
3
4
5
×
×
×
×
CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸点/℃
周期
一些氢化物的沸点
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（N、O、F）形成共价键的氢原子，与另一电负性很大的原子（N、O、F）之间的作用力。
任务二 氢键及其对物质性质的影响
概念：
本质：
分子间的一种静电作用
特点：
①氢键不属于化学键：化学键>氢键>范德华力。
②分子有氢键就一定有范德华力，有范德华力不一定有氢键。
③与氢原子形成氢键时，电负性越大，氢键越强。
④分子间氢键会使物质熔、沸点大大增加。
⑤氢键具有一定的方向性和饱和性。
1.氢键
任务二 氢键及其对物质性质的影响
饱和性：每一个X—H只能与一个Y原子形成氢键，原因是H原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到X、Y原子电子云的排斥。
方向性：X—H···Y—三个原子一般在同一方向上。原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系最稳定。
1.氢键
1.氢键
任务二 氢键及其对物质性质的影响
形成原理：
无内层电子，几乎成为“裸露”的质子
电负性大，半径小
氢键
δ＋
δ＋
δ－
δ－
O
H
H
…
表示方法：
O— H … O —
N— H … N —
F— H … F —
X— H … Y —
“ … ”表示氢键，“—”表示共价键
O
H
H
课堂练习
问题：为什么冰的密度比液态水小，在4℃时水的密度最大？
冰中一个水分子
周围有4个水分子
冰的结构
冰融化，分子间空隙减小
冰晶体中，每个水分子周围有4个紧邻的水分子。氢键(具有方向性)的存在使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。所以冰的密度比液态水小。
当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离增大，密度渐渐减小。
2.氢键对物质密度的影响
任务二 氢键及其对物质性质的影响
3.氢键对物质熔沸点的影响
分子间存在氢键时，大大地加强了分子间的结合力，物质在熔化或汽化时，除需破坏范德华力外，还需破坏分子间氢键，消耗更多的能量，所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔、沸点。
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CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸点/℃
周期
一些氢化物的沸点
沸点H2O、HF、NH3沸点依次降低的原因：
H2O、HF、NH3沸点反常高的原因：
物质的沸点与氢键的强弱和数目有关:单个氢键的键能是(HF)n＞H2O＞(NH3)n，平均每个分子含氢键数：水中2个，(HF)n和(NH3)n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是(H2O)nX2＞(HF)n＞(NH3)n
任务二 氢键及其对物质性质的影响
种类：
②分子内氢键(不属于分子间作用力)
① 分子间氢键(属于分子间作用力)
邻羟基苯甲醛
对羟基苯甲醛
沸点：分子间氢键>分子内氢键
分子内氢键可以使分子更稳定。且分子内氢键会削弱分子间氢键形成，故一般熔沸点较低。
熔点115 ℃
沸点246.6℃
熔点2 ℃
沸点196.5℃
3.氢键对物质熔沸点的影响
任务二 氢键及其对物质性质的影响
4.生物大分子中的氢键
生命体中许多大分子内也存在氢键，而且对生命物质的高级结构和生物活性具有重要的意义。例如，氢键是蛋白质具有生物活性的高级结构的重要原因，DNA双螺旋的两个螺旋链也是通过氢键相互结合的。
任务三 物质溶解性的影响因素
碘单质参与发生反应 ，I2 在与I-反应生产I3- ，溶解度增大。
加入 CCl4
加入 KI 溶液
振荡
振荡
I2 + I－I3－
实验结论：
I2 (非极性)在 CCl4 (非极性)中溶解性比在水(极性)中好。
I2 溶于水中
溶液呈黄色
溶液分层，
下层溶液呈紫红色
溶液分层，
下层溶液紫红色变浅
实验：在一个小试管里放入一小粒碘晶体，加入约5 mL蒸馏水，观察碘在水中的溶解性；在碘水溶液中加入约1 ml CCl4，振荡试管，观察碘被CCl4萃取；再向试管里加入1 ml 浓碘化钾(KI）水溶液，振荡试管，观察溶液颜色变化。
实验现象：
任务三 物质溶解性的影响因素
1.“相似相溶”规律
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。
2.影响物质溶解性的因素
a.分子的结构
b.氢键 溶剂和溶质之间形成氢键，溶解度会增大。
c.发生化学反应
d.温度、压强
任务三 物质溶解性的影响因素
气体的溶解度（气体的压强为1.01×105 Pa，温度为293K，在100 g水中的溶解度）
水是极性溶剂，根据“相似相溶”，非极性溶质在水中的溶解度不大。
问题：CO2、Cl2是非极性分子，为什么在水中具有较好的溶解度？
如果溶质与水发生化学反应,可增大其溶解度。
问题：为什么红框里气体在水中的溶解度极小？
任务三 物质溶解性的影响因素
气体的溶解度（气体的压强为1.01×105 Pa，温度为293K，在100 g水中的溶解度）
SO2是极性分子，且SO2能与水反应。
NH3是极性分子，NH3和H2O发生反应，且NH3分子和H2O分子间能形成氢键。
问题：为什么SO2、NH3在水中有很大的溶解度？
任务三 物质溶解性的影响因素
补充：表面活性剂和细胞膜
表面活性剂在水中会形成亲水基团向外，疏水基团向内的胶束，由于油渍等污垢是疏水的，会被包裹在胶束内腔，在摩擦力的作用下油渍脱离，达到去污目的。
②什么是单分子膜？双分子膜？举例说明。
③为什么双分子膜以头向外而尾向内的方向排列？
表面活性剂分散在水表面形成一层疏水基团朝空气的单分子层。细胞和细胞膜是双分子膜，由大量两性分子组装而成。
细胞膜两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团 。
①简要回答表面活性剂的去污原理。

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