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(共113张PPT)
纪律是自由的第一条件
——黑格尔
所学过的气体中，什么气体易液化？
知识回顾
化学趣史
气体的液体始于18世纪
气体的液化
1799年
通过降温和压缩得到液氨和液态SO2
1823年
法拉第制得液态HCl、Cl2
1835年
蒂洛勒尔制得了液态和固态CO2
但H2、O2、N2、CO用尽当时一切手段(压强2 790大气压)，未将其液化。
历史上氢气、氦曾被称为永久气体！
气体为什么可以被液化？
范德华
1873年在博士论文《论液态与气态的连续性》，指出所有气体都存在着临界温度，这成为所有气体液化的理论指导。
1898年杜瓦液化了氢气
1908年昂尼斯[坐者]实现了氦气液化
回顾历史
昂尼斯在1908年制成了液态氦
液化了最后一种永久气体氦
之所以选择低温研究，是因为他对他的同胞范德华的研究感兴趣。。
他在1910年写道：我们一直把范德华的研究看成是实验取得成功的关键。
回顾历史
1913年获诺贝尔奖
气体为什么可以被液化？
范德华
分子间不但占有体积
分子相互间有作用力
A
B
Cl2
Cl2
回顾历史
分子间作用力
你知道壁虎为什么可以在墙壁上自由行走吗？
带上壁虎手套，你也可以飞檐走壁!
分子间作用力
范德华力 氢键
氢键
学习目标
分子间作用力
产生原因 类型 强弱
范德华力
影响因素 特征
形成条件 特征
1
2
3
分子间作用力
问题解决
水由气态变成固态
水由固态变成液态
分子间存在作用力
分子间作用力
1
提出依据
气体分子能够凝聚成相应的固体或液体
1
＋
－
问题探究
以HCl气体为例，说说气体间为何有作用力 作用力强弱如何
＋
－
＋
－
分子间作用力
1
提出依据
气体分子能够凝聚成相应的固体或液体
1
2
实质
较弱的静电作用
3
类型
范德华力和氢键
氯气分子内2个Cl原子间有强烈的作用，为何氯气的沸点很低？
范德华力
分子间作用力
问题探究
分子间作用力
1
提出依据
气体分子能够凝聚成相应的固体或液体
1
2
3
4
实质
较弱的静电作用
类型
范德华力和氢键
强弱
比化学键弱的多（几个kJ/mol到几十个kJ/mol ）比化学键的键能小1至2个数量级
是化学键的1/10到1/100
精美的摆盘+烟雾缭绕的干冰,是不是超有情趣
上菜的时候配着干冰，制造出仙气缭绕的气氛
三物质为何状态不同？
观察与思考
分子间作用力
1
提出依据
气体分子能够凝聚成相应的固体或液体
1
2
3
4
实质
较弱的静电作用
类型
范德华力和氢键
强弱
比化学键弱的多（几个到几十个kJ/mol ），比化学键的键能小1至2个数量级，
4
对物理性质影响
分子间作用力越大，物质的溶沸点越高
以下关于分子间作用力的叙述不正确的是
A．是一种较弱的化学键
B．分子间作用力较弱，破坏它所需能量较少
C．分子间作用力对物质的熔、沸点有影响
D．稀有气体原子间存在分子间作用力
请你试一试
范德华力
01
02
03
青年时代家境贫寒，无力入学读书。在工作之余，刻若钻研，自学成才。
学习
1910年，72岁范德华被授予诺贝尔物理学奖。
荣誉
分子间的吸引力被命名为范德华力。
成就
化学趣史
约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯
不好好学的，罚抄我的全名
范德华力
2
2.1 存在
①只存在于分子间
②只有分子充分接近时才有相互作用（300～500pm）
＋
－
思考﹒ 讨论
范德华力有何特征
＋
－
思考﹒ 讨论
范德华力有何特征
范德华力
2
2.2 特征
无饱和性
无方向性
熔
点
依
次
降
低
熔
点
依
次
递
增
知识回顾
观察与思考
范德华力与相对分子质量有可关系
结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大
0
-50
-100
-150
-200
-250
50
100
150
200
250
100
300
200
400
温度/℃
相对分子质量
500
×
×
×
CF4
CCl4
CBr4
CCl4
×
×
×
×
CF4
CBr4
CI4
沸点
熔点
四卤化碳的熔沸点与相对原子质量的关系
资料在线
范德华力
2
2.3 影响因素
① 组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大
一氧化碳分子间作用力更强
物质 熔点 沸点
N2 －209.86℃ －195.8℃
CO －199℃ －191.5℃
观察与思考
它们分子量相同
这是一氧化碳有极性
知识回顾
相对分子质量相同的N2和CO，为何CO的沸点较高？
＋
－
＋
－
＋
非极性键
非极性分子
知识回顾
相对分子质量相同的N2和CO，为何CO的沸点较高？
＋
－
＋
－
＋
非极性键
非极性分子
极性键
－
＋
极性分子
知识回顾
相对分子质量相同的N2和CO，为何CO的沸点较高？
＋
－
＋
－
＋
非极性键
非极性分子
极性键
＋
－
极性分子
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。
分子的极性
会影响范德华力
你学会了吗？
范德华力
2
① 组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大
2.3 影响因素
② 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
相对分子质量、极性相似的分子，分子的对称性越强，范德华力越弱，如正丁烷＞异丁烷
1．下列气体最难液化的是
A．H2 B．O2
C．N2 D．Cl2
2．碘的熔点和沸点较低，其原因是
A．碘的非金属性较弱
B．碘分子中I－I键能较小
C．碘晶体中分子间范德华力较弱
D．碘分子中I－I键长较长
牛刀小试
水的沸腾
100 ℃
3 000 ℃
水受热分解
产生氧气和氢气
范德华力与共价键的区别
分子 HCl HBr HI
范德华力/kJ·mol－1 21.14 23.11 26.00
键能/kJ·mol－1 432 366 298
范德华力很弱
思考﹒ 讨论
范德华力
2
2.4 与范德华力比较
作用微粒 作用力强弱 意 义
化学键
范德华力
相邻原子之间
强烈
影响物质的化学性质和物理性质
分子之间
微弱
影响物质的物理性质(熔、沸点及溶解度等)
问题探究
干冰
干冰晶体结构
1．碳氧原子间通过什么作用力结合在一起构成二氧化碳分子？
共价键
问题探究
干冰
干冰晶体结构
2．干冰中二氧化碳分子间通过什么作用力结合在一起？
分子间作用力
共价键
范德华力
观察与思考
1．干冰熔化时破坏什么作用力？
2．有没有破坏碳氧原子间共价键？
感受﹒ 理解
分子间作用力
液氮冷冻金鱼
氮氮叁键键能很大，为何氮气的沸点很低？
下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用力的是
A．食盐溶解
B．干冰升华
C．氯化铵受热分解
D．食盐熔化
考考你的智慧
判断物质在下列变化过程中，克服的微粒之间的作用力类型。
1. 碘升华
2. 氯化钠晶体熔化
3. 苯挥发
4. 电解水生成氢和氧
5. 碘化氢受热分解生成碘和氢
范德华力
范德华力
考考你自己
壁虎飞檐走壁
百年之谜
壁虎与范德华力
身边的化学
受壁虎脚启发 材料公司打造出超强墙贴
预测以下物质的沸点高低
① CH4 SiH4 GeH4
② H2O H2S H2Se H2Te
③ NH3 PH3 AsH3
④ HF HCl HCl HI
一些氢化物的沸点
-150
-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
75
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
氢键
H—F
问题探究
结构决定性质
HF
HCl
试从两分子在结构上的不同，分析沸点不同的原因？
在HF分子中，由于F原子吸引电子的能力很强，H—F键的极性很强，共用电子对强烈地偏向F原子，亦即H原子的电子云被F原子吸引，使H原子几乎成为“裸露”的质子。
δ＋
δ－
H—F
δ＋
δ－
δ＋
δ－
这个半径很小、带部分正电荷的H核，与另一个HF分子带部分负电荷的F原子相互吸引。
感受﹒ 理解
感受﹒ 理解
H原子起牵手作用
氢键
1920 年， 美国化学家拉特迈尔、罗德布什，在一篇论述HF、H2O、NH3 高沸点的文章中提到氢键概念。。
1931 年，Pauling 在一本有关化学键成因的书中讨论 [H—F—H] 时第一次用了“氢键”（hydrogen bond）一词。
化学趣史
同年，Huggins 讨论氢离子和氢氧根离子在水溶液中的传导作用时，也用了“氢键”（hydrogen bond）一词，自此，氢键这一概念被正式提出。
在水分子中的O—H中，共用电子对强烈的偏向氧原子，使得氢原子几乎成为 “裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中氧原子的孤电子对产生静电作用，从而形成氢键。
H2O中氢键的形成过程
你学会了吗？
H—O—H
在水分子中的O—H中，共用电子对强烈的偏向氧原子，使得氢原子几乎成为 “裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中氧原子的孤电子对产生静电作用，从而形成氢键。
H2O中氢键的形成过程
你学会了吗？
H—O—H
3.1 形成条件
氢键
3
① 分子中有H原子且与之结合的X其电负性很大、原子半径较小
② 另一分子中Y原子电负性很大，原子半径较小
H—X
Y
F O N
半径小
交流讨论
你认为氢键的本质是什么
3.2 本质
氢键
3
静电作用（较强的分子间作用力）
主要存在于固体和液体中间
少数物质在气态时有氢键
3.3 表示方法
氢键
3
X—H
Y
…
氢键
氢键键能大小
F—H … F O—H … O N—H … N
氢键键能(kJ·mol－1) 28.1 20.9 18.8
共价键键能(kJ·mol－1) 568 462.8 390.8
氢键比范德华力要强而比化学键弱的分子间作用力，不是化学键！
氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关
3.4 强弱
氢键
3
氢键
范德华力＜
10～40kJ/mol
低于10kJ/mol
＜化学键
102 kJ/mol
冰中1个水分子周围有4个水分子
水分子间的氢键
氢键具有方向性
3.5 特征
氢键
3
① 有方向性
这样才可使X和Y距离最远，两原子间的斥力最小，系统更稳定
氢键具有饱和性
一个水分子最多与
4个水分子形成氢键
3.5 特征
氢键
3
① 有方向性
这样才可使X和Y距离最远，两原子间的斥力最小，系统更稳定
② 有饱和性
分子中每一个X—H键中的H只能与一个Y原子形成氢键
思考：一个水分子最多能形成几个氢键？
水分子间形成以一个水分子为中心的正四面体结构，故每个水分子与相邻四个水分子形成四个氢键，而二个水分子共一个氢键，故一个水分子可形成二个氢键。
考考你的智慧
可燃“冰”是一种沉睡海底和高寒冻土地带的一种独特新能源。提取可燃“冰”，不能不提到前苏联天然气专家契尔斯基在劳动场地那扣人心弦的一幕。
事件的经过是这样的：当时，契尔斯基正在指导工人把水注入天然气井中，看对产气量有何影响，结果一件意外的事件发生了。当他叫工人向一口正在出气的气井中注入20吨水后，气井突然变得沉寂了，从此不再出气。人们都抱怨契尔斯基把一口好端端的气并给断送了。
化学趣史
化学趣史
为什么向气井中注水气井就断气了呢？
有没有挽救的办法？
契尔斯基在沉思，突然一个灵感闪现在他的心头，他果断地做出了大胆的决定，他命令工人向井里注入两吨甲醇（CH3OH）。
不一会奇迹出现了，气井又复活了，大量的可燃气体源源不断地向外冒。大家欢呼雀跃，都称赞契尔斯基是一位足智多谋的专家。那么，气井先断气后又出气的原因何在？请你加以解释。
将水灌入井中，水结成冰，把可燃气冰结起来，故不出气了!
化学趣史
灌入甲醇后，甲醇与冰中水之间形成的异分子间氢键比冰水及甲醇之间的同分子间氢键都强，破坏冰的结构。
水和甲醇的相互溶解（深蓝色虚线为氢键）
3.6 对物理性质的影响
氢键
3
溶解度
1
两分子间形成氢键,溶解度增大
物质 相对分子质量 与水分子间氢键情况 溶解度
g/100 g水
CH3CH2CH2CH3 72 无 0.036
CH3CH2CH2OH 74 有 8.0
CH3CH2OCH2CH3 74 有 8.0
CH3CH2CH3CHO 72 有 4
CH3COCH2CH3 72 有 37
CH3CH2COOH 74 有 ∞
相对分子质量相近的物质的溶解度比较
为何NH3极易溶于水？
思考﹒ 运用
氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键（用“…”表示）结合形成NH3 H2O分子，根据氨水的性质可推知NH3 H2O的结构式为
A. B.
C. D.
请解释氨的沸点比PH3高。
氨中有氢键
氨分子内有氢键
氨分子间存在氢键
思考﹒ 讨论
破坏氢键需较高的能量
…
…
分子内氢键
分子间氢键
…
…
邻羟基苯甲醛
熔点：2℃
沸点：196.5℃
对羟基苯甲醛
熔点：115℃
沸点：250℃
考考你的智慧
分子间生成氢键，熔沸点上升
分子内生成氢键，熔沸点下降
3.6 对物理性质的影响
氢键
3
溶解度
1
两分子间形成氢键,溶解度增大
2
熔点
分子内氢键,熔点下降
分子间氢键,熔点升高
硝酸的分子内氢键
小试身手
硝酸和尿素的相对分子质量接近，但常温下硝酸为挥发性液体，尿素为固体，请解释原因。
尿素分子间存在氢键，使其熔沸点升高，而硝酸分子内存在氢键，使其溶沸点降低。
尿素的分子间氢键
…
…
接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比按化学式H2O计算出来的相对分子质量大一些，这是为什么
接近水的沸点的水蒸气中存在相当量的水分子因氢键而相互缔合形成所谓的缔合分子。
考考你的智慧
H2O
(H2O)n
缸中盛满水，冬天结冰，缸易被“冻破”？
冰中的水分子间 的氢键
冰的结构
冰融化
分子间的空隙减小
3.6 对物理性质的影响
氢键
3
溶解度
1
两分子间形成氢键,溶解度增大
2
熔点
分子内氢键,熔点升高
分子间氢键,熔点下降
3
冰的密度
小于水
看谁做得既准又快
1．熔、沸点：
CH3CH2OH_______CH3OCH3 （大于、小于）
2．溶解性：
乙醇_______水（溶于、不溶于）
3．物质的密度：
液态水______冰（大于、小于）
大于
溶于
大于
氢键是地球的美容师　　描绘着生命的蓝图
感受﹒ 理解
如果水分子间没有氢键，请合理幻想地球的状况。
氢键与蛋白质
蛋白质分子中的氢键
煎蛋时，蛋白会由透明变成白色的缘由
蛋清中含有大量叫做白蛋白的蛋白质，由于蛋白质中不同氨基酸之间形成的化学键(氢键)，白蛋白通常有特定的 3D 形状。而煎蛋时的加热会导致这些键断裂，暴露出通常只保留在蛋白质内部的憎水性氨基酸。这些憎水性氨基酸为了“躲避”蛋清里的水，相互粘连，形成一个蛋白质网络，这使蛋清结构化，让蛋清变成不透明的白色。
下列有关水的叙述中，可以用氢键的知识来解释的是
A．水比硫化氢气体稳定
B．水的熔沸点比硫化氢的高
C．氯化氢气体易溶于水
D．0℃时，水的密度比冰大
牛刀小试
在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11 kJ·mol－1)，则冰晶体中氢键的“键能”是____kJ·mol－1。
51＝11＋2 x
x＝20
考考你的智慧
这节课我学到了什么？
（用一句话表示）
还有什么疑问？
课堂小结
分子间作用力
概念
分子间存在着将分子聚集在一起的作用力
特点
比化学键弱得多
存在
存在于由分子构成的物质中
影响
影响物质熔沸点和溶解性重要因素之一
分子作用力越大，其熔沸点越高
课堂小结
微粒 微粒间作用力 作用力强弱
离子
离子键
强
原子
共价键
强
分子
分子间作用力
很弱
课堂小结
化学键与分子间作用力
化学键 分子间作用力
范围
作用力
对物质性质的影响
分子间
（不是分子内）
化学键
范德华力
主要是化学性质
主要是物理性质
（熔沸点、溶解度）
水分子间
氢键形成
分子间作用力增大
沸点高于
同族氢化物
水分子间间隙增大
冰的密度比水小
氢键
X——H
···
Y——
电负性很大的原子
δ-
δ+
电负性很大的原子
δ-
方向性
A—H…B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
饱和性
每一个A—H只能与一个B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A、B原子电子云的排斥
共价键 氢 键 范德华力
概 念
微粒
强度 比较
性质 影响
物质分子间存在的微弱相互作用
分子间
比化学键弱得多
随范德华力的增大，物质的熔沸点升高、溶解度增大
比化学键弱得多，比范德华力稍强
分子中含有与H原子相结合的原子半径小、电负性大、有孤对电子的F、O、N
分子间（内）电负性较大的成键原子通过H原子而形成的静电作用
分子间氢键使物质熔沸点升、水中溶解度增大
分子内氢键使物质熔沸点降低
分子的稳定性
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
原子
很强烈,克服它需要较高的能量
共价键、氢键和范德华力的比较
共价键、离子键和分子间作用力是构成物质的粒子间的不同作用方式。下列物质中，只含有上述一种作用方式的是
A．干冰
B．氯化钠
C．氢氧化钠
D．碘
看谁做得既准又快
下列说法错误的是
A. 卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间可以形成氢键
B. 邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C. H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水分子间形成的氢键键能大
D. 氨气极易溶于水与氨气分子和水分子之间可以形成氢键有关
解析：因HF分子间可以形成氢键,所以沸点:HF>HI>HBr>HCl,A正确;邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛的氢键只存在于分子间,所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高,B正确;根据F原子半径小于O原子半径,可知(HF)n中氢键键长比水中氢键键长小、键能大,但由于一个HF分子只能与两个相邻的HF分子形成氢键,而一个H2O分子可与四个相邻的H2O分子形成氢键,故H2O的沸点比HF的沸点高,C错误;氨气在水中的溶解性与NH3分子和H2O分子之间形成氢键有关,D正确。
看谁做得既准又快
解析：碘升华只是状态发生了变化,破坏的是范德华力,没有破坏化学键；NaCl溶于水,会破坏离子键；冰由固态变为液态,破坏的主要是氢键；NH4Cl受热分解,破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。
下列物质的变化中，破坏的主要是范德华力的是
A. 碘单质的升华
B. NaCl溶于水
C. 将冰加热变为液态
D. NH4Cl受热分解
考考你自己

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