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第四单元
分子间作用力 分子晶体
范德华力 氢键
【学习目标】
1．了解范德华力的实质及对物质的影响。
2．了解氢键的实质、特点、形成条件及对物质性质的影响。
H2O (l)
H2O (g)
水的沸腾
观察水的沸腾过程
是否为化学变化
有没有破坏化学键？
是否需要吸收能量？
结论：水分子间存在分子间的作用力
【新课引入】
1.定义：将分子聚集起来的作用力叫分子间作用力。
(1)共价分子间都存在分子间作用力。
(2)分子间作用力本质上也是一种静电作用，但比化学键弱得多（不属于化学键）。
(3)范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。
一、分子间作用力
2.存在、本质、种类
【交流讨论】P.77
卤素单质的相对分子质量和熔、沸点的数据见表3-6。交流讨论以下问题：
（1）卤素单质的熔、沸点有怎样的变化规律？
（2）导致卤素单质熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质相对分子质量的变化规律有怎样的关系？
范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体分子之间的一种作用力。
与共价键相比，范德华力较小，一般没有饱和性和方向性。
①分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。
②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的增大而增大。
3.范德华力
(1).定义：
(2)特点：
(3)影响因素：
主要影响分子构成的物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。
①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。
②溶质与溶剂分子间的范德华力越大，物质的溶解度越大。
(4)范德华力对物质性质的影响：
【温故知新】P.79
一个水分子中相对显正电性的氢原子，与另一个水分子中相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用叫做氢键。
4.氢键
(1).定义：
（2）氢键的形成
氢键通常是物质在液态时形成的，但有时也存在于某些晶体或气态物质中。
氢键通式： X— H ··· Y
(1)氢键不是化学键，强弱：化学键 > 氢键 > 分子间作用力
(2)分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高，对物质的水溶性有影响。
如水沸点较高，主要是因为水分子间形成氢键。
如NH3极易溶于水，主要是因为氨分子与水分子之间形成氢键。
共价键
氢键
N、O、F
N、O、F
【批判性思维】P.80
虽然HF分子间氢键比H2O分子间氢键更强，但液体氟化氢的蒸发热却比水的蒸发热低，试解释其可能的原因。
液态水和液态氟化氢蒸发时，要破坏分子间氢键。1个H2O最多可以形成4个氢键，1个HF最多形成2个氢键，因此水蒸发时破坏氢键需要消耗的能量更多。
【学以致用】
阅读课本80页中间段，解释以下问题：
(1)氟化氢的熔、沸点比氯化氢高。
(2)甘油、硫酸的黏度较大。
(3)氨极易溶于水。
(4)乙醇与水以任意比互溶。
都是由于分子间氢键的影响
邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛是同分异构体，但邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低。请根据邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛的结构特点，分析它们所形成的氢键的不同以及导致两者熔、沸点差异的原因。
【交流讨论】P.80
邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键。当对羟基苯甲醛熔融时，需要消耗较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛。
OH
醋酸、硝酸是相对分子质量相近的两种分子，但这两种物质的熔点和沸点相差较大。醋酸的熔点为16.6 ℃，在温度低 于16.6 ℃时即凝结成冰块状的固体；常温下硝酸是一种具有挥发性的液体。试根据上述两种物质熔、沸点差异较大的事实，分析它们可能含有的氢键。
通过事实，可推断醋酸可能形成了分子间氢键，硝酸可能存在分子内氢键。
【批判性思维】P.81
提问：你知道为什么冰是浮在水面上的？
【归纳小结】
氢键对物质物理性质的影响
(1)含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点；含有分子内氢键的物质具有较低的熔、沸点。
(2)含有分子间氢键的液体一般黏度比较大。
(3)分子间氢键的存在使溶质在水中的溶解度比较大。
(4)氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。
正是由于氢键存在，冬季江河、湖泊中鱼类等生物才免遭冻死的灾难，人们也可以在冰上开展冰球、滑冰等运动项目。
【课堂检测】
1．HCl、HBr、HI三种物质的热稳定性顺序是______________，熔、沸点高低顺序是_______________，请说明原因。
原因：因为键能H-Cl>H-Br>H-I，因此热稳定性顺序是HCl>HBr>HI；HCl、HBr、HI是结构相似的3种分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
HCl>HBr>HI
HI>HBr>HCl
2．指出下列变化克服的作用力：
①碘升华________________________
②NaCl熔化______________________
③水的气化______________________
④SiO2熔化______________________
共价键
范德华力
离子键
范德华力、氢键
3．氦晶体的升华能是0.105 kJ·mol-1，而冰的升华能则为46.9 kJ·mol-1。能解释这一事实的叙述是（ ）
①氦原子间仅存在范德华力 ②冰中有分子间氢键 ③氦原子之间的化学键很弱 ④水分子之间的共价键强
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
解析：氦晶体中只存在范德华力，冰晶体中存在氢键，升华时克服范德华力和氢键。
A
4．下列说法不正确的是（ ）
A．CaO中的离子键比MgO的弱
B．甲醇(CH3OH)的沸点比甲醛(HCHO)的沸点高
C．HF、H2O的沸点比HCl、H2S的沸点高很多
D． 的沸点比 的沸点高
D
5．能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低很多的原因是　(　　)
A．C—O键能大于Si—O键能
B．C—O键能小于Si—O键能
C．破坏CO2晶体只需克服分子间作用力，破坏SiO2晶体要破坏
Si—O共价键
D．以上说法均不对
C
分 子 晶 体
1．了解分子晶体的结构和特点。
2．能区别分子晶体和共价晶体。
【学习目标】
【温故知新】P.83
图3-39是干冰（CO2）分子晶体的结构模型
1.构成分子晶体的微粒是什么？分子晶体中微粒间的作用力是什么？
2.分子晶体有哪些共同的物理性质？为什么它们具有这些共同的物理性质？
干冰分子晶体的结构模型
分子通过分子间作用力构成的固态物质，称为分子晶体。
构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。
(1)分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。
分子晶体的物理性质
(2)对组成和结构相似的分子晶体，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。但分子间存在氢键的分子晶体熔、沸点反常。
干冰是分子晶体，分子间以范德华力结合，作用力很小，因此易升华。
二氧化硅晶体是共价晶体，原子间以共价键结合成空间网状结构，作用力很强，因此熔点高。
【交流讨论】
1.请从微观结构和物理性质的角度分析，共价晶体和分子晶体有哪些区别？
微观结构：共价晶体的构成微粒是原子，原子间通过共价键结合成空间网状结构；分子晶体的构成微粒是分子，分子间通过分子间作用力结合。
物理性质：共价晶体一般具有很高的熔、沸点和很大的硬度，分子晶体熔、沸点低，常温下大多呈气态或液态。
2.请举例说明，哪些物质属于共价晶体，哪些物质属于分子晶体。
金刚石，晶体硅，二氧化硅等属于共价晶体。
冰，干冰，晶体碘，冰醋酸等属于分子晶体。
（1）所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4等。
（2）多数非金属单质，如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等。金刚石、晶体硅是共价晶体。
（3）部分非金属氧化物，如CO2、SO2、P2O5等。二氧化硅是共价晶体。
（4）几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H2SiO3等。
（5）绝大多数有机物，如苯、乙醇、乙酸等（不包括有机盐）。
（6）稀有气体。
常见的分子晶体：
干冰分子晶体的结构特征
(1)分子间作用力只有___________。
(2) 干冰晶体是一种面心立方结构，每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有_____个，即配位数为_____。
(3)每个晶胞中含有CO2分子为______个。
12
12
4
范德华力
石墨晶体的结构与性质
(1)石墨晶体是一种混合型晶体，为二维网状结构。
(2)层内每一个碳原子以共价键与另外3个碳原子结合，层间为分子间作用力。
(3)每个碳原子有4个价电子，每个碳原子用3个价电子形成σ键。还有1个电子处于碳原子的2p轨道上，层内碳原子这些的2p轨道相互平行，相邻碳原子的p轨道相互重叠，形成大π键。
由于石墨晶体层间是以范德华力相结合，在外力作用下，石墨晶体的层与层之间发生相对滑动，具有润滑性。
【交流讨论】
1.石墨晶体层内六边形结构中，每一个六边形中含有________个碳原子，________个碳碳键，碳原子与碳碳键键数之比为_____。
6×1/3=2
6×1/2=3
2:3
2.从结构分析，石墨为什么具有导电性？
石墨层内大π键中的电子可在整个层内运动，当施加外加电场时，可以沿电场方向运动，因而石墨具有导电性。
3.从结构分析，石墨为什么具有润滑性？
晶体的共性：
(1)晶体各个部分宏观性质是相同的，例如具有相同密度、相同化学组成等。
(2)晶体总能自发地形成多面体外形。
(3)晶体都具有确定的熔点。
阅读课本85页【学科提炼】总结晶体的共性和个性。
晶体的个性：
(1)绝大多数金属晶体是电和热的良导体，延展性好。
(2)食盐为离子晶体，质脆，熔融状态下能导电。
(3)金刚石为共价晶体，无色透明、坚硬、质脆，常温下不导电。
(4)干冰属于分子晶体，熔沸点低，只能在低温下存在。
四种类型的晶体的结构与性质比较[课本P.87 ]
晶体类型 金属晶体 离子晶体 共价晶体 分子晶体
结构 构成微粒
微粒间作用力
性质 熔、沸点
硬度
导电性
举例
四种类型的晶体的结构与性质比较[课本P.87 ]
晶体类型 金属晶体 离子晶体 共价晶体 分子晶体
结构 构成微粒 金属阳离子和自由电子 阴离子、阳离子 原子 分子
微粒间作用力 金属键 离子键 共价键 分子间作用力
性质 熔、沸点 有的很高、有的低 较高 很高 低
硬度 大小不一 较大 很大 小
导电性 导电 固态不导电、熔化或在水溶液中导电 不导电 熔化态（液态）不导电，部分溶于水导电
举例 Cu、Fe、Na NaCl、NH4Cl 金刚石、SiO2 干冰、碘
晶体熔沸点高低的判断
1. 不同晶体类型的物质：
原子晶体>离子晶体>分子晶体
2. 同种晶体类型的物质：
⑴离子晶体
晶体内微粒间作用力越大，熔沸点越高
⑵原子晶体
离子所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大，离子键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。
原子半径越小、键长越短、键能越大，共价键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。
⑷分子晶体
组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分 子间作用力越大，熔沸点越高；
具有分子间氢键的分子晶体，分子间作用力显著增大，熔沸点升高。
相对分子质量相近的分子晶体，分子极性越大，分子间作用力越大，熔沸点越高；
⑶金属晶体
金属原子半径越小、单位体积内自由电子数目越多，金属键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。
【典例分析】
【例】下列叙述正确的是(　　)
A．由分子构成的物质其熔点一般较低
B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏
C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变
A
【课堂检测】
1．下列说法中，正确的是(　　)
A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B．共价晶体共价键的键长越短，键能越大，熔点就越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定
B
2．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
B
3．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×1/8＋6×1/2＝4，D错误。
B
4．航天飞机表层的防热瓦曾成为航天飞机能否安全着陆的制约因素，防热瓦是以石墨材料为主要成分的十分疏松的泡沫陶瓷。下列有关说法合理的是(　　)
A．石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨是共价晶体
B．石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨熔点很高
C．石墨中碳碳键之间的夹角是109°28′
D．C60也可代替石墨用作航天飞机表层的防热瓦材料
解析：石墨为混合晶体，键角为120°，熔点高，可用作防热瓦材料；C60为分子晶体，熔点低，不能用作防热瓦材料。
B
【理解应用】P.86-87
课堂小结

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