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第2课时　分子间的作用力　分子的手性
1.通过分子间的作用力的学习,能辨析物质微观分子间的作用力及类型,能说明分子间作用力(范德华力、氢键)对物质熔、沸点等性质的影响。2.通过溶解性、分子手性的学习,知道物质的溶解性与分子结构的关系,能比较物质的溶解性并进行相关解释,能结合实例判断分子的手性,描述对其性质的影响。
探究分子间的作用力
学习任务1
1.范德华力及其对物质性质的影响
①概念: 间普遍存在的 ,它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。
②特征:很 ,比化学键的键能小1～2个数量级;范德华力 方向性和饱和性。
分子
相互作用力
弱
没有
③影响因素:分子的极性越大,范德华力 ;组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力 。
物质特点
影响规律
具体实例
(熔、沸点)
组成和
结构相似
随着相对分子质量的增大→范德华力增大→熔、沸点升高
F2相对分子
质量接近
分子的极性越小→范德华力越小→熔、沸点越低
F2越大
越大
2.氢键及其对物质性质的影响
(1)概念:由已经与电负性很大的原子形成共价键的 (如水分子中的氢)与另一个电负性很大的原子(如水分子中的氧)之间形成的作用力。
(2)表示方法:可用X—H…Y—表示。式中X和Y为 ,“—”表示
,“…”表示形成的 。
氢原子
F、O、N
共价键
氢键
[示例]
(3)特征:较弱,比化学键的键能小 个数量级;氢键具有方向性和饱和性,但本质上与共价键的方向性和饱和性不同。
①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。
②饱和性:每一个A—H只能与一个B原子形成氢键,原因是氢原子半径很小,再有一个原子接近时,会受到A、B原子电子云的排斥。
(4)分类:氢键不是化学键,仅为一种分子间作用力,氢键可分为分子内氢键和分子间氢键。
1～2
[示例] 如图:
前者的沸点 后者。
低于
(5)强弱影响:A—H…B—中A、B的电负性越强,氢键越强。如F—H…F>
O—H…O>N—H…N。
(6)对物质性质的影响:氢键主要影响物质的熔、沸点。分子间氢键使物质熔、沸点 ,分子内氢键使物质熔、沸点 。
3.溶解性
(1)“相似相溶”规律。
非极性溶质一般能溶于 溶剂,极性溶质一般能溶于 溶剂。如蔗糖和氨 溶于水, 溶于四氯化碳;而萘和碘却 溶于四氯化碳, 溶于水。
升高
降低
非极性
极性
易
难
易
难
(2)影响物质溶解性的因素。
影响因素
规律
分子结构
的相似性
溶质和溶剂的分子结构相似程度越大,其溶解性越
氢键
溶剂和溶质之间的氢键作用力 ,溶解性
外界因素
主要有 、 等
好
越大
越好
温度
压强
1.水分子间存在一种叫氢键的作用(介于范德华力与化学键之间)使彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体,通过氢键相互连接成庞大的分子,其结构如图甲所示。
2.氧族元素包括氧、硫、硒、碲等元素,它们的氢化物分别是H2O、H2S、H2Se、H2Te,其沸点如图乙所示。
探究　氢键及其对物质的性质的影响
问题1:氢键的键能远大于范德华力,氢键属于化学键吗?依据图甲判断1 mol冰中有多少氢键。
问题2:根据氢键的相关知识分析,为什么冰浮在水面上。
提示:冰中水分子之间以氢键结合成规则的晶体,由于氢键有方向性,导致冰的结构中有空隙,造成体积膨胀,密度变小,故冰浮在水面上。
问题3:图乙中表示的是氧族元素四种氢化物的沸点的变化,试解释水的沸点反常的原因。
提示:由于水分子之间能形成氢键,在使水分子汽化的过程中需要更多的能量来破坏分子间氢键,故水的沸点出现了反常。
问题4:比较NH3和CH4在水中的溶解度。怎样用“相似相溶”规律理解它们的溶解度不同?
提示:在水中的溶解度NH3>CH4。NH3为极性分子,CH4为非极性分子,而水是极性分子,根据“相似相溶”规律知,NH3易溶于水,而CH4不易溶于水,且NH3与水分子之间可形成氢键,使得NH3更易溶于水。
归纳拓展
氢键对物质性质的影响总结
对物质熔、沸点的影响
(1)含有分子间氢键的物质,熔、沸点往往比同系列氢化物的熔、沸点高,如第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族三个主族中,NH3、H2O和HF的熔、沸点反常高;
(2)含有分子内氢键的物质,熔、沸点一般会有所降低,如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点(45 ℃)比有分子间氢键的间硝基苯酚熔点(96 ℃)和对硝基苯酚熔点(114 ℃)都要低
归纳拓展
对溶解度的影响
在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大,如HF和NH3在水中溶解度比较大。而溶质分子内如果能够形成氢键,它在极性溶剂中的溶解度则会有所降低
对物质密度的影响
(以水为例)
在水中,一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子是沿该氧原子的一个sp3杂化轨道的方向形成氢键,因此,当所有水分子全部缔合——结冰后,所有的水分子按一定的方向全部形成了氢键,成为晶体,因此在冰的结构中形成许多空隙,造成体积膨胀,密度减小。故冰的体积大于等质量的水的体积,冰的密度小于水的密度
题点一　范德华力及其对物质性质的影响辨析
1.下列有关范德华力的叙述正确的是(　　)
A.范德华力的实质是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊的化学键
B.范德华力与化学键的作用力的强弱不同
C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
D.范德华力非常微弱,故破坏范德华力不需要消耗能量
B
【解析】 范德华力的实质是一种电性作用,但范德华力是分子间较弱的作用力,不是化学键,A错误;化学键是相邻原子间的强烈的相互作用,范德华力是分子间较弱的作用力,B正确;若分子间的距离足够远,则分子间没有范德华力,C错误;虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量,D错误。
2.下列物质性质的变化规律与范德华力无关的是(　　)
A.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C.CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低
D.CH(CH3)3比CH3CH2CH2CH3的沸点低
B
【解析】 A项,F2、Cl2、Br2、I2的组成和结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,与范德华力有关,不符合题意;B项,HF、HCl、HBr、HI的热稳定性与其分子中的极性键的强弱有关,而与范德华力无关,符合题意;C项,CI4、CBr4、CCl4、CF4的组成和结构相似,范德华力随相对分子质量的减小而减小,故其熔、沸点逐渐降低,与范德华力有关,不符合题意;D项,在烷烃的同分异构体中,支链越多,范德华力越小,熔、沸点越低,故异丁烷的沸点低于正丁烷的沸点,与范德华力有关,不符合题意。
题点二　氢键及其对物质性质的影响辨析
3.下列关于氢键的说法正确的是(　　)
A.氢键(X—H…Y)中三原子在一条直线上时,作用力最强
B.“X—H…Y”三原子不在一条直线上时,不能形成氢键
C.H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键
D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子间形成了氢键
A
【解析】 氢键(X—H…Y)中三原子在一条直线上时,作用力最强,故A正确;X—H…Y中,若X、Y是电负性大的原子,就能形成氢键,与三原子是否在一条直线上无关,故B错误;H2O比H2S稳定是因为水分子内氧氢键的键能比H2S内硫氢键的键能大,难断裂,故C错误;形成氢键(X—H…Y)的X、Y都必须是电负性大的原子,碳原子电负性不够大,不能形成氢键,故D错误。
4.有下列几种氢键:
①O—H…O　②N—H…N　③F—H…F ④O—H…N
氢键从强到弱的顺序排列正确的是(　　)
A.③>①>④>② B.①>②>③>④
C.③>②>①>④ D.①>④>③>②
A
【解析】 氢键的强弱与元素的电负性相对大小有关,F、O、N的电负性依次降低,F—H、O—H、N—H的极性依次降低,故③F—H…F强于①O—H…O;而①O—H…O 又强于④O—H…N,最弱的是②N—H…N,故选A。
5.下列现象(事实)与氢键有关的是(　　)
①氨易被液化
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③DNA中的碱基互补配对
④邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低
⑤H2O是一种稳定的化合物
A.①④⑤ B.①②③④
C.②③ D.①②
B
【解析】 ①氨分子能形成分子间氢键,分子间作用力大,沸点较高,易被液化,故符合题意;②小分子的醇、羧酸分子中含有的羟基、羧基,能与水分子形成分子间氢键,可以和水以任意比互溶,故符合题意;③DNA分子中含有氨基,能形成分子间氢键,所以碱基互补配对与氢键有关,故符合题意;④邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,使得分子间作用力减弱,对羟基苯甲酸形成分子间氢键,使得分子间作用力增强,所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低,故符合题意;⑤水是一种稳定的化合物,与分子内的H—O有关,与氢键无关,故不符合题意。
判断物质性质影响因素的解题流程
(1)首先要判断该性质是物理性质还是化学性质,然后找出其影响因素。
(2)根据作用力的强弱分析物质性质的变化规律。如键能越大,键长越短,化学性质越稳定;相对分子质量越大,范德华力越强,熔、沸点越高。
模型认知
题点三　物质溶解性辨析
6.溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中的大,这是因为(　　)
A.溴单质和四氯化碳中都含有卤素原子
B.Br2是单质,CCl4是化合物
C.Br2、CCl4都是有机物,而H2O是无机物
D.Br2是非极性分子,CCl4也是非极性分子,而水是极性分子
D
【解析】 水是极性分子,四氯化碳是非极性分子,根据“相似相溶”规律可知,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂,由于Br2、CCl4是非极性分子,所以溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中的大。
7.下列有关物质溶解度的说法错误的是(　　)
A.戊醇在水中的溶解度小于乙醇的,主要是由于戊醇的烷基较大
B.日常生活中用有机溶剂溶解油漆,利用了“相似相溶”规律
C.乙醇与水互溶,主要是由于乙醇能与水形成分子间氢键
D.硫难溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2,说明分子极性:H2OD
【解析】 烷基是推电子基团,戊醇的烷基比乙醇的大,烷基越大O—H的极性越弱,则戊醇溶解度比乙醇的低,故A正确;油漆主要是非极性物质,根据
“相似相溶”规律可知,油漆易溶于非极性分子组成的溶剂,故B正确;乙醇能与水形成分子间氢键,使乙醇在水中的溶解度增大,故C正确;硫是非极性分子,水和酒精是极性分子,硫难溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2,说明分子极性H2O>C2H5OH>CS2,故D错误。
物质溶解性的判断方法
(1)依据“相似相溶”规律。
①非极性溶质一般易溶于非极性溶剂,难溶于极性溶剂;极性溶质一般易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。
②溶质与溶剂分子结构的相似程度越大,其溶解度越大。如烷基越大的醇(羧酸、醛)在水中的溶解度越小。
模型认知
(2)依据溶质与溶剂之间是否存在氢键。
如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶质溶解度增大且氢键作用力越大,溶解性越好。如NH3、HF极易溶于水,甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、氨基乙酸、乙胺等易溶于水,就是因为它们与水均能形成分子间氢键。
(3)溶质是否与水反应:如果溶质与水发生反应,溶质的溶解度会增大。如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水,故SO2的溶解度增大。
模型认知
认识分子的手性
学习任务2
1.手性异构体与手性分子
(1)手性异构体。
具有完全相同的 和 的一对分子,如同左手与右手一样互为 ,却在三维空间里 ,互称手性异构体(或对映异构体)。
(2)手性分子。
有手性异构体的分子叫做 。
组成
原子排列
镜像
不能叠合
手性分子
[示例] CHBrClF是一个简单的手性分子,如图甲所示的两个分子互为镜像。又如,丙氨酸分子(手性碳原子上连接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性如图乙所示。
2.手性分子的用途
(1)手性分子在生命科学和药物生产方面有广泛的应用。现今使用的药物中手性药物超过50%。
(2)手性合成:利用 催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成,这种独特的合成方法称为手性合成。手性合成是当代化学的热点之一,是21世纪化学研究的重要领域。
(3)手性催化剂:手性催化剂只催化或者主要 一种手性分子的合成,可以比喻成握手——手性催化剂像迎宾的主人伸出右手,被催化合成的手性分子像客人,总是伸出右手去握手。
手性
催化
手性药物,是指药物分子结构中引入手性中心后,得到的一对互为实物与镜像的对映异构体。如氧氟沙星和左氧氟沙星抑制细菌拓扑异构酶Ⅱ的活性,左氧氟沙星是氧氟沙星的9.3倍,临床应用中左氧氟沙星逐渐取代氧氟沙星。
探究　手性异构体的结构与性质关系
问题1:材料中的氧氟沙星和左氧氟沙星互为手性分子,它们是同一种物质吗?两者具有什么关系?
提示:不是同一种物质,两者互为同分异构体。
问题2:互为手性异构体的物质化学性质有何关系?分析其原因。
提示:物质结构决定性质。互为手性分子的物质具有相同的官能团,所以其化学性质极其相似。
问题3:有机物分子中连有四个各不相同的原子或原子团的碳原子称作手性碳
原子。有机物 是否具有手性?若有,请用“*”将
手性碳原子标出来。
提示:具有手性。
手性分子的判断方法
(1)分子与其镜像能否重合,如果不能重合,说明是手性分子。
(2)有机物分子中是否有手性碳原子,手性碳原子是指与四个各不相同的原子或原子团相连的碳原子,手性碳原子必须是饱和碳原子(sp3杂化)。如果有一个手性碳原子,则该有机物分子就是手性分子,具有手性异构体。含有两个手性碳原子的有机物分子不一定是手性分子。
归纳拓展
1.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在手性异构体,如图所示:
下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是(　　)
A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有不同的分子极性
C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键
D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,但分子的性质不完全相同
D
【解析】 Ⅰ和Ⅱ分子中都只含有1个手性碳原子,都是极性分子,分子中都含有极性键和非极性键,两者互为手性异构体,具有不完全相同的性质,故选D。
2.下列化合物中含有3个手性碳原子的是(　　)
A
知识整合
A、B、X、D、E为短周期的5种主族非金属元素,其中A、B、X的最外层电子排布式可分别表示为asa、bsbbpb、xsxxp2x,D与B同主族,E在X的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题。
(1)由A、B、X、E四种元素中的两种元素可形成多种分子,现有下列分子:
①BX2　②BA4　③A2X2　④BE4
其中属于极性分子的是　　　　(填序号)。?
③
【解析】 由s轨道最多可容纳2个电子可得b=x=2,即B为C,X为O,A为非金属元素,故a=1,A为H;由D与B同主族,且为短周期非金属元素得D为Si;由E在X的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的元素可知,E为Cl。
(1)①②③④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4,其中H2O2为极性分子,其他为非极性分子。
(2)X的简单氢化物比下周期同族元素的简单氢化物沸点还要高,其原因是
　 。?
H2O分子间可形成氢键
【解析】 (2)X的简单氢化物为H2O,H2O分子间可形成氢键是其沸点较高的原因。
【解析】 (3)B、A两元素组成苯,X、A两元素组成水,两者都为常见的溶剂;SiCl4为非极性分子,易溶于非极性溶剂苯中。
(3)B、X两元素分别能和A元素组成两种常见的溶剂,其分子式分别为　　　、
　　　　。DE4在前者中的溶解性　　　　(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。?
C6H6
H2O
大于
【解析】 (4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4,三者结构相似,相对分子质量逐渐增大,分子间作用力逐渐增强,故它们的沸点从高到低的顺序为SiCl4>CCl4>CH4。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为　　　　　　　　　　　　(填化学式)。?
SiCl4>CCl4>CH4
命题解密与解题指导
情境解读:以常见元素的“位”“构”“性”关系的推断为载体,借助某些典型的物质性质考查物质的溶解性、极性、氢键等知识。
素养立意:通过影响物质性质的因素分析,强化证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析素养。
解题路径:比较物质的溶解性、熔点、沸点等思路。
首先分析比较研究对象的组成、结构的差异性,判断其极性、相对分子质量以及能否形成氢键的条件等,然后再结合影响溶解性、熔点、沸点的因素、规律,根据差异性做出判断。

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