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第2章　微粒间相互作用与物质性质
第4节　分子间作用力
1.了解分子间作用力的广泛存在及其对物质性质的影响。
2.了解氢键的形成条件、类型和特点。
3.列举含有氢键的物质,知道氢键对物质性质的影响。
学习目标
一、范德华力与物质性质
知能通关
1.分子间作用力
(1)含义:分子之间存在着多种　　　　　　　, 人们将这些作用统称为分子间作用力。
(2)强度:分子间作用力比化学键　 　　得多,其中最常见的一种是范德华力。
相互作用
弱
2.范德华力
(1)含义:分子之间普遍存在的一种　　　　　　　　　　　　, 它使许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。
(2)实质:也是　　　　　　　作用,它没有　　　　　　 和___________。
(3)影响范德华力的因素
主要包括相对分子质量的大小、分子的空间结构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　　　　　　　　和_________的增大而增大。
相互作用力
电性
饱和性
方向性
相对分子质量
极性
(4)范德华力对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。一般来说,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。具体如下:
①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　　　　　　,物质的熔、沸点通常越　　　　。如熔、沸点:F2　　　　Cl2　　　　Br2　　　I2;CF4　　　　CCl4　　　　CBr4　　　　CI4。
②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　　　　,物质的熔、沸点通常越　　　　　　。如熔、沸点:对二甲苯______间二甲苯　　　　邻二甲苯。
大
高
<
<
<
<
<
小
低
<
<
③对于有机物中的同分异构体,支链越多,熔、沸点越　　　　。如熔、沸点:新戊烷　　　　　异戊烷　　　　正戊烷。
④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、沸点通常越　　　　　　。如熔、沸点:N2　　　　　　CO。
低
<
<
低
<
下列说法错误的是　　　 　。
①范德华力的实质是电性作用,有一定的方向性和饱和性
②分子间作用力是化学键的一种
③范德华力存在于任何物质中
④范德华力比化学键弱得多
⑤范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质
⑥HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,是因为分子间作用力依次减弱
⑦水分解以及水的三态变化,水分子中的化学键都被破坏
①②③⑤⑥⑦
小题对点过
1.下列事实可用范德华力大小解释的是(　　)
A.热稳定性:HCl>HBr B.氧化性:Cl2>Br2
C.熔点:I2>Br2 D.沸点:H2O>H2S
解析　热稳定性HCl>HBr,是由于H—Cl键的键能大于H—Br,不能用范德华力大小来解释,故A错误;氧化性:Cl2>Br2,是因为Cl的电负性大,原子半径小,不能用范德华力大小来解释,故B错误;熔点I2>Br2,是因为相对分子质量I2>Br2,分子间的范德华力I2>Br2,故C正确;沸点:H2O>H2S是由于H2O分子间形成氢键而增大了分子间作用力,不能用范德华力大小来解释,故D错误。
C
2.在常温、常压下卤素单质(从F2到I2)的聚集状态依次为气态、气态、液态、固态的原因是(　　)
A.原子间的化学键的键能逐渐减小 B.范德华力逐渐增大
C.原子半径逐渐增大 D.氧化性逐渐减弱
解析　卤素单质的组成、结构相似,从F2到I2的相对分子质量逐渐增大,范德华力逐渐增大,对应物质的熔、沸点逐渐升高,聚集状态的变化为气态→气态→液态→固态。
B
3.下列有关范德华力的强弱对比正确的是(　　)
B
有关分子间作用力的辨析
(1)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。
(2)离子化合物中不存在分子间作用力。
(3)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,铝、铜、铁等金属单质中,均不存在分子间作用力。
(4)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。
二、氢键与物质性质
知能通关
1.氢键
(1)氢键的含义和表示方法
①含义(以H2O分子为例):当一个水分子中的氢原子与另一个水分子中氧原子接近时,带有部分　　　　的氢原子允许带有部分　　　　的氧原子充分接近它,并产生　 　　　形成氢键。氢键也是一种常见的分子间作用力。
②表示方法和作用能:通常用　　　　　　表示。氢键的键长一般定义为X—H…Y。氢键的作用能是指X—H…Y分解为　　　　　　和　　　　所需要的能量,一般不超过　　　　　 kJ·mol-1,比范德华力的作用能大,但比化学键的键能小得多。
正电荷
负电荷
静电作用
X—H…Y
X—H
Y
40
(2)氢键形成的条件
在X—H…Y中,氢原子两边的X原子和Y原子所属元素通常具有较大的_________和较小的　　 　　,或者说氢原子位于X原子和Y原子之间且X原子和Y原子具有强烈　　　　　电子的作用,氢键才能形成。X、Y一般为　　　、 　　　、_________原子。
电负性
原子半径
吸引
N
O
F
(3)氢键的类型
氢键既可以存在于分子之间,也可以存在于分子内部的原子团之间。如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
(1)正误判断。
①氢键只存在于分子之间(　　)
②液态水分子间的作用力只有氢键(　　)
③氢键只有方向性,没有饱和性(　　)
④水分子间在任何情况下都存在氢键(　　)
⑤氢键的作用能比范德华力大,氢键就是化学键(　　)
×
小题对点过
×
×
×
×
(2)下列几种氢键:①O—H…O;②N—H…N;③F—H…F;④O—H…N,按氢键从强到弱的顺序是　　　　　　。 （用序号表示）
③>①>④>②
2.氢键对物质性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响
①分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高,因为要使液体汽化,必须破坏大部分分子间的氢键,这需要较多的能量;要使晶体熔化,也要破坏一部分分子间的氢键。
②分子内氢键的形成使物质的熔、沸点降低,如邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低。
(2)对溶解度的影响
在极性溶剂里,如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键,则溶质的溶解性增大。例如,乙醇和水能以任意比例互溶。
(3)对水的密度的影响
绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度,但是在0 ℃附近的水的密度却是液态的大于固态的。
下列现象与氢键无关的有　　　　。
①HF的熔、沸点比同族其他元素氢化物的高
②CH3CH2OH的沸点高于CH3OCH3
③水分子比硫化氢分子稳定
④小分子的醇、羧酸可以和水以任意比例互溶
⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低
⑥CH4、SiH4、GeH4、SnH4的熔点随相对分子质量的增大而升高
③⑥
小题对点过
解析　①HF能形成分子间氢键,故HF的熔、沸点比同族其他元素氢化物的高;②CH3CH2OH能形成分子间氢键,CH3OCH3不能,故CH3CH2OH的沸点高于CH3OCH3;③氧元素的非金属性比硫元素强,O—H的键能大于S—H的键能,故水分子比硫化氢分子稳定;④醇中的羟基、羧酸中的羧基能和溶剂水分子形成分子间氢键,增大溶解度,故小分子的醇、羧酸可以和水以任意比例互溶;⑤邻羟基苯甲酸可形成分子内氢键,熔、沸点偏低,对羟基苯甲酸可形成分子间氢键,熔、沸点偏高,故邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低;⑥CH4、SiH4、GeH4、SnH4的结构和组成相似,分子间只存在范德华力不存在氢键,熔点随相对分子质量的增大而升高,与氢键无关。
3.氢键与范德华力、共价键的比较
类型 范德华力 氢键 共价键
特征 无方向性,无饱和性 有方向性,有饱和性 有方向性,有饱和性
强度 共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素 ①随着分子极性增大而增大
②组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大 对于X—H…Y,X、Y的电负性越大,Y原子的半径越小,氢键越强 成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定
类型 范德华力 氢键 共价键
对物质性质的影响 ①影响物质的熔、沸点,溶解度等物理性质
②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高 ①分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大
②分子内氢键的存在,使物质的熔、沸点降低 共价键键能越大,分子稳定性越强
1.下列物质分子内和分子间均可形成氢键的是(　　)
B
2.在“HI(s)→HI(g)→H2和I2”的变化过程中,被破坏的作用力依次是(　　)
A.范德华力、范德华力 B.范德华力、共价键
C.共价键、离子键 D.共价键、共价键
解析　碘化氢由分子构成,由固态转化为气态时,需要克服范德华力。碘化氢气体受热分解为氢气和碘时,需要破坏的是共价键,答案选B。
B
3.(2024·襄阳高二月考)下列关于氢键的说法错误的是(　　)
A.HF的沸点比HCl的沸点高是由于HF分子间存在氢键
B.水在结冰时体积膨胀是由于水分子之间存在氢键
C.NH3的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键
D.在氨水中氨分子和水分子之间存在氢键
C
解析　氢键是一种较强的分子间作用力,它的存在使物质的熔、沸点相对较高,HF的沸点比HCl的沸点高的原因是HF分子间存在氢键,A项正确;水在结冰时体积膨胀是因为在冰中水分子间最大限度地以氢键结合并排列成规整的晶体,从而使冰的结构中存在许多空隙,造成体积膨胀,B项正确;NH3的稳定性取决于N—H键的强弱,与分子间能形成氢键无关,C项错误;在氨水中氨分子和水分子之间存在氢键,D项正确。
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1.下列叙述与范德华力无关的是(　　)
A.气体物质加压或降温时能凝结或凝固
B.熔、沸点高低:CH3CH3C.干冰易升华,SO2固体不易升华
D.氯化钠的熔点较高
D
解析　气体物质加压或降温时能凝结或凝固是因为气体分子之间存在范德华力,A不符题意;结构相似的共价分子,相对分子质量越大,范德华力越大,因此熔、沸点高低:CH3CH32.下列不能用氢键相关知识解释的是(　　)
A.羊毛衫水洗后变形 B.氨容易液化
C.H2O比H2S更稳定 D.冰浮在水面上
解析　羊毛属于蛋白质,含有大量氢键,水洗会破坏氢键,所以变形与氢键有关,A不符合题意;氨气分子之间存在氢键,分子聚集在一起,很容易形成液体,氨容易液化与氢键有关,B不符合题意;H2O比H2S更稳定是由于O元素的非金属性比S强,与氢键无关,C符合题意;冰中含大量氢键,相同情况下与水相比,体积膨胀,密度减小,因而浮在水面上,与氢键有关,D不符合题意。
C
3.下列说法不正确的是(　　)
A.HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高与范德华力强弱有关
B.H2O的熔、沸点高于H2S的熔、沸点是因为H2O分子间存在氢键
C.甲烷分子与水分子间可形成氢键
D.白酒中,乙醇分子和水分子间存在范德华力和氢键
C
解析　HCl、HBr、HI的组成和结构相似,相对分子质量越大,范德华力越强,熔、沸点越高,A项正确;由于O原子的电负性大、半径小,所以H2O分子之间存在氢键,冰融化和水汽化都需要克服氢键,所以氢键的存在使H2O的熔、沸点比H2S的高,B项正确;氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的H原子与另一个电负性很大的原子之间形成的作用力,由于甲烷分子中C原子的电负性较小,所以甲烷分子和水分子间不能形成氢键,C项错误;乙醇分子和水分子间存在氢键和范德华力,D项正确。
4.(1)CH3OH(甲醇)的熔、沸点比与其相对分子质量接近的CH3CH3(乙烷)的熔、沸点高很多,其主要原因是____________________________________________________。
CH3OH分子间能形成氢键,CH3CH3分子间不能形成氢键
氢键
课时精练14
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列关于范德华力的叙述中,不正确的是(　　)
A.范德华力的实质是一种电性作用,范德华力是一种化学键
B.范德华力普遍存在于分子间,它使许多物质能以一定的凝聚态存在
C.范德华力与物质的熔、沸点有关,与物质的稳定性无关
D.范德华力没有饱和性与方向性
A
解析　范德华力实质是电性作用,作用能通常比化学键的键能小得多,范德华力不是一种化学键,A项错误。范德华力普遍存在于分子间,使许多物质能以液态、固态存在,B项正确。范德华力越大,物质的熔、沸点越高;而物质的稳定性与化学键有关,C项正确。范德华力的特征为没有饱和性、方向性,D项正确。
2.下列各组内每种物质都能形成分子间氢键的是(　　)
A.HClO4和H2SO4 B.CH3COOH和H2Se
C.C2H5OH和NaOH D.H2O2和HI
解析　HClO4和H2SO4可形成分子间氢键,A正确;Se的电负性较弱,H2Se不能形成分子间氢键,B错误;NaOH是离子化合物,不能形成分子间氢键,C错误;HI中碘元素电负性较弱,不能形成分子间氢键,D项错误。
A
3.下列说法正确的是(　　)
A.在“石蜡→液态石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是范德华力、共价键、共价键
B.某物质固态时不导电但在熔融状态下能导电,则该物质中一定含有离子键
C.干冰溶于水生成碳酸的过程只需克服分子间作用力
D.H2O分子之间的作用力大于H2S,故前者比后者稳定
B
解析　 “石蜡→液态石蜡→石蜡蒸气”属于物质的三态变化,属于物理变化,破坏了范德华力,“石蜡蒸气→裂化气”发生了化学变化,破坏了共价键,所以在“石蜡→液态石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是范德华力、范德华力、共价键,A错误;固态不导电,则固体中没有自由移动的离子或自由移动的电子,不是金属,熔融时能导电,说明其可以电离出自由移动的离子,其构成微粒一定为离子,则一定为离子化合物,B正确;二氧化碳与水反应生成碳酸,发生了化学变化,共价键被破坏,C错误;稳定性与化学键有关,即水分子稳定是因H—O键键能大,而与分子间作用力无关,D错误。
4.如图中每条折线表示周期表ⅣA~ⅦA族中的某一族元素简单氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物,其中a点代表的是(　　)
A.H2S B.HCl
C.PH3 D.SiH4
解析　在ⅣA~ⅦA族元素的简单氢化物中,NH3、H2O、HF因分子间存在氢键,沸点高于同主族相邻元素的简单氢化物的沸点,只有ⅣA族元素简单氢化物不存在反常现象,所以a点代表的应是SiH4。
D
5.氨气极易溶于水与氢键有关。请判断NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是(　　)
B
6.下列说法中错误的是(　　)
A.卤化氢中HF的沸点最高,是由于HF分子间存在氢键
B. H2O的沸点比HF的高,与氢键有关
C.氨气极易溶于水,重要的原因之一是由于氨分子与水分子之间能形成氢键
D.相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键,且氢键的数目依次增多
解析　因氟化氢分子之间存在氢键,所以HF是卤化氢中沸点最高的,A正确;NH3·H2O中NH3与H2O之间存在氢键,C正确;在气态时,分子间距离大,分子之间没有氢键,故D错。
D
7.维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢,并有保护神经系统的作用。该物质的结构如图所示,维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有(　　)
A.氢键、共价键
B.离子键、氢键、共价键
C.离子键、范德华力
D.离子键、氢键、范德华力
D
解析　维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有离子键、氢键、范德华力,D项正确。
8.(2025·威海高二月考)下列物质加热熔化时,所克服的粒子间相互作用力属于同类型的是(　　)
A.食盐和金属钠的熔化 B.氯化铵和单质硫的熔化
C.碘和干冰的升华 D.金刚石和石灰石的熔化
解析　食盐和金属钠的熔化,前者破坏离子键,后者破坏金属键,故A项不符合题意;氯化铵和单质硫的熔化,前者破坏离子键,后者破坏分子间作用力,故B项不符合题意;碘和干冰受热升华均破坏分子间作用力,故C项符合题意;金刚石和石灰石的熔化,前者破坏共价键,后者破坏离子键,故D项不符合题意。
C
9.下列两组命题中,Ⅱ组中命题正确,且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是(　　)
D
选项 Ⅰ组 Ⅱ组
A 相对分子质量:HCl>HF 沸点:HCl高于HF
B 键能:H—O>H—S键 沸点:H2O高于H2S
C 分子间作用力:H2O>H2S 稳定性:H2O强于H2S
D 相对分子质量:HI>HCl 沸点:HI高于HCl
解析　由于相对分子质量:HCl>HF,所以范德华力:HCl>HF,但HF分子间存在氢键,而HCl分子间不存在氢键,所以沸点HCl低于HF,A中命题Ⅱ不正确;由于原子半径:OH—S键,但沸点与共价键的键能无关,H2O分子间存在氢键,所以沸点H2O高于H2S,B中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ;由于相对分子质量:H2S>H2O,所以范德华力:H2S>H2O,但H2O分子间存在氢键,所以分子间作用力:H2O>H2S,由于键能H—O>H—S键,所以稳定性H2O强于H2S,分子的稳定性与分子间作用力无关,所以C中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ;由于相对分子质量:HI>HCl,所以范德华力:HI>HCl,沸点:HI高于HCl,D中命题Ⅰ能解释命题Ⅱ。
10.氧是地壳中含量最多的元素,氮是空气中含量最多的元素。
(1)H2O中的O—H键、分子间的范德华力和氢键由强到弱的顺序依次为___________>　　　 　>　　 　　。
O—H键
　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)N、P、As都属于第ⅤA族元素,形成简单氢化物的沸点由高到低的顺序为_________(填分子式,下同)>　　　　>　　　　。
氢键
范德华力
NH3
AsH3
PH3
(4)如图1表示某种含氮有机化合物的结构简式,其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)。分子内存在空腔,能嵌入某种离子或分子并形成4个氢键予以识别。
c
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
11.如图所示为元素周期表短周期的一部分,其中D的原子核电荷数是B的2倍。下列有关A、B、C、D、E五种元素的叙述中,不正确的是(　　)
A.固态的AB2升华时只需克服范德华力
B.C的氢化物分子间能形成氢键而E的氢化物分子间不能形成
氢键是因为C—H键更短
C.D的单质在过量的B2中燃烧的产物为DB3
D.A与E形成的化合物分子AE4是非极性分子
BC
A B C
D E
解析　由所给部分元素周期表及D的原子核电荷数是B的2倍,可知A、B、C、D、E五种元素分别是C、O、F、S、Cl。HF分子间能形成氢键,主要是因为F的电负性大,且原子半径较小;硫在O2中燃烧生成SO2,选B、C。
12.下列现象与氢键有关的是(　　)
A.NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素的简单氢化物高
B.小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
C.水分子高温下也很稳定
D.苯酚、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱
解析　A项,在第ⅤA族元素中,N的电负性最强,NH3分子之间存在氢键,所以NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素的简单氢化物高,与氢键有关;B项,—OH、—COOH与水分子间能形成氢键,所以小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶与氢键有关;C项,水分子高温下也很稳定,其稳定性与O—H键有关,而与氢键无关;D项,—OH上氢原子的活泼性与O—H键极性有关,并不是与氢键有关。
AB
13.回答下列问题。
(1)硅烷(SinH2n+2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如下图所示,呈现这种变化关系的原因是_____________________________________________________
______________。
硅烷的结构和组成相似,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高
解析　(1)硅烷是由分子通过范德华力形成的,相对分子质量越大,范德华力越强,沸点越高。
(2)①乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
②H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因它们是极性分子外,还因为
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　, 乙醇在H2O中的溶解度大于在H2S中的,其原因是__________________________________________________________
________________。
乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键
H2O与CH3CH2OH分子间可以形成氢键
H2O分子和乙醇分子之间能形成氢键,而H2S分子和乙醇分子之间不能形成氢键
解析　(2)①乙二胺分子中存在N—H键,故乙二胺分子间存在氢键,三甲胺中不能形成氢键,所以乙二胺的沸点高于三甲胺。②H2O与乙醇可以形成分子间氢键,使得水与乙醇互溶;而H2S与乙醇不能形成分子间氢键,故乙醇在H2S中的溶解度小于H2O。
a.分子间可形成氢键
b.分子中既有极性键又有非极性键
c.分子中含有7个σ键和1个π键
d.该分子在水中的溶解度大于CH3CH==CHCH3
bd
解析　(3)分子中不存在与电负性很强、原子半径小的元素相连的H原子,所以不存在氢键,故a不正确;分子中碳碳键是非极性键,碳氢键、碳氧键是极性键,b正确;分子中有3个碳碳σ键、2个碳氧σ键、4个碳氢σ键,2个碳氧π键和1个碳碳π键,共有9个σ键和3个π键,故c不正确;由于醛基中的氧原子与水分子间形成氢键,增大了其在水中的溶解度,d正确。
<
中形成分子内氢键,使其更难电离出H+

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