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微专题2
基于微粒间的相互作用认识物质的性质
素养 目标定位
目标素养
1.正确理解离子键、共价键、范德华力、氢键等不同类型作用力的本质,掌握其基本特征
2.能举例说明不同类型作用力对物质性质的影响,认识物质的性质与微观结构的关系
3.深化对微粒间相互作用模型的认知,培养学生证据推理与模型认知的化学学科核心素养
课堂 要点解读
知识讲解
1.作用力及类型。
*金属键也是一种化学键,将在下一章学习。
2.各种作用力的实质、特征及影响强度的因素。
作用力类型 实质 特征 影响强度的因素
离子键 相邻的阴、阳离子之间的相互作用 作用力强,无饱和性和方向性 离子半径,离子所带单位电荷的数目等
共价键 相邻的原子间通过共用电子对(原子轨道重叠)所形成的相互作用 作用力强,有饱和性和方向性 原子半径、共用电子对数等
作用力类型 实质 特征 影响强度的因素
范德
华力 存在于充分接近的分子间的一种作用力 比化学键弱得多,无饱和性和方向性 分子的极性,相对分子质量等
氢键 由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子形成的一种作用力:X—H…Y 比范德华力稍强,比化学键弱得多,有饱和性和方向性 X、Y两种原子的电负性、原子半径等
3.多视角认识共价键。
分类依据 类别 形成条件 特征
键的极性 极性
键 不同元素原子之间的作用 共用电子对偏向吸引电子能力较强的原子,键有极性
非极
性键 同种元素原子之间的作用 共用电子对不偏移,键无极性
原子轨道
重叠方式 σ键 原子轨道“头碰头”重叠 轴对称
π键 原子轨道“肩并肩”重叠 镜面对称
分类依据 类别 形成条件 特征
原子间共
用电子对
数目 共价
单键 原子间有1个共用电子对 只有1个σ键,没有π键
共价
双键 原子间有2个共用电子对 有1个σ键和1个π键
共价
三键 原子间有3个共用电子对 有1个σ键和2个π键
典型例题
【例1】 下列叙述中不正确的是　　　。
①氢键有方向性和饱和性,是氢元素与其他元素形成的共价键
②σ键能单独形成,而π键不能单独形成
③所有的共价键都有方向性,这与原子轨道的重叠方式有关
④氢键属于分子间作用力,所以氢键只存在于分子与分子之间
⑤CH3CH==CH2分子中,σ键与π键数目之比为7∶2
⑥金属原子只能形成离子键,不能形成共价键
答案:①③④⑤⑥
解析:氢键属于分子间作用力,不属于化学键,共价键属于化学键,①错误;若成键原子间只共用一对电子,一定形成σ键而不是π键,即π键不能单独形成,②正确;s-s轨道形成的σ键没有方向性,③错误;氢键是一种分子间作用力,但氢键可以存在于分子内部,如邻羟基苯甲醛、生物大分子都存在分子内氢键,④错误;CH3CH==CH2分子中,有6个C—H σ键和2个C—C σ键,有1个π键,所以σ键与π键数目之比为8∶1,⑤错误;金属原子也可以形成共价键,如Al2Cl6分子中存在Al—Cl共价键,⑥错误。综上所述,错误的是①③④⑤⑥。
方法导引 微粒间的作用力是一种静电作用,既有静电引力,又有静电斥力。要熟悉各类作用力之间的相互关系,既要掌握其一般规律,又要充分认识其特殊性。例如极性键又分为强极性键和弱极性键,非极性键和离子键可以看作是极性键的两个极端,弱极性键趋向非极性键,强极性键趋向离子键。同时还要认识到,没有纯粹的离子键,许多离子键中都含有一定的共价键成分,卤化银的键型从离子键(AgF)向共价键(AgI以共价键为主)过渡就是很好的例证(下一章会详细讲)。
【例2】 在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是(　　)。
A.范德华力、氢键、共价键
B.范德华力、范德华力、共价键
C.范德华力、共价键、共价键
D.氢键、范德华力、共价键
答案:B
解析:石蜡中的分子由碳原子和氢原子构成,题干中前两个变化破坏的是范德华力,第三个变化是石蜡中烃分子的分解,被破坏的是共价键。
【例3】氢键的本质是缺电子的氢原子和富电子的原子或原子团之间的一种弱的电性作用。近年来,人们发现了双氢键,双氢键是指带正电的H原子与带负电的H原子之间的一种弱电性相互作用。下列不可能形成双氢键的是(　　)。
A.Be—H…H—O B.K—H…H—N
C.O—H…H—N D.F—H…H—Al
答案:C
解析:O—H中H显+1价,H—N中H显+1价,O—H…H—N不可能形成双氢键,C项符合题意。
知识讲解
1.各类作用力对物质性质的影响。
(1)离子化合物都含有离子键,一般具有较高的熔点和沸点,硬度较大,难于压缩。离子键越强,物质的熔点、沸点越高,硬度越大。离子键的强弱也会影响物质的某些化学性质,如稳定性。强碱、大多数盐、活泼金属氧化物等都含有离子键。
(2)共价键通常用键参数来描述其对分子性质的影响。
一般键长越短,键能越大,共价键越强,分子越稳定。非金属单质、大多数非金属氧化物、酸、大多数有机化合物等都是由共价键形成的。
(3)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质,范德华力越强,物质的熔点、沸点越高,硬度越大。范德华力广泛存在于相互接近的分子之间,主要存在于由分子构成的物质中。
(4)分子间氢键的存在,能使物质的熔点、沸点升高。氢键对电离、溶解度等产生影响,若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大。
2.键的极性对化学性质的影响。
酸性强弱 理论解释
三氟乙酸>
三氯乙酸 氟的电负性大于氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子
三氯乙酸>
二氯乙酸>
氯乙酸 Cl3C—的极性>Cl2HC—的极性>ClH2C—的极性,极性越强,羧基中羟基的极性就越大,就越易电离出氢离子
甲酸>乙
酸>丙酸 烃基越长使羧基中羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱
典型例题
【例4】 解释下列现象或事实:
(1)苯胺( )与甲苯( )的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是 　。
(2)氨(NH3)的熔点、沸点比联氨(H2N—NH2)的熔点、沸点低,原因是 　。
(3)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,原因是 　。
(4)硅是重要的半导体材料,广泛应用于计算机芯片和太阳能电池等。碳和硅的有关化学键键能如下表。SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是 　。
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
347.7 413.4 336 226 318 452
(5)下表是CO和N2的键能数据(单位:kJ·mol-1)。
物质 A—B A=B A≡B
CO 351 745 1 071.9
N2 139 418 946
请结合数据说明CO比N2活泼的原因: 　。
答案:(1)苯胺分子间存在氢键,甲苯分子间不存在氢键,氢键可使物质的熔点、沸点升高
(2)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键数目
(3)硝酸存在分子内氢键,尿素存在分子间氢键,分子间氢键可使物质的熔点、沸点升高
(4)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定。而Si—H的键能小于Si—O,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
(5)CO和N2的结构式分别为C≡O和N≡N,CO断裂第一个π键需要能量1 071.9 kJ·mol-1-745 kJ·mol-1=326.9 kJ·mol-1,N2断裂第一个π键需要能量946 kJ·mol-1-418 kJ·mol-1=528
kJ·mol-1,CO的第一个π键比N2的第一个π键更容易断裂,因此CO比N2活泼
方法导引
在解释同类物质的熔点、沸点高低等问题时,一般从是否形成分子间氢键以及氢键的数目等角度分析;在解释物质的稳定性、活泼性等问题时,一般从共价键的强度分析,大多从键能的大小通过定量计算得出原因,强化证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
【例5】 解释下列现象或事实:
(1)H2O在乙醇中的溶解度大于H2S在乙醇中的溶解度,其原因是 　。
(2)已知苯酚( )具有弱酸性,其K=1.1×10-10;水杨酸第一步电离形成的离子 能形成分子内氢键,据此判断,相同温度下电离平衡常数K2(水杨酸)　　　　　(填“>”或“<”)K(苯酚),其原因是　 　。
(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示,呈现这种变化的原因是 　。
(4)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如下所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是 　。
答案:(1)水分子与乙醇分子之间能形成氢键
(2)<　 能形成分子内氢键,使其更难电离出H+
(3)硅烷由分子构成,随相对分子质量的增大,范德华力增大,沸点升高
(4)化合物乙分子间存在氢键

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