高中化学 专题3 第4单元 分子间作用力 分子晶体教案 苏教版选修3

第四单元分子间作用力分子晶体目标与素养：1.了解范德华力的类型，掌握范德华力大小与物质物理性质之间的辨证关系，认识范德华力对物质性质的影响。

(宏观辨识与微观探析)2.理解氢键的本质，能分析氢键的强弱，知道范德华力及氢键对物质性质的影响，认识物质是不断运动的，物质性质的变化是有条件的。

(变化观念与平衡思想)3.掌握分子性质的结构特点与性质。

(模型认知)一、分子间作用力1.分子间作用力⎩⎪⎨⎪⎧定义：共价分子间存在的一类静电作用。

本质：静电作用特点：与化学键相比弱的多类型：范德华力和氢键2．范德华力(1)存在范德华力普遍存在于固体、液体和气体分子之间的作用力。

(2)特点范德华力较小，没有(填“有”或“没有”)饱和性和方向性。

(3)影响因素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。

如F2＜Cl2＜Br2＜I2。

(4)对物质性质的影响主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理(填“物理”或“化学”)性质。

①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。

②与溶剂分子间范德华力越大，物质的溶解度越大。

3．氢键(1)形成和表示H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y的孤电子对接近并产生相互作用，即形成氢键，通常用X—H…Y表示。

上述X、Y通常指N、O、F等。

(2)类型氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。

如①H2O与NH3分子间存在分子间氢键，②存在分子内氢键③存在分子间氢键。

(3)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。

②含有分子内氢键的物质具有较低的熔、沸点。

③与溶剂分子易形成氢键的物质溶解度较大。

二、分子晶体1．结构特点2．物理性质(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。

(2)对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的物质来说，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晶体熔、沸点较高。

3．类型类型实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等部分非金属氧化物CO2、P4O6、P4O10、SO2等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物的晶体苯、乙醇等1．结构特点(1)石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。

(2)在同一个层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成π键。

(3)层与层之间以范德华力相结合。

2．所属类型石墨中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，是一种混合晶体。

具有熔点高，质软，易导电等性质。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)氢键是一种化学键，比范德华力大。

(2)分子间氢键使物质具有较高的熔、沸点。

(3)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力。

(4)结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。

(5)分子晶体中只含有分子间作用力不含化学键。

[答案](1)×(2)√(3)√(4)√(5)×2．下列现象与化学键有关的是( )A．F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高B．H2O的沸点远高于H2S的沸点C．H2O在高温下也难分解D．干冰汽化C[在A项中，卤素单质分子间存在着分子间作用力，且相对分子质量越大，分子间作用力越强，单质的熔、沸点也就越高。

B项中由于H2O分子间存在氢键，使分子间作用力增强，所以H2O的沸点要比H2S的高。

C项中水分解要破坏化学键，由于H—O键键能很大，在较高温度时也难打开，所以H2O分子很稳定，与共价键有关。

D项，在干冰中，CO2分子间通过范德华力结合在一起，在汽化时需要克服范德华力，而CO2分子内的化学键并没有断裂。

] 3．H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是________。

[解析]H2O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H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。

[答案]水分子与乙醇分子之间形成氢键氢键的饱和性与方向性以H2O为例，由于H—O—H分子中有2个O—H键，每个H原子均可与另外水分子形成氢键；又由于水分子的氧原子上有2对孤电子对，可分别与另一水分子的H原子形成氢键，故每个水分子最多形成4个氢键，这就是氢键的饱和性。

2．方向性Y原子与X—H形成氢键时，在尽可能的范围内要使氢键与X—H键轴在同一个方向上，即以H原子为中心，三个原子尽可能在一条直线上，氢原子尽量与Y原子的孤电子对方向一致，这样引力较大；三个原子尽可能在一条直线上，可使X与Y的距离最远，斥力最小，形成的氢键强。

变化观念与平衡思想：范德华力、氢键与共价键的比较范德华力氢键共价键概念物质分子之间普遍存在的一种相互作用力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之间的作用力原子间通过共用电子对所形成的相互作用分类－分子内氢键、分子间氢键极性共价键、非极性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、有饱和性强度比较共价键＞氢键＞范德华力影响强度的因素相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力也越大对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，键能越大成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响①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。

如F2＜Cl2＜Br2＜I2，CF4＜CCl4＜CBr4；②影响溶解度等物理性质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，如熔、沸点：H2O＞H2S，HF＞HCl，NH3＞PH3；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)氢键不属于化学键，氢键是大小介于范德华力和化学键之间的一种特殊作用力。

(2)稀有气体中无化学键，只存在分子间作用力。

(3)共价键强弱决定分子的稳定性，而范德华力影响其熔、沸点高低。

【典例1】 水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H 2O)n 。

在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H 2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰，其结构如图所示。

试回答下列问题：(1)下列叙述中正确的是________(填字母)。

A ．1 mol 冰中有4 mol 氢键 B ．平均每个水分子有2个氢键 C ．冰中的氢键没有方向性(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7 kJ·mol－1，冰的升华热(1 mol 冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJ·mol －1，则冰中氢键的能量是___________。

(3)在液态水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构式：H 5O ＋2、H 9O ＋4。

[解析] (1)每个水分子形成4个氢键，但每个氢键为2个水分子所共有，所以每个水分子只有2个氢键，即1 mol 冰中有2 mol 氢键。

氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。

(2)氢键的能量为(51－7)×12＝22 kJ·mol －1。

(3)H 5O ＋2为2个水分子结合1个氢离子，H 9O ＋4为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。

[答案] (1)B (2)22 kJ·mol －1 (3)1．下列说法不正确的是( )A ．HF 、HCl 、HBr 、HI 的熔、沸点依次升高只与范德华力的大小有关B ．H 2O 的熔、沸点高于H 2S ，是由于水分子之间存在氢键C ．乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键来解释D ．邻羟基苯甲酸的熔点比对羟基苯甲酸的熔点低A[熔、沸点：HCl＜HBr＜HI＜HF，与范德华力和氢键有关，A项错误。

水分子之间存在氢键，所以其熔、沸点高于H2S，B项正确。

乙醇分子和水分子都是极性分子，且二者分子间能形成氢键，故能互溶，C项正确。

分子内氢键与分子间氢键对熔、沸点的影响结果不同，形成分子间氢键的物质的熔、沸点比形成分子内氢键的物质的熔、沸点要高，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，而对羟基苯甲酸主要形成分子间氢键，所以对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高，D项正确。

]分子间作用力与化学键影响的性质差异范德华力和氢键主要影响物质的物理性质，如熔、沸点的高低，溶解性的大小；而共价键主要影响物质的化学性质，如物质的稳定性强弱。

2．请以A—H…B的形式表示出氨水中所存的氢键。

[答案]N—H…N O—H…ON—H…O O—H…N。

3．(2019·全国Ⅲ卷)苯胺()的晶体类型是________。

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___________。

[答案]分子晶体苯胺分子之间形成氢键分子晶体(1)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。

(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点较高。

(3)同分异构体中，支链越多，分子间作用力越弱，熔、沸点越低。

(4)根据物质常温常压下的状态，如干冰、冰、白磷的熔沸点由高到低的顺序为：白磷>冰>干冰，因为在通常状况下，白磷、冰、干冰依次呈固态、液态、气态。

2．常见典型分子晶体的结构特征(1)每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有12个。

(2)每个晶胞中含有CO2分子为4个。

3．四类晶体的比较类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键分子间作用力(范德华力或氢键)金属离子和自由电子之间的强烈相互作用确定作用力强弱的一般判断方法离子电荷、半径键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量离子半径、外围电子数熔、沸点较高高低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃)硬度略硬而脆大较小差别较大导电性不良导体(熔化后或溶于水时导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良( )A．冰晶体中每个水分子与另外4个水分子形成四面体B．冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体C．水分子间通过H—O键形成冰晶体D．冰融化后，水分子之间空隙增大A[冰晶体是分子晶体，冰晶体中的水分子是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，B、C项错误。