水分子间的氢键共22页
水中氢键的形成及其对生命演化的影响
水中氢键的形成及其影响下产生的生命形态摘要：氢键是一种特殊的化学键合形式，水中的氢键赋予了水许多特殊的性质，使得水对生命的演化产生了重要的影响，本文从水中氢键的物化性质出发，探讨它对生命形态与生命发展演化过程的影响。
关键词：氢键演化生命起源1 氢键的生成当氢原子与电负性较强的原子结合时，因极化效应，键间的电荷分布不均，氢原子变成近乎质子状态。
此时再与另一电负性较强的原子相遇时，可发生静电吸引，这种静电吸引作用即是氢键。
水分子中，氧原子的电负性强，因而水分子间可以形成氢键。
水分子间的氢键键长为0.276nm，键能约18.8kJ/mol[1]。
2 氢键对水物化性质的影响2.1 氢键对水物理性质的影响通常而言，形成分子间氢键时，熔点、沸点、熔化热、汽化热、表面张力、粘度、介电常数、密度等将升高，蒸气压下降[2]。
在第六主族的氢化物H2Te、H2Se、H2S 及H2O 中，用范德华力推导，它们的熔点、沸点是顺次降低的。
H2O的理论估计值沸点约为-80℃，熔点为-100 ℃[2]。
而实际测得值沸点是100 ℃，熔点为0 ℃（标况下）。
比理论估计值要高得多。
要使液体气化，必须破坏大部分分子间的氢键，需要较高的能量;要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间的氢键，所以沸点和熔点都比没有氢键的同类化合物高。
因此水具有较高的熔沸点和比热容。
水中的氢键还可以影响水的溶解性能。
凡能形成氢键的物质在水中溶解度均较大，如氨气和乙醇，前者可以700比1的比例溶于水，后者可与水以任意比例互溶。
同时由于相似相溶作用，偶极矩作用与水不甚相似的分子在水中的溶解度较小，具有疏水作用。
同时，由于氢键的存在，水分子间的相互作用力较强，在形成较长的水柱时不易断开。
2.2 氢键对水的化学性质影响与同族元素相比，水的氢化物酸度显著较小，是因为水分子之间形成了强的氢键而抑制了H原子的电离。
氢键在化学反应有着较重要的作用。
有机化学反应通常是在一定的溶剂中进行的，如果反应物与溶剂之间形成氢键，则溶剂通过氢键对许多有机反应常常起着重要的作用。
配合物中水分子形成的氢键模式
［ Ｍｎ （ Ｃ １ Ｐ ｈ ｔ ｒ ｚ ） （ Ｓ Ｏ ） （ Ｈ Ｏ ） ： 】 （ Ｃ １ Ｐ ｈ ｔ ｒ ｚ ＝ ４ 一 （ ４ 一 氯 苯基 亚 甲基） 亚胺 一 １ ， ２ ， ４ 一 三唑 希 夫碱 ） 为例 ， 对 ４种形 式 的 氢键 的形 成及 其在 配合 物超 分 子 结构 中所起 的作 用做 了梳 理 。
２ Ｈ Ｏ｝ ， ［ Ｍｎ （ Ｃｌ Ｐ ｈ ｔ ｒ ｚ ） （ Ｓ Ｏ ０ （ Ｈ２ ０ ） ２ ］ （ Ｃ １ Ｐ ｈ ｔ ｒ ｚ ＝ ４ 一 （ ４ 一 Ｈ一 １ ， ２ ， ４ 一 ｔ ｒ ｉ ａ ｚ ｏ ｌ 一 ４ 一 ｙ １ ） 一 ４ 一 Ｃ １ 一 ｐ ｈ ｅ ｎ ｙ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｉ ｍｉ ｎ ｅ ） ａ ｓ ｅ ｘ －
２ ０ １ ５ 年３ 月 源自咸 阳 师范 学 院学 报
Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ａ ｎｙａ ｎｇ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｍａ ｒ ． ２０１ ５
、 ， ０ ｌ － ３ ０ Ｎ ｏ． ２
第３ ０ 卷 第２ 期
【 化学与材料科学研究】
的 氢键 。 并 分 别 以 配 合 物 ［ Ｃ ｕ ３ （ ｚ — Ｈｄ ａ ｔ ｒ ｚ ） （ ２ 一 Ｃ １ ） （ Ｈ２ ０） ２ Ｃ １ ２ ］ ． Ｃ １ ２ ・ ４ Ｈ ２ Ｏ・ ２ Ｃ ２ Ｈｓ ＯＨ （ Ｈｄ ａ ｔ ｒ ｚ ＝ ３ ， ５ － 二
氨 一 １ ． ２ ， ４ 一三 唑） ，［ Ｃ ｏ （ 一 Ｈｄ ａ ｔ ｒ ｚ ） （ Ｈｚ Ｏ ） ６ ］・（ Ｎｏ ３ ） ８ ・４ Ｈ ２ ０，｛ ［ Ｚ ｎ ２ （ ｐ ｚ — Ｓ Ｏ ０（ ｐ ， 一 ｄ ａ ｔ ｒ ｚ ） ２ ］ ｝・ ２ Ｈ ２ ０｝ ，
2023-2024学年北京市西城区高三上学期化学期末考试题+答案解析
2023-2024学年北京市西城区高三上学期化学期末考试题一、单选题：本大题共14小题，共42分。
1.中国科研团队开发出柔性单晶硅太阳能电池。
单晶硅的晶体结构与金刚石类似，下列说法不正确．．．的是A.C和Si均位于元素周期表中第Ⅳ族 B.单晶硅和金刚石均属于共价晶体C.单晶硅和金刚石中的键角均相同D.单晶硅的熔点高于金刚石的熔点2.下列化学用语或图示表达不正确．．．的是A.NaCl的电子式：B.基态Cr原子的价层电子排布式：C.乙醇的分子式：D.乙炔的分子结构模型：3.下列物质的应用不涉及．．．氧化还原反应的是A.次氯酸钠作纸张的漂白剂B.铁粉作食品保鲜的吸氧剂C.过氧化钠作呼吸面具的供氧剂D.硫化钠作工业废水中、的沉淀剂4.下列事实不能．．用平衡移动原理解释的是A.密闭烧瓶内的和的混合气体，受热后颜色加深B.溶液将水垢中的转化为C.的醋酸溶液稀释10倍，溶液的D.溶液中滴加溶液，促进分解5.下列方程式与所给事实不相符．．．的是A.电镀铜时阴极析出铜：B.钠在空气中加热生成淡黄色固体：C.电解饱和食盐水制氯气：D.氨催化氧化生成一氧化氮：6.下列事实不能．．用氢键解释的是A.密度：B.沸点：C.稳定性：D.溶解性水中：7.阿斯巴甜是一种合成甜味剂，其结构简式如下。
下列关于阿斯巴甜的说法不正确．．．的是A.属于糖类B.1mol阿斯巴甜最多能与反应C.分子中含有手性碳原子D.可以发生取代反应、加成反应8.燃料电池法可以处理高浓度氨氮废水，原理的示意图如下忽略溶液体积的变化。
下列说法不正确．．．的是A.通过质子交换膜向a极室迁移B.工作一段时间后，a极室中稀硫酸的浓度增大C.电极b的电极反应：D.电池的总反应：9.下列实验不能．．达到对应目的的是选项A B实验目的验证铁的吸氧腐蚀验证溴丁烷发生消去反应选项CD实验目的实验室制取氨气实验室制取乙酸乙酯A.AB.BC.CD.D10.将溶液分别滴入溶液和溶液中，如图所示，Ⅰ、Ⅱ中均有沉淀产生。
分子内氢键与分子间氢键
分子内氢键与分子间氢键氢键是一种特殊的非共价相互作用力，它在化学和生物学中起着重要的作用。
氢键的形成可以分为分子内氢键和分子间氢键两种类型。
本文将详细介绍这两种类型的氢键及其在化学和生物学中的作用。
一、分子内氢键分子内氢键是指氢原子与形成氢键的原子在同一个分子中相互作用。
常见的分子内氢键形成的分子有醇类、酮类、醚类等。
分子内氢键的作用可以使分子在空间上发生构型的改变，从而影响分子的性质和反应活性。
以醇类分子为例，醇分子中的氢原子与氧原子形成氢键。
这种氢键的形成使得醇分子中的氢原子部分带正电，氧原子部分带负电。
因此，在醇分子中，氢键的存在使得分子极性增强，使得醇分子更易溶于极性溶剂。
此外，氢键还能够影响醇分子的酸碱性质和反应活性。
例如，氢键的形成使得醇分子中的氧原子部分带负电，使得醇分子成为酸性物质，能够与碱反应生成盐。
二、分子间氢键分子间氢键是指氢原子与形成氢键的原子位于不同分子中相互作用。
分子间氢键的形成能够使分子之间发生相互吸引，并影响分子的物理性质和化学性质。
分子间氢键的形成主要是由氢原子与氧原子、氮原子或氟原子之间的相互作用引起的。
以水分子为例，水分子之间通过氢键相互连接。
氢键的形成使得水分子之间发生相互吸引，使得水分子的沸点和熔点较高。
此外，氢键的存在还使得水分子呈现出较大的极性，使得水分子能够溶解许多离子和极性分子物质。
在生物学中，分子间氢键在蛋白质和核酸的结构中起着重要的作用。
例如，在蛋白质的空间结构中，分子间氢键的形成使得蛋白质的二级结构稳定，从而决定了蛋白质的功能。
在DNA的双螺旋结构中，分子间氢键的形成使得DNA的碱基能够相互配对，从而保证了DNA的复制和遗传信息的传递。
总结起来，分子内氢键和分子间氢键都是一种重要的相互作用力。
它们的形成能够影响分子的性质和反应活性，对化学和生物学过程具有重要的意义。
通过深入研究氢键的性质和作用机制，可以进一步理解和应用氢键在化学和生物学领域的作用。
水分子间的氢键课件
在材料科学中的应用
高分子材料
通过调节高分子材料中氢键的数量和分布，可以影响材料的力学性能、热稳定性 和化学稳定性等。
纳米材料
氢键可以影响纳米材料的尺寸、形状和性质，进而影响其光学、电学和磁学等方 面的性能，因此在纳米材料的设计和制备中具有重要意义。
经典力学模拟
01
经典力学模拟是研究水分子间 氢键的一种常用方法。
分子内水的结构
传递分子间相互作用
核磁共振（NMR）
核磁共振技术可以用来研究水分子间的氢键。 通过测量水分子中氢原子的化学位移，可以推断出水分子间的氢键强度和分布。
化学位移与氢键的强度和类型密切相关，通过分析化学位移可以获得有关氢键的信息。
红外光谱（IR）
01 02 03
拉曼光谱（Raman）
对水密度的影响
总结词
详细描述
对溶解度的影响
总结词
详细描述
对生物大分子的影响
要点一
总结词
氢键在生物大分子的结构和功能中起着至关重要的作用。
要点二
详细描述
在生物体内，许多重要的生物大分子如蛋白质、核酸和糖 类等都依赖于氢键来维持其结构和功能。氢键的存在使得 这些分子的稳定性增加，同时也在分子识别和信息传递等 过程中起到了关键作用。例如，DNA双螺旋结构中碱基对 的氢键相互作用使得DNA能够稳定地存储遗传信息。
02
它基于牛顿运动定律，通过计 算机程序对水分子间的相互作 用进行模拟。
03
经典力学模拟可以准确地模拟 水分子间的氢键，但是对于更 复杂的化学反应，其准确性会 受到限制。
量子力学模 拟
蒙特卡罗模拟
统
THANKS
感谢观看
在分子生物学中的应用
较强的分子间作用力——氢键(20200725210543).pdf
第2课时较强的分子间作用力——氢键[学习目标定位] 1.了解氢键形成的条件及氢键的存在。
2.学会氢键的表示方法，会分析氢键对物质性质的影响。
一氢键1.比较H2O和H2S的分子组成、立体构型及其物理性质，分析H2O的熔、沸点比H2S高的原因是什么？答案H2O和H2S分子组成相似，都是V形极性分子，常温下H2O为液态，熔、沸点比H2S高。
在水分子中，氢原子与非金属性很强的氧原子形成共价键时，由于氧的电负性比氢大得多，所以它们的共用电子对就强烈地偏向氧原子，而使氢原子核几乎“裸露”出来。
这样带正电的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子的孤电子对发生一定程度的轨道重叠作用，使水分子之间作用力增强，这种分子间的作用力就是氢键，比范德华力大。
硫化氢分子不能形成氢键，故水的熔、沸点比硫化氢的高。
2.氢键的概念及表示方法氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很大的原子之间的作用力。
氢键的通式可用A—H…B—表示。
式中A和B 表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。
3.氢键的形成条件有哪些？答案(1)要有一个与电负性很强的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。
(2)要有一个电负性很强，含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。
(3)X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。
一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。
所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。
4.氢键的特征是什么？答案(1)饱和性在形成氢键时，由于氢原子半径比X、Y原子半径小得多，当氢原子与一个Y原子形成氢键X—H…Y后，氢原子周围的空间已被占据，X、Y原子的电子云的排斥作用将阻碍一个Y原子与氢原子靠近成键，也就是说氢原子只能与一个Y原子形成氢键，即氢键具有饱和性。
(2)方向性X—H与Y形成分子间氢键时，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定，所以氢键还具有方向性(如下图)。
分子间氢键易溶于水
分子间氢键易溶于水的原因可以从以下几个方面来解释：
1. 氢键对极性分子的影响：分子间氢键会使极性分子更容易溶于极性溶剂，如水。
因为水是一种极性溶剂，其极性分子可以与溶质分子中的极性基团产生相互作用，形成氢键。
氢键的存在增强了溶质分子在溶剂中的稳定性，使其更容易溶解。
2. 分子尺寸和形状：分子间氢键的形成通常需要分子具有一定的特定形状和尺寸。
如果分子的形状和大小与水分子之间存在较好的匹配，那么它就更有可能在水中有较好的溶解度。
3. 极性程度：分子的极性程度对于其在水中溶解度的影响也很重要。
极性程度高的分子通常具有更多的电子云，这使得它们更容易与水分子中的氢原子形成氢键，从而增加了它们在水中的溶解度。
4. 氢键的形成和强度：分子间氢键的形成和强度受到许多因素的影响，包括温度、压力、溶剂性质等。
在某些情况下，分子可以通过形成氢键来吸收或释放水分，从而改变其自身的物理性质，如体积、形状和溶解度等。
5. 氢键对溶解度的贡献：氢键对溶解度的贡献主要体现在溶剂化作用上。
溶剂化是指分子与溶剂之间的相互作用，包括静电相互作用、氢键相互作用等。
氢键的存在可以增强溶剂化作用，从而增加溶质的溶解度。
综上所述，分子间氢键易溶于水主要是由于极性分子的稳定性增加、分子尺寸和形状与水匹配、极性程度高有利于形成氢键、氢键对溶解度的贡献以及溶剂化作用的增强等因素的综合作用。
因此，具有强极性基团和良好立体构型的分子往往更容易溶于水，形成了许多具有重要生理学意义的生物分子的水溶性。
分子间作用力(范德华力、氢键)课件2022-2023学年下学期高二化学人教版(2019)选择性必修2
“—”表示共价键 , “…”表示形成的氢键（X、Y一般为N、O、F）。
教材：P57图2-25
O—H … O
不仅氟化氢分子之间、氨分子之间存在氢键， 而且它们跟水分子之间也存在氢键
类型
N—H … N 水分子间
NH3分子间 HF分子间
F—H … F 氨水中
HF水溶液中
1
2
O—H···O
N—H···N
F—H···F
23.11
HCl 36.5
21.14
(1)组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大 (2)相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大
分子
CO N2
相对分子质量
28 28
分子的极性
极性 非极性
范德华力(kJ•mol-1)
8.75 8.50
6. 范德华力对物质性质的影响：
单质 F2 Cl2 Br2 I2
一、范德华力
1. 概念： 范德华（van der Waals）是最早研究分子间普 遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科 学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。
2. 本质：分子间的一种静电作用
3. 特点：
(1)广泛存在于分子之间 (2)只有分子充分接近时才能体现 (3)范德华力一般没有方向性和饱和性。只要分子 周围空间允许，总是尽可能多的吸引其他分子。 (4)范德华力很弱，比化学键的键能小1~2数量级 (通常小10-100倍)大约只有几到几十 KJ•mol-1
的大小以五或六原子环 最稳定。分子内氢键可
这里的氢键，不属于分子间作用力,属 于分子内官能团之间的作用力。
以使分子更稳定。且分 子内氢键会削弱分子间 氢键形成.
9.氢键对物质物理性质的影响：
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二 氧 化 碳 结 构 示 意 图
图1-4 卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系.htm
一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用 力越大，物质的熔点、沸点也越高。例如，卤素单质，随着相对分子质量的 增大，分子间作用力增大，它们的熔点、沸点也相应升高（如图）。
结束
结束
结束
荷的F原子相互吸引。这种静电吸引作用就是氢键
结束
图 1-8 水分子间的氢键
结冰时体积膨胀，密度减小，是水的另一反常性质，也可以用氢键 来解释。
在水蒸气中水以单个的H20分子形式存在； 在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成（H20）n 在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联结，形成相当疏 的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此 能浮在水面上。
◆ 晶体中的一个微粒周围有6个微粒，这种晶 体是： ●A.金刚石 B.石墨 C.干冰 D.氯化钠
开拓思考 晶体判断 结束课程
结束
结束
氯化铯的晶体结构
回离子晶体
结束
1.氯化钠晶体结构示意图
NaCl
1
3
2
Na +
Cl -
结束
2.氯化铯晶体结构示意图 ?
CsCl
Cs+
Cl -
晶胞中微粒个数的分配方法：
以氢键互相联结，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。
结束
图 1-7 HF分子间的氢键
在HF分子中，由于F原子吸引电子的能力很强，H—F键的极性很强，共用电子
对强烈地偏向F原子，亦即H原子的电子云被F原子吸引，使H原子几乎成为“裸
露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的H核，与另一个HF分子带部分负电
晶体结构
高中化学第三册第一章第一节 《离子晶体 原子晶体 分子晶体》
晶体的概念
◆ 什么叫晶体? ●通过结晶过程形成的具有规则几何外形 的固体叫晶体。 ●晶体中的微粒按一定的规则排列。
◆ 决定晶体物理性质的因素是什么? ●构成晶体微粒之间的结合力。 ●结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶体 的硬度越大。
●熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。
●水溶液或者熔融状态下均导电。
◆ 哪些物质属于离子晶体？
●强碱、部分金属氧化物、部分盐类。
Na Cl Cs Cl 熔 点 硬 度
结束
晶体类型的判断
◆ 从组成上判断（仅限于中学范围）： ●有无金属离子？(有：离子晶体) ●是否属于“四种原子晶体”？ ●以上皆否定，则多数是分子晶体。
◆ 从性质上判断： ●熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子 晶体；低：分子晶体) ●熔融状态的导电性。(导电：离子晶体)
开拓思考 课堂训练 结束课程
结束
课堂练习题
◆ 下列不存在化学键的晶体是： ●A.硝酸钾 B.干冰 C.石墨 D.固体氩
◆ 常温常压下的分子晶体是： ●A.碘 B.水 C. 硫酸铵 D.干冰
结束
图 1-5 四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关系
结束
图 1-6 一些氢化物的沸点
图 1-6 一些氢化物的沸点.htm
结束
图 1-8 水分子间的氢键
结冰时体积膨胀，密度减小，是水的另一反常性质，也可以用氢键来解释。 在水蒸气中水以单个的H20分子形式存在；在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成（H20）n(如上图）；在固态水（冰）中，水分子大范围地
结束
构成晶体的基本微粒和作用力
◆ 阴阳离子 ●阴阳离子间以离子键结合，形成离子晶体。
◆ 分子 ●分子间以分子间作用力结合，形成 分子晶体。
◆ 原●原子子间以共价键结合，形成原子晶体。
结束
离子晶体
分子晶体 原子晶体
◆ 什么叫离子晶体？ ●离子间通过离子键结合而成的晶体。
◆ 离子晶体的特点？ ●无单个分子存在；NaCl不表示分子式。