第四单元分子间作用力分子晶体
《分子间作用力 分子晶体》课件(教师版)解析
分子晶体熔化时，一般只破坏了分子间作用力，不 破坏分子内的化学键，但也有例外，如硫晶体（S8）熔 化时，既破坏了分子间的作用力，同时部分S－S键断裂， 形成更小的分子。
几种类型的晶体结构和性质
2、分子晶体的特点： 熔点低、硬度小、易升华。
某些分子晶体的熔点
分子晶体
氧
氮
白磷
水
熔点
－218.3 －210.1
44.2
0
分子晶体 硫化氢
甲烷
乙酸
尿素
熔点
－85.6
－182.5
16.7
132.7
3、典型的分子晶体
（1）所有非金属氢化物 如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等
（2）部分非金属单质 如卤素（X2）、氧（O2）、硫（S8）、氮 （N2）、 白
分布是否均匀等。
范德华力比化学键弱得多。一般来说，某 物质的范德华力越大，则它的熔点、沸点就越 高。对于组成和结构相似的物质，范德华力一 般随着相对分子质量的增大而增强。
二、氢键的形成
氧族元素的氢化物的熔点和沸点
温度/℃
100
H2O
0 H2O
H2Te 沸点
H2Se H2S
H2Te熔点
H2S H2Se
晶体类型 金属晶体 离子晶体 原子晶体 分子晶体
构成微粒 结 构 微粒间作
用力
金属离子、 自由电子
金属键
阴、阳离子 离子键
原子 共价键
分子
分子间作 用力
熔、沸点 有高有低
较高
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
很高
第四章 分子结构——分子间的作用力、氢键、离子极化理论
•
•
•
•
•
•
• •
键的极性的增大 离子键向共价键的过渡 图4-55 由离子键向共价键的过渡
(1) 离子的极化力和变形性 离子的极化力 极化力和
极化力( 极化力(φ )—— 一种离子使邻近的异性离子极化而
变形的能力，通常阳离子极化力占主导 阳离子极化力占主导。 变形的能力，通常阳离子极化力占主导。
Z* φ 极化力 ∝ r
表4-14 分子间的作用能 ⋅mol-1)的分配 分子间的作用能(kJ⋅ 的分配
范德华力对共价化合物物理性质的影响： 范德华力对共价化合物物理性质的影响： 物理性质的影响
分子间范德华力的大小可说明共价化合物间 分子间范德华力的大小可说明共价化合物间 范德华力的大小可说明共价化合物 的物理性质差异： 的物理性质差异： 熔点、沸点的高低，溶解度的大小， 如，熔点、沸点的高低，溶解度的大小， 液化、 等等。 液化、结晶现象及相似相溶原理 ••• 等等。
d→偶极长→正电荷重心和负电荷重心的距离。偶极长 、 →偶极长→正电荷重心和负电荷重心的距离。偶极长d、 偶极子电荷q 是无法测定的， 偶极子电荷 是无法测定的，但偶极矩 µ 可通过实验测得
µ 的单位为 德拜 ， 1D = 3.33×10-30 C·m。 的单位为D(德拜 德拜)， × 。
因为一个电子的电量是1.6× 因为一个电子的电量是 ×10-19C，分子的直径在 -10 m ，分子的直径在10 数量级，所以，分子电偶极矩大小数量级为10 数量级，所以，分子电偶极矩大小数量级为 -30(C·m)。 。
极性分子的这种 固有偶极叫做 叫做永久偶 固有偶极叫做永久偶 极矩µ 。 外电场影响下所 外电场影响下所 产生的偶极叫 产生的偶极叫诱导偶 诱导偶极矩(∆ 极。诱导偶极矩 ∆µ) 的大小与外电场强度 成正比。 成正比。
分子晶体
A 1、关于晶体的下列说法正确的是 A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
2 、实现下列变化时需克服相同类型作用力的是 A．石墨和干冰的熔化 C．液溴和水的汽化 B．食盐和冰醋酸的熔化 D．碘和萘的升华
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
思考：1mol冰周围有？mol氢键
冰中１个水分子周围有４个水分子形成 什么空间构型？
小结：
⑴、分子间氢键的形成会增大分子间作用力， 使物质的熔沸点升高，硬度增大，黏度增大， 且分子间氢键数量越多，熔沸点越高。 ⑵、分子内氢键的形成则会削弱分子间作用力， 使物质的熔沸点降低，硬度减小，黏度减小 ⑶、物质若能与水形成分子间氢键，则一般在 水中具有较大的溶解度
弱分子间作用力
氢键的种类：
分子内氢键 （不属于分子间作用力） 分子间氢键 （属于分子间作用力）
4、氢键对化合物性质的影响 ⑴对熔沸点的影响
① 分子间氢键的存在 ，当物质从固态转化为液 态或由液态转化为气态时，不仅需要克服分子间 作用力，还需提供足够的能量破坏氢键，因而 使
物质的熔、沸点升高。
NH3、H2O和HF的熔沸点比同族其它氢化物 高就是由于分子间形成了氢键。 ②分子内氢键的存在，由于削弱了分子间作用 力，使物质的熔沸点降低。
几种常见的晶体结构和性质
晶体类型
结构 构成微粒
金属晶体
金属离子和 自由电子 金属 键 较高 较大 好
离子 晶体
阴阳 离子
离子键 较高 较大
原子 晶体
原子
分子 晶体
分子
微粒间作用 力 性质 熔沸点
范德华力 (2)
A
4
拓展视野—教材P54 几种类型的范德华力
A
5
阅读材料：
荷兰物理学家范德华,1910年获得诺贝尔物理奖,因 确立真实气体状态方程和分子间范德华力而闻名于世。
他是分子间作用力的首位发现者，所以人们又把分子 间作用力叫做范德华力。
范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气 体中分子之间的作用力。
思考:
液态
固态
分子距离缩短
分子距离缩短
分子无规则运动
分子有规则排列
说明了物质的分子间存在着作用力
A
2
分子间存在作用力的事实2：
由分子构成的
物质，在一定条件
下能发生三态（气、
液、固）变化，说
明分子间存在作用
力。
A
3
知识巩固：
1、分子间作用力的概念： ___将__气__体__分__子__凝__聚__成__相__应__的__固__体__或__液__体__的__作__用__。 2、分子间作用力实质：___一__种__静__电__作__用___; 3、存在：____所__有__的__共__价__分__子__之__间____; 4、它的强度比化学键___弱___(强或弱)的多; _______范__德__华__力__和__氢__键_____是常见的分子间作用力.
CO -199
结论2:
对相对分子质量相同的物质,分子的极性越大,物
质间的范德华力越大,熔沸点越高.
阅读教材——P54影响范德华力的因素：
A
12
三、影响范德华力大小的因素：
1、分子的大小
一般组成和结构相似的物质,相对分子质量 越大,范德华力越大,物质的熔沸点越高.
2、分子的空间构型
一般对于有机物的同分异构体,支链越多, 结构越对称,范德华力越小,熔沸点越低.
分子间作用力-分子晶体-5.10
化硅晶体性质差异的原 因。
5. 干冰的晶体结构
（1）二氧化碳分子的位置：在
晶体中截取一个最小的正方体， 正方体的八个顶点都落到CO2 分子的中心，在这个正方体的
每个面心上还有一个CO2分子。
（2）每个晶胞含二氧化碳
分子的个数 8×1/8+6×1/2=4
（3）与每个二氧化碳分子等距离 且最近的二氧化碳分子有 12个
X—H ···Y
X、 Y为电负性大，而原子半径较小的且有 孤对电子非金属原子，可相同也可不同，如 F、O、N。
（2）氢键的表示方法： X—H ···Y 氢键
（3）氢键键能大小：
F—H … F O—H … O
N—H … N
氢 键 键 能 28.1
18.8
20.9
(kJ/mol)
共价键键
568
能(kJ/mol)
SnH4
沸
PH3
GeH4
点
SiH4
CH4
2. 氢键：
• 氢键：
除范德华力外的另一种分子间作用力，它 是由已经与电负性大的原子（F、O、N等）形 成共价键的H原子遇另一分子中电负性大原子 半径小且有孤对电子的原子（如F、O、N）能 形成氢键。
• 注意：
氢键是另一种分子间作用力，不属于化学键。
水分子间形成的氢键
卤素单质的相对分子质量和熔、沸点的数据见表3-9。请 你根据表中的数据与同学交流讨论以下问题：
（1）卤素单质的熔、沸点又怎样的变化规律？
（2）导致卤素熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质 相对分子质量的变化规律又怎样的关系？ 表3-9卤素单质的相对分子质量和熔、沸点
单质
相对分子质量
专题3 第四单元 第一课时 范德华力+教材
专题三微粒间作用力与物质性质第四单元分子间作用力分子晶体第1课时范德华作用力一、学习目标1.了解范德华力的概念及其成因。
2.了解范德华力的特点及其对物质物理性质的影响，能用分子的相对分子质量比较判断范德华力的大小，从而强化证据推理与模型认知的学科核心素养。
二、学习过程（一）自主学习，梳理内容要点一、分子间作用力1.定义：把聚集在一起的的作用力。
2.实质：是一种，它比化学键。
3.分类：和是最常见的两种分子间作用力。
二、范德华作用力1.范德华作用力的概念：是分子之间普遍存在的一种，它使得许多物质能以一定的凝聚态（固态或液态）存在。
2.范德华力的成因a.取向力当极性分子和极性分子相互接近时，它们的固有偶极的同极相斥而异极相吸，就使得极性分子按一定方向排列，因而产生了分子间的作用力，这种力叫。
分子极性越强，取向力越大。
这种力只存在于极性分子与极性分子之间。
b.诱导力当极性分子和非极性分子相接近时，非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下，发生极化，而产生诱导偶极，然后诱导偶极与极性分子固有偶极相互吸引。
这种由于诱导偶极而产生的作用力，称为。
这种力产生于极性分子与非极性分子之间，当然极性分子与极性分子之间也互相诱导，因而也有这种力。
c.色散力从统计观点看，非极性分子没有极性，但组成分子的正、负微粒总是在不断地运动着，在某一瞬间，对多个分子而言总可能有分子出现正、负电荷重心不重合，而成为偶极子，这种偶极叫。
对大量分子，这种瞬时偶极的存在就成为经常性的，这种靠瞬时偶极产生的作用力叫色散力。
3.范德华力的特点①范德华力存在于固态﹑液态﹑气态的任何微粒之间。
无性和性。
②范德华力比化学键得多。
③主要影响物质的等物理性质。
4.范德华力对分子构成的物质性质的影响①分子的物质，其相对分子质量越大，则越大，物质的熔沸点；（如：I2＞Br2＞Cl2＞F2）。
②范德华力对物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理性质有决定性的影响。
分子间作用力分子晶体
分子间作用力分子晶体分子晶体（molecular crystal）是由分子间的非共价作用力形成的晶体结构。
这种晶体结构由分散的分子通过弱的相互作用力组成，而不是由金属键或离子键组成的。
分子晶体是一类非常常见的晶体类型，包括有机晶体、冰晶体等。
范德华力是一种由于分子间电子云的偶极瞬时极化而产生的相互作用力。
它是分子晶体中最弱的一种作用力，但也是最普遍和最重要的。
范德华力随着分子间的距离增加而减弱，但随着分子间电荷分布的改变而变化。
范德华力的强度取决于分子的极性和大小。
氢键是另一种重要的分子间作用力。
它是一种特殊的电荷间相互作用力，通常涉及一个氢原子与一个电负性较大的原子（如氮、氧、氟）之间形成的相互作用。
氢键是一种强作用力，能够使分子更紧密地结合在一起。
它在水分子中的作用是形成水的固态结构（冰）的重要原因。
氢键也在很多有机分子晶体中起到关键作用。
π-π相互作用是一种特殊的分子间力，通常涉及芳香环中的π电子云之间的相互作用。
这种相互作用可以使芳香环平行排列并相互叠加，从而增强晶体的稳定性。
π-π相互作用对于一些有机分子晶体，如芳香族化合物晶体，具有重要的作用。
除了这些主要的分子间作用力，还有其他一些较弱的作用力也可以参与分子晶体的形成，例如离域电子的相互作用和疏水作用等。
分子晶体具有一些独特的性质和应用。
首先，它们通常具有较低的硬度和脆性，这是由于它们之间的非共价作用力较弱所致。
其次，分子晶体通常是电绝缘体，因为它们之间没有可以形成导电电子的共价键。
此外，由于分子晶体中分子之间的间隙，它们通常对溶剂和小分子具有较高的吸附能力。
这些特性使得分子晶体在材料科学、化学和生物学等领域具有广泛的应用，如药物晶体工程、分子传感器、光电器件等。
总之，分子间作用力是分子晶体形成的关键因素。
范德华力、氢键和π-π相互作用等主要作用力共同作用，通过将分子组装在一起形成晶体结构。
分子晶体具有一系列特殊性质和应用，成为材料科学和化学研究中的重要主题。
分子间作用力分子晶体完整版课件
A.6
B.8
C.10
D.12
【解析】选D。根据干冰结构特点,干冰晶体是一种面心立方结构,每 个CO2周围等距离且最近的CO2有12个(同层4个,上层4个,下层4个)。
【总结归纳】 1.典型的分子晶体模型:
单质碘
干冰
冰
晶胞或结核模型
微粒间作用力
晶胞微粒数 配位数
范德华力 4
范德华力
4 12
范德华力和 氢键
4
2.分子晶体的变化规律: (1)对于组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说,随着相对分子 质量的增大,范德华力增大,熔、沸点升高。如卤素单质、四卤化碳、 稀有气体等。 (2)同分异构体中,支链越多,熔、沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷> 新戊烷。芳香烃及其衍生物的同分异构体熔、沸点一般遵循“邻位> 间位>对位”的顺序。
(5)存在氢键的分子的熔、沸点比一般分子的高。 ( ) 分析:×。分子间氢键的存在会导致物质的熔、沸点升高,但是分子内 氢键的存在会降低物质的熔、沸点。 (6)分子晶体熔化时,只破坏分子间作用力,不破坏分子内的化学 键。 ( ) 分析:√。分子晶体熔化时,只是分子间的距离变大,分子并没有变化, 所以不破坏分子内的化学键。
有方向性、 有饱和性
有方向性、有饱 和性
范德华力
氢键
共价键
强度 比较
共价键>氢键>范德华力
①随着分子极性的增 影响
大而增大 强度
②组成和结构相似的 的
物质,相对分子质量越 因素
大,范德华力越大
A—H…B中A、B的 电负性越大,B原 子的半径越小,氢 键越牢固
成键原子半径越 小,键长越短,键 能越大,共价键 越稳定
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第四单元分子间作用力分子晶体
1.(2018·全国卷Ⅰ·35)(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是、中心原子的杂化形式为。
LiAlH4中,存在(填标号)。
A.离子键
B.σ键
C.π键
D.氢键
2.(2018·全国卷Ⅱ·35)(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为。
3.(2018·全国卷Ⅲ·35)(3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是。
4.（2017•乙卷•35）(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是________,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是__________________
5.(2017•丙卷•35)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。
(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为______________________,原因是______________________________________。
6.（2017•甲卷•35）我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。
回
答下列问题:
NH)N—H…Cl、
③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(
4
________________、________________。
7.(2017·江苏高考·21 A)(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因
为______________________________ 。
8.(2016·上海高考·4)下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是( )
A.CaO与CO2
B.NaCl与HCl
C.SiC与SiO2
D.Cl2与I2
9.(2016·海南高考·19)[选修3——物质结构与性质]
Ⅰ.下列叙述正确的有( )
A.第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多
B.第二周期主族元素的原子半径随核电荷数增大依次减小
C.卤素氢化物中,HCl的沸点最低的原因是其分子间的范德华力最小
D.价层电子对相斥理论中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数
10.磷(P)是组成生命物质的重要元素,请回答:
(2)PH3的分子构型与NH3的分子构型相似。
下列关于PH3和NH3的说法正确的是。
A.P—H键的极性大于N—H键的极性,PH3和NH3均为极性分子
B.PH3的沸点高于NH3的沸点
C.PH3可形成分子晶体
D.PH3中,P—H键的键长大于N—H键的键长,其键角小于BF3分子中的键角
11.(2016·四川高考·8)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。
M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。
请回答下列问题:
(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是。
12.(2016·全国高考Ⅰ·37)[化学——选修3:物质结构与性质]
锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。
回答下列问题:(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因
③氨的沸点(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是 ;
氨是分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为。
13.(2016·全国卷Ⅱ·37)[化学——选修3:物质结构与性质]
③氨的沸点(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是 ;氨是分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为。
14.(2016·全国卷Ⅲ·37)(4)GaF3的熔点高于 1 000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是。
15.(2015·四川高考·8)X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。
X 和R属同族元素;Z和U位于第ⅦA族;X和Z可形成化合物XZ4;Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等;T的一种单质在空气中能够自燃。
请回答下列问题:(3)X所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中,酸性最强的是 (填化学式);Z和U的氢化物中沸点较高的是 (填化学式);Q、R、U的单质形成的晶体,熔点由高到低的排列顺序是(填化学式)。
16.(4)一定条件下,CH 4、CO 2都能与H 2O 形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。
CH 4与H 2O 形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
参数
分子直径/nm 分子与H O 的 种作用力是 。
②为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO 2置换CH 4的设想。
已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是 。
17. (4)CO 能与金属Fe 形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属 于 晶体。
1.(3)正四面体 sp 3
A 、B
2.(3)S 8相对分子质量大,分子间范德华力强
3.(3)离子键 ZnF 2为离子化合物,ZnCl 2、ZnBr 2、ZnI 2的化学键以共价键为主、极性较小
4.(2)N 球形 K 原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
5.(3)H 2O>CH 3OH>CO 2>H 2 H 2O 与CH 3OH 均为极性分子,H 2O 中氢键比甲醇多;CO 2与H 2均为非极性分子,CO 2的相对分子质量较大,范德华力较大
6.③(H 3O +)O —H …N() (NH )N —H …N(N )
7.(4)乙醇分子间存在氢键
8.C
9..B 、D
10.(2)C 、D
11.(2)H 2S 分子间不存在氢键,H 2O 分子间存在氢键
12.(3)GeCl 4、GeBr 4、GeI 4的熔、沸点依次升高,原因是分子结构相似,相对分子质量越大,
分子间作用力越强 ③高于 NH 3分子间可形成氢键 极性 sp 3
13.③高于 NH 3分子间可形成氢键 极性 sp 3
14.(4)GaF 3为离子晶体,GaCl 3为分子晶体
5N -4+5-
15.(3)①HNO3②HF ③Si、Mg、Cl2
16.(4)①氢键、范德华力②CO2的分子直径小于笼状空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4
17.分子晶体。