2017_2018年高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第4单元分子间作用力分子晶体学案苏教版选修3.wps

第四单元 分子间作用力 分子晶体 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辩证关系。 2.初步认识影响范德华力的主要因素，学会辩证的分析方法。 3.理解氢键的本质，能分析氢键的强弱，认识氢键的重要性。(重点) 4.掌握分子晶体的结构特点与性质。 分 子 间 作 用 力 基础·初探 教材整理 1 分子间作用力与范德华力 1.分子间作用力Error! 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 分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。 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 F2Cl2 Br2I2。 (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。 分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。 与溶剂分子间范德华力越大，物质的溶解度越大。 在相同条件下，O2在水中的溶解度大于 N2在水中的溶解度，其理由是什么？ 【提示】 在相同条件下，O2与 H2O 之间的分子间作用力(或范德华力)大于 N2与 H2O 之间 的分子间作用力(或范德华力)。 教材整理 2 氢键的形成 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 XHY 表示。上述 X、Y 通常指 N 、 O 、 F 等。 1 2.类型 氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。 如H2O 与 NH3分子间存在分子间氢键， 存在分子内氢键 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。 (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)能与水分子形成氢键的物质易溶于水。( ) (4)氢键 XHY 的三个原子总在一条直线上。( ) (5)一个 H2O 分子最多可与 4 个 H2O 形成 4 个氢键。( ) 【提示】 (1)× (2) (3) (4)× (5) 核心·突破 1.范德华力、氢键和共价键的比较 范德华力 氢键 共价键 由已经与电负性很大 的原子形成共价键的 物质分子之间普遍存 原子间通过共用电子 概念 氢原子与另一个电负 在的一种相互作用力 对所形成的相互作用 性很大的原子之间的 作用力 极性共价键、非极性 分子内氢键、分子间 分类 共价 氢键 键 无方向性、 有方向性、 有方向性、 特征 无饱和性 有饱和性 有饱和性 强度 共价键氢键范德华力 2 比较 相对分子质量越大， 对于 XHY，X、Y 影响 成键原子半径越小， 范德华力越大；分子 的电负性越大，Y 原 强度 键长越短，键能越大， 的极性越大，范德华 子的半径越小，键能 的因素 共价键越稳定 力也越大 越大 分子间氢键的存在， 组 成和 结构 相似 的 使物质的熔、沸点升 物质 随相 对分 子质 高，在水中的溶解度 对物 量的 增大， 物质 的熔、 增大，如熔、沸点： 质性 H 质的 NH 影响 分子内氢键的存在， 沸点升高。如 F2Cl2 Br2I2，CF4 CCl4CBr4； 影响溶解度等物理 性质 使物质的熔、沸点降 低 共价键键能越大，分 子稳定性越强 【特别提醒】 (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。 2.氢键的饱和性和方向性 (1)饱和性：以 H2O 为例，由于 HOH分子中有 2 个 OH 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 XH 形成氢键时，在尽可能的范围内要使氢键与 XH 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。 题组·冲关 题组 1 范德华力对物质性质的影响 1.下列说法中，正确的是( ) A.范德华力存在于所有分子之间 B.范德华力是影响所有物质物理性质的因素 C.Cl2相对于其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强 作用 3 D.范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用 【解析】 随着分子间距离的增加，范德华力迅速减弱，所以范德华力作用范围很小，即 只有当分子间距离很近时才能存在范德华力；范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理 性质(如熔、沸点以及溶解性等)的因素之一；在常见气体中，Cl2的相对分子质量较大，分子 间范德华力较强，所以易液化，但其作用力比化学键键能小得多，仍属于弱的作用。所以只有 D 选项正确。 【答案】 D 2.下列叙述正确的是( ) 【导学号：61480036】 A.F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关 B.H2S 的相对分子质量比 H2O 的大，其沸点比水的高 C.稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大 D.干冰汽化时破坏了共价键 【解析】 本题主要考查分子间作用力、氢键、共价键对物质性质的影响。A 项，从F2I2， 相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔、沸点升高。B 项，H2O 分子之间有氢键，其沸点 高于 H2S。C 项，稀有气体分子为单原子分子，分子之间无化学键，其化学性质稳定是因为原 子的最外层为 8 电子稳定结构(He 为 2 个)。D 项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价 键。 【答案】 A 题组 2 氢键及其对物质性质的影响 3.下列关于氢键的说法正确的是( ) A.由于氢键的作用，使 NH3、H2O、HF的沸点反常，且沸点高低顺序为 HFH2ONH3 B.氢键只能存在于分子间，不能存在于分子内 C.没有氢键，就没有生命 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】 A“”项， 反常 是指它们在与其同族氢化物沸点排序中的现象，它们的沸点顺 序可由氢化物的状态所得，水常温下是液体，沸点最高。B 项，分子内可以存在氢键。C 项正 确，因为氢键造成了常温、常压下水是液态，而水的液态是生物体营养传递的基础。D 项，在 气态时，分子间距离大，分子之间没有氢键。 【答案】 C 4.在冰的结构中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接。在冰中除氢键外，还存 在范德华力(11 kJ·mol1) 。已知冰的升华热是 51 kJ·mol1 ，则冰中氢键的能量是 _kJ·mol1。 【解析】 冰中存在氢键和范德华力两种分子间作用力，水蒸气中水分子主要以单个分子 4 的形式存在，故冰的升华热为拆开 1 mol冰中所有分子间作用力吸收的能量。而 1 mol 冰中含 5111 有 2 mol氢键，所以氢键的键能为： kJ·mol120 kJ·mol1。 2 【答案】 20 5. 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 【误区警示】 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。 分 子 晶 体 基础·初探 教材整理 1 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 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体 部分非金属单质 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 苯、乙醇等 机物的晶体 教材整理 2 石墨晶体(了解) 1.结构特点 5 (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 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)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力。( ) (2)熔、沸点低的晶体都是分子晶体。( ) (3)结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。( ) (4)分子晶体中只含有分子间作用力不含化学键。( ) (5)非金属氧化物形成的晶体均为分子晶体。( ) 【提示】 (1) (2)× (3) (4)× (5)× 合作·探究 常见分子晶体的结构探究 1.干冰(如图) 请思考下列问题 (1)该干冰晶胞中含有的 CO2分子有几个？ 1 1 【提示】 8× 6× 4。 8 2 (2)晶体中与 CO2分子等距离且最近的 CO2分子有几个？ 【提示】 12。 (3)干冰晶体中存在哪些作用力？ 【提示】 范德华力，共价键。 (4)干冰与 SiO2晶体熔、沸点差异的主要原因是什么？ 【提示】 干冰为分子晶体，SiO2为原子晶体。 2.冰(如图) 6 冰的结构模型 请思考下列问题 (1)冰晶体中分子间存在哪些作用力？ 【提示】 氢键和范德华力。 (2)晶体中每个 H2O 周围等距离最近的 H2O 分子有几个？ 【提示】 4。 (3)晶体中每个 H2O 分子平均形成几个氢键？ 1 【提 示】 4× 2。 2 核心·突破 1.比较分子晶体熔沸点高低的方法 (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。 2.四类晶体的比较 类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 项目 构成晶体 阴、阳 金属离子和自由 原子 分子 的粒子 离子 电子 分子间作用力 金属离子和自由 粒子间 离子键 共价键 (范德华力或氢 电子之间的强烈 的作用 键) 相互作用 7 确定作用 组成结构相似时， 力强弱的 离子电荷、 键长(原子 离子半径、外围 比较相对分子质 一般判断 半径 半径) 电子数 量 方法 差别较大(汞常 温下为液态，钨 熔、沸点 较高 高 低 熔点为3 410 ) 硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大 不良导体 不良导体 不良导体( 部分 (熔化后或 导电性 (个别为半 溶于水发生电离 良导体 溶于水时 导体) 后导电) 导电) 一般不溶于水， 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 少数与水反应 机械 不良 不良 不良 优良 加工性 延展性 差 差 差 优良 题组·冲关 题组 1 分子晶体的性质与判断 1.下列变化需克服相同类型作用力的是( ) A.碘和干冰的升华 B.硅和 C60的熔化 C.氯化氢和氯化钠的溶解 D.溴和汞的气化 【解析】 A 项变化克服的都是分子间作用力，正确；硅和 C60的熔化分别克服的是共价 键、分子间作用力， B 项错误；氯化氢和氯化钠的溶解分别克服的是共价键、离子键，C 项错 误；溴和汞的气化分别克服的是分子间作用力、金属键，D 项错误。 【答案】 A 2.下列属于分子晶体的一组物质是( ) A.CaO、NO、CO B.CCl4、H2O2、He C.CO2、SO2、NaCl . D.CH4、O2、Na2O 【解析】 A 项中的 CaO 不属于分子晶体；C 项中的 NaCl不属于分子晶体；D 项中的 Na2O 不属于分子晶体。 【答案】 B 8 题组 2 晶体类型的综合判断 3.根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是( ) 【导学号：61480037】 AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/ 190 68 2 300 3 550 1 410 沸点/ 183 57 2 550 4 827 2 355 A.SiCl4是分子晶体 B.晶体硼是原子晶体 C.AlCl3是分子晶体，加热能升华 D.金刚石中的 CC 键比晶体硅中的 SiSi 键弱 【解析】 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在 未熔化的温度下它就能汽化，故 AlCl3加热能升华，A、C 正确；单质 B 的熔、沸点高，所以晶 体硼是原子晶体，B 正确；C 原子的半径比 Si 原子的半径小，金刚石中的 CC 键键长比晶体 硅中的 SiSi 键键长短，金刚石中的 CC 键键能比晶体硅中的 SiSi 键键能大，金刚石中 的 CC 键比晶体硅中的 SiSi 键强。 【答案】 D 4.下列叙述不正确的是( ) A.分子晶体的构成粒子为分子，原子晶体为原子 B.氨气和氯化氢反应时，分别用水和苯作溶剂时反应现象不同，这与氢键有关 C.原子晶体的原子之间以共价键相连 D.分子晶体的分子之间可能存在氢键 【解析】 氨气和氯化氢反应生成离子化合物氯化铵，氯化铵易溶于极性溶剂水，难溶于 非极性溶剂苯，和氢键无关。 【答案】 B 5.碳家族的新成员 C60，它具有空心的类似足球的结构，被称为足球烯，下列有关 C60的说 法正确的是( ) A.C60是一种新型的化合物 B.C60和石墨都是碳的同分异构体 C.C60中含有非极性键，是原子晶体 D.C60相对分子质量为 720 【解析】 C60是碳元素形成的一种单质分子，它和石墨互为同素异形体，其相对分子质 量是 720。 【答案】 D 【规律方法】 晶体类型的判断方法 9 (1)根据组成微粒判断：不同晶体其构成晶体的微粒不同，由原子(稀有气体除外)构成的 晶体是原子晶体，由分子构成的晶体是分子晶体，由阴、阳离子构成的晶体是离子晶体，由金 属离子与自由电子构成的晶体是金属晶体。 (2)根据微粒间的作用判断：不同晶体，构成晶体的微粒间作用力不同，原子晶体由原子 间共价键形成；分子晶体由范德华力或氢键形成；离子晶体由阴、阳离子间的离子键形成；金 属晶体由金属离子与自由电子间的金属键形成。 (3)根据性质判断：不同晶体有不同的性质，特别是物理性质。原子晶体熔点高、硬度大、 难溶于水、不导电；分子晶体熔点低、硬度小；离子晶体熔点较高、硬度较大、晶体不导电， 而熔融状态导电；金属晶体难溶于水、晶体导电。 (4)根据物质的分类判断： 金属氧化物、强碱和绝大多数的盐类是离子晶体。 金属单质(汞除外)与合金是金属晶体。 常见的原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等非金属单质；碳化硅、二氧化硅等共价化 合物。 大多数非金属单质(除金刚石、晶体硅、晶体硼、石墨外)、气态氢化物、大多数非金属 氧化物(二氧化硅除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都是分子晶体。 10