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第二章 分子結構與性質
第3節 分子結構和物質的性質
第2課時 分子間的作用力
下雪不冷，化雪冷；水變成水蒸氣(100℃)；3000℃時，水會分解生成氫氣和氧氣。這說明了什么？
2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)
H2O(s)=H2O(l)
H2O(l)=H2O(g)
冰融化\水沸騰發生的是物理變化，水的分解發生的是化學變化。
冰融化\水沸騰和分解都需要吸收能量用于破壞微粒間的作用力。
冰融化\水沸騰破壞的是分子間的某種作用力，而水的分解是分子內H—O共價鍵被破壞。
冰融化\水沸騰的溫度遠比水分解的溫度低，說明這種分子間作用力很弱。比化學鍵的鍵能小。
H>0
H>0
范德華（van der Waals）是最早研究分子間普遍存在作用力(把分子聚集在一起的作用力)的科學家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力。
任務一 范德華力及其對物質性質的影響
1.范德華力
概念：
范德華(1837-1923)：荷蘭物理學家，最早研究分子間普遍存在作用力。1910年因研究氣態和液態方程獲諾貝爾物理學獎。
本質：
分子間的一種靜電作用
特點：
①廣泛存在于分子之間
②只有分子充分接近時才能體現
③范德華力一般沒有方向性和飽和性。只要分子周圍空間允許，總是盡可能多的吸引其他分子。
④范德華力很弱，比化學鍵的鍵能小1~2數量級(通常小10-100倍)大約只有幾到幾十 KJ·mol-1
微粒間作用力 能量kJ·mol -1
化學鍵 100 - 600
范德華力 2 - 20
任務一 范德華力及其對物質性質的影響
1.范德華力
存在：
①大多數共價化合物(原子間以共價鍵相互連接,按一定結合方式形成分子)分子之間有分子間作用力,例如：CO2、HI、H2SO4、AlCl3、各種有機化合物等。
②大多數非金屬單質：例如：H2、P4、S8、C60等。
③各種稀有氣體(單原子分子)：例如Ar、Kr等。
注意：離子化合物和金屬單質不存在分子間作用力；金剛石(C)、單質硅(Si)、二氧化硅（SiO2)等原子晶體，內部只有共價鍵，不存在分子；石墨層與層之間存在分子間作用力。
化學鍵
分子間作用力
分子間作用力
化學鍵
分子間作用力
任務一 范德華力及其對物質性質的影響
1.范德華力
影響因素：

分子 Ar CO HI HBr HCl
相對分子質量 40 28 129 81 36.5
范德華力 （kJ/mol） 8.50 8.75 26.00 23.11 21.14
組成結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大。
相對分子質量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大。
任務一 范德華力及其對物質性質的影響
2.范德華力對物質熔沸點的影響
結論：結構相似，相對分子質量越大，范德華力越大，熔、沸點越高
分子 相對分子質量 分子的極性 熔點/℃ 沸點/℃
N2 28 非極性 -210.00 -195.81
CO 28 極性 -205.05 -191.49
結論：相對分子質量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高
單質 相對分子質量 熔點/℃ 沸點/℃
F2 38 -219.6 -188.1
Cl2 71 -101 -34.6
Br2 160 -7.2 58.78
I2 254 113.5 184.4
單質 相對分子質量 沸點/℃
正戊烷 72 36.1
異戊烷 72 28
新戊烷 72 10
結論：在同分異構體中，一般來說，支鏈數越多、越分散,分子間范德華力越弱，熔、沸點就越低。
任務一 范德華力及其對物質性質的影響
問題：對于同一主族非金屬元素氫化物而言，從上到下，相對分子質量逐漸增大，范德華力逐漸增大，熔沸點逐漸升高。而HF、H2O、NH3卻出現反常，為什么？
在HF、H2O、NH3分子間還存在除范德華力之外的其他作用。
這種作用力就是氫鍵。
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0
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2
3
4
5
×
×
×
×
CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸點/℃
周期
一些氫化物的沸點
氫鍵是一種特殊的分子間作用力，它是由已經與電負性很大的原子（N、O、F）形成共價鍵的氫原子，與另一電負性很大的原子（N、O、F）之間的作用力。
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
概念：
本質：
分子間的一種靜電作用
特點：
①氫鍵不屬于化學鍵：化學鍵>氫鍵>范德華力。
②分子有氫鍵就一定有范德華力，有范德華力不一定有氫鍵。
③與氫原子形成氫鍵時，電負性越大，氫鍵越強。
④分子間氫鍵會使物質熔、沸點大大增加。
⑤氫鍵具有一定的方向性和飽和性。
1.氫鍵
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
飽和性：每一個X—H只能與一個Y原子形成氫鍵，原因是H原子半徑很小，再有一個原子接近時，會受到X、Y原子電子云的排斥。
方向性：X—H···Y—三個原子一般在同一方向上。原因是在這樣的方向上成鍵兩原子電子云之間的排斥力最小，形成的氫鍵最強，體系最穩定。
1.氫鍵
1.氫鍵
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
形成原理：
無內層電子，幾乎成為“裸露”的質子
電負性大，半徑小
氫鍵
δ＋
δ＋
δ－
δ－
O
H
H
…
表示方法：
O— H … O —
N— H … N —
F— H … F —
X— H … Y —
“ … ”表示氫鍵，“—”表示共價鍵
O
H
H
課堂練習
問題：為什么冰的密度比液態水小，在4℃時水的密度最大？
冰中一個水分子
周圍有4個水分子
冰的結構
冰融化，分子間空隙減小
冰晶體中，每個水分子周圍有4個緊鄰的水分子。氫鍵(具有方向性)的存在使四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。所以冰的密度比液態水小。
當冰剛剛融化為液態水時，熱運動使冰的結構部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，由于熱運動加劇，分子間距離增大，密度漸漸減小。
2.氫鍵對物質密度的影響
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
3.氫鍵對物質熔沸點的影響
分子間存在氫鍵時，大大地加強了分子間的結合力，物質在熔化或汽化時，除需破壞范德華力外，還需破壞分子間氫鍵，消耗更多的能量，所以存在分子間氫鍵的物質一般具有較高的熔、沸點。
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×
×
×
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CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸點/℃
周期
一些氫化物的沸點
沸點H2O、HF、NH3沸點依次降低的原因：
H2O、HF、NH3沸點反常高的原因：
物質的沸點與氫鍵的強弱和數目有關:單個氫鍵的鍵能是(HF)n＞H2O＞(NH3)n，平均每個分子含氫鍵數：水中2個，(HF)n和(NH3)n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是(H2O)nX2＞(HF)n＞(NH3)n
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
種類：
②分子內氫鍵(不屬于分子間作用力)
① 分子間氫鍵(屬于分子間作用力)
鄰羥基苯甲醛
對羥基苯甲醛
沸點：分子間氫鍵>分子內氫鍵
分子內氫鍵可以使分子更穩定。且分子內氫鍵會削弱分子間氫鍵形成，故一般熔沸點較低。
熔點115 ℃
沸點246.6℃
熔點2 ℃
沸點196.5℃
3.氫鍵對物質熔沸點的影響
任務二 氫鍵及其對物質性質的影響
4.生物大分子中的氫鍵
生命體中許多大分子內也存在氫鍵，而且對生命物質的高級結構和生物活性具有重要的意義。例如，氫鍵是蛋白質具有生物活性的高級結構的重要原因，DNA雙螺旋的兩個螺旋鏈也是通過氫鍵相互結合的。
任務三 物質溶解性的影響因素
碘單質參與發生反應 ，I2 在與I-反應生產I3- ，溶解度增大。
加入 CCl4
加入 KI 溶液
振蕩
振蕩
I2 + I－I3－
實驗結論：
I2 (非極性)在 CCl4 (非極性)中溶解性比在水(極性)中好。
I2 溶于水中
溶液呈黃色
溶液分層，
下層溶液呈紫紅色
溶液分層，
下層溶液紫紅色變淺
實驗：在一個小試管里放入一小粒碘晶體，加入約5 mL蒸餾水，觀察碘在水中的溶解性；在碘水溶液中加入約1 ml CCl4，振蕩試管，觀察碘被CCl4萃取；再向試管里加入1 ml 濃碘化鉀(KI）水溶液，振蕩試管，觀察溶液顏色變化。
實驗現象：
任務三 物質溶解性的影響因素
1.“相似相溶”規律
非極性溶質一般能溶于非極性溶劑，極性溶質一般能溶于極性溶劑。
2.影響物質溶解性的因素
a.分子的結構
b.氫鍵 溶劑和溶質之間形成氫鍵，溶解度會增大。
c.發生化學反應
d.溫度、壓強
任務三 物質溶解性的影響因素
氣體的溶解度（氣體的壓強為1.01×105 Pa，溫度為293K，在100 g水中的溶解度）
水是極性溶劑，根據“相似相溶”，非極性溶質在水中的溶解度不大。
問題：CO2、Cl2是非極性分子，為什么在水中具有較好的溶解度？
如果溶質與水發生化學反應,可增大其溶解度。
問題：為什么紅框里氣體在水中的溶解度極小？
任務三 物質溶解性的影響因素
氣體的溶解度（氣體的壓強為1.01×105 Pa，溫度為293K，在100 g水中的溶解度）
SO2是極性分子，且SO2能與水反應。
NH3是極性分子，NH3和H2O發生反應，且NH3分子和H2O分子間能形成氫鍵。
問題：為什么SO2、NH3在水中有很大的溶解度？
任務三 物質溶解性的影響因素
補充：表面活性劑和細胞膜
表面活性劑在水中會形成親水基團向外，疏水基團向內的膠束，由于油漬等污垢是疏水的，會被包裹在膠束內腔，在摩擦力的作用下油漬脫離，達到去污目的。
②什么是單分子膜？雙分子膜？舉例說明。
③為什么雙分子膜以頭向外而尾向內的方向排列？
表面活性劑分散在水表面形成一層疏水基團朝空氣的單分子層。細胞和細胞膜是雙分子膜，由大量兩性分子組裝而成。
細胞膜兩側都是水溶液，水是極性分子，而構成膜兩性分子的頭基是極性基團而尾基是非極性基團 。
①簡要回答表面活性劑的去污原理。

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