2021年化学人教版选修3课件：2-3-2 范德华力和氢键

3．范德华力对物质性质的影响 (1)范德华力越大，物质的熔、沸点越高。 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 ， 物 质 的 熔 、 沸 点 越 高 。 如 熔 、 沸 点 I2>Br2>Cl2>F2 ， HCl<HBr<HI。 ②组成相似、相对分子质量相近的物质，分子的极性越大， 物质的熔、沸点越高。如熔、沸点 CO>N2(CO 为极性分子)；又 如有机物的同分异构体中，通常支链越多，分子对称性越好， 分子极性越小，物质的熔、沸点越低(沸点：正戊烷>异戊烷>新 戊烷)。
在氢键的缘故。②形成分子内氢键减小了分子间作用力，形成 分子间氢键增大了分子间作用力，故对羟基苯甲醛的熔、沸点 比邻羟基苯甲醛高。
(2)氢键对物质溶解度的影响：氢键的存在使物质的溶解性 增大。例如，NH3 极易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子 之间形成了氢键，彼此互相缔合，因而加大了溶解。再如乙醇、 低级醛易溶于水，也是因为它们能与水分子间形成氢键。
之间普遍存在的相互作用力，它使
得许多物质能以一定的凝聚态(固态液态)存在。
2．特征
(1)范德华力约比化学键能小 1～2 个数量级。
(2)无方向性和饱和性。
3．影响因素 (1)分子的极性越大，范德华力 越大 。
(2)结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华 力 越大 。
4．对物质性质的影响 范德华力主要影响物质的 物理 性质，如熔点、沸点；化 学键主要影响物质的 化学 性质。范德华力越大，物质熔沸 点 越高 。
(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 等。
2．为什么干冰的熔、沸点比冰的低，密度却比冰的大？
【点拨】 因为冰中除了存在范德华力外还存在氢键，破坏 分子间作用力较难，所以冰的熔、沸点比干冰的高。由于冰中的 水分子间作用力特别是氢键具有方向性，导致冰晶体中有相当大 的空隙，所以相同状况下体积较大，又因为 CO2 分子的相对分 子质量比 H2O 分子的大，所以干冰的密度比冰的大。
氢键键能的大小，与 X 和 Y 的电负性大小有关，电负性越 大，则氢键越强，键能也越大；氢键键能也与 Y 原子的半径大 小有关，半径越小，则越能接近 X—H 键，氢键越强，键能越 大。例如键能：F—H…F>O—H…O>N—H…N。
易错提示：氢键不属于化学键。强度：化学键≫氢键>范德 华力。
5．氢键的类型 氢键可分为分子间氢键与分子内氢键两大类。 (1)一个分子的 X—H 键与另一个分子的 Y 相结合而成的氢 键，称为分子间氢键。例如，水、甲酸、乙酸等缔合体就是通 过分子间氢键形成的，如甲酸可以形成二聚物：
(3)范德华力的特点： 没有饱和性和方向性，只要分子周围空间允许，分子总是 尽可能多地吸引其他分子。 2．影响范德华力的因素：主要因素为分子的相对分子质量 和分子的极性等。 (1)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。 (2)分子的极性越强，分子间作用力越大。 例 如 ， 分 子 间 作 用 力 的 大 小 关 系 ： F2<Cl2<Br2<I2 ； CF4<CCl4<CBr4<CI4。
【例 1】 下列叙述与范德华力无关的是( D ) A．气态物质加压或降温时能凝结或凝固 B．干冰易升华 C．氟、氯、溴、碘单质的熔沸点依次升高 D．H2O、H2S、H2Se 的热稳定性逐渐减弱
【提示】 由分子构成的物质在汽化时，随着分子间距离的 增大，范德华力逐渐减弱直到完全被破坏，但变化过程中分子未 被破坏。
(3)氢键对水的密度的影响：水结冰时体积会膨胀、密度减 小也是水的反常现象，这一性质也可用氢键解释。在水蒸气中 水以单个的水分子形式存在；在液态水中，通常是几个水分子 通过氢键结合，形成(H2O)n 分子；在固态水(冰)中，水分子大范 围地以氢键互相连接，成为疏松的晶体，因此在冰的结构中有 许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。
(2)溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质分子的 溶解度越大。如 CH4 和 HCl 在水中的溶解情况，由于 CH4 与 H2O 分子间的作用力很小，故 CH4 几乎不溶于水，而 HCl 与 H2O 分子间的作用力较大，故 HCl 极易溶于水；同理，Br2、I2 与苯分子间的作用力较大，故 Br2、I2 易溶于苯中，而 H2O 与苯 分子间的作用力很小，故 H2O 很难溶于苯中。
【解析】 一般由分子构成的物质，其物理性质通常与范德 华力的大小密切相关。A、B、C 三个选项与分子间作用力的大 小有关，只有 D 选项中涉及的是分子的化学性质，而分子的化学 性质与范德华力无关。
下列关于范德华力的有关叙述中正确的是( B ) A．范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一 种特殊的化学键 B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱问题 C．范德华力是决定由分子构成的物质熔沸点高低的唯一因 素 D．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质
二、氢键及其对物质性质的影响
1．概念 氢键是一种 分子间作用力 。它是由已经与 电负性 很强的原子(如 N、F、O)形成共价键的 氢原子 与另一个分 子中或同一分子中 电负性 很强的原子之间的作用力。
2．表示方法 氢键通常用 A—H…B— 表示，其中 A、B 为 N、O、F 中的一种，“—”表示 共价键 “…”表示形成的 氢键 。
下列关于氢键的说法正确的是( C ) A．每个水分子内含有两个氢键 B．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似 于共价键的化学键 C．只有电负性很大、半径很小的原子(如 F、O、N)才能形 成氢键 D．H2O 是一种非常稳定的化合物，这是因为水分子间存在 氢键
解析：水分子间存在氢键，水分子内仅含有共价键，而不存 在氢键，A 项错误；并不是所有含氢元素的化合物中都存在氢键， 氢键不是化学键，是一种分子间作用力，B 项错误；物质的稳定 性由化学键决定，而氢键只能影响物质的物理性质，如熔、沸点 等，D 项错误。
知识点二 氢键与物质的性质
1．氢键的形成 当氢原子与非金属性很强的氟、氧、氮原子形成共价键时， 由于氟、氧、氮的电负性比氢大得多，所以它们的共用电子对 就强烈地偏向氟、氧、氮原子，而使氢原子核几乎“裸露”出 来。这样带正电的核就能与另一个分子(HF、H2O、NH3)中的原 子(氟、氧、氮)的孤对电子相互吸引并发生一定程度的轨道重叠 作用，这种分子间的作用力就是氢键。
2．氢键的表示方法 分子间的氢键通常用“X—H…Y”来表示，式中 X、Y 为 N、O、F，“—”表示共价键，“…”表示氢键。例如，HF 分 子间的氢键可以表示为“F—H…F—H…”，即：
3．氢键的饱和性和方向性 在“X—H…Y”所表示的氢键中，一个 H 原子只能与一个 Y 原子(O、N、F)结合，这就是氢键的饱和性。Y 原子以负电荷 分布得最多的部分(一般是孤电子对)接近 H 原子，并在可能范围 内使孤电子对轨道的对称轴尽量跟氢键方向一致，这样成键能 力最强，这就是氢键的方向性。 归纳：①每个水分子最多与 4 个水分子形成氢键。②表示 氢键的三个原子在一条直线上。
(2)范德华力的强弱： 范德华力是分子间的一种微弱的相互作用力，约比化学键 键能小 1～2 个数量级。如 Ar、CO、HI、HBr、HCl 分子间的 范德华力如下表：
比较：C—O、H—I、H—Br、H—Cl 键的键能分别是 351 kJ/mol、299 kJ/mol、366 kJ/mol、432 kJ/mol，可见范德华力 很弱，比化学键的键能小得多。
(2)在某些分子里，一个分子的 X—H 键与它内部的 Y 相结 合而成的氢键称为分子内氢键。例如，硝酸分子中可能出现分 子内氢键。
6．氢键对物质性质的影响 (1)氢键对物质熔沸点的影响：同种分子间形成氢键可以使 该物质的熔沸点升高。例如：①H2O、HF、NH3 的沸点比同主 族其他相邻元素氢化物的沸点高，主要是因为 HF 分子之间、 H2O 分子之间、NH3 分子之间存在分子间氢键，导致 HF 的沸 点比同主族的 HCl、HBr、HI 高；H2O 的沸点比 H2S、H2Se、 H2Te 高；NH3 的沸点比 PH3 等高。可见氢键的存在大大增强了 分子间作用力。C2H5OH 与 C3H8 的相对分子质量接近，但 C2H5OH 的沸点远比 C3H8 高，这也是因为 C2H5OH 分子之间存
形成氢键还能增大物质的硬度(如水变为冰)；HF 分子通过 氢键形成缔合分子(HF)n，测量 HF 分子的相对分子质量时，测 量结果会偏高等。
1.氢键的形成需要什么条件？
【点拨】 (1)要有一个与电负性很大的元素 X 形成强极性 键的氢原子，如 H2O 中的氢原子。
(2)要有一个电负性很大、含有孤电子对并带有部分负电荷 的原子 Y，如 H2O 中的氧原子。
4．氢键的键参数 (1)键长：一般定义为“X—H…Y”的长度。显然它与 X—H 键的键长和 Y 的原子半径有关，X—H 键的键长越小，Y 的原子 半径越小，则氢键的键长越小。F—H…F、O—H…O、N—H…N 的氢键键长依次增大。 (2)键能：氢键的键能一般不超过 40 kJ/mol，比共价键的键 能小得多而比范德华力略强。
3．特征
(1)氢键不属于化学键，是一种分子间作用力。氢键键能较 小，约为 化学键 的十分之几，但比 范德华力 强。
(2)氢键具有一定的 方向 性和 饱和 性。
4．类型
5．氢键对物质性质的影响
(1)当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将 升高 。 (2)当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将 下降 。 (3)氢键也影响物质的电离、 溶解 等过程。
①范德华力只影响物质的物理性质。 ②分子间充分接近时才产生范德华力。 ③范德华力也是一种电性作用实质。
Cl2、Br2、I2 三者的组成和化学性质均相似，但常 温下状态却为气、液、固，其原因是什么？
【点拨】 Cl2、Br2、I2 的组成和结构相似，由于相对分子 质量逐渐增大，所以范德华力逐渐增大，故熔、沸点升高，常 温下状态依次为气态、液态、固态。
知识点一 范德华力与物质的性质
分子间作用力：分子和分子之间存在着一种把分子聚集在 一起的相互作用称为分子间作用力。范德华力和氢键是两种常 见的分子间作用力，是比化学键弱得多的作用力。
1．范德华力及特点 (1)范德华力的存在： 由气体在降低温度、增大压强时能够凝结成液态或固态(在 这个过程中，气体分子间的距离不断缩小，并由不规则运动的 混乱状态转变成为有规则的排列状态)的事实可以证明分子间存 在着相互作用，即分子间存在范德华力。
第二章
分子结构与性质
第三节 分子的性质
第二课时 范德华力和氢键
[学习目标] 1.了解范德华力的实质及对物质性质的影响。 2．了解氢键的实质、特点、形成条件及其对物质性质的影 响。
01课前自主学习 03随堂基础巩固
02课堂互动探究 课时作业
一、范德华力及其对物质性质的影响
1．含义 范德华力是 分子
6．水中的氢键对水的性质的影响 (1)水分子间形成氢键， 增大 了水分子间的作用力，使水 的熔沸点Hale Waihona Puke 同主族元素中 H2S 的熔沸点 高 。
(2)氢键与水分子的性质 ①水结冰时，体积 膨胀 ，密度 减小 。
②接近沸点时形成“缔合”分子水蒸气的相对分子质量比 用化学式 H2O 计算出来的相对分子质量 大 。
解析：范德华力是分子与分子之间的一种相互作用，其实质 与化学键类似，也是一种电性作用，但两者的区别是作用力的强 弱不同，化学键必须是强烈的相互作用(100～600 kJ·mol－1)，范 德华力的作用一般只有 2～20 kJ·mol－1，故范德华力不是化学键； 物质熔沸点的高低，由多种因素决定；范德华力只影响物质的物 理性质。
【例 2】 关于氢键的下列说法中正确的是( C ) A．每个水分子内含有两个氢键 B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键 C．分子间形成氢键能使物质的熔点和沸点升高 D．HF 的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键 【提示】 氢键只影响物质的物理性质，化学性质与氢键 无关。
【解析】 氢键属于分子间作用力，它主要影响物质的物理 性质。水分子内只有共价键而无氢键，A 中说法不对；B 中水蒸 气分子间距离太大，不能形成氢键；D 中 HF 稳定性很强与氢键 无关。