第三课时 氢键分析
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第三课时
-------氢键
研究表明，水与玻璃的作用是通过水的氢键与 表面的羟基之间来发生的.最近，中科院物理所王 恩哥小组在这项研究中取得了重要突破。他们在近 几年对水的系列研究工作基础上，首次证明存在一 种稳定的二维冰相。它是由四角形和八角形的氢键 网格交替组成的，与一种特殊形式铺成的地板图案 极其相似。这是人类首次发现一种化学键构形上完 全不同于已知体态冰的新的二维冰结构。专家认为， 这项成果不但丰富了人们对冰的认识，而且为人们 深入探索水与表面的相互作用规律和解释相关的物 理性质开辟了新的途径。
讨论水的特殊性：
(1)水的熔沸点比较高？ (2)为什么水结冰后体积膨胀？ (3)为什么水在4℃时密度最大？
液 态 水 中 的 氢 键
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．
昆虫靠漩涡在水上行走
水中的氢键很脆弱,破坏的快,形成
的也快.总的结果是水分子总是以不稳 定的氢键连在一片.水的这一特性使水
有了较强的内聚力和表面能力.由于具
有较高的表面能力,所以昆虫能在水面 上行走.当然也和昆虫本身所具有的结
构有关系.
4．性质：
氢键对物质熔沸点的影响： 分子间氢键使物质熔沸点升高 分子内氢键使物质熔沸点降低
5．作业P57
第4题
6．练习：P57
第5、 6 题
7.氢键还影响物质的溶解性 NH3为什么极易溶于水？ NH3溶于水是形成N-H…Ｏ还是形 成O-H…N?
●●●
正是这样，NH3溶于水溶液呈碱性
相似相溶──水 和甲醇的相互 溶解（深蓝色 虚线为氢键）
２.表示：氢键可以用A—H…B表示。 A和B可以是同种原子，也可以是不
同种原子，但都是电负性较大、半
径极小的非金属原子（一般就是Ｎ、 Ｏ、Ｆ）。表示式中的实线表示共
价键，虚线表示氢键。
3．氢键存在于分子内和分子间 例如： 分子间氢键：
分子内氢键：
讨论：尿素、醋酸、硝酸是相对分子质 量相近的三种分子，但这三种物质的熔 点和沸点相差比较大．尿素常温下是固 体，熔点在200℃以上；醋酸的熔点为 16.6℃，在温度低于16.6℃时即凝结成 冰状的固体；常温下硝酸是一种具有挥 发性的液体．试根据上述三种物质熔、 沸点差异较大的事实，分析它们可能含 有的氢键，画出示意图．
25
0 -25 -50 -75 -100
HF
H2Te NH3 H2S HCl PH3 SiH4× H2Se AsH3 HBr SbH3 HI
×
Leabharlann Baidu
SnH4
×
GeH4
-125
-150 CH 4
×
2
3
4
5 周期
一些氢化物的沸点
非金属元素的氢化物在固态时是分子晶 体，其熔沸点和其分子量有关．对于同一主 族非金属元素而言，从上到下，分子量逐渐 增大，熔沸点应逐渐升高．而HF、H2O、 NH3却出现反常，为什么？ 说明在HF、H2O、NH3分子间还存在除 分子间作力之外的其他作用．这种作用就是 氢键．
温度/℃
250 200 150 CBr4 × ×
沸点
×
熔点
CI4
100 CCl 4 × 50
-50
CBr4
0
-100 -150 -200
100 200 300 400 500 × CCl4 ×CF4 × CF
4
相对分子质量
-250
四卤化碳的熔沸点与 相对原子质量的关系
沸点/℃
100
75 50
H2O
二
氢键
水分子中Ｏ－Ｈ键是极性共价键， 氧原子与氢原子共用的电子对强烈的偏 向氧原子，使氢原子几乎成了“裸露” 的质子．这样，一个水分子中相对显正 电性的氢原子就能和另一个水分子相对 带负电性的氧原子上的孤电子对接近并 产生相互作用，这种相互作用叫做氢 键．
１.定义：当氢原子与电负性大的X 原子以共价键结合时，它们之间的 共用电子对强烈地偏向X，使H几 乎成为“裸露”的质子，这样相对 显正电性的H与另一分子相对显负 电性的X中的孤对电子接近并产生 相互作用，这种相互作用称氢键。
(2)低级醇易溶于水
(3)含有相同Ｃ原子数的醚为什么熔沸点低于醇 (4)为什么醚也可以溶于水 (5)HF酸是弱酸 …………
拓展视野：
水孕育生命，水养育人类。人体内水的重量约占 70%。人们平常喝的天然水是由许多水分子缔合成的簇 团，参与体内生物化学作用差。人体动脉内的脂质沉积 随着年龄增长逐渐增多，血流阻力增大，同时动脉管腔 变窄，血流量减少。中老年人可能患动脉粥样硬化症、 高脂血症和高血压症，有的人还伴发血粘度高、血糖高、 血尿酸高，产生微循环障碍，这些病变，形成心脑血管 病、糖尿病等，促使人体器官功能提前衰减，缩短了人 应享的自然寿命。只有认识水的结构及其变化，了解有 关的医学研究成果，才能领悟喝天然水是产生上述老年 病的重要原因，并企盼饮用小分子水，以祛疾养生，益 寿延年。
水的物理性质:
纯净的水是无色、无味的透明液体。在 1.0×105Pa下，水的凝固点(熔点)为0.00℃， 沸点为100.00℃。水的密度比较特殊。在0℃～ 4℃之间随着温度的升高密度不是减小而是增大， 0℃时为0.999841g／cm3，到4℃时达到最大值 为1.000000g／cm3，4℃以后和一般物质一样随 温度升高而逐渐减小(20℃为0.998203g／ cm3,100℃时为0.958354g／cm3。水结冰体积膨 胀
随温度升高，同时发生两种相反的过程： 一是冰晶结构小集体受热不断崩溃，缔合 分子减少；另一是水分子间距因热运动不 断增大．0～4℃间，前者占优势， 4℃以 上，后者占优势， 4℃时，两者互不相让， 招致水的密度最大．
我们在学习化学的过程中还有什么地方能 用氢键的知识来解释的？
(1)醇比含有相同碳原子的烃熔沸点高
-------氢键
研究表明，水与玻璃的作用是通过水的氢键与 表面的羟基之间来发生的.最近，中科院物理所王 恩哥小组在这项研究中取得了重要突破。他们在近 几年对水的系列研究工作基础上，首次证明存在一 种稳定的二维冰相。它是由四角形和八角形的氢键 网格交替组成的，与一种特殊形式铺成的地板图案 极其相似。这是人类首次发现一种化学键构形上完 全不同于已知体态冰的新的二维冰结构。专家认为， 这项成果不但丰富了人们对冰的认识，而且为人们 深入探索水与表面的相互作用规律和解释相关的物 理性质开辟了新的途径。
讨论水的特殊性：
(1)水的熔沸点比较高？ (2)为什么水结冰后体积膨胀？ (3)为什么水在4℃时密度最大？
液 态 水 中 的 氢 键
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．
昆虫靠漩涡在水上行走
水中的氢键很脆弱,破坏的快,形成
的也快.总的结果是水分子总是以不稳 定的氢键连在一片.水的这一特性使水
有了较强的内聚力和表面能力.由于具
有较高的表面能力,所以昆虫能在水面 上行走.当然也和昆虫本身所具有的结
构有关系.
4．性质：
氢键对物质熔沸点的影响： 分子间氢键使物质熔沸点升高 分子内氢键使物质熔沸点降低
5．作业P57
第4题
6．练习：P57
第5、 6 题
7.氢键还影响物质的溶解性 NH3为什么极易溶于水？ NH3溶于水是形成N-H…Ｏ还是形 成O-H…N?
●●●
正是这样，NH3溶于水溶液呈碱性
相似相溶──水 和甲醇的相互 溶解（深蓝色 虚线为氢键）
２.表示：氢键可以用A—H…B表示。 A和B可以是同种原子，也可以是不
同种原子，但都是电负性较大、半
径极小的非金属原子（一般就是Ｎ、 Ｏ、Ｆ）。表示式中的实线表示共
价键，虚线表示氢键。
3．氢键存在于分子内和分子间 例如： 分子间氢键：
分子内氢键：
讨论：尿素、醋酸、硝酸是相对分子质 量相近的三种分子，但这三种物质的熔 点和沸点相差比较大．尿素常温下是固 体，熔点在200℃以上；醋酸的熔点为 16.6℃，在温度低于16.6℃时即凝结成 冰状的固体；常温下硝酸是一种具有挥 发性的液体．试根据上述三种物质熔、 沸点差异较大的事实，分析它们可能含 有的氢键，画出示意图．
25
0 -25 -50 -75 -100
HF
H2Te NH3 H2S HCl PH3 SiH4× H2Se AsH3 HBr SbH3 HI
×
Leabharlann Baidu
SnH4
×
GeH4
-125
-150 CH 4
×
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3
4
5 周期
一些氢化物的沸点
非金属元素的氢化物在固态时是分子晶 体，其熔沸点和其分子量有关．对于同一主 族非金属元素而言，从上到下，分子量逐渐 增大，熔沸点应逐渐升高．而HF、H2O、 NH3却出现反常，为什么？ 说明在HF、H2O、NH3分子间还存在除 分子间作力之外的其他作用．这种作用就是 氢键．
温度/℃
250 200 150 CBr4 × ×
沸点
×
熔点
CI4
100 CCl 4 × 50
-50
CBr4
0
-100 -150 -200
100 200 300 400 500 × CCl4 ×CF4 × CF
4
相对分子质量
-250
四卤化碳的熔沸点与 相对原子质量的关系
沸点/℃
100
75 50
H2O
二
氢键
水分子中Ｏ－Ｈ键是极性共价键， 氧原子与氢原子共用的电子对强烈的偏 向氧原子，使氢原子几乎成了“裸露” 的质子．这样，一个水分子中相对显正 电性的氢原子就能和另一个水分子相对 带负电性的氧原子上的孤电子对接近并 产生相互作用，这种相互作用叫做氢 键．
１.定义：当氢原子与电负性大的X 原子以共价键结合时，它们之间的 共用电子对强烈地偏向X，使H几 乎成为“裸露”的质子，这样相对 显正电性的H与另一分子相对显负 电性的X中的孤对电子接近并产生 相互作用，这种相互作用称氢键。
(2)低级醇易溶于水
(3)含有相同Ｃ原子数的醚为什么熔沸点低于醇 (4)为什么醚也可以溶于水 (5)HF酸是弱酸 …………
拓展视野：
水孕育生命，水养育人类。人体内水的重量约占 70%。人们平常喝的天然水是由许多水分子缔合成的簇 团，参与体内生物化学作用差。人体动脉内的脂质沉积 随着年龄增长逐渐增多，血流阻力增大，同时动脉管腔 变窄，血流量减少。中老年人可能患动脉粥样硬化症、 高脂血症和高血压症，有的人还伴发血粘度高、血糖高、 血尿酸高，产生微循环障碍，这些病变，形成心脑血管 病、糖尿病等，促使人体器官功能提前衰减，缩短了人 应享的自然寿命。只有认识水的结构及其变化，了解有 关的医学研究成果，才能领悟喝天然水是产生上述老年 病的重要原因，并企盼饮用小分子水，以祛疾养生，益 寿延年。
水的物理性质:
纯净的水是无色、无味的透明液体。在 1.0×105Pa下，水的凝固点(熔点)为0.00℃， 沸点为100.00℃。水的密度比较特殊。在0℃～ 4℃之间随着温度的升高密度不是减小而是增大， 0℃时为0.999841g／cm3，到4℃时达到最大值 为1.000000g／cm3，4℃以后和一般物质一样随 温度升高而逐渐减小(20℃为0.998203g／ cm3,100℃时为0.958354g／cm3。水结冰体积膨 胀
随温度升高，同时发生两种相反的过程： 一是冰晶结构小集体受热不断崩溃，缔合 分子减少；另一是水分子间距因热运动不 断增大．0～4℃间，前者占优势， 4℃以 上，后者占优势， 4℃时，两者互不相让， 招致水的密度最大．
我们在学习化学的过程中还有什么地方能 用氢键的知识来解释的？
(1)醇比含有相同碳原子的烃熔沸点高