较强的分子间作用力——氢键.pdf
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1、第 2 课时较强的分子间作用力氢键 目标定位 1.了解氢键形成的条件及氢键的存在。2.学会氢键的表示方法,会分析氢键对物 质性质的影响。 一、氢键 1比较 H2O 和 H2S 的分子组成、立体构型及其物理性质,分析H2O 的熔、沸点比H2S 高的 原因是什么? 答案H2O 和 H2S 分子组成相似, 都是 V 形极性分子, 常温下 H2O 为液态, 熔、沸点比 H2S 高。在水分子中,氢原子与非金属性很强的氧原子形成共价键时,由于氧的电负性比氢大得 多,所以它们的共用电子对就强烈地偏向氧原子,而使氢原子核几乎“裸露”出来。这样带 正电的氢原子核就能与另一个水分子中的氧原子的孤电子对发生一定程度
2、的轨道重叠作用, 使水分子之间作用力增强,这种分子间的作用力就是氢键,比范德华力大。硫化氢分子不能 形成氢键,故水的熔、沸点比硫化氢的高。 2氢键的概念及表示方法 氢键是一种特殊的分子间作用力,它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另 一分子中电负性很大的原子之间的作用力。氢键的通式可用AH,B表示。式中A 和 B 表示 F、O、N,“ ”表示共价键,“ , ”表示氢键。 3氢键的形成条件有哪些? 答案(1)要有一个与电负性很强的元素X 形成强极性键的氢原子,如H2O 中的氢原子。 (2)要有一个电负性很强,含有孤电子对并带有部分电荷的原子Y,如 H2O 中的氧原子。 (3)X 和
3、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。所以氢键一般存在于含NH、HO、HF 键 的物质中,或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。 4氢键的特征是什么? 答案(1)饱和性 在形成氢键时,由于氢原子半径比X、Y 原子半径小得多,当氢原子与一个Y 原子形成氢键 XH,Y 后,氢原子周围的空间已被占据,X、Y 原子的电子云的排斥作用将阻碍一个Y 原 子与氢原子靠近成键,也就是说氢原子只能与一个Y 原子形成氢键,即氢键具有饱和性。 (2)方向性 XH 与 Y 形成分子间氢键时, 3 个原子总是尽可能沿直线分布,这样可使X 与 Y 尽量远离, 使两原子间电子云的排
4、斥作用力最小,体系能量最低,形成的氢键最强、最稳定,所以氢键 还具有方向性(如下图 )。 5氢键的类型 氢键不是化学键,仅为一种分子间作用力,氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。 如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在的氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如下 图)。 (1) (2)在氢键 AH,B中,氢键的键能的大小与A、B 的电负性大小有关,电负性越大,则键 能越大,氢键越强。氢键的键能还与A、B 原子的半径大小有关,尤其是与B 原子的半径大 小有关,半径越小,则键能越大,氢键越强。 1下列关于范德华力与氢键的叙述中正确的是() A任何物质中都存在范德华力,而氢键只存在于含有N、 O、F 的
5、物质中 B范德华力比氢键的作用还要弱 C范德华力与氢键共同决定物质的物理性质 D范德华力与氢键的强弱都只与相对分子质量有关 答案B 解析只有由分子组成的物质中才存在范德华力,A 项错误; 范德华力弱于氢键,B 项正确; 只有由分子组成且分子之间存在氢键的物质,其物理性质才由范德华力和氢键共同决定,C 项错误;氢键的强弱主要与形成氢键的原子的电负性有关,D 项错误。 2甲酸可通过氢键形成二聚物,HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。 答案 解析依据氢键的表示方法及形成条件画出。 二、氢键对物质性质的影响 1试比较下列物质的熔、沸点。 (1)H2O、 H2S、H2Se、H2Te (2) 答
6、案(1)H2OH2TeH2SeH2S (2) 2为什么 NH3极易溶于水? 答案由于氨分子与水分子间能形成氢键,且都是极性分子,所以NH3极易溶于水。即: 。 3为什么冰浮在水面上? 答案由于水分子之间存在氢键,水凝结为冰时,体积变大,密度变小;冰融化为水时,体 积减小,密度变大。 4为什么测定接近沸点的水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O 计算出来的大? 答案因在接近沸点时,水分子通过氢键形成“缔合”分子,所以水蒸气的相对分子质量比 用化学式H2O 计算出来的大。 (1)氢键影响物质的熔、沸点 分子间存在氢键时,使物质具有较高的熔、沸点。 分子内存在氢键时,降低物质的熔、沸点。 (2)氢键影
7、响物质的溶解度 (3)氢键的存在引起密度的变化 3下列与氢键有关的说法中错误的是() A卤化氢中HF 沸点较高,是由于HF 分子间存在氢键 B邻羟基苯甲醛()的熔、沸点比对羟基苯甲醛()的熔、沸 点低 C氨水中存在分子间氢键 D形成氢键AH, B 的三个原子总在一条直线上 答案D 解析HF 分子间存在氢键A H,B,使氟化氢分子间作用力增大,所以氟化氢的沸点较高, A 正确;邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键,所以邻羟基 苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低,B 正确;氨水中氨分子之间、水分子之间 以及氨分子与水分子之间都存在氢键,C 正确;氢键具有一定的方向性
8、,但不是一定在一条 直线上,如,故 D 错误。 易错提醒形成氢键AH,B 的三个原子不一定在一条直线上;分子内氢键使物质的熔、 沸点降低,而分子间氢键使物质的熔、沸点升高。 4下图中A、B、C、D 四条曲线分别表示第A、 A、 A、 A 族元素的气态氢化物的 沸点,其中表示第A 族元素气态氢化物的沸点的是曲线_;表示第 A 族元素气态 氢化物的沸点的是曲线_;同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依 次升高,其原因是_ 。 A、 B、 C 曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点, 其原因是 _ ,如果把这些氢化物分 子间存在的主要影响沸点的相互作用表
9、示为AH, B,则A元素一般具有的特点是 _。 答案AD组成和结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点升高H2O、HF、 NH3分子间存在氢键电负性大,原子半径小 解析 A、A、 A、A 族第二周期元素的气态氢化物沸点最高的是水,最低的是甲烷; 由图可知, A、 B、 C、D 曲线中表示 A 族元素气态氢化物沸点的是曲线A;表示 A 族元 素气态氢化物沸点的是曲线D。同一族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中分子间的范 德华力依次增大,所以沸点依次升高。A、B、C 曲线中第二周期元素的气态氢化物中都存在 氢键,所以它们的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点。 范德华力、氢键及共价键的
10、比较 范德华力氢键共价键 概念 物质分子之间普遍存在 的一种相互作用力 已经与电负性很大的原子 形成共价键的氢原子与另 一个分子中电负性很大的 原子之间的作用力 原子间通过共用电子 对所形成的相互作用 作用 微粒 分子或原子 (稀有气体 ) 氢原子、电负性很大的原子原子 强度 比较 共价键 氢键 范德华力 影响 强度 的因 素 随着分子极性的增大 而增大; 组成和结构相似的物 质,相对分子质量越大, 范德华力越大 对于 AH,B ,A、B 的电负性越大, B 原子的半 径越小,作用力越大 成键原子半径越小, 键长越短, 键能越大, 共价键越稳定 对物 质性 质的 影响 影响物质的熔点、沸 点、
11、溶解度等物理性质; 组成和结构相似的物 质,随相对分子质量的增 大, 物质的熔、 沸点升高, 如 F2H2S,HFHCl , NH3PH3 影响分子的稳定 性; 共价键的键能越 大,分子稳定性越强 1下列说法中不正确的是() A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 B离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用 C只有电负性很强、半径很小的原子(如 F、O、N)才能形成氢键 D氢键是一种分子间作用力,氢键比范德华力强 答案A 解析并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键,氢键只形成于电负性强的元素(如 N、 O、 F)与氢形成的氢化物的分子之间。氢键不是化学键,是介于范德
12、华力和化学键之间的特殊作 用力,本质上也是一种静电作用。 2下列事实与氢键无关的是() A液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在 B冰的密度比液态水的密度小 C乙醇能与水以任意比混溶而甲醚(CH3 OCH3)难溶于水 DNH3比 PH3稳定 答案D 解析氢键是已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原 子之间的作用力,它只影响物质的物理性质,故只有D 与氢键无关。 3下列物质中,分子内和分子间均可形成氢键的是() ANH3B CH2O DC2H5OH 答案B 解析形成氢键的分子含有NH、HO 或 H F 键。 NH3、H2O、CH3CH2OH 都能形成氢 键但只存
13、在于分子间。B 中的 O、H 间可形成分子间氢键,OH 键与形 成分子内氢键。 4下列几种氢键:OH,O, NH, N, FH,F, OH,N,按氢键从强到弱 的顺序排列正确的是() A B C D 答案A 解析F、O、N 电负性依次降低,FH、OH、NH 键的极性依次降低,故FH,F 中 氢键最强,其次为OH,O 再次是 OH,N,最弱的为NH, N。 5试用有关知识解释下列现象: (1)有机物大多难溶于水,而乙醇、乙酸可与水互溶:_ _ 。 (2)乙醚 (C2H5OC2H5)的相对分子质量远大于乙醇,但乙醇的沸点却比乙醚高很多,原因: _ 。 (3)从氨合成塔里出来的H2、N2、NH3的混
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