配套K12化学新导学笔记人教选修三讲义第二章 第三节 分子性质 第2课时.docx

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配套K12化学新导学笔记人教选修三讲义第二章第三节分子性质第2课时

第2课时　较强的分子间作用力——氢键

[学习目标定位]　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.氢键的概念及表示方法

（1）概念：

氢键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个电负性很大的原子之间的作用力。

（2）表示方法：

氢键的通式可用A—H…B—表示。

式中A和B表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。

2.氢键的形成条件

（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N—H、H—O、H—F键的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。

3.氢键的特征

（1）氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力，其键能比化学键弱，比范德华力强。

（2）氢键具有一定的方向性和饱和性

X—H与Y形成分子间氢键时，氢原子只能与一个Y原子形成氢键，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斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定（如下图）。

4.氢键的类型

（1）分子间氢键，如水中，O—H…O—。

（2）分子内氢键，如

。

（1）

（2）氢键的影响因素

①在A—H…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。

②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。

例1

　下列每组物质都能形成分子间氢键的是（　　）

A.HClO4和H2SO4B.CH3COOH和H2Se

C.C2H5OH和NaOHD.H2O2和HI

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　A

解析　HClO4和H2SO4可形成分子间氢键，A正确；Se的非金属性较弱，H2Se不能形成分子间氢键，B错误；NaOH是离子化合物，不能形成分子间氢键，C错误；HI中碘元素非金属性较弱，不能形成分子间氢键，D项错误。

例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。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

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）

答案　

（1）H2O>H2Te>H2Se>H2S

（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

①分子间存在氢键时，使物质具有较高的熔、沸点。

②分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点。

如：

（2）氢键影响物质的溶解度

（3）氢键的存在引起密度的变化

例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A—H…B—的三个原子总在一条直线上

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　D

解析　HF分子间存在氢键F—H…F—，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，但不是一定在一条直线上，如

，故D错误。

易错提醒

形成氢键A—H…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。

例4

　下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第ⅥA族元素气态氢化物的沸点的是曲线________；表示第ⅣA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示为A—H…B—，则A元素一般具有的特点是________________。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】分间作用力与氢键的综合

答案　A　D　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　ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA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ⅥA族元素气态氢化物沸点的是曲线A；表示ⅣA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

①随着分子极性的增大而增大；

②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A—H…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

①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质；

②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F2

分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：

H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

①影响分子的稳定性；

②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

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　A

解析　并不是所有含氢元素的化合物都能形成氢键，氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F键的物质中。

氢键不是化学键，是介于范德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.下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是（　　）

A.NH3B.

C.H2OD.C2H5OH

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　B

解析　形成氢键的分子含有N—H、H—O或H—F键。

NH3、H2O、CH3CH2OH都能形成氢键但只存在于分子间。

B中

的O—H键与O—H键、O—H键与

间可形成分子间氢键，O—H键与

形成分子内氢键。

3.下列几种氢键：

①O—H…O—，②N—H…N—，③F—H…F—，④O—H…N—，按氢键从强到弱的顺序排列正确的是（　　）

A.③>①>④>②B.①>②>③>④

C.③>②>①>④D.①>④>③>②

答案　A

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质熔点、沸点的影响

解析　F、O、N电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，故F—H…F—中氢键最强，其次为O—H…O—，再次是O—H…N—，最弱的为N—H…N—。

4.下列说法错误的是（　　）

A.卤族元素的氢化物中HF的沸点最高，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.H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键的键能大

D.氨气极易溶于水与氨气分子和水分子间形成氢键有关

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　C

解析　HF分子间存在氢键，故沸点相对较高，A项正确；能形成分子间氢键的物质熔、沸点较高，邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，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项正确；H2O分子中的O可与周围H2O分子中的两个H原子形成两个氢键，而HF分子中的F原子只能形成一个氢键，氢键越多，沸点越高，所以H2O的沸点高，C项错误；氨气分子和水分子间形成氢键，导致氨气极易溶于水，D项正确。

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的混合物中分离出NH3，常采用加压使NH3液化的方法：

_____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）水在常温下，其组成的化学式可用（H2O）m表示，原因：

______________________

________________________________________________________________________。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　

（1）乙醇分子中的醇羟基、乙酸分子中的羧羟基均可与水形成分子间氢键，相互结合成缔合分子，故表现为互溶

（2）乙醇分子之间形成的氢键作用远大于乙醚分子间的范德华力，故沸点比乙醚高很多

（3）NH3分子间可以形成氢键，而N2、H2分子间的范德华力很小，故NH3可采用加压液化的方法从混合物中分离

（4）常温下，液态水中水分子间通过氢键缔合成较大分子团，所以用（H2O）m表示，而不是以单个分子形式存在

[对点训练]

题组一　对氢键概念的理解

1.氨气溶于水中，大部分NH3与H2O以氢键（用“…”表示）结合形成NH3·H2O分子。

根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为（　　）

A.

B.

C.

D.

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　B

解析　从氢键的成键原理上讲，A、B都成立；但从空间构型上讲，由于氨分子是三角锥形，易于提供孤电子对，所以以B方式结合空间阻碍最小，结构最稳定；从事实上讲，依据NH3·H2ONH

＋OH－可知答案是B。

2.下列物质中含有氢键，且氢键最强的是（　　）

A.甲醇B.NH3C.冰D.（HF）n

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　D

解析　氢键可表示为X—H…Y—（X、Y可相同也可不同，一般为N、O、F），当X、Y原子半径越小、电负性越大时，在分子间H与Y产生的静电吸引作用越强，形成的氢键越牢固。

3.在硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。

则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是（　　）

A.sp，范德华力B.sp2，范德华力　C.sp2，氢键D.sp3，氢键

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键的概念、形成条件及存在

答案　C

解析　B原子最外层的3个电子都参与成键，故B原子可以形成sp2杂化轨道；B（OH）3分子中的—OH可以与相邻分子中的H原子形成氢键。

故选C。

题组二　氢键对物质性质的影响

4.下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是（　　）

A.F2>Cl2>Br2>I2

B.CF4>CCl4>CBr4>CI4

C.HF

D.CH4

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质熔点、沸点的影响

答案　D

解析　分子晶体的熔、沸点高低由分子间作用力的大小决定，分子间作用力越大，熔、沸点越高，反之越低。

A中卤素单质随相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增大，熔、沸点升高，故A错误；同理B错误；C中虽然四种物质的相对分子质量逐渐增大，但是，在HF分子中存在氢键，故HF的沸点是最高的C错误。

5.下列事实与氢键没有关系的是（　　）

A.H2O比H2S更难分解B.HF的熔、沸点高于HCl

C.酒精可以和水以任意比例互溶D.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛

答案　A

解析　溶质与水分子间形成氢键会促进溶解，分子间形成氢键会导致物质的熔、沸点升高，分子内形成氢键则会导致物质的熔、沸点降低。

氢化物的稳定性与分子内的共价键的键能有关，与氢键无关；常见的氢化物分子间存在氢键的有HF、H2O、NH3；酒精分子中—OH极性强，能与水形成氢键；邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛易形成分子间氢键。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

6.下列叙述正确的是（　　）

A.氢键能随时断裂、随时形成

B.氢键能存在于固态、液态甚至于气态物质中

C.由于氢键的存在，使水凝结为冰时密度减小，体积增大

D.由于氢键的存在，导致某些物质的气化热、升华热减小

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　C

解析　氢键是比范德华力强而比化学键弱的一种分子间作用力，水分子间形成氢键使水结成冰，水的密度减小，体积增大。

7.下列说法中错误的是（　　）

A.氨水中含有分子间氢键

B.H2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关

C.氢键X—H…Y—的三个原子总在一条直线上

D.卤化氢中，HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键

【考点】氢键的概念、形成条件及存在

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　C

解析　因氟化氢分子之间存在氢键，所以HF是卤化氢中沸点最高的；氨水中除NH3分子之间存在氢键，NH3与H2O，H2O与H2O之间都存在氢键，A正确；氢键中的X—H…Y—三原子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线上，故C错。

8.比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是（　　）

A.乙醇与氯乙烷

B.邻羟基苯甲酸

与对羟基苯甲酸

C.对羟基苯甲醇

与邻羟基苯甲醇

D.H2O与H2Te

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质熔点、沸点的影响

答案　B

解析　氢键分为两类：

存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子内氢键。

同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。

如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醇等容易形成分子内氢键，沸点较低，而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醇则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以B选项正确，C选项错误；对于A选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点（78.5℃）高于氯乙烷的沸点（12.3℃）；同样道理，D选项中，H2O的沸点（100℃）高于H2Te的沸点。

题组三　分子间作用力和氢键的综合考查

9.下列说法不正确的是（　　）

A.范德华力与氢键可同时存在于分子之间

B.分子间作用力是分子间相互作用力的总称

C.氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中

D.分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度等也有影响

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】分子间作用力与氢键的综合

答案　C

解析　范德华力和氢键均属分子间的作用力，两者有可能同时存在于分子之间，A正确；分子间存在多种相互作用力，这些作用力统称为分子间作用力，B正确；氢键属于分子间作用力，而不是化学键，C错误；分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度也有影响，D正确。

10.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

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】分子间作用力与氢键的综合

答案　B

11.二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等，一旦进入人体会导致急性肾衰竭，危及生命。

二甘醇的结构简式是HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。

下列有关二甘醇的叙述正确的是（　　）

A.符合通式CnH2nO3B.分子间能形成氢键

C.分子间不存在范德华力D.能溶于水，不溶于乙醇

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】分子间作用力与氢键的综合

答案　B

解析　二甘醇的分子式为C4H10O3，不符合通式CnH2nO3；二甘醇分子之间能形成O—H…O—，也存在范德华力；由“相似相溶”原理可知，二甘醇能溶于水和乙醇。

12.（2017·包头一中高二期中）关于氢键，下列说法正确的是（　　）

A.由于冰中的水分子间存在氢键，所以其密度大于液态水

B.可以用氢键解释接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式（H2O）计算出来的相对分子质量大

C.分子间氢键和分子内氢键都会使熔、沸点升高

D.每个水分子内平均含有两个氢键

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　B

解析　由于冰中的水分子间的氢键多于液态水中的水分子间的氢键，分子间的距离较大，所以其密度小于液态水，A项错误；由于水分子之间存在氢键，水分子通常以几个分子聚合的形式存在，所以接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式（H2O）计算出来的相对分子质量大，B项正确；分子间氢键可使物质的熔、沸点升高，分子内氢键降低物质的熔、沸点，C项错误；水分子内不含氢键，水中的氢键只存在于水分子之间，D项错误。

[综合强化]

13.

（1）一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构（如下图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表。

CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

　　　参数

分子

分子直径/nm

分子与H2O的结合能E/kJ·mol－1

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是__________________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。

已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为________________________________________________________________________。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】分子间作用力与氢键的综合

答案　

（1）①氢键、范德华力

②CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4

（2）H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键

解析　

（1）①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是范德华力和氢键。

②根据表格数据可知，笼状空腔的直径是0.586nm，而CO2分子的直径是0.512nm，笼状空腔直径大于CO2分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。

（2）水可以与乙醇互溶，是因为H2O与CH3CH2OH之间可以形成分子间氢键。

14.（2017·广东揭阳一中高二期中）

（1）铜与类卤素（SCN）2反应生成Cu（SCN）2,1mol（SCN）2中含有π键的数目为______；类卤素（SCN）2对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H—S—C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H—N==C==S）的沸点，其原因是________________________________。

（2）H2O2与H2O可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为___________

_________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）与CaCl2溶液可形成配离子（结构如图），乙二胺分子中氮原子的杂化类型为__________；乙二胺和三甲胺[N（CH3）3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是__________________________________________________________。

【考点】较强的分子间作用力——氢键

【题点】氢键对物质物理性质的影响综合考查

答案　

（1）4NA　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能

（2）H2O2与H2O分子之间可以形成氢键

（3）sp3杂化　乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键

解析　

（1）（SCN）2的结构式为N≡C—S—S—C≡N，单键为σ键，三键中含有1个σ键、2