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问题探究在冰中,水分子之间存在氢键,每个水分子被四个水分子包围,四个水分子的四个氧原子形成四面体,向空间延伸,通过“氢键”相互连接成固体冰,其结构如图所示。(1)在冰中,平均1个H2O分子形成几个氢键?提示:在冰中每个水分子通过氢键与4个水分子连接,每个氢键连接2个水分子,所以平均每个水分子形成氢键:4×1÷2=2。(2)在冰晶体中除氢键外,还存在范德华力(11kJ·mol-1)。已知冰升华时吸收的热量是51kJ·mol-1,请估算冰晶体中氢键的键能。提示:冰升华时吸收的热量是51kJ·mol-1,水分子间的范德华力是11kJ·mol-1,平均1mol水分子形成2mol氢键,所以冰晶体中氢键的键能为(51-11)kJ·mol-1÷2=20kJ·mol-1。(3)氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是。?归纳总结作用力范德华力氢键共价键概念物质分子之间普遍存在的一种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粒子分子H与N、O、F等原子特征无方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性(有特例)和饱和性强度共价键氢键范德华力作用力范德华力氢键共价键影响强度的因素①随分子极性的增大而增大;②组成和结构相似的分子构成的物质,相对分子质量越大,范德华力越大①对于X—H…Y,X、Y的电负性越大,Y原子的半径越小,氢键越强;②同种氢键的强弱与具体物质有关,例如冰中的氢键比乙醇中的氢键弱成键原子半径和共用电子对数目。键长越短,往往键能越大,共价键越稳定作用力范德华力氢键共价键对物质性质的影响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,物质的熔点、沸点逐渐升高。如CF4CCl4CBr4分子间氢键的存在,使物质的熔点、沸点较高,在水中的溶解度较大。如熔点、沸点:H2OH2S共价键的键能越大,分子的稳定性越强典例剖析【例2】下列物质的性质与分子间作用力无关的是()。A.等质量的冰比液态水的体积大B.沸点:H2OH2TeH2SeH2SC.稳定性:HFHClHBrHID.NH3比PH3易液化答案:C解析:水分子之间存在氢键,相同质量的水,固态时体积大于液态时,体积关系为V(气态水)V(冰)V(液态水),故A项错误;分子间存在氢键,熔、沸点越高,相对分子质量越大,则熔、沸点越高,沸点:H2OH2TeH2SeH2S,与分子间作用力有关,故B项错误;非金属性:FClBrI,则HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱,与共价键有关,与分子间作用力无关,故C项正确;NH3比PH3易液化是因为氨气分子间存在氢键,故D项错误。易错警示(1)氢键属于分子间作用力,不属于化学键。
(2)存在氢键则必然存在范德华力,但存在范德华力不一定存在氢键。
(3)利用范德华力判断物质的熔、沸点高低的前提是物质的组成和结构要相似。结构相似的判断方法有两种:一是同一主族同一类别的物质的结构相似,如H2S和H2Te;二是运用价层电子对互斥模型判断其分子的空间结构。
(4)比较物质的熔、沸点时,一定要看分子间是否有氢键存在。一般含有分子间氢键的物质,熔、沸点较高。
学以致用3.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。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X—H…Y—,则X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,沸点越高H2O、HF、NH3都存在分子间氢键电负性大,原子半径小解析:第二周期中第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物中沸点最高的是水,最低的是甲烷;由题图可知,a、b、c、d曲线中表示第ⅥA族元素气态氢化物沸点的是曲线a;表示第ⅣA族元素气态氢化物沸点的是曲线d。同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的相对分子质量逐渐增大,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
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