高中化學(xué)同步講義（選擇性必修二）第11講 2.7分子間作用力 分子手性（學(xué)生版）

第11課分子間作用力分子手性1.了解范德華力的實(shí)質(zhì)及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。2.了解氫鍵的實(shí)質(zhì)、特點(diǎn)、形成條件及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。3.了解影響物質(zhì)溶解性的因素及相似相溶原理。4.了解手性分子并將其應(yīng)用于生命科學(xué)。一、分子間的作用力1．分子間作用力(1)概念：物質(zhì)分子之間普遍存在的相互作用力，稱為分子間作用力。(2)分類：分子間作用力最常見的是和。(3)強(qiáng)弱：范德華力氫鍵化學(xué)鍵。2.范德華力及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)概念：對氣體加壓降溫可使其液化，對液體降溫可使其凝固，這表明分子之間存在著相互作用力。是最早研究分子間普遍存在作用力的科學(xué)家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力?！咎貏e說明】范德華力也是一種電性作用，包括分子中帶電質(zhì)子、電子間相互吸引和相互排斥。(2)存在范圍：范德華力存在于由共價(jià)鍵形成的多數(shù)、絕大多數(shù)及沒有化學(xué)鍵的分子間。但像二氧化硅晶體、金剛石等由共價(jià)鍵形成的物質(zhì)中范德華力。(3)特征①范德華力廣泛存在于分子之間，但只有分子間時(shí)才有分子間的相互作用力。②范德華力很弱，比化學(xué)鍵的鍵能1~2個(gè)數(shù)量級。③范德華力方向性和飽和性。(4)影響范德華力的因素①一般地，和相似的分子，相對分子質(zhì)量越，范德華力越。②相對分子質(zhì)量相同或相近時(shí)，分子的極性越，范德華力越。如CO為極性分子，N2為非極性分子，范德華力：CON2。③分子組成相同，但結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)(即互為同分異構(gòu)體),分子的對稱性越，范德華力越。④對于M相同、極性相似的分子，分子間接觸面積越，范德華力越。如：正丁烷異丁烷。(5)范德華力對物質(zhì)性質(zhì)的影響范德華力主要影響分子構(gòu)成的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)等性質(zhì)。一般規(guī)律：范德華力越，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越。而化學(xué)鍵主要影響分子構(gòu)成的物質(zhì)的性質(zhì)。①對物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響a．組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越，范德華力越，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)通常越。如熔、沸點(diǎn)：F2<Cl2<Br2<I2；CF4<CCl4<CBr4<CI4。b．分子組成相同的物質(zhì)(即互為同分異構(gòu)體)，分子對稱性越，范德華力越，物質(zhì)的沸點(diǎn)通常越。如沸點(diǎn)：對二甲苯<間二甲苯<鄰二甲苯。c．相對分子質(zhì)量相近的物質(zhì)，分子的極性越，范德華力越，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)通常越。如熔、沸點(diǎn)：N2<CO。②對物質(zhì)溶解性的影響溶質(zhì)分子與溶劑分子間的范德華力越，則溶質(zhì)分子的溶解度越。如I2、Br2與苯分子間的范德華力較大，故I2、Br2易溶于苯中，而水與苯分子間的范德華力很小，故水很難溶于苯中?！舅伎寂c討論p56】參考答案：F2＜Cl2＜Br2＜I2的組成和結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高，故熔、沸點(diǎn)：F2＜Cl2＜Br2＜I2。3.氫鍵及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)概念：氫鍵是除范德華力之外的另一種分子間作用力。(2)形成條件：它是由已經(jīng)與電負(fù)性很的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性很的原子之間的作用力。(3)表示方法：X-H…Y-。其中X、Y為N、O、F這樣的電負(fù)性很大的原子，“-”表示共價(jià)鍵，…”表示形成的氫鍵。在X-H…Y中，X、Y的電負(fù)性越，氫鍵越；Y原子的半徑越，氫鍵越。(4)特征：①氫鍵是一種分子間作用力，但不同于范德華力，也化學(xué)鍵。②氫鍵是一種較弱的作用力，比化學(xué)鍵的鍵能1~2個(gè)數(shù)量級，與范德華力數(shù)量級，但比范德華力明顯的。③氫鍵具有性（X-H…Y盡可能在同一條直線上）和性（一個(gè)X-H只能和一個(gè)Y原子結(jié)合），但本質(zhì)上與共價(jià)鍵的性和性不同。(5)氫鍵參數(shù)：①鍵長：一般定義為X—H…Y的長度，而不是H…Y的長度。顯然它與X—H的鍵長和Y的原子半徑有關(guān)，X—H的鍵長越，Y的原子半徑越，則氫鍵的鍵長越。F—H…F、O—H…O、N—H…N的氫鍵鍵長依次增大。②鍵能：氫鍵的鍵能一般不超過kJ/mol，比共價(jià)鍵的鍵能得多，而比范德華力略。氫鍵鍵能的大小，與X和Y的電負(fù)性大小有關(guān)，電負(fù)性越，則氫鍵越，鍵能也越；氫鍵鍵能也與Y原子的半徑大小有關(guān)，半徑越，則越能接近X—H鍵，氫鍵越強(qiáng)，鍵能越。例如鍵能：F—H…F>O—H…O>N—H…N。(6)存在范圍：氫鍵不僅存在于分子間，有時(shí)也存在于分子內(nèi)。(7)分類：氫鍵可分為氫鍵和氫鍵兩類。前者的沸點(diǎn)低于后者。(8)對物質(zhì)性質(zhì)的影響：

1）氫鍵對物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響①分子間存在氫鍵時(shí)，物質(zhì)在熔化或汽化時(shí)，除破壞范德華力外，還需要消耗更多的能量，破壞分子間氫鍵，所以能形成分子間氫鍵的物質(zhì)一般具有的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。②互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)中，能形成分子內(nèi)氫鍵的，其熔、沸點(diǎn)比能形成分子間氫鍵的低。如鄰羥基苯甲醛能形成氫鍵，而對羥基苯甲醛能形成氫鍵，當(dāng)對羥基苯甲醛熔化時(shí)，需要吸收較多的能量，所以對羥基苯甲醛的熔、沸點(diǎn)于鄰羥基苯甲醛的。2）氫鍵對物質(zhì)溶解度的影響如果溶質(zhì)與溶劑之間能形成，則溶解度。例如，由于氨分子與水分子間能形成氫鍵，且二者都是極性分子，所以NH3極易溶于水。低級的醇、醛、酮等可溶于水，都與它們的分子能與水分子間形成氫鍵有關(guān)。3）氫鍵的存在引起密度的變化由于水分子間存在氫鍵，水結(jié)冰時(shí)，體積變，密度變。冰熔化成水時(shí)，體積減，密度變。在接近水的沸點(diǎn)的水蒸氣中存在相當(dāng)量的水分子因氫鍵而相互“締合”，形成所謂“締合分子”，這種水蒸氣的相對分子質(zhì)量測定值比用化學(xué)式H2O計(jì)算出來的相對分子質(zhì)量大。二、溶解性（1）“相似相溶”規(guī)律：非極性溶質(zhì)一般溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般溶于極性溶劑。說明：①“相似”指的是分子的極性。②這是一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，也會(huì)有不符合規(guī)律的例子，如CO、NO等極性分子均難溶于水，不少鹽類(如AgCl、PbSO4、BaCO3等)也難溶于水，H2、N2難溶于水也難溶于苯等。(2)影響溶解度的因素1）內(nèi)因①如果溶劑和溶質(zhì)之間存在氫鍵，則溶質(zhì)在溶劑中的溶解度較。②物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)。“相似相溶”還適用于分子結(jié)構(gòu)的相似性。乙醇化學(xué)式為CH3CH2OH,其中的羥基與水分子的羥基相近，因而乙醇能與水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多了，因而它在水中的溶解度明顯減小。③溶質(zhì)與溶劑發(fā)生反應(yīng)可其溶解度。如SO2與H2O反應(yīng)生成H2SO3，SO3與H2O反應(yīng)生成H2SO4，NH3與H2O反應(yīng)生成NH3·H2O2）外因①溫度：一般地，溫度，固體物質(zhì)的溶解度，氣體物質(zhì)的溶解度。②壓強(qiáng)：一般地，壓強(qiáng)越，氣體的溶解度越。注：①影響固體溶解度的主要因素是溫度。常見物質(zhì)中，Ca(OH)2的溶解度隨溫度的升高而減小。受熱易分解的物質(zhì)的溶解情況需考慮溫度因素。②影響氣體溶解度的主要因素是溫度和壓強(qiáng)?！舅伎寂c討論p59】參考答案：(1)NH3、H2O都是極性分子，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律可知NH3在H2O中的溶解度較大，并且NH3和H2O分子之間還存在氫鍵，這又加大了NH3在H2O中的溶解度；而CH4是非極性分子，又不能與H2O分子形成氫鍵，故在極性溶劑H2O中的溶解度較小。(2)油漆的主要成分是非極性分子或極性很小的有機(jī)物，有機(jī)溶劑（如乙酸乙酯等）是非極性分子或極性很小的有機(jī)物，水是極性分子，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律可知日常生活中不用水而用有機(jī)溶劑(如乙酸乙酯等)溶解油漆。(3)CCl4和I2都是非極性分子，而H20是極性分子，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律可知，碘在純水中的溶解度要小于在四氯化碳中的溶解度。三、分子的手性1.手性異構(gòu)體與手性分子具有完全相同的組成和原子排列的一對分子，如同左手與右手一樣互為，卻在三維空間里疊合，互稱異構(gòu)體(或異構(gòu)體)。有異構(gòu)體的分子叫做分子。2.手性分子的成因當(dāng)4個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在同一個(gè)碳原子上時(shí)，這個(gè)碳原子是原子。這種分子和它“在鏡中的像”不能重疊，因而表現(xiàn)為“手性”。手性分子中的不對稱碳原子稱為碳原子。例如，CHBrClF是一個(gè)簡單的手性分子，如圖甲所示的兩個(gè)分子互為鏡像。又如，丙氨酸分子(手性碳原子上連接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性如圖乙所示。3.手性碳原子和手性分子的判斷(1)手性碳原子：如果1個(gè)碳原子所連接的4個(gè)原子或基團(tuán)各不相同，那么該碳原子為手性碳原子，用*C來表示。如,R1、R2、R3、R4是的原子或基團(tuán)。(2)手性分子：有機(jī)物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。所以，判斷一種有機(jī)物是否為手性分子，就看其含有的碳原子是否連有的原子或基團(tuán)。4.手性分子的用途(1)構(gòu)成生命體的有機(jī)分子絕大多數(shù)為手性分子?；槭中援悩?gòu)體的兩個(gè)分子的性質(zhì)不同。(2)生產(chǎn)手性藥物、手性催化劑(手性催化劑只催化或主要催化一種手性分子的合成)。生產(chǎn)手性藥物必須把手性異構(gòu)體分離開，因?yàn)槭中援悩?gòu)體藥物分子中往往是一種能治病、沒有毒副作用，而另一種卻有毒副作用。按照獲得2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位科學(xué)家的合成方法，可以只得到一種或者主要只得到一種手性分子，不得到或者基本上不得到它的手性異構(gòu)體，這種獨(dú)特的合成方法稱為手性合成。手性催化劑只催化或者主要催化一種手性分子的合成。手性分子在生命科學(xué)和生產(chǎn)手性藥物方面有廣泛的應(yīng)用。手性合成是當(dāng)代化學(xué)的熱點(diǎn)之一，是21世紀(jì)化學(xué)研究的重要領(lǐng)域。?問題一分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系【典例1】下列說法正確的是A．沸點(diǎn)大?。築．很穩(wěn)定性很強(qiáng)，是因?yàn)榉肿娱g能形成氫鍵C．對羥基苯甲醛()比鄰羥基苯甲醛()的沸點(diǎn)低D．構(gòu)成單質(zhì)分子的微粒之間不一定存在共價(jià)鍵【變式1-1】下列現(xiàn)象與氫鍵有關(guān)的是①NH3的熔、沸點(diǎn)比PH3的高②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶③冰的密度比液態(tài)水的密度?、茑徚u基苯甲酸的熔、沸點(diǎn)比對羥基苯甲酸的低⑤水分子高溫下也很穩(wěn)定A．①②③④⑤ B．①②③④C．①②③ D．①②【變式1-2】根據(jù)“相似相溶”規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下列敘述不正確的是A．白磷(P4)易溶于CS2，也易溶于水 B．NaCl易溶于水，難溶于CCl4C．碘易溶于苯，微溶于水 D．鹵化氫易溶于水，難溶于CCl4?問題二手性分子及其判斷【典例2】下列說法錯(cuò)誤的是A．互為手性異構(gòu)體的分子互為鏡像B．利用手性催化劑合成可主要得到一種手性分子C．手性異構(gòu)體分子組成相同D．手性異構(gòu)體性質(zhì)相同【變式2-1】下列分子中含3個(gè)手性碳原子的是()【變式2-2】2020年1月11日科教頻道，以短片介紹了周其林院士“萬能”手性催化劑。手性一詞來源于希臘語手，是自然界中廣泛存在的一種現(xiàn)象。比如我們的左手照鏡子時(shí)看到的模樣與右手一模一樣。但在現(xiàn)實(shí)世界中，我們的左手卻永遠(yuǎn)無法與右手完全重合，這種現(xiàn)象就叫手性。具有手性特征的物體就叫手性物體。下列說法正確的是()A．催化劑在催化過程中實(shí)際參與了反應(yīng)，并改變反應(yīng)的進(jìn)程B．“萬能”手性催化劑可以催化任何一種反應(yīng)C．催化劑可以加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率D．氯仿、甲醇具有手性1．下列物質(zhì)中，既有共價(jià)鍵又有分子間作用力的是A．氧化鎂 B．氦 C．銅 D．液氨2.下列說法中不正確的是()A．所有含氫元素的化合物中都存在氫鍵，氫鍵是一種類似于共價(jià)鍵的化學(xué)鍵B．離子鍵、氫鍵、范德華力本質(zhì)上都是靜電作用C．只有電負(fù)性很強(qiáng)、半徑很小的原子(如F、O、N)才能形成氫鍵D．氫鍵是一種分子間作用力，氫鍵比范德華力強(qiáng)3．下列說法正確的是A．可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子與水分子間形成了氫鍵B．水分子間既存在分子間作用力，又存在氫鍵C．氫鍵是氫元素與其他元素形成的化學(xué)鍵D．H2O比H2S穩(wěn)定是因?yàn)樗肿娱g存在氫鍵4.根據(jù)相似相溶規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下列敘述不正確的是()A．鹵化氫易溶于水，也易溶于CCl4B．白磷(P4)易溶于CS2，但難溶于水C．碘易溶于苯，微溶于水D．NaCl易溶于水，難溶于CCl45．下圖為冰層表面的分子結(jié)構(gòu)示意圖。下列說法錯(cuò)誤的是A．溫度升高時(shí)，“準(zhǔn)液體”中水分子與下層冰連接的氫鍵斷裂，使冰面變滑B．第一層固態(tài)冰中，水分子間通過氫鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C．第二層“準(zhǔn)液體”中，水分子間形成的氫鍵比固態(tài)冰中少D．由于氫鍵的存在，水分子的穩(wěn)定性好，高溫下也很難分解6．下列現(xiàn)象不能用氫鍵解釋的是A．水分子高溫下也很穩(wěn)定B．NH3容易液化C．甲醇極易溶于水D．液態(tài)氟化氫的化學(xué)式有時(shí)可以寫成(HF)n的形式7．(1)氨氣溶于水時(shí)，大部分NH3與H2O以氫鍵(用“…”表示)結(jié)合形成NH3·H2O分子。根據(jù)氨水的性質(zhì)可推知NH3·H2O的結(jié)構(gòu)式為。(2)在元素周期表中氟的電負(fù)性最大，用氫鍵表示式寫出氟的氫化物溶液中存在的所有氫鍵：。1．下列說法中正確的是A．硫難溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2，不能說明分子極性：H2O>C2H5OH>CS2B．甲烷可以形成甲烷水合物，是因?yàn)榧淄榉肿优c水分子之間形成了氫鍵C．同一元素的含氧酸，該元素的化合價(jià)越高，其酸性越強(qiáng)，氧化性也越強(qiáng)D．由第IA族和第VIA族元素形成的原子個(gè)數(shù)比為1：1、電子總數(shù)為38的化合物，是含有共價(jià)鍵的離子化合物2．下列對分子性質(zhì)的解釋中，不正確的是A．F2、Cl2、Br2、I2熔點(diǎn)隨相對分子質(zhì)量增大而升高B．乳酸()分子中含有2個(gè)手性碳原子C．碘易溶于四氯化碳，甲烷難溶于水都可用“相似相溶”原理解釋D．氨氣極易溶于水、鄰羥基苯甲醛的沸點(diǎn)低于對羥基苯甲醛都能用氫鍵來解釋3．下列說法不正確的是A．的酸性依次增強(qiáng)B．蘋果酸含有1個(gè)手性碳原子C