邵 鴻 孫 晶

(1.山東省臨沂第十九中學(xué) 2.山東省日照市莒縣第四中學(xué))

氫鍵在教材中著墨不多,卻是高考不可或缺的知識(shí)點(diǎn).高考命題中常以選擇題中的某個(gè)選項(xiàng)或選考題中一個(gè)小問的形式出現(xiàn),命題常涉及兩種或幾種化合物比較其熔沸點(diǎn)或溶解性等.若對氫鍵知識(shí)了解不深刻,很容易陷入解題誤區(qū).本文對氫鍵的知識(shí)、高考命題呈現(xiàn)形式和答題模板進(jìn)行闡釋,供大家參考.

1 全方位透視氫鍵知識(shí)

1.1 氫鍵的形成

氫鍵是指與分子中電負(fù)性較大的原子(一般是指O、N、F)相結(jié)合的氫原子和另一個(gè)分子中電負(fù)性極大的原子間產(chǎn)生的作用力.

1.2 氫鍵的相關(guān)概念

1)特點(diǎn):具有飽和性和方向性.

2)本質(zhì):靜電作用.

3)表示方法:X—H…Y.

4)形成條件:

①電負(fù)性很大的原子(如N、O、F等);

②氫原子.

5)表示形式:X—H…Y,其中“—”是共價(jià)鍵,“…”是氫鍵.

1.3 氫鍵的強(qiáng)度

氫鍵介于范德華力與化學(xué)鍵之間,強(qiáng)度大小:范德華力＜?xì)滏I＜化學(xué)鍵.特別強(qiáng)調(diào):氫鍵是特殊的分子間作用力,不屬于化學(xué)鍵.

1.4 氫鍵的分類

1)分子間氫鍵(含N、O、F分子間)

分子與分子之間會(huì)存在氫鍵的作用,同種分子之間可以存在氫鍵,某些不同種分子之間也可能形成氫鍵,如HF 分子間(如圖1)、NH3分子間(如圖2)、H2O 分子間(如圖3)、對羥基苯甲醛分子間(如圖4).

圖1

圖3

圖4

2)分子內(nèi)氫鍵

某些分子內(nèi),如鄰羥基苯甲醛(如圖5)、HNO3(如圖6)可以形成分子內(nèi)氫鍵.分子內(nèi)氫鍵由于受環(huán)狀結(jié)構(gòu)的限制,X—H…Y 往往不能在同一直線上.

圖5

圖6

1.5 氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響

1)氫鍵對物質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的影響

a)分子間存在氫鍵時(shí),物質(zhì)在熔化或氣化時(shí),除破壞普通的分子間作用力外,還需要破壞分子間的氫鍵,消耗更多的能量,所以存在分子間氫鍵的物質(zhì)一般具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn).

例如,第ⅤA～ⅦA 族元素的氫化物中,NH3、H2O 和HF的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同主族相鄰元素的氫化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高,這種反?，F(xiàn)象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵,第ⅣA～ⅦA 族元素簡單氫化物的沸點(diǎn)變化趨勢如圖7所示.

圖7

b)對于互為同分異構(gòu)體的物質(zhì),能形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比能形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)低.如鄰羥基苯甲酸能形成分子內(nèi)氫鍵,而對羥基苯甲酸能形成分子間氫鍵,當(dāng)對羥基苯甲酸熔化時(shí),需要較多的能量克服分子間氫鍵,所以對羥基苯甲酸的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高于鄰羥基苯甲酸的.

2)氫鍵對物質(zhì)溶解性的影響

如果溶質(zhì)與溶劑之間能形成氫鍵,則溶解性增大.氨分子與水分子間能形成氫鍵,且都是極性分子,所以NH3極易溶于水.低級(jí)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

由于水分子間的氫鍵,水結(jié)冰時(shí),體積變大,密度變小,冰融化成水時(shí),體積減小,密度變大.液體分子間若形成氫鍵,有可能發(fā)生締合現(xiàn)象.例如液態(tài)HF,在通常條件下,除了正常簡單的HF 分子外,還有通過氫鍵聯(lián)系在一起的復(fù)雜分子(HF)n.其中n可以是2,3,4,….這種由若干個(gè)簡單分子連成復(fù)雜分子而又不會(huì)改變原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)象,稱為分子締合.分子締合會(huì)影響液體的密度.

注意:H2O 分子之間也有締合現(xiàn)象.常溫下,液態(tài)水中除了簡單 H2O 分子之外,還有(H2O)2,(H2O)3,…,(H2O)n等締合分子存在.降低溫度,有利于水分子的締合.溫度降至0℃時(shí),全部水分子結(jié)合成巨大的締合物——冰.

4)氫鍵的存在對分子黏度的影響

分子間有氫鍵的液體,一般黏度較大.例如甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物,由于分子間可形成眾多的氫鍵,這些物質(zhì)通常為黏稠狀液體.

2 氫鍵在2023年高考題中的呈現(xiàn)形式

2.1 判斷氫化物和有機(jī)物的熔沸點(diǎn)

2.2 判斷氫鍵的存在與規(guī)范表述

圖8

A.該晶體中存在N—H…O 氫鍵

B.基態(tài)原子的第一電離能:C＜N＜O

C.基態(tài)原子未成對電子數(shù):B＜C＜O＜N

D.晶體中B、N 和O 原子軌道的雜化類型相同

圖9

圖10

圖11

A.存在順反異構(gòu)

B.含有5種官能團(tuán)

C.可形成分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵

D.1mol該有機(jī)物最多可以和1mol氫氧化鈉溶液反應(yīng)

2.3 考查氫鍵對物質(zhì)溶解性的影響

A.纖維素是自然界分布廣泛的一種多糖

B.纖維素難溶于水的主要原因是其鏈間有多個(gè)氫鍵

C.NaOH 提供OH-破壞纖維素鏈之間的氫鍵

D.低溫降低了纖維素在NaOH 溶液中的溶解性

2.4 考查有機(jī)物分子內(nèi)氫鍵的形成

3 氫鍵答題策略與答題模板

3.1 氫鍵與熔、沸點(diǎn)

1)答題策略:分子形成分子間氫鍵會(huì)使物質(zhì)熔沸點(diǎn)升高,而形成分子內(nèi)氫鍵會(huì)使物質(zhì)熔沸點(diǎn)降低.

2)答題模板:同為分子晶體,×××存在氫鍵,而×××僅存在較弱的范德華力.

例如,乙酸的沸點(diǎn)明顯高于乙醛,其主要原因是:同為分子晶體,CH3COOH 存在分子間氫鍵,而乙醛僅存在較弱的范德華力.

再如,鄰羥基苯甲醛的沸點(diǎn)比對羥基苯甲醛的沸點(diǎn)低,原因是:鄰羥基苯甲醛形成分子內(nèi)氫鍵,而對羥基苯甲醛形成分子間氫鍵,分子間氫鍵使分子間作用力更大.

3.2 氫鍵與溶解性

1)答題策略:若溶質(zhì)與溶劑之間能形成氫鍵,則溶解度增大,且氫鍵作用力越大,溶解性越好.

2)答題模板:×××與H2O 或其他溶劑(×××)分子間形成氫鍵.

例如,NH3極易溶于水的原因是:NH3與水分子間形成氫鍵.

(完)