1. 首先考虑氢键的形成

氢键的定义是：H原子与电负性大、半径小的原子X(N、O、F)以共价键结合，若同时又与电负性大、半径小、且有孤电子对的原子Y(N、O、F)接近，则在X与Y两个原子之间，就会以H和孤电子对为媒介，生成“X－H…Y”形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。 比如，在水分子中，H和O以极性共价键结合，由于O的电负性远大于H，因此O将共价键的电子对向自己的方向吸引，使这个共价键呈现强极性。这导致水分子中的H原子带了一定的正电性(δ＋)，而O原子则带了一定的负电性(δ－)。在水中氟化氢，这样的水分子比比皆是，它们互相毗邻，这就难免使一个水分子中带正电性的H原子和另一个水分子中带负电性的O原子相互靠近，O原子以自身的孤电子对去“触碰”带有正电性的H原子，二者形成静电引力，这就是氢键。（如图1所示）在H2O中，存在“O－H…O”的氢键，在HF中，也存在着“F－H…F”的氢键。

2．比较H2O、HF氢键的强弱

题目要求比较H2O、HF的熔沸点，由于二者都是分子晶体，因此必然要比较分子间作用力（包括范德华力和氢键），由于二者相对分子质量接近，分子的极性也相近，因此范德华力应该也相近，又由于范德华力远弱于氢键，所以可以忽略对范德华力的讨论。

那么就需要比较二者氢键的强度，看二者氢键的结构，“O1－H…O2”和“F1－H…F2”的差别就在于中心原子O和F上。由于F的电负性大于O，因此O1对H的吸引力弱于F1对H的吸引力，导致HF中H所呈的正电性更强，同时F2对H的吸引力强于O2。也就是说氟化氢，在HF中，H所带的正电性更强，同时另一个HF分子的F带的负电性也更强，那么容易理解，“F1－H…F2”中氢键的引力强度是强于“O1－H…O2”的。

从这个角度看，HF的分子间作用力大于H2O，那么它的沸点应该比H2O高才对，这与事实是相违背的。

实际上，这个比较是针对形成氢键的两个分子而言的，但是对于一个物质来说，它内部不只有两个分子，那么这时，大量分子之间的作用应该是单个分子作用力的总和氟化氢，所以容易想到比较水和HF中氢键的数量。

3．比较H2O、HF氢键的数量

（1）在水分子中：O采取sp3杂化，其中2个杂化轨道用于与H形成σ键，而另2个杂化轨道分别排布着1对孤电子对，上述的2个成键电子对和2个孤电子对在空间均匀伸展，形成一个四面体结构（如图2所示）。其中，每个H原子可以与其它水分子中O原子上的孤电子对形成1个氢键，每个O原子上的孤电子对可以与其它水分子中H原子形成1个氢键，那么1个水分子就可以形成4个氢键（如图3所示），但是每个氢键都被2个水分子共用，因此1个水分子实际形成的氢键数量需要用均摊法计算：4÷2＝2个。那么1mol水中最多形成2mol氢键。

（2）在HF分子中：F不杂化，3个2p轨道彼此垂直，其中2px轨道与H原子形成共价键，2py和2pz轨道各排布1对孤电子对（如图4所示）。类比刚才对水分子的分析，可以想到H原子可以与其它HF分子中F原子上的孤电子对形成1个氢键，每个F原子上的2个孤电子对可以与其它HF分子中H原子形成2个氢键甲醇报警器，这样分析，可得出“每个HF分子最多也能形成3个氢键”的结论。但实际上，由于空间位阻的原因，F原子上的2对孤电子对中，只有其中1对能与另一个HF分子的H原子形成1个氢键。也就是说每个HF分子最多也能形成2个氢键（如图5所示）。再进行均摊，那么1mol HF中氢键的数量只有大约1mol（甚至小于1mol，其实这个数值是无法精确得到的，这只是一个定性的估计）。

4．得出结论

基于上述分析天然气报警器，可知HF中氢键的强度虽强于H2O，但由于氢键的数量仅为H2O的一半，所以HF的熔沸点反而比H2O低。

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