1.3　物质结构研究的意义 课件(共34张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修2

(共34张PPT)
专题1　揭示物质结构的奥秘
第三单元　物质结构研究的意义
素 养 目 标
1.了解人类探索物质结构的过程,感受物质结构研究的巨大贡献,认同“物质结构的探索无止境”的观念,了解在原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.认识研究物质结构有助于了解材料的结构与性能的关系,对优化物质结构、改善材料性能具有重要意义。深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目 录 索 引
基础落实·必备知识全过关
一、促进化学科学的发展
1.化学科学的发展离不开对物质结构的探索和研究。研究物质结构,既能够为设计与合成新物质提供理论基础,也可以帮助我们　　　　物质的性能。
时间或人物 贡献
1811年意大利科学家阿伏加德罗 提出　　　　的概念
1860年国际化学界 确立了“　　　　　　　　”
俄国化学家门捷列夫 发现了重要规律——　　　　　　　　　
19世纪中叶 碳原子的　　价、有机物中碳原子成键的　　　　结构、有机化合物分子中价键的　　　　　等相继被发现
预测
分子
原子—分子论
元素周期律
四
立体
饱和性
2.物质结构理论和方法是研究材料　　　　与　　　　关系的重要工具,有助于信息材料、纳米材料、新型合金、超导材料、可降解高分子材料等诸多新型材料的研制和应用。
结构
性能
教材阅读 想一想阅读教材“促进了化学科学的发展”。
思考:六氟合铂酸氙(XePtF6)是人类发现的第一个稀有气体化合物,XePtF6的发现者是英国化学家巴特莱特。巴特莱特在制备铂的氟化物时,得到一种化合物PtO2F6,他通过实验确定该盐类为 。巴特莱特看出这个实验背后的可能性:氧气的第一电离能(O2→ )是12.2 eV,与氙的第一电离能(12.1 eV)相近。这意味着六氟化铂若可氧化氧气,应该也可以氧化氙,形成氙的化合物。同时他还通过计算说明XePtF6一旦生成,能够稳定存在。他提出,在低温下缓慢将氙加入六氟化铂,会反应生成一种橘黄色的固体,那就是六氟合铂酸氙(XePtF6)。这是具有历史意义的发现,“惰性气体”也随之改名为“稀有气体”。巴特莱特制备六氟合铂酸氙的过程说明研究物质的结构有何重要意义
提示 研究物质结构,能够为设计与合成新物质提供理论基础。
易错辨析 判一判
(1)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色,历经千年色彩依然,其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3],青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3],这两种颜料均耐酸耐碱。(　　)
提示 孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐,因此,用其制作的颜料不耐酸腐蚀。
(2)晋朝葛洪的《肘后备急方》中记载:“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之……”,受此启发为人类作出巨大贡献的科学家是屠呦呦。(　　)
(3)二氧化氯泡腾片可用于水处理。(　　)
(4)乙烯分子中含有碳碳双键,因此容易发生加成反应,容易被酸性KMnO4溶液氧化。(　　)
×
√
√
√
二、物质结构的探索无止境
1.20世纪经典生物学的最大突破是　　　　　　　　　　 　　　　　,这一过程离不开对物质结构的研究,这些研究都需要物质结构理论与
　　　　　　　　　　　的支持。
2.　　　　　　　　是结构化学最重要的理论基础,　　　　　　　　是量子化学最直接的实验基础和推动力量。化学家利用化学反应实现物质转化,制备人类生活和生产所需要的物质,这就要求化学家建立精确有效而又普遍适用的化学反应的　 。
3.物质结构研究对于　 、　　　　　　　　 　　亦具有重大意义。
在分子水平上探索生命现象的本质
分析测试技术
量子化学
结构化学
量子力学理论
保护生态环境
实现社会的可持续发展
教材阅读 想一想自学教材“物质结构的探索无止境”。
思考:化学科学使我们摒弃迷信,学会科学地生活。当我们掌握了这门科学的基本规律后,就可以宣传科学知识,揭露伪科学。“高温高压下将石墨制成金刚石”,“用催化剂将水变成燃料油”,分析以上两句话的科学性。
提示 根据元素组成,前句话可以实现,后句话不可能实现。
易错辨析 判一判
(1)维勒用无机物氰酸铵(NH4CNO)合成了尿素[CO(NH2)2],突破了无机物与有机物的界限。(　　)
(2)氮化硅是一种新合成的结构材料,它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质,为离子化合物。(　　)
提示 氮化硅由两种非金属元素组成,原子间以共价键结合,为共价化合物。
(3)卤素单质与水反应均可用X2+H2O HXO+HX表示。(　　)
提示 F2与H2O的反应是2F2+2H2O══4HF+O2。
(4)为了进一步提高合成氨的经济效益,科研中开发研制低温下具有高活性和选择性的催化剂。(　　)
√
×
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究　物质结构研究的意义
情境探究
19世纪末,经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子力学是在20世纪初由一大批物理学家共同创立的。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论,它构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学是描述物质微观结构、运动与变化规律的科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃,量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明,对人类社会的进步作出了重要贡献。
唐敖庆为中国现代理论化学的开拓者和奠基人,被誉为“中国量子化学之父”。唐敖庆专长物理化学和高分子物理化学。有关分子内旋转、高分子化学反应统计理论、配位场理论、分子轨道图形理论及分子轨道对称守恒原理等研究成果,均受到国家奖励。其中,关于“配位场理论”的研究,共发表学术论文260多篇。唐敖庆先生对科学界、教育界、化学学科均作出了卓越贡献。
1.结构与性质是两个不同的概念,因此,研究物质的结构对研究物质的性质毫无作用。上述说法正确吗
2.量子力学理论在化学中的意义是什么
提示 不正确。物质的结构决定物质的性质,而物质的性质决定物质的用途,因此,研究物质的结构对于研究物质的性质、用途及寻找特殊化学物质等均有重要的意义。
提示 研究量子力学理论可以更好地利用化学变化,使化学变化有目的地发生,生成预期的分子;利用催化剂可以让某些反应在温和的条件下进行;在理论指导下控制化学反应;预测化学反应的速率;确定化学反应的途径。
方法突破
1.手性分子的判断与应用
2.物质结构与性质的关系
物质结构决定性质,性质反映物质的结构。
应用体验
视角1 物质结构研究促进化学科学发展
1.[2023河北保定期末调研]澳大利亚科学家发现一种纯碳新材料“碳纳米泡沫”,其中每个泡沫约含有4 000个碳原子,直径约为6~9 nm,在低于-183 ℃时,该泡沫具有永久磁性。下列说法正确的是(　　)
A.“碳纳米泡沫”是一种新型的有机物
B.“碳纳米泡沫”和金刚石的性质完全相同
C.“碳纳米泡沫”与石墨互称同素异形体
D.把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中,不能产生丁达尔效应
C
解析 “碳纳米泡沫”只含碳元素,是碳元素的一种单质,不属于有机物,故A错误;“碳纳米泡沫”和金刚石中碳原子的排列方式不同,性质不完全相同,故B错误;“碳纳米泡沫”与石墨都是碳元素组成的单质,互称同素异形体,故C正确;“碳纳米泡沫”直径约为6~9 nm,把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中形成的分散系属于胶体,能产生丁达尔效应,故D错误。
2.人造骨是一种具有生理功能的新型无机非金属材料。它有类似于人骨和天然牙齿的性质和结构。人造骨可以依靠人体的体液中的某些离子形成新骨,可在骨骼接合界面发生反应,实现骨骼牢固结合,人造骨植入人体内除了吸收人体中的Ca2+外,还需要吸收下列哪种离子形成新骨(　　)
D
解析 骨骼的主要成分为Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等无机盐,所以人造骨植入人体内需吸收人体中的Ca2+和 形成新骨。
3.近年来,乳酸CH3CH(OH)COOH成为人们的研究热点之一。乳酸可以用化学方法合成,也可以由淀粉通过发酵制备。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物相容性,而且在哺乳动物体内或自然环境中,都最终降解成为二氧化碳和水。乳酸还有许多其他用途。
请回答下列问题:
(1)乳酸可发生下列变化:
各步反应所用的试剂分别是:①　　　　,②　　　　。
(2)乳酸可以与精制铁粉制备一种补铁的药物,反应的化学方程式为
2CH3CH(OH)COOH+Fe→[CH3CH(OH)COO]2Fe+H2↑,该反应中氧化剂是　　　　,还原产物是　　　　。
(3)聚乳酸 包装材料能够在60天自行降解,降解过程分为两个阶段,首先在乳酸菌的作用下水解生成单体,然后乳酸单体在细菌的作用下与氧气反应转化为二氧化碳和水,请写出上述两个反应的化学方程式:　 ,　 。
(4)若碳原子以单键与4个不同的原子或原子团相结合,则该碳原子被称为“手性碳原子”,含手性碳原子的分子称为“手性分子”,手性分子往往具有一
定的生物活性。乳酸分子 是手性分子,其中的手性碳
原子是　　　　号碳原子。
答案 (1)①氢氧化钠(或碳酸钠或碳酸氢钠)　②钠　
(2)乳酸　氢气
解析 (1)①由羧酸生成羧酸钠,应与NaOH、Na2CO3或NaHCO3反应;
②由醇羟基生成醇钠,应与钠反应。
(2)在乳酸与铁的反应中CH3CH(OH)COOH为氧化剂,还原产物为H2。
(3)聚乳酸水解生成乳酸:
乳酸单体在细菌的作用下与氧气反应转化为二氧化碳和水:
CH3CH(OH)COOH+3O2 3CO2+3H2O。
(4)乳酸中的②号碳原子,连接—CH3、—OH、—COOH和—H 4个不同的原子或原子团,是手性碳原子。
考题点睛
归纳总结　理解物质结构,确定物质的性质。乳酸分子中含有两种官能团—OH和—COOH,—COOH具有较强酸性,可与Na、Fe、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等反应,—OH可与钠反应,不能与Fe、NaOH、Na2CO3、NaHCO3反应;—OH和—COOH均可发生酯化反应,聚乳酸就是乳酸分子间发生酯化反应生成的高分子化合物,该酯水解可生成乳酸。
4.在探索生命奥秘的过程中,科学家们认识到生命细胞的组成和元素周期表有密切的关系。约占人体总质量99.95%的11种常量元素(C、H、O、N、S、P、Cl、Ca、K、Na、Mg)均属于元素周期表前20号元素,其余0.05%由10多种人体不可缺少的微量元素组成。在微量元素中,只有B、F和Si位于短周期,其余均属于第4周期或第5周期。在常量元素中,除H、N、P外,找出符合下列要求的元素(写出元素符号):
(1)原子最外层电子数是最内层电子数2倍的是　　　　　。
(2)能显示化合价最多的元素是　　　　　,跟它处在同一周期的还有一种非金属元素是　　　　　。
(3)原子半径最大的是　　　　　　　　　,它的相邻元素是　　　　　　。
(4)剩余的两种元素,它们的离子的电子层结构相同,且带电量也相同,但符号相反。这两种元素是　　　　　　　　　和　　　　　　　　　。
答案 (1)C
(2)Cl　S
(3)K　Na和Ca
(4)Mg　O
解析 (1)常量元素中,符合条件的元素原子最外层有4个电子,为C。
(2)显示化合价最多的元素是Cl,其化合价有-1、0、+1、+3、+4、+5、+7等,在常量元素中,除P外跟它处在同一周期的非金属元素还有S。
(3)常量元素中原子半径最大的元素是K,与K相邻的元素为Na和Ca。
(4)剩余两种元素为O和Mg,它们形成的简单离子分别为O2-和Mg2+。
视角2 物质结构的探索无止境
5.关于化学科学探索的意义,下列有关说法错误的是(　　)
A.通过化学探索可提高粮食产量、缓解能源危机、合理利用资源,以保障人类的生存
B.通过化学探索可合成新物质,以提高人类的生活质量
C.通过化学探索可探明生命过程中的奥秘、合成新药物,以促进人类的身心健康
D.通过化学探索可制造出对环境无害的化学品及生活用品,完全杜绝对环境的影响
D
解析 人类的活动不可避免会对环境造成一定的影响,不可能完全杜绝,D项错误。
6.1999年度诺贝尔化学奖授予了开创“飞秒(10-15s)化学”新领域的科学家,使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子的运动成为可能。你认为该技术不能观察到的是(　　)
A.原子中原子核的内部结构
B.化学反应中原子的运动
C.化学反应中生成物分子的形成
D.化学反应中反应物分子的分解
A
解析 从题目中可以看出运用激光光谱技术能够观测化学反应时分子中原子的运动,而化学反应中反应物分子的分解和生成物分子的形成都涉及原子的运动,因而B、C、D项都是正确的。
7.要达到绿色化学的理想境界,化学家需要回答一系列问题:指定分子之间能否反应生成预期分子、需要什么催化剂、反应速率预期多大、如何控制反应、如何确定化学反应的途径等,下列最有希望解决这些问题的是
(　　)
A.发展量子力学理论
B.改进实验方法
C.完善元素周期律
D.研究质量守恒定律和能量守恒定律
A
解析 建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论有希望解决题述问题。
8.下列描述中不正确的是(　　)
A.化学的特征是从宏观和微观两个角度认识物质、以符号形式表征物质、在不同层面上创造物质,它是一门具有创造性和实用性的科学
B.人们可以利用先进的技术和设备通过化学变化制造出新的原子和新的分子
C.制陶、冶金及酿酒过程中,肯定发生了化学变化
D.化学家可以在微观层面上操纵分子和原子,组装分子材料、分子器件和分子机器等
B
解析 A中对化学科学的特征叙述正确;化学变化可以制造出新的分子,但不能制造原子,B项错误;制陶、冶金及酿酒过程均生成了新物质,发生了化学变化,C项正确;科学家可以在微观层面上操纵分子和原子,组装分子材料、分子器件和分子机器等,D项正确。
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