1.1 物质结构研究的内容 课件 (共32张PPT)2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 1.1 物质结构研究的内容 课件 (共32张PPT)2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-09 12:49:26 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
专题1 揭示物质结构的奥秘
第一单元 物质结构研究的内容
素 养 目 标
1.能够结合已有知识描述常见物质的微观结构,分析物质结构与性质的关系。能从不同层次认识物质的多样性,并对物质进行分类;能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能从物质的微观结构出发解释或者预测物质的宏观性质,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
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、认识物质的特征结构
1.研究物质之间化学反应的本质及过程
(1)本质:研究从一种结构如何转变为另一种新的结构。
(2)研究过程:对反应物、生成物的特征结构进行针对性研究,考察反应物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂,继而在什么位置上生成新的化学键。
(3)研究方法:
①研究原子的结构:根据最外电子层上发生的变化,判断元素的性质。容易失去电子的原子,其对应的元素表现出很强的 性;容易得到电子的原子,其对应的元素表现出很强的 性。
②研究物质间的化学反应:化学反应的实质是反应物中化学键的 ,生成物中化学键的 。
金属
非金属
断裂
形成
2.研究物质的特征结构
(1)氮分子中化学键为 ,通常条件下很稳定,难以参加化学反应,因此在固氮研究中,需要改变反应条件,如升温、加压、加催化剂等,氮分子才能转化为氮的化合物。
氮氮三键
(2)研究物质的特征结构的方向:
①同一元素或者不同种元素的原子之间能彼此结合的原因;
已学过离子键、共价键,后面还将学习金属键等
②物质中直接相邻原子之间的化学键类型不同的原因;
③原子、分子或离子可以构成不同的晶体的原因;
④晶体中的微粒间结合的相互作用;
⑤分子有一定空间构型的原因;
⑥有机化合物有同分异构体现象的原因;
⑦元素形成同素异形体的原因。
金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管均为碳元素的同素异形体
教材阅读 想一想阅读教材“认识物质的特征结构”第一段。
思考:教材中“形成稳定结构的钠离子和氯离子,再通过静电作用力形成氯化钠晶体。”其中的静电作用力是什么
提示 此处的静电作用力既包括原子核与电子之间的引力,又包括原子核与原子核及电子与电子之间的斥力。
易错辨析 判一判
(1)石墨烯被认为是一种未来革命性的材料,石墨烯与金刚石互为同分异构体。( )
提示 石墨烯和金刚石均为碳元素形成的单质,二者互为同素异形体。
(2)CH3CH2CH2CH2CH3与C(CH3)4互为同分异构体。( )
(3)氮元素非金属性强于磷元素,则氮气比白磷活泼。( )
提示 氮气分子中存在氮氮三键,氮氮三键很难断裂,通常条件下很稳定。
(4)在NaCl和HCl中氯元素的化合价相同,但两物质中化学键的类型不同。
( )
×
√
×
√
二、揭示物质结构与性质的关系
1.物质结构与性质的关系
物质的结构在很大程度上决定了物质的某些性质。
2.几种常见物质的结构与性质
(1)白磷分子的结构与性质
P4分子中键角为60 °
白磷分子(P4)呈 结构,其键能较小、易断裂,所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。白磷燃烧产物之一为P4O6,其结构与白磷分子的 有关。
分子式均为C2H6O,二者互为同分异构体
(2)乙醇和二甲醚(CH3OCH3):乙醇能够与金属钠反应放出氢气而二甲醚不能,原因是乙醇分子中有 ,二甲醚没有。
正四面体
正四面体
羟基
(3)不同碳单质的结构与性质
单质 结构 性质
金刚石 碳原子间结合牢固 是自然界中天然存在最坚硬的物质,可以用于切割玻璃、金属
木炭 碳原子不规则结合 —
富勒烯 碳原子结合形状呈中空足球状 中空部分可以填入其他原子或分子
碳纳米管 中空管状 强度高,弹性佳
石墨 同一层上的碳原子之间形成六边形网状结构并层层重叠 层与层之间引力微弱,可以滑动,常用作润滑剂
教材阅读 想一想自学教材“批判性思维”。
思考:P4O6可看作在白磷分子中每两个磷原子之间夹入一个氧原子所形成的化合物,试绘制P4O6的结构图。
易错辨析 判一判
(1)二甲醚在制药、燃料、农药等领域有许多独特的用途,二甲醚与乙醇互为同分异构体。( )
(2)31 g白磷中含有1.5NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)个磷磷键。( )
(3)甲烷分子和白磷分子都是正四面体形结构,键角都是109°28'。( )
提示 白磷分子中键角为60°。
(4)向乙烯和乙烷中分别滴加少量酸性KMnO4溶液,充分振荡,乙烷中溶液为紫红色,乙烯中溶液为无色。由此可得乙烯中含有的碳碳双键易被氧化,使酸性KMnO4溶液褪色。( )
√
√
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究 物质结构的研究
情境探究
材料1:石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有广泛的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。
材料2:1828年,德国化学家维勒通过蒸发氰酸铵(NH4CNO,一种无机化合物,可由氯化铵和氰酸银反应制得)水溶液人工合成了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。氰酸铵与尿素互为同分异构体。
石墨烯的结构
1.根据材料1石墨烯的结构,判断一个碳原子参与形成了几个六元环
2.金刚石、石墨都是由碳元素组成的,为何存在物理性质的差异
3.对比正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚的结构式,概述同分异构体形成的两个原因。
提示 一个碳原子参与形成了三个六元环。
提示 金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。
提示 分子中碳链骨架不同;官能团种类不同。
方法突破
1.化学键与物质的化学性质
化学键主要影响物质的化学性质,因为化学
反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响:
(1)对于离子化合物,离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。
(2)对于共价化合物或非金属单质,共价键的强弱会影响物质的稳定性。
2.从微观结构了解物质形态的多样性
知道同位素、同素异形体、同分异构体、同系物、同种物质,能正确理解“五同”概念,并能区分和判断。
应用体验
视角1 物质结构的研究
1.[2023河北邢台一中月考]科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶,产生了元素Og,
D
2.现代无机化学对硫-氮化合物的研究是较为活跃的领域之一。如图所示是已经合成的最著名的硫-氮化合物的分子结构。
下列说法正确的是( )
A.该物质的分子式为SN
B.该物质是含有共价键的离子化合物
C.该物质中每个原子最外层均达到8电子稳定结构
D.该物质与化合物S2N2互为同素异形体
C
解析 该化合物分子式为S4N4,A项错误;该物质中只含共价键,属于共价化合物,B项错误,根据分子结构可以看出,每个硫原子形成2个共价键,则硫原子最外层电子数为6+2=8,每个氮原子形成3个共价键,因此氮原子最外层电子数为5+3=8,C项正确;同素异形体的研究对象是单质,D项错误。
3.如图所示为4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,假如碳原子上其余的化学键都是与氢结合。
(1)图中属于烷烃的是 (填字母)。
(2)在如图的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳碳单键,还可以形成 和 。
(3)如图中互为同分异构体的是:A与 ;B与 ;D与 (填字母)。
答案 (1)A、C (2)碳碳双键 碳碳三键 (3)C E、F G
解析 A的分子式为C4H10;B的分子式为C4H8,分子中存在碳碳双键;C的分子式为C4H10;D的分子式为C4H6,分子中存在碳碳三键;E的分子式为C4H8;F的分子式为C4H8;G的分子式为C4H6。
视角2 物质结构与性质关系的研究
4.[2023河北石家庄第二中学期末]四轮纳米车是全球最小的、由80个单个碳原子制成的“电动车”,科研小组通过将4个旋转的运动单元(相当于汽车的4个轮子)附着到一个中心轴上,制造出一个可定向移动的分子,该分子仅为4纳米长,当施加微弱电流时,会向前行驶。下列说法错误的是( )
A.用激光笔照射该物质分散在蒸馏水中形成的分散系,光线通过时出现明亮的光路
B.“四轮纳米车”分子可透过滤纸,也可透过半透膜
C.“四轮纳米车”与石墨是同素异形体
D.“四轮纳米车”是一种新型的单质
B
解析 该分子长4纳米,分散在蒸馏水中形成胶体,用激光笔照射,产生丁达尔效应,A正确;该分子长4纳米,可透过滤纸,但不可透过半透膜,B错误;“四轮纳米车”是由碳原子形成的单质,与石墨是同素异形体,C正确;由题意可知,该分子是由80个单个碳原子构成的,所以“四轮纳米车”是一种新型的单质,D正确。
5.烯烃、炔烃都能发生加成反应,这是因为它们都含有( )
A.单键 B.不饱和碳原子
C.非极性键 D.碳原子
B
解析 烯烃、炔烃都含有不饱和碳原子,可发生加成反应。
6.人类发现碳纳米管以来,在世界范围内掀起了一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图:
“石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是( )
A.碳纳米管具有较强的吸附能力
B.碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C.碳纳米管不能导电
D.碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应
C
解析 比表面积越大,吸附能力越强,碳纳米管呈空心管状,表面原子占比例特别大,故吸附能力较强,A说法正确;碳纳米管与金刚石均为碳元素形成的单质,二者互为同素异形体,B说法正确;碳纳米管的结构与石墨的片层结构相似,所以具有较好的电学性能,C说法错误;碳的各种同素异形体有相似的化学性质,在受热条件下能被浓硝酸氧化成CO2,D说法正确。
7.科学家已成功合成了少量O4,理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构:一种是变形的正方形,另一种的形状像风车,三个氧原子排列在中心氧原子周围,形成平面正三角形的构型。O4具有较强的氧化性。
有关O4的说法正确的是( )
A.O4与O3、O2互为同分异构体
B.O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂
C.相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3
D.O4的两种结构互为同分异构体
B
解析 O4是一种新的氧分子,故与O3、O2互为同素异形体,A项错误;物质的结构在很大程度上决定了该物质的某些性质,故O2中的化学键不如O4中的化学键容易断裂是O4比O2活泼的根本原因,B项正确;相同质量时,O4与O3中所含氧原子个数比为1∶1,C项错误;两者均为单质,不属于同分异构体,D项错误。
【变式设问】
(1)等物质的量的O4与O3的质量之比为多少
(2)若1个O4分子是变形的正方形,该分子发生反应时断裂的化学键个数是多少
(3)平面正三角形的构型的O4分子中,键角是多少
提示 由于两者的摩尔质量之比为4∶3,因此等物质的量的O4与O3的质量之比为4∶3。
提示 由该分子的结构及化学反应的实质可知,1个O4分子发生反应时断裂的化学键个数是4。
提示 120°。
本 课 结 束
专题1 揭示物质结构的奥秘
第一单元 物质结构研究的内容
素 养 目 标
1.能够结合已有知识描述常见物质的微观结构,分析物质结构与性质的关系。能从不同层次认识物质的多样性,并对物质进行分类;能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能从物质的微观结构出发解释或者预测物质的宏观性质,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
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、认识物质的特征结构
1.研究物质之间化学反应的本质及过程
(1)本质:研究从一种结构如何转变为另一种新的结构。
(2)研究过程:对反应物、生成物的特征结构进行针对性研究,考察反应物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂,继而在什么位置上生成新的化学键。
(3)研究方法:
①研究原子的结构:根据最外电子层上发生的变化,判断元素的性质。容易失去电子的原子,其对应的元素表现出很强的 性;容易得到电子的原子,其对应的元素表现出很强的 性。
②研究物质间的化学反应:化学反应的实质是反应物中化学键的 ,生成物中化学键的 。
金属
非金属
断裂
形成
2.研究物质的特征结构
(1)氮分子中化学键为 ,通常条件下很稳定,难以参加化学反应,因此在固氮研究中,需要改变反应条件,如升温、加压、加催化剂等,氮分子才能转化为氮的化合物。
氮氮三键
(2)研究物质的特征结构的方向:
①同一元素或者不同种元素的原子之间能彼此结合的原因;
已学过离子键、共价键,后面还将学习金属键等
②物质中直接相邻原子之间的化学键类型不同的原因;
③原子、分子或离子可以构成不同的晶体的原因;
④晶体中的微粒间结合的相互作用;
⑤分子有一定空间构型的原因;
⑥有机化合物有同分异构体现象的原因;
⑦元素形成同素异形体的原因。
金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管均为碳元素的同素异形体
教材阅读 想一想阅读教材“认识物质的特征结构”第一段。
思考:教材中“形成稳定结构的钠离子和氯离子,再通过静电作用力形成氯化钠晶体。”其中的静电作用力是什么
提示 此处的静电作用力既包括原子核与电子之间的引力,又包括原子核与原子核及电子与电子之间的斥力。
易错辨析 判一判
(1)石墨烯被认为是一种未来革命性的材料,石墨烯与金刚石互为同分异构体。( )
提示 石墨烯和金刚石均为碳元素形成的单质,二者互为同素异形体。
(2)CH3CH2CH2CH2CH3与C(CH3)4互为同分异构体。( )
(3)氮元素非金属性强于磷元素,则氮气比白磷活泼。( )
提示 氮气分子中存在氮氮三键,氮氮三键很难断裂,通常条件下很稳定。
(4)在NaCl和HCl中氯元素的化合价相同,但两物质中化学键的类型不同。
( )
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√
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二、揭示物质结构与性质的关系
1.物质结构与性质的关系
物质的结构在很大程度上决定了物质的某些性质。
2.几种常见物质的结构与性质
(1)白磷分子的结构与性质
P4分子中键角为60 °
白磷分子(P4)呈 结构,其键能较小、易断裂,所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。白磷燃烧产物之一为P4O6,其结构与白磷分子的 有关。
分子式均为C2H6O,二者互为同分异构体
(2)乙醇和二甲醚(CH3OCH3):乙醇能够与金属钠反应放出氢气而二甲醚不能,原因是乙醇分子中有 ,二甲醚没有。
正四面体
正四面体
羟基
(3)不同碳单质的结构与性质
单质 结构 性质
金刚石 碳原子间结合牢固 是自然界中天然存在最坚硬的物质,可以用于切割玻璃、金属
木炭 碳原子不规则结合 —
富勒烯 碳原子结合形状呈中空足球状 中空部分可以填入其他原子或分子
碳纳米管 中空管状 强度高,弹性佳
石墨 同一层上的碳原子之间形成六边形网状结构并层层重叠 层与层之间引力微弱,可以滑动,常用作润滑剂
教材阅读 想一想自学教材“批判性思维”。
思考:P4O6可看作在白磷分子中每两个磷原子之间夹入一个氧原子所形成的化合物,试绘制P4O6的结构图。
易错辨析 判一判
(1)二甲醚在制药、燃料、农药等领域有许多独特的用途,二甲醚与乙醇互为同分异构体。( )
(2)31 g白磷中含有1.5NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)个磷磷键。( )
(3)甲烷分子和白磷分子都是正四面体形结构,键角都是109°28'。( )
提示 白磷分子中键角为60°。
(4)向乙烯和乙烷中分别滴加少量酸性KMnO4溶液,充分振荡,乙烷中溶液为紫红色,乙烯中溶液为无色。由此可得乙烯中含有的碳碳双键易被氧化,使酸性KMnO4溶液褪色。( )
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×
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重难探究·能力素养全提升
探究 物质结构的研究
情境探究
材料1:石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有广泛的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。
材料2:1828年,德国化学家维勒通过蒸发氰酸铵(NH4CNO,一种无机化合物,可由氯化铵和氰酸银反应制得)水溶液人工合成了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。氰酸铵与尿素互为同分异构体。
石墨烯的结构
1.根据材料1石墨烯的结构,判断一个碳原子参与形成了几个六元环
2.金刚石、石墨都是由碳元素组成的,为何存在物理性质的差异
3.对比正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚的结构式,概述同分异构体形成的两个原因。
提示 一个碳原子参与形成了三个六元环。
提示 金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。
提示 分子中碳链骨架不同;官能团种类不同。
方法突破
1.化学键与物质的化学性质
化学键主要影响物质的化学性质,因为化学
反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响:
(1)对于离子化合物,离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。
(2)对于共价化合物或非金属单质,共价键的强弱会影响物质的稳定性。
2.从微观结构了解物质形态的多样性
知道同位素、同素异形体、同分异构体、同系物、同种物质,能正确理解“五同”概念,并能区分和判断。
应用体验
视角1 物质结构的研究
1.[2023河北邢台一中月考]科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶,产生了元素Og,
D
2.现代无机化学对硫-氮化合物的研究是较为活跃的领域之一。如图所示是已经合成的最著名的硫-氮化合物的分子结构。
下列说法正确的是( )
A.该物质的分子式为SN
B.该物质是含有共价键的离子化合物
C.该物质中每个原子最外层均达到8电子稳定结构
D.该物质与化合物S2N2互为同素异形体
C
解析 该化合物分子式为S4N4,A项错误;该物质中只含共价键,属于共价化合物,B项错误,根据分子结构可以看出,每个硫原子形成2个共价键,则硫原子最外层电子数为6+2=8,每个氮原子形成3个共价键,因此氮原子最外层电子数为5+3=8,C项正确;同素异形体的研究对象是单质,D项错误。
3.如图所示为4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,假如碳原子上其余的化学键都是与氢结合。
(1)图中属于烷烃的是 (填字母)。
(2)在如图的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成碳碳单键,还可以形成 和 。
(3)如图中互为同分异构体的是:A与 ;B与 ;D与 (填字母)。
答案 (1)A、C (2)碳碳双键 碳碳三键 (3)C E、F G
解析 A的分子式为C4H10;B的分子式为C4H8,分子中存在碳碳双键;C的分子式为C4H10;D的分子式为C4H6,分子中存在碳碳三键;E的分子式为C4H8;F的分子式为C4H8;G的分子式为C4H6。
视角2 物质结构与性质关系的研究
4.[2023河北石家庄第二中学期末]四轮纳米车是全球最小的、由80个单个碳原子制成的“电动车”,科研小组通过将4个旋转的运动单元(相当于汽车的4个轮子)附着到一个中心轴上,制造出一个可定向移动的分子,该分子仅为4纳米长,当施加微弱电流时,会向前行驶。下列说法错误的是( )
A.用激光笔照射该物质分散在蒸馏水中形成的分散系,光线通过时出现明亮的光路
B.“四轮纳米车”分子可透过滤纸,也可透过半透膜
C.“四轮纳米车”与石墨是同素异形体
D.“四轮纳米车”是一种新型的单质
B
解析 该分子长4纳米,分散在蒸馏水中形成胶体,用激光笔照射,产生丁达尔效应,A正确;该分子长4纳米,可透过滤纸,但不可透过半透膜,B错误;“四轮纳米车”是由碳原子形成的单质,与石墨是同素异形体,C正确;由题意可知,该分子是由80个单个碳原子构成的,所以“四轮纳米车”是一种新型的单质,D正确。
5.烯烃、炔烃都能发生加成反应,这是因为它们都含有( )
A.单键 B.不饱和碳原子
C.非极性键 D.碳原子
B
解析 烯烃、炔烃都含有不饱和碳原子,可发生加成反应。
6.人类发现碳纳米管以来,在世界范围内掀起了一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图:
“石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是( )
A.碳纳米管具有较强的吸附能力
B.碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C.碳纳米管不能导电
D.碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应
C
解析 比表面积越大,吸附能力越强,碳纳米管呈空心管状,表面原子占比例特别大,故吸附能力较强,A说法正确;碳纳米管与金刚石均为碳元素形成的单质,二者互为同素异形体,B说法正确;碳纳米管的结构与石墨的片层结构相似,所以具有较好的电学性能,C说法错误;碳的各种同素异形体有相似的化学性质,在受热条件下能被浓硝酸氧化成CO2,D说法正确。
7.科学家已成功合成了少量O4,理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构:一种是变形的正方形,另一种的形状像风车,三个氧原子排列在中心氧原子周围,形成平面正三角形的构型。O4具有较强的氧化性。
有关O4的说法正确的是( )
A.O4与O3、O2互为同分异构体
B.O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂
C.相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3
D.O4的两种结构互为同分异构体
B
解析 O4是一种新的氧分子,故与O3、O2互为同素异形体,A项错误;物质的结构在很大程度上决定了该物质的某些性质,故O2中的化学键不如O4中的化学键容易断裂是O4比O2活泼的根本原因,B项正确;相同质量时,O4与O3中所含氧原子个数比为1∶1,C项错误;两者均为单质,不属于同分异构体,D项错误。
【变式设问】
(1)等物质的量的O4与O3的质量之比为多少
(2)若1个O4分子是变形的正方形,该分子发生反应时断裂的化学键个数是多少
(3)平面正三角形的构型的O4分子中,键角是多少
提示 由于两者的摩尔质量之比为4∶3,因此等物质的量的O4与O3的质量之比为4∶3。
提示 由该分子的结构及化学反应的实质可知,1个O4分子发生反应时断裂的化学键个数是4。
提示 120°。
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