1.3 物质结构研究的意义 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 1.3 物质结构研究的意义 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 158.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-07 21:08:40 | ||
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文档简介
1.3 物质结构研究的意义
【学习目标】
1.认识物质结构研究对各种性能的新物质发现、设计与合成的重要意义。
2.感受物质结构的研究对推动人类文明做出的巨大贡献。
3.建立“物质结构的探索无止境”的观念,形成探索未知、崇尚真理的意识。
【合作探究】
【学习情境】
研究物质结构,揭示物质结构与性质的关系,可以帮助我们预测物质的性质,在化学合成技术(如新型信息材料、低毒副作用的药物、高效催化剂等的合成)、材料科学(信息材料、纳米材料、超导材料等)、生命科学(如抗癌药物的设计和筛选)、社会的可持续发展等方面有着积极的意义。中国科学技术大学钱逸泰教授带领的团队以CCl4和金属钠为原料,在700 ℃时制造出了纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威杂志《科学》上,立刻被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。社会发展需要深入研究物质结构的奥秘,以便合成或发现为人类文明起推动作用的新物质。
任务1 物质结构研究促进了化学科学的发展
【新知生成】
1.1860年,国际化学界接受了阿伏加德罗提出的 假说,确立了“原子—分子论”,即不同元素代表不同原子,原子按一定方式结合成 , 组成物质,分子的结构直接决定分子的 。
2.19世纪中叶,对有机化合物的认识也取得了重大进展。碳原子的 、有机物中碳原子成键的 、有机化合物分子中价键的 性等相继被发现,这些进展为有机立体化学的发展奠定了基础。
3.从1900年至今,通过化学 和 手段得到的新物质的数量急剧增加,到2018年高达1.4亿种。这一事实充分说明化学合成技术的巨大成就。
4.研究 ,既能够为设计与合成新物质提供理论基础,也可以帮助我们预测物质的性能。物质 和 是研究材料结构与性能关系的重要工具,有助于信息材料、纳米材料、新型合金、超导材料等诸多新型材料的开发、研制和应用。
【答案】1.分子 分子 分子 性质 2.四价 立体结构 饱和 3.合成 分离 4.物质结构 结构理论 方法
【核心突破】
典例1 据报道我国是世界上首个成功合成五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(白色固体)的国家,这是全氮含能材料中里程碑式的突破。该盐可简略表示如下,下列分析不合理的是 ( )
A.五氮阴离子的化学式为
B.该盐中氮元素的化合价均为-3价
C.该盐遇强碱能释放出NH3
D.该盐中五氮阴离子具有还原性
【答案】B
【解析】根据物质的电中性原则,可知(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中的五氮阴离子的化学式为,A项正确;该盐的N中氮元素的化合价为-3价,中氮元素的化合价为-价,B项错误;该盐中含有N,遇强碱能释放出NH3,C项正确;中氮元素呈-价,具有还原性,D项正确。
典例2 道尔顿的原子学说曾经对化学科学的发展起了很大的作用,他的学说包含下述三个论点:①原子是不能再分的粒子;②同种元素原子的各种性质和质量都相同;③原子是
微小的实心球体。从现在的观点看,你认为这三个论点中,哪些不确切
【答案】①②③均不确切。
【解析】从现在的观点看:原子是由原子核和核外电子构成的;大多数元素存在同位素,不同同位素的质量不同;原子核体积只占原子极小一部分,而核外电子的运动区域非常“空旷”。
归纳总结 人类探索物质结构的历史
人类对原子结构的认识是逐渐发展的,后人都是在前人的基础上逐步完善。
(1)由于道尔顿最早提出了原子学说,合理地解释了当时的一些化学现象和规律,给化学奠定了唯物主义理论基石,所以道尔顿被誉为近代化学之父。
(2)从原子结构模型的演变过程可以看出,人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。虽然很多科学家得到了一些错误的结论,但对当时发现真相做出了一定的贡献。
(3)随着现代科学技术的发展,科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。
训练1 我国科学家在世界上第一次为一种名为“钴酞菁”的分子(直径为1.3 nm)恢复了磁性,“钴酞菁”分子的结构和性质与人体内的血红素及植物体内的叶绿素非常相似。下列说法中正确的是 ( )
A.“钴酞菁”和磁性氧化铁一样,属于无机化合物
B.“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系带电
C.此项工作可以用来改变分子的某些物理性质
D.“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系为溶液
【答案】C
【解析】“钴酞菁”分子的结构和性质与人体内的血红素及植物体内的叶绿素非常相似,因此属于有机化合物,A项错误;“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系不带电,呈电中性,B项错误;“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系为胶体,D项错误。
训练2 我国科学家利用蜡虫肠道菌群,将塑料降解时间从500年缩减到24小时,并用同位素示踪法证实了聚乙烯降解为CO2。下列有关该过程说法不正确的是 ( )
A.一定发生了氧化反应
B.只涉及碳碳键的断裂
C.同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化
D.该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的环境问题
【答案】B
【解析】有氧气参加的反应是氧化反应,A项正确;塑料降解过程中不仅涉及碳碳键的断裂,还有碳氢键的断裂,B项错误;同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化,C项正确;该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的白色污染,D项正确。
任务2 物质结构的探索无止境
【新知生成】
1.探寻人类和其他生物生命运动的 ,无疑是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。20世纪经典生物学的最大突破是 探索生命现象的本质,这一过程也离不开对 的研究。
2.研究配体小分子和受体生物大分子 的机理,有助于进行 生物分子和 药物的开发,特别是人类亟待解决的抗癌药物的设计、制备和筛选,以及合成一大批高效、无毒副作用的药物。
3. 化学是 化学最重要的理论基础, 化学是 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,需要回答一系列与 相关的问题。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 理论。
【答案】1.化学机理 在分子水平上 物质结构 2.相互作用 手性 手性 3.量子 结构 结构 量子 化学键 量子力学
【核心突破】
典例3 化学在古代与现代的科技发展中起了十分重要的作用,下列说法中正确的是 ( )
A B C D
古代与现代的冶金均运用了相同的化学原理 古代与现代的火箭发射均利用了液体燃料 古代捣碎中药与现代中药纳米粉碎均是化学变化 古代风筝与现代热气球飞行均无须物质直接供给能量
【答案】A
【解析】金属的冶炼是金属元素由化合态变为游离态,即金属元素得电子被还原,故古代和现代的冶金技术不同,但原理相同,A项正确;古代的火箭用的燃料是火药,而现代的火箭大多用的是液态燃料,B项错误;无论是古代捣碎中药还是现代中药的纳米粉碎,均无新物质生成,故药品的粉碎均为物理变化,C项错误;现代热气球需要燃料燃烧来提供能量,从而使热气球中气体的密度小于空气,所以热气球才能浮起来,D项错误。
训练3 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,人造骨植入人体内需要吸收人体中的下列哪些离子形成新骨 ( )
A.Ca2+、P B.Cl-、Na+ C.Na+、Mg2+ D.S2-、I-
【答案】A
【解析】因Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等无机盐为骨骼的主要成分,所以人造骨植入人体内需吸收人体中的Ca2+和P形成新骨。
课堂小结
【随堂检测】
1.原子结构模型的演变历史给我们的启迪是 ( )
A.道尔顿原子学说存在着缺陷或错误,因而没有积极的作用
B.科学发现是有止境的
C.原子结构属客观事实,没有必要去揭示它
D.没有科学实验,就没有科学发现
【答案】D
【解析】道尔顿的原子学说,对化学的发展产生了重大而积极的影响;原子结构模型的每一次演变,都是从科学实验开始的;只有揭示物质结构的奥秘,才能把握物质变化的实质,更好地造福人类;科学发现是无止境的。
2.通过对物质结构与性质的研究,能够解决许多问题。在生命科学领域,下列不能通过研究结构与性质的关系加以解决的问题是 ( )
A.酶的催化机理
B.手性生物分子与手性药物的作用机制
C.指甲的长短与手指灵活性的关系
D.抗癌药物的设计与筛选
【答案】C
3.方兴未艾的“克隆”技术的关键之一是找到一些特殊的酶,这些酶能激活普通体细胞,使之像生殖细胞一样发育成个体。下列有关酶的叙述中,错误的是 ( )
A.酶大多是具有催化作用的蛋白质
B.酶的催化作用具有选择性和专一性
C.高温或重金属盐能降低酶的活性
D.酶只有在强酸性或强碱性条件下才能起作用
【答案】D
【解析】酶大多是具有催化作用的蛋白质,其催化作用具有选择性和专一性,A、B两项正确;高温、重金属盐、强酸、强碱条件下都会使蛋白质变性而失去酶的催化作用,C项正确,D项错误。
4.在探索生命奥秘的过程中,科学家们日益认识到生命细胞的组成和元素周期律有着密切的关系,约占人体质量99.97%的11种常量元素全部位于元素周期表前20号元素之内,这些元素除H、N、P外还有:
(1)能形成化合物种类最多的元素: (填元素符号,下同)。
(2)原子结构中,第二层比第三层电子多1个的元素: ,与它处在同一周期并相邻的非金属元素: 。
(3)其中,最活泼的金属元素: ,它的相邻元素: 、 。
(4)剩余两种元素,它们的离子电子层结构相同,且带电量也相同,但电性相反,这两种元素是 和 。
【答案】(1)C (2)Cl S (3)K Ca Na (4)Mg O
5.元素在周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质,下图是元素周期表的一部分:
(1)阴影部分元素Bi在元素周期表中的位置为第 周期第 族。根据元素周期律,请你预测,H3AsO4、H3PO4的酸性强弱:H3AsO4 H3PO4(填“>”、“<”或“=”)。
(2)根据NaH的存在,有人提议可把氢元素放在第ⅦA族,那么根据其最高正价与最低负价的绝对值相等,又可把氢元素放在周期表中的第 族。
(3)元素甲是第三周期金属元素中原子半径最小的元素,该元素的离子与过量氨水反应的离子方程式为 。
(4)周期表中有10多种人体所需的微量元素,其中有一种被誉为“生命元素”的主族元素R,对延长人类寿命起着重要作用。已知R元素的原子有4个电子层,其最高价氧化物的分子式为RO3,则R元素的名称为 (填字母)。
A.硫 B.砷 C.硒 D.硅
(5)羰基硫(COS)分子结构与二氧化碳分子结构相似,所有原子的最外层都满足8电子稳定结构,羰基硫分子的电子式为 。
【答案】(1)六 ⅤA < (2)ⅣA
(3)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N
(4)C
(5
2
【学习目标】
1.认识物质结构研究对各种性能的新物质发现、设计与合成的重要意义。
2.感受物质结构的研究对推动人类文明做出的巨大贡献。
3.建立“物质结构的探索无止境”的观念,形成探索未知、崇尚真理的意识。
【合作探究】
【学习情境】
研究物质结构,揭示物质结构与性质的关系,可以帮助我们预测物质的性质,在化学合成技术(如新型信息材料、低毒副作用的药物、高效催化剂等的合成)、材料科学(信息材料、纳米材料、超导材料等)、生命科学(如抗癌药物的设计和筛选)、社会的可持续发展等方面有着积极的意义。中国科学技术大学钱逸泰教授带领的团队以CCl4和金属钠为原料,在700 ℃时制造出了纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威杂志《科学》上,立刻被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。社会发展需要深入研究物质结构的奥秘,以便合成或发现为人类文明起推动作用的新物质。
任务1 物质结构研究促进了化学科学的发展
【新知生成】
1.1860年,国际化学界接受了阿伏加德罗提出的 假说,确立了“原子—分子论”,即不同元素代表不同原子,原子按一定方式结合成 , 组成物质,分子的结构直接决定分子的 。
2.19世纪中叶,对有机化合物的认识也取得了重大进展。碳原子的 、有机物中碳原子成键的 、有机化合物分子中价键的 性等相继被发现,这些进展为有机立体化学的发展奠定了基础。
3.从1900年至今,通过化学 和 手段得到的新物质的数量急剧增加,到2018年高达1.4亿种。这一事实充分说明化学合成技术的巨大成就。
4.研究 ,既能够为设计与合成新物质提供理论基础,也可以帮助我们预测物质的性能。物质 和 是研究材料结构与性能关系的重要工具,有助于信息材料、纳米材料、新型合金、超导材料等诸多新型材料的开发、研制和应用。
【答案】1.分子 分子 分子 性质 2.四价 立体结构 饱和 3.合成 分离 4.物质结构 结构理论 方法
【核心突破】
典例1 据报道我国是世界上首个成功合成五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(白色固体)的国家,这是全氮含能材料中里程碑式的突破。该盐可简略表示如下,下列分析不合理的是 ( )
A.五氮阴离子的化学式为
B.该盐中氮元素的化合价均为-3价
C.该盐遇强碱能释放出NH3
D.该盐中五氮阴离子具有还原性
【答案】B
【解析】根据物质的电中性原则,可知(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中的五氮阴离子的化学式为,A项正确;该盐的N中氮元素的化合价为-3价,中氮元素的化合价为-价,B项错误;该盐中含有N,遇强碱能释放出NH3,C项正确;中氮元素呈-价,具有还原性,D项正确。
典例2 道尔顿的原子学说曾经对化学科学的发展起了很大的作用,他的学说包含下述三个论点:①原子是不能再分的粒子;②同种元素原子的各种性质和质量都相同;③原子是
微小的实心球体。从现在的观点看,你认为这三个论点中,哪些不确切
【答案】①②③均不确切。
【解析】从现在的观点看:原子是由原子核和核外电子构成的;大多数元素存在同位素,不同同位素的质量不同;原子核体积只占原子极小一部分,而核外电子的运动区域非常“空旷”。
归纳总结 人类探索物质结构的历史
人类对原子结构的认识是逐渐发展的,后人都是在前人的基础上逐步完善。
(1)由于道尔顿最早提出了原子学说,合理地解释了当时的一些化学现象和规律,给化学奠定了唯物主义理论基石,所以道尔顿被誉为近代化学之父。
(2)从原子结构模型的演变过程可以看出,人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。虽然很多科学家得到了一些错误的结论,但对当时发现真相做出了一定的贡献。
(3)随着现代科学技术的发展,科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。
训练1 我国科学家在世界上第一次为一种名为“钴酞菁”的分子(直径为1.3 nm)恢复了磁性,“钴酞菁”分子的结构和性质与人体内的血红素及植物体内的叶绿素非常相似。下列说法中正确的是 ( )
A.“钴酞菁”和磁性氧化铁一样,属于无机化合物
B.“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系带电
C.此项工作可以用来改变分子的某些物理性质
D.“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系为溶液
【答案】C
【解析】“钴酞菁”分子的结构和性质与人体内的血红素及植物体内的叶绿素非常相似,因此属于有机化合物,A项错误;“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系不带电,呈电中性,B项错误;“钴酞菁”分子分散在水中所形成的分散系为胶体,D项错误。
训练2 我国科学家利用蜡虫肠道菌群,将塑料降解时间从500年缩减到24小时,并用同位素示踪法证实了聚乙烯降解为CO2。下列有关该过程说法不正确的是 ( )
A.一定发生了氧化反应
B.只涉及碳碳键的断裂
C.同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化
D.该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的环境问题
【答案】B
【解析】有氧气参加的反应是氧化反应,A项正确;塑料降解过程中不仅涉及碳碳键的断裂,还有碳氢键的断裂,B项错误;同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化,C项正确;该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的白色污染,D项正确。
任务2 物质结构的探索无止境
【新知生成】
1.探寻人类和其他生物生命运动的 ,无疑是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。20世纪经典生物学的最大突破是 探索生命现象的本质,这一过程也离不开对 的研究。
2.研究配体小分子和受体生物大分子 的机理,有助于进行 生物分子和 药物的开发,特别是人类亟待解决的抗癌药物的设计、制备和筛选,以及合成一大批高效、无毒副作用的药物。
3. 化学是 化学最重要的理论基础, 化学是 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,需要回答一系列与 相关的问题。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 理论。
【答案】1.化学机理 在分子水平上 物质结构 2.相互作用 手性 手性 3.量子 结构 结构 量子 化学键 量子力学
【核心突破】
典例3 化学在古代与现代的科技发展中起了十分重要的作用,下列说法中正确的是 ( )
A B C D
古代与现代的冶金均运用了相同的化学原理 古代与现代的火箭发射均利用了液体燃料 古代捣碎中药与现代中药纳米粉碎均是化学变化 古代风筝与现代热气球飞行均无须物质直接供给能量
【答案】A
【解析】金属的冶炼是金属元素由化合态变为游离态,即金属元素得电子被还原,故古代和现代的冶金技术不同,但原理相同,A项正确;古代的火箭用的燃料是火药,而现代的火箭大多用的是液态燃料,B项错误;无论是古代捣碎中药还是现代中药的纳米粉碎,均无新物质生成,故药品的粉碎均为物理变化,C项错误;现代热气球需要燃料燃烧来提供能量,从而使热气球中气体的密度小于空气,所以热气球才能浮起来,D项错误。
训练3 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,人造骨植入人体内需要吸收人体中的下列哪些离子形成新骨 ( )
A.Ca2+、P B.Cl-、Na+ C.Na+、Mg2+ D.S2-、I-
【答案】A
【解析】因Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等无机盐为骨骼的主要成分,所以人造骨植入人体内需吸收人体中的Ca2+和P形成新骨。
课堂小结
【随堂检测】
1.原子结构模型的演变历史给我们的启迪是 ( )
A.道尔顿原子学说存在着缺陷或错误,因而没有积极的作用
B.科学发现是有止境的
C.原子结构属客观事实,没有必要去揭示它
D.没有科学实验,就没有科学发现
【答案】D
【解析】道尔顿的原子学说,对化学的发展产生了重大而积极的影响;原子结构模型的每一次演变,都是从科学实验开始的;只有揭示物质结构的奥秘,才能把握物质变化的实质,更好地造福人类;科学发现是无止境的。
2.通过对物质结构与性质的研究,能够解决许多问题。在生命科学领域,下列不能通过研究结构与性质的关系加以解决的问题是 ( )
A.酶的催化机理
B.手性生物分子与手性药物的作用机制
C.指甲的长短与手指灵活性的关系
D.抗癌药物的设计与筛选
【答案】C
3.方兴未艾的“克隆”技术的关键之一是找到一些特殊的酶,这些酶能激活普通体细胞,使之像生殖细胞一样发育成个体。下列有关酶的叙述中,错误的是 ( )
A.酶大多是具有催化作用的蛋白质
B.酶的催化作用具有选择性和专一性
C.高温或重金属盐能降低酶的活性
D.酶只有在强酸性或强碱性条件下才能起作用
【答案】D
【解析】酶大多是具有催化作用的蛋白质,其催化作用具有选择性和专一性,A、B两项正确;高温、重金属盐、强酸、强碱条件下都会使蛋白质变性而失去酶的催化作用,C项正确,D项错误。
4.在探索生命奥秘的过程中,科学家们日益认识到生命细胞的组成和元素周期律有着密切的关系,约占人体质量99.97%的11种常量元素全部位于元素周期表前20号元素之内,这些元素除H、N、P外还有:
(1)能形成化合物种类最多的元素: (填元素符号,下同)。
(2)原子结构中,第二层比第三层电子多1个的元素: ,与它处在同一周期并相邻的非金属元素: 。
(3)其中,最活泼的金属元素: ,它的相邻元素: 、 。
(4)剩余两种元素,它们的离子电子层结构相同,且带电量也相同,但电性相反,这两种元素是 和 。
【答案】(1)C (2)Cl S (3)K Ca Na (4)Mg O
5.元素在周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质,下图是元素周期表的一部分:
(1)阴影部分元素Bi在元素周期表中的位置为第 周期第 族。根据元素周期律,请你预测,H3AsO4、H3PO4的酸性强弱:H3AsO4 H3PO4(填“>”、“<”或“=”)。
(2)根据NaH的存在,有人提议可把氢元素放在第ⅦA族,那么根据其最高正价与最低负价的绝对值相等,又可把氢元素放在周期表中的第 族。
(3)元素甲是第三周期金属元素中原子半径最小的元素,该元素的离子与过量氨水反应的离子方程式为 。
(4)周期表中有10多种人体所需的微量元素,其中有一种被誉为“生命元素”的主族元素R,对延长人类寿命起着重要作用。已知R元素的原子有4个电子层,其最高价氧化物的分子式为RO3,则R元素的名称为 (填字母)。
A.硫 B.砷 C.硒 D.硅
(5)羰基硫(COS)分子结构与二氧化碳分子结构相似,所有原子的最外层都满足8电子稳定结构,羰基硫分子的电子式为 。
【答案】(1)六 ⅤA < (2)ⅣA
(3)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N
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