2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題1第三單元 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義 課件（33張）

專題1揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘第三單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義素養(yǎng)目標(biāo)1.了解人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程,感受物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的巨大貢獻(xiàn),認(rèn)同“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境”的觀念,了解在原子、分子、超分子等不同尺度認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義,培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.認(rèn)識(shí)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于了解材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,對(duì)優(yōu)化物質(zhì)結(jié)構(gòu)、改善材料性能具有重要意義。深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富、滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要的重大貢獻(xiàn),培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、促進(jìn)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展1.化學(xué)科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索和研究。研究物質(zhì)結(jié)構(gòu),既能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)與合成新物質(zhì)提供理論基礎(chǔ),也可以幫助我們

物質(zhì)的性能。時(shí)間或人物貢獻(xiàn)1811年意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出

的概念

1860年國(guó)際化學(xué)界確立了“

”

俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了重要規(guī)律——

19世紀(jì)中葉碳原子的

價(jià)、有機(jī)物中碳原子成鍵的

結(jié)構(gòu)、有機(jī)化合物分子中價(jià)鍵的

等相繼被發(fā)現(xiàn)

預(yù)測(cè)

分子

原子—分子論

元素周期律

四

立體

飽和性

2.物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和方法是研究材料

與

關(guān)系的重要工具,有助于信息材料、納米材料、新型合金、超導(dǎo)材料、可降解高分子材料等諸多新型材料的研制和應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)

性能

教材閱讀

想一想閱讀教材“促進(jìn)了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展”。思考:六氟合鉑酸氙(XePtF6)是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)稀有氣體化合物,XePtF6的發(fā)現(xiàn)者是英國(guó)化學(xué)家巴特萊特。巴特萊特在制備鉑的氟化物時(shí),得到一種化合物PtO2F6,他通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定該鹽類為

。巴特萊特看出這個(gè)實(shí)驗(yàn)背后的可能性:氧氣的第一電離能(O2→

)是12.2

eV,與氙的第一電離能(12.1

eV)相近。這意味著六氟化鉑若可氧化氧氣,應(yīng)該也可以氧化氙,形成氙的化合物。同時(shí)他還通過(guò)計(jì)算說(shuō)明XePtF6一旦生成,能夠穩(wěn)定存在。他提出,在低溫下緩慢將氙加入六氟化鉑,會(huì)反應(yīng)生成一種橘黃色的固體,那就是六氟合鉑酸氙(XePtF6)。這是具有歷史意義的發(fā)現(xiàn),“惰性氣體”也隨之改名為“稀有氣體”。巴特萊特制備六氟合鉑酸氙的過(guò)程說(shuō)明研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有何重要意義?提示

研究物質(zhì)結(jié)構(gòu),能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)與合成新物質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

易錯(cuò)辨析

判一判(1)宋代《千里江山圖》描繪了山清水秀的美麗景色,歷經(jīng)千年色彩依然,其中綠色來(lái)自孔雀石顏料[主要成分為Cu(OH)2·CuCO3],青色來(lái)自藍(lán)銅礦顏料[主要成分為Cu(OH)2·2CuCO3],這兩種顏料均耐酸耐堿。(

)提示

孔雀石和藍(lán)銅礦的主要成分均可與酸反應(yīng)生成相應(yīng)的銅鹽,因此,用其制作的顏料不耐酸腐蝕。(2)晉朝葛洪的《肘后備急方》中記載:“青蒿一握,以水二升漬,絞取汁,盡服之……”,受此啟發(fā)為人類作出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家是屠呦呦。(

)(3)二氧化氯泡騰片可用于水處理。(

)(4)乙烯分子中含有碳碳雙鍵,因此容易發(fā)生加成反應(yīng),容易被酸性KMnO4溶液氧化。(

)×√√√二、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境1.20世紀(jì)經(jīng)典生物學(xué)的最大突破是

,這一過(guò)程離不開(kāi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究,這些研究都需要物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與

的支持。2.

是結(jié)構(gòu)化學(xué)最重要的理論基礎(chǔ),

是量子化學(xué)最直接的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和推動(dòng)力量?；瘜W(xué)家利用化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化,制備人類生活和生產(chǎn)所需要的物質(zhì),這就要求化學(xué)家建立精確有效而又普遍適用的化學(xué)反應(yīng)的

。

3.物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)于

、

亦具有重大意義。

在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)

分析測(cè)試技術(shù)

量子化學(xué)

結(jié)構(gòu)化學(xué)

量子力學(xué)理論

保護(hù)生態(tài)環(huán)境

實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展

教材閱讀

想一想自學(xué)教材“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境”。思考:化學(xué)科學(xué)使我們摒棄迷信,學(xué)會(huì)科學(xué)地生活。當(dāng)我們掌握了這門科學(xué)的基本規(guī)律后,就可以宣傳科學(xué)知識(shí),揭露偽科學(xué)?！案邷馗邏合聦⑹瞥山饎偸?“用催化劑將水變成燃料油”,分析以上兩句話的科學(xué)性。提示

根據(jù)元素組成,前句話可以實(shí)現(xiàn),后句話不可能實(shí)現(xiàn)。

易錯(cuò)辨析

判一判(1)維勒用無(wú)機(jī)物氰酸銨(NH4CNO)合成了尿素[CO(NH2)2],突破了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物的界限。(

)(2)氮化硅是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料,它是一種超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì),為離子化合物。(

)提示

氮化硅由兩種非金屬元素組成,原子間以共價(jià)鍵結(jié)合,為共價(jià)化合物。(3)鹵素單質(zhì)與水反應(yīng)均可用X2+H2OHXO+HX表示。(

)提示

F2與H2O的反應(yīng)是2F2+2H2O══4HF+O2。(4)為了進(jìn)一步提高合成氨的經(jīng)濟(jì)效益,科研中開(kāi)發(fā)研制低溫下具有高活性和選擇性的催化劑。(

)√××√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義情境探究19世紀(jì)末,經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)在描述微觀系統(tǒng)時(shí)的不足越來(lái)越明顯。量子力學(xué)是在20世紀(jì)初由一大批物理學(xué)家共同創(chuàng)立的。20世紀(jì)30年代以后形成了描述各種粒子場(chǎng)的量子化理論——量子場(chǎng)論,它構(gòu)成了描述基本粒子現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)是描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的科學(xué)。它是20世紀(jì)人類文明發(fā)展的一個(gè)重大飛躍,量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明,對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。唐敖慶為中國(guó)現(xiàn)代理論化學(xué)的開(kāi)拓者和奠基人,被譽(yù)為“中國(guó)量子化學(xué)之父”。唐敖慶專長(zhǎng)物理化學(xué)和高分子物理化學(xué)。有關(guān)分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)、高分子化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)計(jì)理論、配位場(chǎng)理論、分子軌道圖形理論及分子軌道對(duì)稱守恒原理等研究成果,均受到國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)。其中,關(guān)于“配位場(chǎng)理論”的研究,共發(fā)表學(xué)術(shù)論文260多篇。唐敖慶先生對(duì)科學(xué)界、教育界、化學(xué)學(xué)科均作出了卓越貢獻(xiàn)。1.結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是兩個(gè)不同的概念,因此,研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)研究物質(zhì)的性質(zhì)毫無(wú)作用。上述說(shuō)法正確嗎?2.量子力學(xué)理論在化學(xué)中的意義是什么?

提示

不正確。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì),而物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途,因此,研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于研究物質(zhì)的性質(zhì)、用途及尋找特殊化學(xué)物質(zhì)等均有重要的意義。提示

研究量子力學(xué)理論可以更好地利用化學(xué)變化,使化學(xué)變化有目的地發(fā)生,生成預(yù)期的分子;利用催化劑可以讓某些反應(yīng)在溫和的條件下進(jìn)行;在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng);預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的速率;確定化學(xué)反應(yīng)的途徑。方法突破1.手性分子的判斷與應(yīng)用

2.物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用體驗(yàn)視角1物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究促進(jìn)化學(xué)科學(xué)發(fā)展1.[2023河北保定期末調(diào)研]澳大利亞科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種純碳新材料“碳納米泡沫”,其中每個(gè)泡沫約含有4000個(gè)碳原子,直徑約為6~9nm,在低于-183℃時(shí),該泡沫具有永久磁性。下列說(shuō)法正確的是(

)A.“碳納米泡沫”是一種新型的有機(jī)物B.“碳納米泡沫”和金剛石的性質(zhì)完全相同C.“碳納米泡沫”與石墨互稱同素異形體D.把“碳納米泡沫”分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲?不能產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)C解析

“碳納米泡沫”只含碳元素,是碳元素的一種單質(zhì),不屬于有機(jī)物,故A錯(cuò)誤;“碳納米泡沫”和金剛石中碳原子的排列方式不同,性質(zhì)不完全相同,故B錯(cuò)誤;“碳納米泡沫”與石墨都是碳元素組成的單質(zhì),互稱同素異形體,故C正確;“碳納米泡沫”直徑約為6~9

nm,把“碳納米泡沫”分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬傻姆稚⑾祵儆谀z體,能產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng),故D錯(cuò)誤。2.人造骨是一種具有生理功能的新型無(wú)機(jī)非金屬材料。它有類似于人骨和天然牙齒的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。人造骨可以依靠人體的體液中的某些離子形成新骨,可在骨骼接合界面發(fā)生反應(yīng),實(shí)現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合,人造骨植入人體內(nèi)除了吸收人體中的Ca2+外,還需要吸收下列哪種離子形成新骨(

)D解析

骨骼的主要成分為Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等無(wú)機(jī)鹽,所以人造骨植入人體內(nèi)需吸收人體中的Ca2+和

形成新骨。3.近年來(lái),乳酸CH3CH(OH)COOH成為人們的研究熱點(diǎn)之一。乳酸可以用化學(xué)方法合成,也可以由淀粉通過(guò)發(fā)酵制備。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物相容性,而且在哺乳動(dòng)物體內(nèi)或自然環(huán)境中,都最終降解成為二氧化碳和水。乳酸還有許多其他用途。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)乳酸可發(fā)生下列變化:各步反應(yīng)所用的試劑分別是:①

,②

。

(2)乳酸可以與精制鐵粉制備一種補(bǔ)鐵的藥物,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH3CH(OH)COOH+Fe→[CH3CH(OH)COO]2Fe+H2↑,該反應(yīng)中氧化劑是

,還原產(chǎn)物是

。

(3)聚乳酸

包裝材料能夠在60天自行降解,降解過(guò)程分為兩個(gè)階段,首先在乳酸菌的作用下水解生成單體,然后乳酸單體在細(xì)菌的作用下與氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水,請(qǐng)寫(xiě)出上述兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式:

,

。

(4)若碳原子以單鍵與4個(gè)不同的原子或原子團(tuán)相結(jié)合,則該碳原子被稱為“手性碳原子”,含手性碳原子的分子稱為“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

號(hào)碳原子。

答案

(1)①氫氧化鈉(或碳酸鈉或碳酸氫鈉)

②鈉(2)乳酸氫氣解析

(1)①由羧酸生成羧酸鈉,應(yīng)與NaOH、Na2CO3或NaHCO3反應(yīng);②由醇羥基生成醇鈉,應(yīng)與鈉反應(yīng)。(2)在乳酸與鐵的反應(yīng)中CH3CH(OH)COOH為氧化劑,還原產(chǎn)物為H2。(3)聚乳酸水解生成乳酸:乳酸單體在細(xì)菌的作用下與氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水:CH3CH(OH)COOH+3O2

3CO2+3H2O。(4)乳酸中的②號(hào)碳原子,連接—CH3、—OH、—COOH和—H

4個(gè)不同的原子或原子團(tuán),是手性碳原子。考題點(diǎn)睛

歸納總結(jié)

理解物質(zhì)結(jié)構(gòu),確定物質(zhì)的性質(zhì)。乳酸分子中含有兩種官能團(tuán)—OH和—COOH,—COOH具有較強(qiáng)酸性,可與Na、Fe、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等反應(yīng),—OH可與鈉反應(yīng),不能與Fe、NaOH、Na2CO3、NaHCO3反應(yīng);—OH和—COOH均可發(fā)生酯化反應(yīng),聚乳酸就是乳酸分子間發(fā)生酯化反應(yīng)生成的高分子化合物,該酯水解可生成乳酸。4.在探索生命奧秘的過(guò)程中,科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到生命細(xì)胞的組成和元素周期表有密切的關(guān)系。約占人體總質(zhì)量99.95%的11種常量元素(C、H、O、N、S、P、Cl、Ca、K、Na、Mg)均屬于元素周期表前20號(hào)元素,其余0.05%由10多種人體不可缺少的微量元素組成。在微量元素中,只有B、F和Si位于短周期,其余均屬于第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(寫(xiě)出元素符號(hào)):(1)原子最外層電子數(shù)是最內(nèi)層電子數(shù)2倍的是

。

(2)能顯示化合價(jià)最多的元素是

,跟它處在同一周期的還有一種非金屬元素是

。

(3)原子半徑最大的是

,它的相鄰元素是

。(4)剩余的兩種元素,它們的離子的電子層結(jié)構(gòu)相同,且?guī)щ娏恳蚕嗤?但符號(hào)相反。這兩種元素是

和

。

答案

(1)C(2)Cl

S(3)K

Na和Ca(4)Mg

O解析

(1)常量元素中,符合條件的元素原子最外層有4個(gè)電子,為C。(2)顯示化合價(jià)最多的元素是Cl,其化合價(jià)有-1、0、+1、+3、+4、+5、+7等,在常量元素中,除P外跟它處在同一周期的非金屬元素還有S。(3)常量元素中原子半徑最大的元素是K,與K相鄰的元素為Na和Ca。(4)剩余兩種元素為O和Mg,它們形成的簡(jiǎn)單離子分別為O2-和Mg2+。視角2物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境5.關(guān)于化學(xué)科學(xué)探索的意義,下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.通過(guò)化學(xué)探索可提高糧食產(chǎn)量、緩解能源危機(jī)、合理利用資源,以保障人類的生存B.通過(guò)化學(xué)探索可合成新物質(zhì),以提高人類的生活質(zhì)量C.通過(guò)化學(xué)探索可探明生命過(guò)程中的奧秘、合成新藥物,以促進(jìn)人類的身心健康D.通過(guò)化學(xué)探索可制造出對(duì)環(huán)境無(wú)害的化學(xué)品及生活用品,完全杜絕對(duì)環(huán)境的影響D解析

人類的活動(dòng)不可避免會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響,不可能完全杜絕,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

6.1999年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了開(kāi)創(chuàng)“飛秒(10-15s)化學(xué)”新領(lǐng)域的科學(xué)家,使運(yùn)用激光光譜技術(shù)觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)分子中原子的運(yùn)動(dòng)成為可能。你認(rèn)為該技術(shù)不能觀