专题1 揭示物质结构的奥秘-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 1.能结合已有知识描述常见物质的微观结构，分析物质结构与其性质之间的关系，解释或预测物质的宏观性质。2.认识物质结构研究的两种范式及其相互关系，初步学会从宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等角度解决化学问题。3.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。 一　物质结构研究的内容 1．认识物质的特征结构 研究物质之间的化学反应，其本质就是研究从一种结构(反应物)如何转变为另一种新的结构(生成物)，这就需要对反应物、生成物的特征结构进行针对性的研究，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。 2．揭示物质结构与性质的关系 物质的结构在很大程度上决定了该物质的某些性质。 (1)磷的两种同素异形体 白磷晶体是由白磷分子(P4)组成的分子晶体，分子呈正四面体结构，分子中P—P键键长是221 pm，键角∠PPP是60°。因其中的P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，所以白磷在常温、常压下就有很高的反应活性。而红磷的链状结构比较稳定，室温下不与氧气反应。 (2)不同碳单质的结构与用途 ①金刚石 碳原子间结合牢固。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可用于切割玻璃、金属。 ②木炭 碳原子不规则结合，又称无定型碳。 ③富勒烯结构 碳原子结合形状呈中空足球状，其中空部分可以填入其他原子或分子。 ④碳纳米管结构 中空管状的富勒烯又称碳纳米管，它强度高、弹性佳，应用前景广泛。 ⑤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。 二　物质结构研究的范式与方法 1．物质结构研究的范式 (1)归纳范式 其过程为“从个别到一般”。即根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律。 (2)演绎范式 其过程通常为“从一般到个别”。即从某个一般结论出发，向从属于这一结论的多个要素进行推理的过程。 (3)两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起，从科学研究的途径来看归纳和演绎的使用，一般先归纳、后演绎。 2．物质结构研究的方法 (1)科学假设和论证，其研究过程为 (2)实验方法：通过实验观测的事实对假设的正确与否进行检验，其中量子力学为化学研究提供了分析原子和分子结构的理论基础。 (3)模型方法：模型既可以是对原型的简化和纯化、抽象和近似，也可以是结合某种理论形态下建立的思维模型。常见的模型有宏观模型(如汽车模型等)和微观结构模型(如各种原子结构模型，表示微粒间作用力的离子键模型、共价键模型和氢键模型，有机化合物的分子结构模型等)。 ①原子结构模型的演变 ②模型研究的重要功能：深刻地认识物质的微观结构特点，揭示结构与性质的关系。 三　物质结构研究的意义 1．研究物质结构，既能够为设计与合成新物质提供理论基础，也可以帮助我们预测物质的性能。 2．在分子水平上探索生命现象的本质离不开对物质结构的研究。 3．物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展亦具有重大意义。 1．金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异，原因是(　　) A．它们是由不同种元素组成的 B．它们各自的原子排列方式不同 C．它们具有不同的几何外形 D．石墨能导电而金刚石不能 答案：B 2．从化学键的角度看化学变化的实质是“旧化学键的断裂，新化学键的形成”。下列变化中既有旧化学键断裂，又有新化学键形成的是(　　) A．碘升华 B．酒精溶于水 C．氢氧化钠晶体受热熔化 D．一定条件下O3转化为O2 答案：D 3．下列成果是因为创造新物质而获得诺贝尔化学奖的是(　　) A．荧光成像显微技术 B．分子马达 C．生物分子冷冻电镜 D．核磁共振 答案：B 4．模型研究对科学家探索物质的微观结构具有非常重要的意义。下列模型不属于微观结构模型的是(　　) 答案：C 5．下列关于化学科学的说法错误的是(　　) A．化学的主要特点是在原子、分子水平上认识物质 B．化学可以识别、改变和制造分子 C．现代量子化学理论使化学研究完全摆脱了化学实验 D．化学科学为环境问题的解决提供了有力的保障 答案：C 知识点一　物质结构研究的内容 1．研究物质的特征结构，可以从以下几方面思考： (1)同一元素或不同种元素的原子之间能彼此结合。 (2)元素原子之间所形成的化学键类型不同。 (3)不同晶体中的微粒可以是原子、分子或离子。 (4)有些元素能形成几种同素异形体。 (5)分子中各原子的连接顺序、连接方式以及原子在分子中的空间相对位置。 (6)分子具有一定的空间构型。 2．人们通过深入研究原子的结构，特别是最外电子层上发生的变化，以此判断元素的性质。 3．物质能够发生什么化学反应取决于其有什么特征结构。 1．科学家发现由磷原子构成的黑磷(二维结构如图)是比石墨烯更好的新型二维半导体材料。下列说法正确的是(　　) A．黑磷属于化合物 B．黑磷导电属于化学变化 C．高温下，黑磷在空气中可以稳定存在 D．黑磷与白磷互为同素异形体 答案：D 2．下列说法正确的是(　　) A．通常情况下，氮气的性质不活泼是因为氮元素的非金属性很弱 B．1H216O和2H218O表示不同的水分子 C．红磷因P—P键弯曲具有较大的张力，所以有很高的反应活性 D．水很稳定(1000 ℃以上才会部分分解)是因为水分子间存在大量的氢键 答案：B 知识点二　物质结构研究的范式 1．归纳范式的应用 (1)有机物通式的归纳。如链状烷烃的通式为CnH2n＋2，环烷烃的通式为CnH2n。 (2)元素原子核外电子排布规律的归纳。如通过1～20号元素的原子核外电子排布，归纳出元素原子核外电子排布的规律，并从结构上解释了同族元素性质相似的原因。 (3)有机物通性的归纳。如通过大量含双键和三键的不饱和烃的性质，归纳出此类有机物的通性，即易发生加成反应和氧化反应。 2．演绎范式的应用 (1)利用元素理论，发现新元素。 (2)根据元素周期律和微粒间作用力的特征等，预测物质可能具有的某些性质。 (3)“相似相溶规则”的应用。 3．演绎范式是物质结构研究的常用范式，下列属于演绎范式的应用且结论正确的是(　　) A．由元素周期律推测碱性强弱：KOH>NaOH B．由勒夏特列原理预测：其他条件不变，增大c(O2)，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)平衡体系中SO3的体积分数一定增大 C．由第3周期元素性质的递变规律获得周期表中同周期元素性质的变化规律 D．由金属单质与盐溶液的置换反应获得金属活动性顺序 答案：A 解析：A项，由元素周期律推测碱性强弱：KOH>NaOH，过程是“从一般到个别”，属于演绎范式的应用，且结论正确；B项，由勒夏特列原理预测化学平衡移动方向属于演绎范式的应用，但是其他条件不变，当投料比<2时，增大c(O2)，平衡时SO3的体积分数反而减小，结论错误；C项，由第3周期元素性质的递变规律获得周期表中同周期元素性质的变化规律，过程是“从个别到一般”，属于归纳范式的应用；D项，由金属单质与盐溶液的置换反应获得金属活动性顺序，过程是“从个别到一般”，属于归纳范式的应用。 4．利用归纳范式得通式。 (1)如图为一种无限长单链状结构的多硼酸根离子，其化学式为________(用n表示)。 (2)分析下表中各项的排布规律，按此规律排布第26项应为________。 1 2 3 4 5 C2H4 C2H6 C2H6O C2H4O2 C3H6 6 7 8 9 10 C3H8 C3H8O C3H6O2 C4H8 C4H10 答案：(1)[BO2]　(2)C8H18 解析：(2)由表可知，循环顺序为CnH2n、CnH2n＋2、CnH2n＋2O、CnH2nO2，26＝4×6＋2，则第24项为C7H14O2，第25项为C8H16，第26项为C8H18。 知识点三　物质结构研究的意义 1．化学科学发展的简要历程 (1)1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子的概念。 (2)1860年，国际化学界确立了“原子—分子论”。 (3)1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，从而把化学元素及其相关知识纳入一个自然序列变化的规律之中。 (4)19世纪中叶，化学家对有机化合物的认识取得了重大进展。碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子中价键的饱和性等相继被发现，有机合成在一定程度上已可以做到“按图索骥”。 (5)从1900年至今，化学合成技术取得巨大成就。 2．物质结构的探索无止境 (1)利用化学反应的原理，通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的各种新材料，是化学服务于人类的重要方式。 (2)人类社会的发展，就是科技的发展。为了实现人类社会的可持续发展，需要化学家们建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。 (3)化学发展的趋势是让反应条件趋向于温和、产率高、速率快、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。 (4)探寻人类和生物的生命运动的化学机理是新世纪各国所面临的重大课题。 (5)对物质结构的研究可以在药物制备、生命奥秘、人为调节等方面带来福音，并且可以进行人造器官的制造和医用高分子材料的研制和应用。 5．下列关于物质结构研究的意义的说法不正确的是(　　) A．碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子中价键的饱和性等相继被发现，为有机立体化学的发展奠定了基础 B．合成或从自然界分离出更多的新物质，能更好地满足人类的生活和社会可持续发展的需要 C．研究物质结构能为设计与合成新物质提供理论基础，但不能帮助我们预测物质的性能 D．元素周期律的发现有助于从理论上指导化学元素的发现和应用 答案：C 6．要达到绿色化学的理想境界，化学家们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，最有希望解决这些问题的途径是(　　) A．发展量子力学理论 B．改进实验方法 C．完善元素周期律理论 D．研究质量守恒定律和能量守恒定律 答案：A 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★★ ★ ★ ★★ ★ 对点 原子结构模型的演变 科学假设与论证 模型方法 物质结构研究的意义 物质的特征结构 演绎范式的应用 物质的结构与性质的关系 题号 8 9 10 11 12 13 难度 ★ ★★ ★ ★ ★ ★ 对点 物质结构的研究 物质结构研究的范式 物质结构与性质的关系 物质结构的研究 科学假设与论证 物质结构的探索 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．原子结构模型经历了五个主要阶段：1803年实心球模型→1904年“葡萄干面包”模型→1911年原子核式结构模型→1913年轨道模型→20世纪初量子力学的原子结构模型。对原子核式结构模型贡献最大的科学家是(　　) A．玻尔 B．汤姆生 C．卢瑟福 D．道尔顿 答案：C 2．下列关于科学假设和论证的说法错误的是(　　) A．科学家研究问题的第一步是运用感官或借助仪器观察物质的宏观表现 B．凯库勒苯环假说的提出，依靠的是非逻辑的直觉成分，不具有实验依据 C．若实验不支持假设，则必须对假设进行修改，并设计新的实验进行反复验证 D．科学假设和论证的研究过程流程图为 答案：B 解析：凯库勒苯环假说的提出，虽具有非逻辑的直觉成分，但它也有一定的实验依据。 3．模型建立是理解化学微观的重要途径。下列模型可以正确表示“熔融NaCl”的微观结构的是(　　) 答案：C 解析：熔融NaCl的微观结构中，只含有Na＋和Cl－，且阴、阳离子能够自由移动，不具有自律性。 4．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．指甲的长短与手指的灵活性的关系 D．抗癌药物的设计与筛选 答案：C 5．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。下列有关该过程的说法不正确的是(　　) 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：聚乙烯降解为CO2还涉及C—H键的断裂，B错误。 6．元素周期表是化学史上的伟大创举。如图是“国际化学元素周期表年”发行的纪念邮票之一，取材于门捷列夫周期表上留下的空位元素“类铝”，其由法国化学家布瓦博德朗发现，并命名为镓(Ga)。下列有关说法错误的是(　　) A．元素周期律在预测未知化学元素中发挥了重要作用 B．Ga的原子序数为31，是第4周期ⅢA族元素，氧化物为Ga2O3 C．Ga与Al相似，既能和酸溶液反应，也能和强碱溶液反应 D．Al是一种不活泼金属，生活中有很多铝制品 答案：D 解析：Al是一种活泼金属，常温下，容易与空气中的O2反应，表面生成一层致密的Al2O3薄膜，能阻止内部的Al与O2继续反应，因此铝制品耐腐蚀，生活中有很多铝制品，D错误。 7．现代无机化学对硫氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。如图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．该物质分子中含有离子键 C．该物质是共价化合物 D．该物质与化合物S2N2互为同素异形体 答案：C 解析：由硫氮化合物的分子结构图可知，该物质的分子式为S4N4，A错误；该物质分子中含有S—N键、N—N键，均为共价键，B错误；同素异形体是指由同种元素组成的不同单质，D错误。 8．下列说法不正确的是(　　) A．化学反应有新物质生成，并遵循质量守恒定律和能量守恒定律 B．原子吸收分光光度计可用于测定物质中的金属元素，红外光谱仪可用于测定化合物的官能团 C．分子间作用力比化学键弱得多，但它对物质的熔点、沸点有较大的影响，而对溶解度无影响 D．酶催化反应具有高效、专一、条件温和等特点，化学模拟生物酶对绿色化学、环境保护及节能减排具有重要意义 答案：C 解析：分子间作用力对物质的熔点、沸点、溶解度都有影响，C错误。 9．根据元素周期律，由下列事实进行归纳推断，推测不合理的是(　　) 选项 事实 推测 A Mg与冷水较难反应，Ca与冷水较易反应 Be(铍)与冷水更难反应 B Na与Cl形成离子键，Al与Cl形成共价键 Si与Cl形成共价键 C Si是半导体材料，同族的Ge是半导体材料 第ⅣA族元素的单质都是半导体材料 D HCl在1500 ℃时分解，HI在230 ℃时分解 HBr的分解温度介于二者之间 答案：C 10．核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数或中子数为奇数的原子核有NMR现象。下列均可产生NMR现象的是(　　) A．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、28Si C．元素周期表中第ⅤA族所有元素的原子 D．元素周期表中第2周期所有元素的原子 答案：C 解析：A项，18O的质子数为8、中子数为10，原子核没有NMR现象；B项，28Si的质子数为14、中子数为14，原子核没有NMR现象；D项，元素周期表中第2周期元素的原子，有些原子质子数、中子数都为偶数，如18O的原子核没有NMR现象。 11．下列说法正确的是(　　) A．大分子化合物油脂在人体内水解为氨基酸和甘油等小分子才能被吸收 B．硫酸厂按照规定已经处理除去了重金属离子的酸性废水，可直接排放到湖水中 C．现代科技已经能够拍到氢键的“照片”，直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键 D．合金超导材料是指熔合两种或两种以上的金属元素并形成具有超导电性的超导材料，如铌－钛合金，它的熔点一般比纯钛的要低 答案：D 解析：油脂不是大分子且在人体内水解得到高级脂肪酸和甘油，A错误；酸性废水对水、土壤有污染，B错误；氢键不是化学键，C错误。 12．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是(　　) A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成 B．探究NO和N2O可能化合生成NO2 C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3 D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，溶液红色褪去的原因是溶液酸碱性的改变 答案：B 解析：B项，NO中N元素的化合价为＋2价，N2O中N元素的化合价为＋1价，NO2中N元素的化合价为＋4价，若探究NO和N2O可能化合生成NO2，反应物中的N元素化合价都升高，不符合氧化还原反应的规律，无探究意义。 二、非选择题 13．创造新物质、发现和驾驭新反应、合成新材料均展示着科学发展的巨大魅力，操纵分子和原子、设计新分子、组装分子等新的成就，将极大地改善人类的生存环境，提高生活质量，保证社会可持续发展。请回答下列问题。 (1)下列活动不符合化学探索空间的是________(填字母，下同)。 A．加强机械化智能采煤，提高煤产量，满足工农业生产的快速发展 B．设计绿色化工工艺，提高原子利用率，实现工业生产零排放 C．加强氢能源的廉价开发、安全储存和运输，保护生态环境 D．开发廉价的可降解塑料，防止白色污染 (2)下列说法中不正确的是________。 A．分子马达可作为药物的载体，修复人体损坏的分子组织并可清理组织细胞内的垃圾 B．研究DNA折叠是为了获得精美的艺术品 C．环状超结构是分子自组装实现的 D．肥胖分子的发现有利于人们研究相关疾病，并研制合适的药物控制疾病 答案：(1)A　(2)B 解析：(2)化学研究已进入生命科学领域，折叠DNA分子表示人们在分子水平领域已进入操纵分子时代，表明了人类能更好地研究结构与功能的关系。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$