1.1 物质结构研究的内容 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （苏教版2019，闽苏桂蒙陕冀）

专题1 第一单元　物质结构研究的内容 1 1.能结合已有的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。 2.能从物质的微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 3.认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。 核心素养 发展目标 一、认识物质的特征结构 二、揭示物质结构与性质的关系 课时对点练 内容索引 认识物质的特征结构 一 1.从原子结构认识化学反应 (1)元素性质周期性变化的主要原因是____________________________ ______。 (2)人们通过深入研究原子的结构，特别是 上发生的变化，以此判断元素的性质。如钠原子在化学反应中容易失去最外电子层上的1个电子，形成Na＋，钠元素表现出强的 ；氯原子在化学反应中倾向于获得1个电子，形成Cl－，氯元素表现出强的 ，Na＋和Cl－再通过 形成氯化钠晶体。 元素原子最外层电子排布的周 期性 最外电子层 金属性 非金属性 静电作用力 2.从化学键认识化学反应 研究物质之间的化学反应，其本质就是研究从 (反应物)如何转变为另一种 (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。 (1)乙醇氧化为乙醛——氧化反应 一种结构 新的结构 ―→ ＋2H＋＋2e－ 上述反应中，乙醇分子中—OH ，与—OH相连的C上也 ，形成新的___________，乙醇转化成乙醛分子，这个过程也被称为 反应。 (2)固氮研究中反应条件的选择 氮分子含有氮氮三键，在通常条件下很稳定，难以参加化学反应。所以固氮时需要改变反应条件，氮气在高温、高压、催化剂的条件下， 能与氢气化合生成NH3，反应的化学方程式是_____________________ _______。 失去1个H 失去1个H 氧化(去氢) N2＋3H2 2NH3 C==O双键 正误判断 (1)物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构 (2)物质随着人们的认识或研究的发展，经常发生一些小的变化 (3)物质有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的 (4)原子失去电子数越多，金属性越强，得电子数越多，非金属性越强 × √ × × 1.假设你是一位化学科研工作者，在研究物质的特征结构时需要思考哪些问题？ 深度思考 提示　同一元素或不同种元素的原子之间为什么能彼此结合？为什么物质中直接相邻原子之间的化学键类型不同？为什么原子、分子或离子可以构成不同的晶体？晶体中的微粒间是通过怎样的相互作用结合的？为什么分子具有一定的空间构型？为什么有机化合物有同分异构体现象？为什么有些元素能形成几种同素异形体？等等。 2.为什么O2比N2活泼？ 深度思考 提示　氧气比氮气活泼可从原子结构和分子结构两方面找原因，以分子结构因素为主。N2分子以共价三键结合，比O2分子的键能大得多。N2分子化学键不易断裂，性质稳定，O2分子化学键较易断裂，一旦断裂，O原子又比N原子易得电子，所以氧气比氮气更活泼。 3.写出过氧化氢的电子式和结构式，指出其分子中存在的化学键，试从氧元素化合价的角度解释过氧化氢具有强氧化性的原因。 深度思考 提示　 ，H—O—O—H。过氧化氢分子中存在两个O—H键和一个O—O键。分子中氧的化合价为－1价，容易得一个电子形成稳定的－2价氧原子，因而过氧化氢具有强氧化性。 1.如图形象地表示了氯化钠的形成过程。下列相关叙述不正确的是 A.钠原子易失去一个电子，氯 原子易得到一个电子 B.钠离子与钠原子有相似的化 学性质 C.钠原子与氯原子作用生成NaCl后，其稳定性增强 D.氯化钠是离子化合物 √ 应用体验 钠原子最外层只有1个电子，当它失去1个电子后形成的Na＋具有最外层8个电子的稳定结构，氯原子最外层有7个电子，当它得到1个电子后形成的Cl－具有最外层8个电子的稳定结构，Na＋和Cl－通过静电作用力形成离子化合物NaCl。 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 √ 应用体验 碘升华，酒精溶于水，均属于物理变化，没有化学键断裂和形成，故不选A、B； 氢氧化钠晶体受热熔化，属于物理变化，氢氧化钠电离为自由移动的钠离子和氢氧根离子，有离子键断裂，没有化学键形成，故不选C； O3转化成O2是化学变化，既有旧化学键断裂，又有新化学键形成，故选D。 返回 揭示物质结构与性质的关系 二 物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构。 1.同素异形体 (1)概念： 。 (2)性质：同素异形体的物理性质 ，化学性质 。同素异形体性质不同的原因是组成它们的结构的微粒排列方式不同。 2.磷的两种同素异形体——白磷和红磷 白磷晶体是由 组成的分子晶体，分子结构为 ，呈___ ____________，键角为 ，因其中的 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、常压下有很高的反应活性。而红磷呈 结构，比较稳定，室温下不与氧气反应。 由同一种元素形成的不同单质 不同 相似 白磷分子 正 四面体结构 60° P—P 链状 3.碳的五种同素异形体 (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 。 切割金属、玻璃 (2)木炭 碳原子不规则结合，又称 。 (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。 无定型碳 (4)碳纳米管结构 中空管状的富勒烯又称碳纳米管，它 、 ，应用前景广泛。 (5)石墨 同一层上的碳原子之间形成___________ 结构并层层重叠，层与层之间引力微弱， 可以滑动，常用作 。 强度高 弹性佳 六边形网状 润滑剂 1.为什么分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异很大？例如，乙醇能与金属钠反应放出氢气而二甲醚却不能，乙醇易溶于水而二甲醚却不溶于水。 深度思考 提示　乙醇的结构式为 ，二甲醚的结构式为 ， 由于组成乙醇、二甲醚的微粒的排列方式不同，造成它们的性质差异很大；在乙醇中含有—OH，所以能和Na反应放出H2，—OH能和H2O之间形成氢键，所以乙醇易溶于水。 2.许多磷的化合物的结构与P4的正四面体有关，如白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O6。试从结构上对该反应进行解释。 深度思考 提示　白磷的正四面体结构为 ，其中因P—P键弯曲而具有较大的 张力，其键能较小，易断裂， ，每个P—P键之间插 入1个O原子，所以生成物之一为P4O6。 1.下列说法正确的是 A.红磷转化为白磷，属于物理变化 B.石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体 C.氧气和臭氧的分子式不同，性质相同 D.硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体 应用体验 √ 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(1 000 ℃以上才会部分分解)是因为水分子间存在大量的氢键 应用体验 √ 通常情况下，氮气的性质不活泼是因为氮气分子中含有N≡N键，很稳定，故A错误； 白磷因P—P键弯曲具有较大的张力，易断裂，所以有很高的反应活性，故C错误； 水很稳定是因为水中含有的H—O键非常稳定，与水分子间存在氢键无关，故D错误。 3.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，形成平面正三角形结构。O4具有较强的氧化性。下列有关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 应用体验 √ O4是一种新的氧分子，故与O3、O2互为同素 异形体，A项错误； O2能在自然界稳定存在，化学性质较稳定， 故O2中的化学键不如O4中的化学键更容易断裂，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，不互为同分异构体，D项错误。 规律方法 同素异形体等“四同”的比较和辨别   同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 定义 质子数相同，中子数不同的原子(核素) 由同一种元素组成的不同单质 结构相似，分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物 分子式相同，结构不同的化合物 对象 原子 单质 化合物 化合物 规律方法 表示其组成的化学用语 核素符号不同 一般用该非金属元素的元素符号表示其单质，有确切分子式的用分子式来表示。例：金刚石和石墨都可以用C表示，氧气和臭氧分别用O2和O3来表示 分子式不同 分子式相同 结构 电子层结构 相同 单质的组成或结构不同 相似 不同 规律方法 返回 性质 物理性质不同，化学性质几乎相同 物理性质不同，化学性质相似 物理性质不同，化学性质相似 物理性质不同，化学性质不一定相同 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　物质的特征结构 1.下列说法正确的是 A.原子是不可再分的 B.原子中肯定含有中子 C.原子由原子核和核外电子构成，原子核又可以分为质子和中子，然后 不能再分 D.随着科学的发展，人们发现原子组成中还存在更小的微粒，如夸克 √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 2.原子的种类决定于原子的 A.相对原子质量大小 B.核内质子数和中子数 C.最外层电子数 D.核电荷数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 4.13C-NMR(核磁共振)、15N-NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得了2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是 A.13C与15N有相同的中子数 B.13C与C60互为同素异形体 C.15N与14N互为同位素 D.15N的核外电子数与中子数相同 √ 根据质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，可得13C、15N的中子数分别为7、8；15N的核外电子数与中子数分别为7、8。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 5.下列表达方式正确的是 A.用电子式表示HCl的形成过程： B.质子数为17、中子数为20的氯原子： C.HClO的结构式：H—O—Cl D.NH4Cl的电子式： √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 HCl为共价化合物，用电子式表示其形成过程： ，故A错误； HClO中O原子分别与H原子和Cl原子形成共价键，故其结构式为H—O—Cl，故C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 题组二　物质结构与性质的关系 6.碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途不正确的是 A.用它可做成攀登月球的“太空天梯” B.能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题 C.作为优秀的绝缘材料 D.制成电脑芯片可大大提升计算机系统的计算能力 √ 碳纳米管由碳原子构成，能导电，不可作为绝缘材料。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 7.科学家发现由磷原子构成的黑磷(黑磷的磷原子二维结构如图)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.黑磷高温下在空气中可以稳定存在 D.黑磷与白磷互为同素异形体 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 8.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。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是 A.18O、31P、119Sn B.27Al、19F、12C C.12C、32S、19F D.1H、13C、35Cl √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 A项，18O的质子数为8、中子数为10，不符合题意； B项，12C的质子数和中子数均为6，不符合题意； C项，12C的质子数、中子数均为6,32S的质子数和中子数均为16，不符合题意； D项，1H质子数为1,13C中子数为7,35Cl质子数为17，符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 9.已知下列数据：   碳原子核间距离/10－10 m 断裂碳碳键所需能量/(kJ·mol－1) H3C—CH3 1.54 348 H2C==CH2 1.33 615 HC≡CH 1.20 812 下列事实可用上述数据解释的是 A.乙烯的熔、沸点比乙烷的低 B.乙炔在水中的溶解度比乙烯的大 C.乙炔燃烧时有浓烟产生 D.乙烯、乙炔都易发生加成反应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 乙烯、乙炔熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，与键能、键长无关，故A错误； 键长和键能与物质的溶解度无关，故B错误； 是否产生浓烟与含碳量有关，与键长、键能无关，故C错误； 乙烯和乙炔中的双键和三键并不是碳碳单键的加和，平均键能比碳碳单键的小，所以乙烯和乙炔易发生加成反应，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10.(2023·苏州高二质检)下列说法正确的是 A.H2O的沸点较高是因为水分子间存在较强的化学键 B.HCl气体溶于水后，共价键被破坏，形成了H＋和Cl－ C.H2S分子中所有原子最外电子层都具有8电子的稳定结构 D.NaOH和MgCl2所含化学键类型完全相同 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 水的沸点较高是因为水分子间存在氢键，氢键是分子间作用力，不属于化学键，A错误； 氯化氢气体溶于水时，H—Cl共价键断裂，形成H＋和Cl－，B正确； H2S分子中H的最外电子层上有2个电子，不具有8电子稳定结构，C错误； NaOH含有离子键和共价键，MgCl2只含离子键，两者化学键类型不完全相同，D错误。 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 12.NH3是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，N2分子被光催化材料捕获进而实现N2―→NH3的转化(过程如图)。下列说法错误的是 A.N2在光催化材料表面断开了N≡N键 B.该反应中，N2被还原 C.该反应过程中有旧化学键断裂和新化 学键形成 D.该反应的类型是化合反应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 该反应中，N2转变为氨气，氮元素化合价从0降低到－3，被还原，B正确； 该反应过程中N2、水参加反应，生成氨气、氧气，有旧化学键断裂和新化学键形成，C正确； 由图知，反应中有氨气、氧气生成，则该反应的类型不可能是化合反应，D不正确。 13.下列有关物质性质、结构的表述均正确，且存在因果关系的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 选项 表述Ⅰ 表述Ⅱ A NaCl的水溶液能导电 NaCl溶于水后在电流的作用下产生自由移动动的Na＋、Cl－ B 通常条件下，CH4分子比PbH4分子稳定性高 Pb与C位于同一主族，Pb的非金属性弱于C，CH4比PbH4稳定 C 在形成化合物时，同一主族元素的化合价相同 同一主族元素原子的最外层电子数相同 D P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电 P4O10、C6H12O6均属于共价化合物 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 A选项，NaCl的水溶液能导电，是其溶于水后电离出自由移动的离子，而不是在电流的作用下电离，表述Ⅱ错误； B选项，元素的非金属性越强，其简单氢化物越稳定，正确； C选项，元素形成化合物不一定都是最高价或最低价，同一种元素在不同条件下可以形成不同价态的化合物，表述Ⅰ错误； D选项，因P4O10溶于水时和水发生反应生成H3PO4，溶液导电，表述Ⅰ错误。 14.据报道，科研人员应用电子计算机模拟出了类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮原子之间均以氮氮共价键结合三个氮原子，所有的氮原子都具有最外层为8个电子的稳定结构。N—N键键能为167 kJ·mol－1，N==N键键能为418 kJ·mol－1，N≡N键键能为942 kJ·mol－1。 试回答： (1)根据键能和物质化学变化中的能量变化原理计算，1 mol N60全部分解为N2所吸收或放出的能量(热量)为________ kJ。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 13 230 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 1 mol N60分子含有90 mol N—N键，它分解生成30 mol N≡N键。1 mol N60分子中化学键断裂吸收的能量为90 mol×167 kJ·mol－1＝15 030 kJ，30 mol N2分子中化学键的形成放出的能量为30 mol×942 kJ·mol－1＝28 260 kJ。放出的总能量比吸收的总能量多13 230 kJ，化学反应是放热反应。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 (2)根据(1)的计算结论推断，下列N60的用途正确的是________(填字母)。 A.可用作高能炸药 B.可用作高能燃料 AB 由于N60的分解放出大量的热，因此N60可用作高能炸药和高能燃料。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.科学家正在设法探寻“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反。 (1)若有α粒子(即氦离子)的反粒子，称为反α粒子，则该粒子的质量数为____，电荷数为______，反α粒子的符号可表示为_______。 15 综合强化 4 －2 He2－ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)近几年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布，他们分别制出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。试推测反氢原子的构造是____ (填字母)。 A.由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C.由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成 D.由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 15 综合强化 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 所谓“反物质”，它的原子核是由反质子和反中子构成的，反质子的质量数为1，带负电荷，反中子的质量数也为1，不带电；核外是反电子，质量可忽略不计，带正电荷。正常的氢原子是由一个质子和一个电子构成的，反氢原子则是由一个反质子和一个反电子构成的。 返回 3.下列有关稀土元素中Ce与Ce的说法正确的是 A.Ce与Ce互为同位素 B.Ce与Ce的质量数相同 C.Ce与Ce是同一核素 D.Ce与Ce的核外电子数和中子数均为58 Cl 质子数为17、中子数为20的氯原子，其质量数为37，可表示为Cl，故B错误； NH4Cl是由NH和Cl－构成的离子化合物，其电子式为 ，故D错误。 11.科学家根据自然界存在的N2制取N3，其后又陆续制取出N5、含N的化合物及N60，N极不稳定，需保存在－80 ℃的干冰中；N由于其极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”；N60与C60结构相似，并在受热或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在瞬间释放出来。分析上述材料，下列说法不正确的是 A.N常温下会剧烈爆炸，体积急剧膨胀，放出大量的热 B.N60的发现开辟了能源世界的新天地，将来可能成为很好的火箭燃料 C.N2、N3、N5、N、N60互为同素异形体 D.含N的化合物中既有离子键又有共价键 N2、N3、N5、N60互为同素异形体，N不是单质，故C错误； N中氮原子之间以共价键结合，N与其他阴离子之间以离子键结合，故D正确。 $$