1.1 物质结构研究的内容(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（苏教版2019）

第一单元　物质结构研究的内容 课程标准 核心素养目标 　　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。 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。 　　1.宏观辨识与微观探析：能从化学键的形成过程、化学反应的实质、有机化合物的同分异构体现象及分子的空间结构等角度认识物质的特征结构。 2．证据推理与模型认知：能根据物质的微观结构预测物质的性质，建立起“结构决定性质、性质反映结构”的认知模型。 [对应学生用书P1] 一、认识物质的特征结构 1．原子结构与元素性质的关系 (1)元素原子最外层电子排布的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。 (2)元素的原子结构与元素的金属性和非金属性强弱的关系： 原子半径越大，最外层电子数越少，失去电子能力越强，元素的金属性越强。 原子半径越小，最外层电子数越多，得到电子能力越强，元素的非金属性越强。 (3)NaCl的形成 钠原子在化学反应中容易失去最外层上的1个电子，形成Na＋，钠元素表现出强的金属性；氯原子在化学反应中倾向于获得1个电子，形成Cl－。Na＋与Cl－通过静电作用力形成氯化钠晶体。 氯化钠形成示意图 2．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(反应物)如何转变为另一种新的结构(生成物)。 (2)研究过程：对反应物、生成物的特征结构进行针对性研究。 (3)研究目的：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。 (4)乙醇的氧化反应： 乙醇分子中—OH失去1个H，与—OH相连的C上失去1个H，形成C===O双键，乙醇转化为乙醛，这个过程被称为氧化(去氢)反应。 3．研究物质特征结构的意义 研究物质的特征结构，可以帮助我们获得很多有用的信息，设计反应的条件，解释反应生成的产物等。 二、揭示物质结构与性质的关系 1．物质结构与性质的关系 (1)关系：物质的结构在很大程度上决定了该物质的某些性质。 (2)物质结构与性质关系的研究过程 2．白磷与红磷的结构与性质 白磷分子(P4)呈正四面体结构，键角∠PPP是60°，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、常压下有很高的反应活性。 红磷的链状结构比较稳定，常温下不与氧气反应。 3．不同碳单质的结构与用途 物质 结构 性质 金刚石 碳原子间结合牢固 是自然界中天然存在的最坚硬的物质，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 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 4．利用物质的特征结构解释物质的性质 (1)乙醇和二甲醚的性质 乙醇分子中—OH易失去H，能被金属钠置换产生氢气。 乙醇分子中—OH易与水分子形成氢键，因此易溶于水。 (2)因为白磷分子中的P—P键弯曲，有较大的张力，易断裂，与氧气反应时，P—P键断裂，氧原子与P原子连接，形成P4O6。 ◆温故知新 1．微粒半径大小的比较 原 子 半 径 (1)电子层数相同时，随原子序数递增，原子半径减小(不包含稀有气体)，如r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl) (2)最外层电子数相同时，随电子层数递增，原子半径增大，如r(Li)＜r(Na)＜r(K)＜r(Rb)＜ r(Cs) 离 子 半 径 (1)同种元素的离子半径：r(阴离子)＞r(原子)＞r(阳离子)；r(低价离子)＞r(高价离子)，如：r(Cl－)＞r(Cl)，r(Na＋)＜r(Na)；r(Fe)＞r(Fe2+)＞r(Fe3+) (2)电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，如：r(N3-)＞r(O2-)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2+)＞r(Al3+) (3)带相同电荷数的离子，电子层数越多，半径越大，如：r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)；r(O2-)＜r(S2-) 离 子 半 径 (4)带电荷数、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较，如：比较r(K＋)与r(Mg2+)可选r(Na＋)为参照，可知r(K＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2+) 2.同周期元素从左到右的原子结构与性质的递变性 原子结构 核电荷数 逐渐增大 电子层数 相同 原子半径 逐渐减小 性 质 化合价 最高正化合价由＋1→＋7(O、F除外) 元素的金属性和非金属性 金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强 离子的氧化性、还原性 阳离子氧化性逐渐增强，阴离子还原性逐渐减弱 气态氢化物的稳定性、还原性 稳定性逐渐增强，还原性逐渐减弱 最高价氧化物的水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强 ◆名师点拨 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异不大。 (　　×　　) (2)白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O10，与P4结构无关。 (　　×　　) (3)同素异形体的物理性质不同，化学性质完全相同。 (　　×　　) (4)N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大。 (　　√　　) (5)研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发。 (　　√　　) [对应学生用书P3] 探究一__化学键的形成与类型判断 1901年2月的一天，在美国俄勒冈州波特兰市，一个伟大的生命诞生了。他就是化学键理论的先驱——鲍林。1939年，鲍林发表了惊人的著作——《化学键的本质》。在这部著作中，鲍林第一次揭示了化学键的本质。文章中指出，化学键就是分子(或原子团)中各原子间因电子配合关系而产生的相互作用；简言之，化学键的本质就是电子的相互作用。这种相互作用有三种形式，即化学键的三种基本类型：共价键、离子键、金属键。各种各样的分子的化学键不同。也就意味着分子性质的差异。因此，掌握了化学键理论。就掌握了人工合成大门的一把金钥匙。在该理论指导下，人工合成出一种又一种新物质，事实证明了鲍林的理论是正确的。 [问题设计] (1)根据上述材料分析，化学键中的相互作用指的是什么？ 提示：化学键中的相互作用指的是原子核与原子核间的斥力、电子与电子间的斥力、电子与原子核间的引力等。 (2)一种物质中一定就只有一种化学键吗？ 提示：不一定。 (3)什么是化学键？化学键如何分类？ 提示： (4)化学键类型与化合物类型有什么关系？ 提示：含有离子键的化合物是离子化合物，只含有共价键的化合物是共价化合物。 (5)离子键和共价键形成的基本条件是什么？ 提示：离子键：一般活泼金属与活泼非金属原子经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间。共价键：一般非金属元素原子之间。 1．化学键 (1)化学键的定义及分类 (2)化学反应的本质：反应物的旧化学键断裂与反应产物的新化学键形成。 2．离子键、共价键的比较 项目 离子键 共价键 非极性键 极性键 定义 阴、阳离子之间存在的强烈的相互作用 原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的强烈的相互作用 成键 微粒 阴、阳离子 原子 成键 实质 阴、阳离子的静电作用 共用电子对不偏向任何一方原子 共用电子对偏向一方原子 形成 条件 活泼金属与活泼非金属原子经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间 同种元素原子之间成键 不同种元素原子之间成键 形成的 物质 离子化合物 非金属单质(除稀有气体外)；某些共价化合物或离子化合物 共价化合物或某些离子化合物 3.离子化合物与共价化合物 项目 离子化合物 共价化合物 定义 由阴、阳离子构成的化合物 只含有共价键的化合物 构成 微粒 阴、阳离子 原子 化学键 类型 一定含有离子键，可能含有共价键 只含有共价键 物质 类别 ①强碱 ②绝大多数盐 ③多数金属氧化物 ①含氧酸 ②弱碱 ③气态氢化物 ④非金属氧化物 ⑤极少数盐，如AlCl3 判断离子化合物和共价化合物的三种方法 【例1】 下列关于化学键的说法正确的是 (　　) ①含有金属元素的化合物一定是离子化合物 ②ⅠA族和ⅦA族元素原子化合时，一定形成离子键 ③由非金属元素形成的化合物一定不是离子化合物 ④活泼金属与活泼非金属化合时，能形成离子键 ⑤含有离子键的化合物一定是离子化合物 ⑥离子化合物可能同时含有离子键和共价键 A．①②⑤　　　　　 B．④⑤⑥ C．①③④ D．②③⑤ B　解析：AlCl3属于共价化合物，①错误；ⅠA族的氢元素和ⅦA族卤素化合时形成共价键，②错误；非金属元素形成的铵盐都是离子化合物，③错误；活泼金属与活泼非金属化合时，分别形成阳离子和阴离子，因此形成离子键，④正确，⑤正确；含有原子团的离子化合物如NH4Cl、NaOH既含有离子键又含有共价键，⑥正确。 1．元素X、Y和Z可结合形成化合物XYZ3；X、Y和Z的原子序数之和为26；Y和Z在同一周期。下列有关推测正确的是 (　　) A．XYZ3是一种可溶于水的酸，则X与Y可形成共价化合物XY B．XYZ3是一种微溶于水的盐，则X与Z可形成离子化合物XZ C．XYZ3是一种易溶于水的盐，则Y与Z可形成离子化合物YZ D．XYZ3是一种离子化合物，则Y与Z可形成离子化合物YZ2 B　解析：由题意可知，XYZ3可能为NaNO3、MgCO3，溶于水不能形成酸，A错误；若XYZ3为MgCO3，微溶于水，则XZ形成离子化合物MgO，B正确；若XYZ3为NaNO3，易溶于水，YZ(NO)不是离子化合物，C错误；若XYZ3是离子化合物，YZ2为NO2或CO2，均不是离子化合物，D错误。 探究二__乙醇在不同化学反应的断键位置判断 材料一　晋代的江统在《酒诰》中写道：“酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，又云杜康。有饭不尽，委馀空桑，郁积成味，久蓄气芳，本出于此，不由奇方。”江统是我国历史上第一个提出“谷物自然发酵酿酒”学说的人。 材料二　在实验室组装蒸馏装置。将一定量的醪糟或米酒放入蒸馏烧瓶中，用酒精灯加热，并用锥形瓶分段收集经过冷凝管的馏出液，观察其状态，闻一闻气味并测定其酒精度，与蒸馏前的醪糟或米酒进行对比。 材料三　乙醇分子中不同化学键如图所示。 [问题设计] (1)你能大体说出材料一中谷物如何变成酒精的吗？ 提示：淀粉→葡萄糖→酒精。 (2)材料二说明酒精有什么物理性质？ 提示：易挥发、能溶于水。 (3)根据材料三说出乙醇中存在的官能团的名称是什么？电子式如何书写？化学键有极性吗？ 提示：羟基；羟基的电子式为；有极性，是极性共价键。 (4)乙醇和乙酸在浓硫酸加热的条件下，发了什么反应？乙醇、乙酸分别断裂了什么化学键？ 提示：取代反应或酯化反应；乙醇中羟基上的O—H键断裂，乙酸中羧基上的C—O键断裂，简单总结为酸脱羟基醇脱氢。 (5)乙醇和金属钠反应有什么现象？说明什么键断裂？简述理由。 提示：钠沉入乙醇底部，缓慢放出气泡，钠逐渐溶解。反应结束后，向溶液中滴加少量酚酞溶液，溶液变红。因为1 mol乙醇和足量钠发生反应只生成0.5 mol氢气，因此，可推断断裂的是O—H键。 (6)乙醇燃烧时产物是什么？什么化学键断裂？ 提示：二氧化碳和水。所有化学键全部断裂。 1．醇的结构 醇是羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连形成的化合物，饱和一元脂肪醇的通式为CnH2n＋1OH(n≥1)。 如乙醇的组成和结构： 2．醇的化学性质与断键位置 反应类型 条件 断键位置 氧化反应 O2(Cu)，△ ①③ 点燃 所有化学键 置换反应 Na ① 取代(酯 化)反应 CH3COOH，浓硫酸，△ ① 消去反应 浓硫酸，170 ℃ ②④ 3.醇的两大反应规律 (1)醇的消去反应规律 醇分子中，连有羟基(—OH)的碳原子必须有相邻的碳原子，并且此相邻的碳原子上必须连有氢原子时，才可发生消去反应，生成不饱和键，表示为。 如都不能发生消去反应。 (2)醇的催化氧化规律 醇的催化氧化产物的生成情况与跟羟基(—OH)相连的碳原子上的氢原子的个数有关。 【例2】 表格中的图是乙醇分子的化学键断键位置的示意图。下列对乙醇发生反应时的反应条件、断键方式及主要有机产物的叙述错误的是 (　　) A.与钠 反应 B.催化 氧化 C.消去 反应 D.与浓 HBr反应 反应 条件 常温 Cu或 Ag 浓硫酸， 170 ℃ △ 断键 位置 ① ②③ ②④ ② 主要 有机 产物 CH3CH2ONa CH3CHO CH2===CH2 CH3CH2Br 乙醇 的分 子结 构　 B　解析：乙醇含有羟基，可发生取代、消去和氧化反应，可与钠反应生成氢气，与乙酸发生酯化反应，与钠反应生成氢气时O—H键断裂，发生催化氧化反应生成乙醛，C—H、O—H键断裂，如燃烧，则所有化学键都断裂。与Na反应生成氢气，O—H键断裂，即键①断裂，A正确；在Cu作用和O2反应，生成醛，C—H、O—H键断裂，即键①③断裂，B错误；乙醇和浓硫酸，共热到170 ℃发生消去反应生成乙烯，形成碳碳双键，键②④断裂，C正确；和浓HBr发生取代反应生成溴乙烷，键②断裂，D正确。 2．碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O 键能/(kJ·mol-1) 356 413 336 化学键 Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ·mol-1) 226 318 452 (1)硅与碳同族，也有一系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 (2)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 解析：(1)烷烃中的C—C键和C—H的键能大于硅烷中的Si—Si键和Si—H键。 (2)键能越大、物质就越稳定，C—H键的键能大于C—O键，故C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。 [对应学生用书P7] 1．已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1，O===O键的键能为497.3 kJ·mol-1，Cl—Cl键的键能为242.7 kJ·mol-1，N≡N键的键能为946 kJ·mol-1，则下列叙述正确的是 (　　) A．N—N键的键能为×946 kJ·mol-1＝315.3 kJ·mol-1 B．氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短 C．氧气分子中氧原子是以共价单键结合的 D．氮气分子比氯气分子稳定 D　解析：N—N键的键能不是N≡N键键能的，A错误；氢原子半径在所有原子中是最小的，所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长，B错误；氧气分子中氧原子是以共价双键结合的，C错误；氮气分子中的N≡N键很牢固，所以氮气分子比氯气分子稳定，D正确。 2．下列几种类推结论正确的是 (　　) A．CH4的沸点低于SiH4，推出H2O的沸点低于H2S B．碳和硅都是ⅣA族的元素，推出CO2和SiO2属于同种类型的晶体 C．镁引起的火灾不能用干冰灭火，推出钠引起的火灾也不能用干冰灭火 D．CaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，推出Na2CO3的溶解度也小于NaHCO3 C　解析：由于水分子间能形成氢键，所以水的沸点远高于H2S，A错误；CO2属于分子晶体，而SiO2属于共价晶体，所以二者的晶体类型不同，B错误；镁具有较强的还原性，能与具有弱氧化性的CO2反应，而钠的还原性强于镁，钠也能与二氧化碳反应，所以钠引起的火灾也不能用干冰灭火，C正确；CaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，但Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，正盐和酸式盐的溶解度之间没有必然联系，不能类推，D错误。 3．下列说法正确的是 (　　) A．化学键的形成与原子结构无关 B．氢键是一种极弱的化学键，但比分子间作用力强 C．离子化合物可能不含金属元素，但可能存在共价键 D．共价化合物中一定不含金属元素 C　解析：化学键的形成与原子结构有关，主要通过原子的价电子间的转移或共用来实现，A错误；氢键本质上是一种分子间作用力，不属于化学键，B错误；铵盐不含金属元素，是离子化合物，铵根离子中存在共价键，C正确；共价化合物中不一定不含金属元素，例如AlCl3、BeCl2为共价化合物，含金属元素，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$