1.1 物质结构研究的内容（教学设计）化学苏教版选择性必修2

第一单元 物质结构研究的内容 一、知识目标 1.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.从物质的微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从微观角度认识物质的微粒、微粒的空间排布/聚集以及微粒间的相互作用，能从微观结构解释物质性质差异。 2.证据推理与模型认知：通过搭建分子球棍模型等活动，建立物质结构的模型，根据结构证据推理物质的性质。 3.科学探究与创新意识：探究物质结构与性质的关系，培养创新思维和科学探究能力。 一、教学重点 1.认识物质的特征结构，包括微粒、微粒的空间排布/聚集、微粒间的相互作用 2.揭示物质结构与性质的关系 二、教学难点 从物质结构的角度解释物质性质的差异，理解物质结构研究对化学反应的重要性 本节教学内容源于苏教版选择性必修2《物质结构与性质》专题1第一单元《物质结构研究的内容》。该内容是在学生学习了初中化学及高中化学必修部分相关知识的基础上，进一步深入探讨物质结构的奥秘，对于学生构建完整的化学知识体系，培养化学学科核心素养具有重要意义。它不仅是对前面所学知识的深化和拓展，也为后续学习物质的性质、化学反应原理等内容奠定基础。 本单元聚焦于物质结构研究的两大核心内容，即认识物质的特征结构和揭示物质结构与性质的关系。教材通过搭建分子球棍模型、分析元素原子结构、探讨同分异构现象、研究化学键等多种方式，引导学生从不同角度认识物质的结构。同时，结合磷、碳等元素的同素异形体，深入阐述物质结构对性质的决定性作用。这种编排方式有助于学生逐步建立起结构决定性质、性质反映结构的化学观念，培养学生的微观探析和证据推理能力。 高二学生在初中化学和高中化学必修课程的学习中，已经积累了一定的化学基础知识，对物质的组成、性质和变化有了初步的认识。然而，对于物质的微观结构，他们的了解还比较肤浅，缺乏深入的探究和系统的认识。在思维能力方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，虽然已经具备了一定的逻辑推理能力，但对于抽象的微观概念和复杂的结构模型，理解起来仍存在一定的困难。此外，学生在学习过程中可能会存在个体差异，部分学生对化学学习有较高的兴趣和积极性，能够主动参与课堂活动和探究学习；而另一部分学生可能会因为化学知识的抽象性和复杂性而产生畏难情绪。 因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用多样化的教学方法和手段，如模型展示、实验探究、多媒体辅助教学等，将抽象的知识形象化、具体化，帮助学生更好地理解和掌握物质结构的相关知识。同时，要关注学生的学习反馈，及时调整教学策略，激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段关于化学物质的视频，大家认真观看，看看视频里的物质都有什么特点，蕴含着怎样的化学奥秘。（播放视频后，给学生一些时间讨论） 任务1：请大家思考一下，我们生活的世界中，物质资源丰富多样，这些物质都是大自然赐予的吗？ 【播放第二个视频并提问】同学们，大家看屏幕上展示的这些美丽而又用途广泛的物质，有璀璨夺目的钻石、柔软润滑的石墨、高效消毒的过氧化氢溶液，还有生活中必不可少的食盐。它们形态各异、性质不同，却都蕴含着神奇的化学奥秘。现在科学家们又是如何探索出我们生活生产需要的新的物质的呢？（给学生一些时间思考和讨论，鼓励他们发表自己的看法） 【介绍合成新物质的实例】大家的想法都很有创意。事实上，很多物质并不是天然就存在的，而是科学家们通过深入研究物质结构，精心设计反应条件，最终合成出来的。比如，在高分子材料领域，科学家们通过研究分子结构，合成出了具有特殊性能的塑料、橡胶和纤维，这些材料广泛应用于我们生活的方方面面，从日常用品到高科技产品都离不开它们。再比如，在药物研发方面，科学家们通过对生物分子结构的研究，设计并合成出了许多治疗疾病的新药，为人类健康做出了巨大贡献。那么，科学家们是依据什么来合成这些新物质的呢？这就需要我们深入了解物质的结构。今天，就让我们一起走进物质结构的奇妙世界，探索其中的奥秘。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示多种常见且具有代表性的物质图片，让学生直观地感受到物质的多样性和神奇性，迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂讨论中来。 2.联系生活实际和科技发展：介绍合成新物质在高分子材料和药物研发等领域的应用实例，将抽象的物质结构知识与生活实际和科技进步紧密联系起来，让学生认识到化学在推动社会发展和改善人类生活方面的重要作用，增强学生对化学学科的认同感和学习热情。 3.引发思考，导入新课：提出关于物质来源和科学家探索新物质方法的问题，引发学生的深入思考，自然地过渡到本节课关于物质结构研究的主题，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和针对性。 教学环节二 认识物质的特征结构 活动1 搭建分子球棍模型，探索物质结构特点 【引入】同学们，我们生活的世界中，物质资源丰富多样，这些物质都是大自然赐予的吗？科学家们又是如何探索出我们生活生产需要的新的物质的呢？带着这些疑问，我们先来通过一个有趣的活动——搭建分子球棍模型，来探索物质的结构特点。 【问题】请大家利用桌面上不同大小的小球和长短不一的小棍搭建分子球棍模型，思考物质的结构有哪些特点呢？ 【学生活动】学生分组进行分子球棍模型的搭建，在搭建过程中观察和讨论物质结构的特点。 【教师活动】巡视各小组的搭建情况，适时给予指导和提示，引导学生从微粒、微粒的空间排布/聚集、微粒间的相互作用等角度去思考物质结构以及研究物质结构的意义。 【设计意图】 通过实际的模型搭建活动，让学生亲身体验和感受物质的结构，激发学生的学习兴趣和探索欲望，培养学生的动手能力和空间思维能力。 活动2 从微粒角度认识物质结构（以原子为例） 【引入】在我们搭建的分子球棍模型中，原子是构成物质的重要微粒之一。那么元素的性质与原子结构之间有怎样的关系呢？下面我们来深入探讨一下。 【问题】请大家画出 1 - 20 号元素的原子结构示意图，并思考以下问题：（1）元素性质周期性变化的主要原因是什么？（2）元素的原子结构是如何决定元素性质的呢？（3）元素的原子结构与元素的金属性和非金属性的强弱之间有什么关系？ 【学生活动】学生画出 1 - 20 号元素的原子结构示意图，分组讨论并回答上述问题。 【教师活动】倾听学生的回答，进行点评和总结。指出元素性质周期性变化的主要原因是元素原子最外层电子排布的周期性；随着元素核电荷数的递增，元素的原子半径（稀有气体元素除外）、元素的主要化合价（最高化合价和最低化合价）、元素的金属性和非金属性均呈现变化；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，非金属性越弱；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，金属性越弱。 【设计意图】 通过让学生自己画图、思考和讨论，培养学生的自主学习能力和逻辑思维能力，加深学生对元素性质与原子结构关系的理解。 活动3 从微粒的空间排布/聚集角度认识物质结构 【引入】我们已经知道物质的结构包括微粒的空间排布/聚集，那么同分异构体就是微粒空间排布不同的典型例子。下面我们来看看正丁烷和异丁烷这两种同分异构体。 【问题】展示正丁烷和异丁烷的相关数据（熔点、沸点、相对密度），提问为什么它们具有相同的分子式，但物理性质却不同呢？ 【学生活动】观察数据，思考并回答问题，认识到同分异构现象是化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，互为同分异构体的物质物理性质不同，化学性质可能相似。 【教师活动】对学生的回答进行补充和强调，解释同分异构体的结构差异导致了物理性质的不同，进一步说明微粒的空间排布对物质性质的影响。 【设计意图】 通过同分异构体的实例，让学生直观地感受微粒的空间排布对物质性质的影响，加深对物质结构与性质关系的理解。 活动4 从微粒间的相互作用角度认识物质结构 【引入】在物质的结构中，微粒间的相互作用是非常重要的一部分。我们以化学键为例，来探讨一下钠原子和氯原子是如何形成 NaCl 晶体的。 【问题】请思考钠原子和氯原子是如何形成 NaCl 晶体的？观察乙醇转化为乙醛的过程，讨论转化过程中化学键的变化。 【学生活动】思考并回答钠原子和氯原子形成 NaCl 晶体的过程，即钠原子失去一个电子形成钠离子，氯原子得到一个电子形成氯离子，钠离子和氯离子通过静电作用力生成氯化钠； 观察乙醇转化为乙醛的过程，分析化学键的断裂和生成情况。 【教师活动】引导学生用电子式等方式表示 NaCl 晶体的形成过程，对学生分析乙醇转化为乙醛过程中化学键变化的情况进行点评和总结，强调研究化学反应就要研究化学键的断裂与形成。 【归纳小结】如何研究物质之间的化学反应 （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。 【设计意图】通过具体的例子，让学生理解化学键在物质形成和化学反应中的重要作用，培养学生分析和解决问题的能力。 析·典型范例 1.请从物质的结构入手分析以下问题： （1）从分子组成上看，乙醇比乙烷多了1个氧原子，但性质差异很大。 【答案】乙醇分子中存在羟基（—OH），决定了乙醇的化学性质。 （2）过氧化氢具有强氧化性，其水溶液是医疗上常用的一种消毒液，生活中常用的漂白剂。过氧化氢中氢原子和氧原子是怎样结合在一起的？ 【答案】H原子与O原子、O原子与O原子之间均以共价键结合。 教学环节三 揭示物质结构与性质的关系 活动1 以磷的同素异形体为例揭示物质结构与性质的关系 【引入】我们知道物质的性质与组成物质的微粒有关，那么微粒的排列结构对物质性质有影响吗？下面我们来看看磷的同素异形体——白磷和红磷。 【问题】白磷在潮湿空气中发生缓慢的氧化反应，在 40 ○C 左右即可发生自燃；而红磷在 300 ○C 左右才与氧气反应。两者组成的元素相同，为什么表现出的性质有如此明显的差异？ 【学生活动】阅读教材中关于白磷和红磷结构的内容，思考并回答问题，认识到物质的性质不止与组成物质的微粒有关，也与微粒的排列结构有关。 【教师活动】展示白磷和红磷的结构模型，进一步解释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；红磷的链状结构比较稳定，室温下不与氧气反应。 【设计意图】 通过对比白磷和红磷的性质差异，引导学生从结构的角度去分析原因，让学生深刻理解物质结构与性质的关系。 活动2 以碳的同素异形体为例揭示物质结构与性质的关系 【引入】除了磷的同素异形体，碳的同素异形体也是很好的例子。金刚石、石墨、富勒烯和碳纳米管，组成元素均为碳元素，但它们的性质差异很大。下面我们来结合它们的结构，分析其结构特点与性质的关系。 【问题】展示金刚石、石墨、富勒烯和碳纳米管的结构图片，提问为什么它们的性质差异很大呢？ 【学生活动】观察图片，思考并回答问题，认识到物质的结构在很大程度上决定了物质的某些性质。 【教师活动】对学生的回答进行总结和补充，详细讲解金刚石碳原子间结合牢固，是自然界中天然存在最硬的物质，可以用于切割玻璃、金属；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；富勒烯碳原子结合形状是中空足球状，中空部位可以填入其他原子或者分子；碳纳米管是中空管状结构的富勒烯，强度高，弹性佳。 【设计意图】 通过多种碳的同素异形体的实例，让学生更全面地认识物质结构与性质的关系，拓宽学生的知识面，培养学生的观察和分析能力。 【归纳小结】物质结构与性质关系的研究过程 析·典型范例 1.为什么乙醇和二甲醚的分子组成都是C2H6O，性质上却差异很大？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。 【答案】二者属同分异构体。乙醇结构中含-OH，-OH能和金属钠反应放出氢气，-OH能和水分子之间形成氢键，故乙醇易溶于水。 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。 【答案】白磷中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键可嵌入一个氧原子。 一个白磷分子共有六个P—P键，共可结合六个氧原子所以生成的产物之一是P4O6。 一、认识物质的特征结构 1.核心思想 结构决定性质，性质反映结构 2.研究意义 获得有用信息，设计反应条件，解释生成物 3.研究内容 微粒：分子、原子、离子等 微粒的空间排布/聚集：分子结构、晶体排布等 微粒间的相互作用：离子键、共价键、分子间作用力等 二、揭示物质结构与性质的关系 1.磷的同素异形体 白磷：分子晶体，正四面体结构，反应活性高 红磷：链状结构，较稳定 2.碳的同素异形体 金刚石：硬度大 石墨：可作润滑剂 富勒烯：中空结构 碳纳米管：强度高、弹性佳 3.研究过程 预测 - 实验验证 - 阐明关系 1.下列有关物质结构的认识中，正确的是（ ） A. 物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构 B. 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 C. 物质的结构随着人们的认识或研究的发展经常发生变化 D. 物质的结构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 【答案】A 【解析】A. 物质的结构决定物质的性质，物质具有什么样的性质就反映出其具有什么样的结构，A选项正确；B. 物质的结构包括构成物质的微粒（分子、原子、离子等）、微粒的空间排布/聚集以及微粒间的相互作用等多个方面，B选项错误；C. 物质的结构是客观存在的，不会随着人们的认识或研究的发展而改变，只是人们对其的认识在不断深入，C选项错误；D. 从微观上说物质可以由分子、原子或离子构成，D选项错误。 2.下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是（ ） A. 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 B. 根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子 C. 熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的电子 D. 研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发 【答案】C 【解析】A. 氮气分子中存在氮氮三键，键能大，破坏该键需要较高的能量，所以N₂在通常条件下很稳定，A选项正确；B. 石墨具有良好的导电性和传热性，是因为石墨晶体中存在自由移动的电子，B选项正确；C. 熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的钠离子和氯离子，而不是自由移动的电子，C选项错误；D. 了解材料的结构与性质的关系，能够根据需求设计和合成具有特定性能的新材料，有助于新材料的研发，D选项正确。 3.最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA来杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS）。下列有关14C的叙述中正确的是（ ） A. 与12C原子的化学性质不同 B. 与¹⁴N含有的中子数相同 C. 是C60的同素异形体 D. 与¹²C互为同位素 【答案】D 【解析】A. 14C与12C是碳元素的不同核素，它们的质子数相同，化学性质相似，A选项错误；B. 14C的中子数为14 - 6 = 8，14N的中子数为14 - 7 = 7，二者中子数不同，B选项错误；C. 同素异形体是由同种元素组成的不同单质，14C是原子，C60是单质，二者不是同素异形体关系，C选项错误；D. 14C与12C质子数相同，中子数不同，互为同位素，D选项正确。 4.C60与金刚石互为同素异形体，两者的物理性质差异较大。下列关于C60的说法中，正确的是（ ） A. 易溶于水 B. 易溶于氯化钠溶液 C. 易溶于氨水 D. 可溶于苯等有机溶剂 【答案】D 【解析】C60是一种非极性分子，根据“相似相溶”原理，它易溶于非极性溶剂。A. 水是极性溶剂，C60难溶于水，A选项错误；B. 氯化钠溶液是极性溶液，C60难溶于其中，B选项错误；C. 氨水是极性溶液，C60难溶于氨水，C选项错误；D. 苯等有机溶剂是非极性溶剂，C60可溶于苯等有机溶剂，D选项正确。 5.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. 氯化钠是离子化合物 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. 钠原子易失去一个电子，氯原子易得到一个电子 【答案】B 【解析】A. 氯化钠是由钠离子和氯离子通过离子键形成的离子化合物，A选项正确；B. 钠原子最外层有1个电子，容易失去电子，具有较强的还原性；钠离子最外层达到了8电子稳定结构，化学性质相对稳定，二者化学性质不同，B选项错误；C. 钠原子和氯原子通过得失电子形成钠离子和氯离子，达到稳定结构，生成NaCl后稳定性增强，C选项正确；D. 钠原子最外层有1个电子，易失去一个电子形成稳定结构；氯原子最外层有7个电子，易得到一个电子形成8电子稳定结构，D选项正确。 6.下列说法不正确的是( ) A. ¹⁶O₂和¹⁸O₂互为同位素 B. 红磷和白磷互为同素异形体 C. C₃H₈和C₄H₁₀互为同系物 D. C₂H₅OH和CH₃OCH₃互为同分异构体 【答案】A 【解析】A. 同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，¹⁶O₂和¹⁸O₂是氧气分子，不是原子，不互为同位素，A选项错误；B. 红磷和白磷是由磷元素组成的不同单质，互为同素异形体，B选项正确；C. C₃H₈和C₄H₁₀都属于烷烃，结构相似，分子组成上相差一个CH₂原子团，互为同系物，C选项正确；D. C₂H₅OH和CH₃OCH₃的分子式相同，但结构不同，互为同分异构体，D选项正确。 7.“富勒烯”材料家族包括B40、C60、C70、N60，下列说法正确的是( ) A．B40和C70都属于新型化合物 B．B40、C60、C70、N60分子内都只含共价键 C．C60和C70属于同分异构体 D．B40、C60、C70、N60都属于烯烃 【答案】B 【解析】A. B40、C60、C70、N60都是由一种元素组成的纯净物，属于单质，不是化合物，A选项错误；B. 这些物质都是由原子通过共价键结合形成的分子，分子内只含共价键，B选项正确；C. 同分异构体是指分子式相同但结构不同的化合物，C60和C70的分子式不同，不属于同分异构体，C选项错误；D. 烯烃是指含有碳碳双键的烃类化合物，B40、C60、C70、N60中不一定含有碳碳双键，且不全是由碳、氢两种元素组成，不属于烯烃，D选项错误。 8.下列不属于探索物质微观结构的是( ) A. 探索氨分子的空间构型 B. 研究乙醇分子中各原子的连接方式 C. 从浊液中用过滤的方法分离出BaSO₄ D. 研究金刚石坚硬的原因 【答案】C 【解析】A. 探索氨分子的空间构型是对分子微观结构的研究，A选项不符合题意；B. 研究乙醇分子中各原子的连接方式属于探索物质的微观结构，B选项不符合题意；C. 从浊液中用过滤的方法分离出BaSO₄是一种分离混合物的操作，不涉及物质微观结构的探索，C选项符合题意；D. 研究金刚石坚硬的原因需要从其原子结构和化学键等微观层面进行分析，属于探索物质微观结构，D选项不符合题意。 9.理解微观粒子的结构及物质结构与性质的关系对学好化学至关重要 （1）与氩原子电子层结构相同的−2价阴离子的结构示意图为 ____________。 （2）写出表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号：_____________。 （3）质量相同的H₂O和D₂O与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比______________。 （4）用电子式表示氯化镁的形成过程：___________________________________。 【答案】（1） （2） （3）10:9 （4） 【解析】 氩原子的电子层结构为2、8、8，与氩原子电子层结构相同的−2价阴离子是S²⁻，其结构示意图为。含有8个质子的元素是氧元素，质子数为8，中子数为10，则质量数为8 + 10 = 18，该原子的化学符号为。H₂O的摩尔质量为18g/mol，D₂O的摩尔质量为20 g/mol，设H₂O和D₂O的质量均为m g，则H₂O的物质的量为m/18 mol，D₂O的物质的量为m/20 mol。根据2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑，2Na + 2D₂O = 2NaOD + D₂↑，可知生成氢气和氘气的物质的量分别为m/36 mol和m/40 mol，在标准状况下，气体体积之比等于物质的量之比，即为10:9。镁原子失去2个电子形成镁离子，2个氯原子各得到1个电子形成氯离子，用电子式表示氯化镁的形成过程为 。 在本节课的教学中，通过搭建分子球棍模型等活动，学生对物质的微观结构有了更直观的认识，较好地理解了物质结构与性质的关系。但在教学过程中也发现了一些问题，部分学生对于原子结构决定元素性质的理解存在困难，在后续教学中需要加强这方面的引导，结合具体实例进行详细讲解。同时，在课堂练习环节，部分学生对同分异构体、同素异形体等概念容易混淆，应在今后的教学中增加相关的对比练习，强化学生对概念的理解和区分。另外，小组活动时个别学生参与度不高，需要关注每一位学生的学习状态，提高学生的课堂参与度。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $