1.3 物质结构研究的意义（教学课件）化学苏教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦物质结构研究的意义，涵盖促进化学科学发展及探索无止境两方面，从分子假说、原子-分子论等化学史到半导体材料等现代应用，结合“晶体美学”导入与小组互动展示结构参数，帮助学生建立“结构决定性质”的化学观念。 其亮点在于融合化学史与前沿科技，通过屠呦呦青蒿素、冷冻电镜等案例，以小组探究、实例分析培养科学思维与探究能力，渗透“探索无止境”的科学态度。学生能深化理论与实践联系，教师可提升教学深度与学生参与度。

null专题1 揭示物质结构的奥秘 第三单元 物质结构 研究的意义 苏教版选择性必修2 物质结构的探索无止境 2 促进了化学科学的发展 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．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。 3．建立“物质结构的探索无止境”的观念，形成探索未知、崇尚真理的意识。 2．感受物质结构的研究对推动人类文明做出的巨大贡献。 引·新课导入 请你说说！这些美丽的晶体的产生都和什么有关呢？ 01 促进了化学科学的发展 小组互动：根据课前在A4纸上书写的物质的化学式和结构式，派小组代表上台通过下面的动画展示物质结构参数，并分享这个物质结构的特征和优势 探·知识奥秘 一、物质结构的内部特征 化学科学的发展离不开对物质结构的探索和研究 开始探索 阿伏伽德罗： 大家知道我是怎么提出的“分子假说”吗 探·知识奥秘 二、分子假说的提出 我在研究气体性质时发现，很多现象用当时的理论难以解释。比如相同条件下，不同气体的体积与所含微粒数量似乎存在某种关联。我猜想，也许存在一种更小的微粒——分子，它是物质保持化学性质的最小单位，而原子是构成分子的基本单元。我认为，在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的 分子，这便是我对分子的一些思考，也由此提出 了 分子学说，希望能为化学研究提供新的视角。 活动：阅读教材，小组分享“原子——分子论”的确立过程 探·知识奥秘 三、“原子——分子论”的确立 不过，最初“分子假说”这一学说并未得到广泛认可，甚至一度被忽视。随着化学研究的深入，越来越多的实验事实，比如气体反应的体积关系等，不断印证着分子学说的合理性。19世纪60年代，经过坎尼扎罗等人的系统梳理和论证，结合原子论与分子学说的核心观点，原子分子论的框架逐渐清晰：物质由原子构成，原子可结合成分子，分子是物质参与化学反应的基本单元。 最终，这一理论得到了国际化学界的普遍认同，成为化学学科发展的重要基石，为后续的化学研究奠定了坚实的理论基础。 探·知识奥秘 四、元素周期律的发现 门捷列夫： 大家知道我是怎么发现的元素周期律吗 我总觉得元素之间该有某种规律。于是我把当时已知的元素按原子量排列，写在卡片上反复摆弄、比较。我发现，当元素按原子量递增排序时，它们的性质会呈现周期性的重复——相似的元素总会在一定间隔后出现。就像音乐里的音符循环，元素的化合价、物理性质等也有这样的周期性。我甚至根据这个规律，大胆预测了一些尚未发现的元素的性质，后来它们真的被找到了，还和我预测的很吻合。这便是我探索元素周期律的过程，它让看似杂乱的元素有 了秩序。 到20世纪40年代，人们已经发现了自然界中存在92种化学元素。与此同时，人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。 探·知识奥秘 四、元素周期律的发现 19世纪中叶，对有机化合物的认识也取得了重大进展。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”，而用不着单凭经验摸索了。这些进展为有机立体化学的发展奠定了基础，对有机化学的进一步发展意义重大。 探·知识奥秘 五、有机化学的发展 从1900年至今，通过化学合成和分离手段得到的新物质的数量急剧增加。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。 探·知识奥秘 2003年达到4 500万种，2015年突破1亿，到2018年高达1.4亿种。 研究物质结构，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。 探·知识奥秘 六、研究物质结构的意义 析·典型范例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在化学发展的历史进程中，德国化学家维勒通过蒸发氰酸铵的水溶液得到了尿素，尿素的合成揭开了人工合成有机化合物的序幕。维勒的这个发现推翻了当时阻碍化学发展的“生命力论”。 ( ) (2)光缆在信息产业中有广泛应用，制造光缆的主要材料是单质硅。 ( ) (3)纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞。 ( ) (4)我国科学家在合成氨反应机理研究中取得新进展，首次报道了LiH­3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理，即低温下合成氨，能提高原料转化率。 ( ) √ × √ √ 析·典型范例 2．下列涉及学科观点的有关说法正确的是 (　　) A．微粒观：二氧化碳是由碳原子和氧原子构成的 B．转化观：升高温度可以将不饱和硝酸钾溶液转变为饱和溶液 C．守恒观：1 g镁与1 g稀硫酸充分反应后所得的溶液质量为 2 g D．结构观：金刚石和石墨由于结构中碳原子的排列方式不同，性质存在着较大的差异 D 析·典型范例 3．物理学家卢瑟福的“α散射实验”的结果如下：使一束α粒子(质量数为4，带2个单位正电荷)射向一片极薄的金箔。过去一直以为是实心球紧密排列而成的金箔，竟让大多数α粒子畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的。但也有极少数的粒子的前进路线发生偏转，或被笔直地弹回。下列根据以上实验现象得出的结论错误的是 (　　) A．金原子不是实心球，内部很“空旷”，其中存在“硬核”，其体积比原子本身小得多 B．金原子的“硬核”质量比α粒子大得多，故金原子的质量主要集中在“核”上 C．金原子的“硬核”带正电，原子内含的正电荷集中在“核”上 D．核外电子绕原子核做高速圆周运动 D 析·典型范例 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。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 C 析·典型范例 5．下列可用于判断某物质为晶体的方法是(　　) A．质谱法　　　　　 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．X射线衍射法 6．联合国决定2011年为国际化学年，旨在纪念化学学科取得的成就及对人类的巨大贡献。下列科学家取得的成就与化学学科研究领域无关的是(　　) A．哈伯发明合成氨技术 B．门捷列夫发现元素周期律 C．爱因斯坦提出相对论 D．居里夫人发现镭 D C 02 物质结构的探索无止境 探·知识奥秘 一、物质结构鉴定的意义 探寻人类和其他生物生命运动的化学机理， 是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。 20世纪经典生物学的最大突破是在分子水平上探索生命现象的本质，这一过程也离不开对物质结构的研究。 2015年10月，我国科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔奖评选委员会的颁奖词中写道：“屠呦呦发现了青蒿素，这种药品有效降低了疟疾患者的死亡率”“对全球的影响及对人类福祉的改善是无可估量的”。在青蒿素的发现、提纯、组成与结构测定、合成与修饰及实际应用过程中，各个环节都有赖于化学科学的支持，饱含着一大批化学工作者的辛勤付出。 探·知识奥秘 一、物质结构鉴定的意义 到2017年，在已颁发的106次诺贝尔化学奖中，获奖最多的属于生物化学领域，高达50次。这些工作绝大多数与物质结构鉴定有关。 2009-2017诺贝尔化学奖分布统计 瑞士科学家雅克•迪波什（Jacques Dubochet）、美国科学家约阿基姆•弗兰克（Joachim Frank）和英国科学家理查德•亨德森（Richard Henderson）因“发展了冷冻电子显微镜技术确定溶液中生物分子的高分辨率结构”荣获2017年诺贝尔化学奖 2025年诺贝尔化学奖 探·知识奥秘 二、需要物质结构理论与分析测试技术的支持义 有助于进行手性生物分子和手性药物的开发，特别是人类亟待解决的抗癌药物的设计、制备和筛选，以及合成一大批高效、无毒副作用的药物 研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理 01 为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础 研究食草动物胃内的酶是如何把植物纤维分解为小分子 02 可帮助人类揭示生命的奥秘 合成具有生物活性和生理活性的分子 03 创造“新陈代谢”的目标就能得以实现…… 了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理 04 探·知识奥秘 三、物质转化中与化学键相关的问题 化学反应的实质：旧化学键断裂与新化学键形成的过程 那么，人们如何从物质的结构入手有效地调控化学反应呢？ 能否建立新的理论来指导化学反应的设计？ 能否找到在温和条件下即可反应、对环境友好的一系列催化剂？ 量子化学是结构化学最重要的理论基础， 结构化学是量子化学最直接的实验基础和推动力量。 探·知识奥秘 三、物质转化中与化学键相关的问题 如何在理论指导下 控制化学反应？ 能否生成预期的分子？ 如何预测 化学反应的速率？ ...... 如何探索 化学反应的途径？ 需要什么催化剂才能 在温和条件下进行反应？ 两个或多个分子之间 能否发生化学反应？ 化学家利用化学反应实现物质转化，制备人类生活和生产所需要的物质，需要回答一系列与化学键相关的问题： 随着化学反应的量子力学理论的进一步发展和技术的改善，人类将进入一个崭新的世界：合成氨不再需要高温、高压，光合作用不再是植物的“专利”，化工生产不再生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境污染…… 探·知识奥秘 三、物质转化中与化学键相关的问题 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。 绿色合成方法的设计和实施，合成具有高活性和选择性的催化剂，都依赖于对物质转化规律、催化剂结构和催化机理的研究。环境的改善，将进一步提高人类的生活质量，促进社会的可持续发展。 探·知识奥秘 在过去的100多年里，化学作为一门中心的、实用的、创造性的科学，已经为人类认识物质世界和人类文明的进步作出巨大贡献。 用化学方法合成的数以千万计的物质，为阐明生命的起源、制备生物活性物质、合成新药物以及开发新材料奠定了理论和实验基础。 对物质结构的进一步研究，将会使明天的世界变得更加绚丽多彩。 化学创立了研究物质结构的理论、方法和实验手段，初步揭示了物质的结构和性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。 探·知识奥秘 物质结构探索的三层意义 证明世界的物质性和人类认识自然世界的永无止境。 在认识自然的过程中，人们找到了描述丰富多彩、变化万千的物质世界的最重要的概念——元素，从而使物质世界变得简单、有序。 ①哲学 丰富了人们关于物质世界的基本认识。 逐渐形成了从微观分析到揭示宏观现象的思维范式，也就是常说的“结构决定性质”。 ②科学理论和方法 物质结构研究获得的知识和方法可以指导人们解决很多实践中的问题。 在搞清楚新物质结构特征的基础上，才能有目的地进行合成。 ③实践 析·典型范例 1．下列说法正确的是 (　　) A．ⅠA 族的元素都是碱金属元素 B．鉴别碳酸钠与碳酸氢钠可以选用氢氧化钙 C．向氯化铝溶液中加入过量氨水，可制得氢氧化铝 D．铝易与氧气反应生成氧化铝，说明铝片不能在空气中稳定存在 C 析·典型范例 2.化学与我们的生活密不可分，下列说法不正确的是 (　　) A．Cl2、ClO2、O3等可用于自来水的杀菌消毒 B．SiO2广泛用于制作光导纤维和硅太阳能电池 C．液氨、干冰等可用作制冷剂 D．BaSO4可用于肠胃X射线造影检查 B 析·典型范例 3．《清波杂志》记载：“信州铅山胆水自山下注，势若瀑布，用以浸铜……古传一人至水滨，遗匙钥，翌日得之，已成铜矣。”下列有关叙述错误的是 (　　) A．“胆水”中含有CuSO4 B．“胆水”经蒸干后可获得胆矾晶体 C．可以用该胆水为原料湿法炼铜 D．“钥匙成铜”发生了置换反应 B 析·典型范例 4．抗击新型冠状病毒的战役中，涉及到许多化学知识。下列有关说法错误的是 (　　) A．消毒剂过氧乙酸(CH3COOOH)为无机物 B．“84”消毒液与洁厕灵混用会产生有毒气体氯气 C．传输“网课”信号所用光导纤维的主要成分SiO2属于氧化物 D．双氧水杀死病毒是利用了H2O2的氧化性 A 析·典型范例 5．化学在古代与现代的科技发展中发挥着十分重要的作用，下列说法正确的是 (　　) A．古代与现代的冶金均运用了相同的化学原理 B．古代与现代的火箭发射均使用了液体燃料 C．古代捣碎中药与现代中药纳米粉碎均是化学变化 D．古代风筝与现代热气球飞行均无需物质直接供给能量 A 物质结构 研究的意义 促进了化学科学的发展 物质结构的探索无止境 理·核心要点 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1.两位美国科学家彼德·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究作出的开放性贡献而获得2003年诺贝尔化学奖，他们之所以获得诺贝尔化学奖而不是生理学或医学奖是因为（ ） A．他们的研究和化学物质水有关 B．他们的研究有利于研制针对一些神经系统疾病和心血管疾病的药物 C．他们的研究深入到分子、原子的层次 D．他们的研究深入到细胞的层次 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2.化学与材料科学息息相关，从一定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，就不可能使新的科学技术成为生产力。下列有关材料的说法不正确的是(　　) A. 材料是为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质 B. 人类使用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶 C. 由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的保护层可以采用镁铝合金 D. 高分子分离膜是具有传统高分子材料的机械性能，又具有特殊分离功能的功能高分子材料制成的薄膜 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3.Zewail创立的飞秒(1fs＝10－15 s)化学研究了极短时间内的反应历程，巧妙地解决了如何确定反应起点问题。例如HI与CO2的反应过程片段为： H＋OCO→HOCO HO＋CO。下列有关说法正确的是(　　) A. 中间产物HOCO属于有机化合物 B. 反应起点为HI离解为H和I自由基，终点为HO自由基与I自由基结合 C. HOCO经1 000 fs离解为HO自由基和CO，说明HI与CO2的反应速率极快 D. 飞秒化学展现的反应历程不能为“化学反应实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.为了进一步提高合成氨的生产效益，科研中最有开发价值的是(　　) A. 寻求H2的新来源 B. 研制耐高温高压的新材料合成塔 C. 研制低温下活性较大的催化剂 D. 研制高温下活性较大的催化剂 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5.1998年诺贝尔化学奖授予科恩(美)和波普尔(英)以表彰他们在理论化学领域作出的重大贡献。他们的工作使实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质，引起整个化学领域正在经历一场革命的变化。下列说法正确的是(　　) A．化学不再是纯实验科学 B．化学不再需要实验 C．化学不做实验，就什么都不知道 D．未来化学的方向还是经验化 A 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修2 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $