化學 5 物質(zhì)結構的探索無止境 蘇教版選修3

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1、專題專題5 物質(zhì)結構的探索無止境物質(zhì)結構的探索無止境課程標準課程標準1認識研究物質(zhì)結構與性能的關系對分子設計、合成新認識研究物質(zhì)結構與性能的關系對分子設計、合成新 型型材料的重要意義。材料的重要意義。2了解量子力學在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等研究領域中的了解量子力學在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等研究領域中的 指指導作用。導作用。3了解研究生命現(xiàn)象的化學機理對促進人類健康的重要了解研究生命現(xiàn)象的化學機理對促進人類健康的重要 作作用。用。4體會學習物質(zhì)研究的方法有助于探索物質(zhì)世界的奧秘體會學習物質(zhì)研究的方法有助于探索物質(zhì)世界的奧秘.專題專題5 物質(zhì)結構的探索無止境物質(zhì)結構的探索無止境微粒微粒分子分子物理物理化學

2、化學生物生物生理生理光、電、磁光、電、磁生命運動生命運動大大小小二、研究化學反應的量子力學理論二、研究化學反應的量子力學理論1化學反應的意義：實現(xiàn)物質(zhì)的化學反應的意義：實現(xiàn)物質(zhì)的_，_人類生活和生產(chǎn)所需要的物質(zhì)。人類生活和生產(chǎn)所需要的物質(zhì)。2科學理論：精確有效而又普遍適用的化學反應的科學理論：精確有效而又普遍適用的化學反應的_。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化制備制備量子力學理論量子力學理論高溫、高壓高溫、高壓光合光合副產(chǎn)物副產(chǎn)物能源能源環(huán)境污染環(huán)境污染三、研究生命現(xiàn)象的化學機理三、研究生命現(xiàn)象的化學機理1探尋人類和生物的生命運動的探尋人類和生物的生命運動的_，無疑是，無疑是21世紀化學科學亟待解決的重大課題之一。世

3、紀化學科學亟待解決的重大課題之一。2化學創(chuàng)立了研究物質(zhì)結構的化學創(chuàng)立了研究物質(zhì)結構的_、_和和_，初步揭示了物質(zhì)的結構與性能之間的關系，初步揭示了物質(zhì)的結構與性能之間的關系和規(guī)律，為設計具有各種特殊功能的新物質(zhì)提供了有效的方和規(guī)律，為設計具有各種特殊功能的新物質(zhì)提供了有效的方法和手段。法和手段?；瘜W機理化學機理理論理論方法方法實驗手段實驗手段1在環(huán)境污染已經(jīng)成為當前中國發(fā)展中的一個重大問題。在環(huán)境污染已經(jīng)成為當前中國發(fā)展中的一個重大問題。生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生的某氣體在近地面濃度稍大時是一種污染生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生的某氣體在近地面濃度稍大時是一種污染物，而在高空卻對人類有保護作用，該氣體是物，而在高空卻

4、對人類有保護作用，該氣體是()ANO BO3CCO2 D氟氯烴氟氯烴解析：解析：O3在低空濃度過大時會導致呼吸道疾病，但在高空有在低空濃度過大時會導致呼吸道疾病，但在高空有過濾紫外線的功能，降低人類患皮膚癌等疾病的風險，是有過濾紫外線的功能，降低人類患皮膚癌等疾病的風險，是有益的氣體，益的氣體，B正確。正確。B2郵票收藏愛好者把信封上的郵票剪下來浸在水中，能除去郵票收藏愛好者把信封上的郵票剪下來浸在水中，能除去郵票背面的粘合劑，這是利用了該粘合劑具有很強親水性郵票背面的粘合劑，這是利用了該粘合劑具有很強親水性 的的性能。該粘合劑的成分可能是性能。該粘合劑的成分可能是()解析：選解析：選B。根據(jù)

5、題中該粘合劑具有很強親水性的信息。根據(jù)題中該粘合劑具有很強親水性的信息,可可 知知該粘合劑中含有親水的基團，該粘合劑中含有親水的基團，B選項中的羥基選項中的羥基(OH)具有具有 親親水性，因為羥基可以與水分子間形成氫鍵，水性，因為羥基可以與水分子間形成氫鍵，C選項中的選項中的 氯氯 原原子和子和D選項中的甲基都不具有親水性，所以正確答案為選項中的甲基都不具有親水性，所以正確答案為B。3“綠色化學綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在是當今社會提出的一個新概念。在“綠色綠色 化化 學學工藝工藝”中，理想狀態(tài)是反應原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即中，理想狀態(tài)是反應原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子

6、利用率為原子利用率為100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率達到最高，還需要消耗的其他反應物有達到最高，還需要消耗的其他反應物有()ACO BCO2和和H2OCH2O和和O2 DCH3OH和和O2解析：乙酸乙酯的化學式為解析：乙酸乙酯的化學式為C4H8O2，用，用C4H8O2減去減去2分子分子CH4得得C2O2，即，即2分子分子CO。A探究導引探究導引1高分子纖維的強度比共價鍵的強度弱得多，我們高分子纖維的強度比共價鍵的強度弱得多，我們能制得具有共價鍵強度的材料嗎？能制得具有共價鍵強度的材料嗎？提示：提示：能。我國科學家前不久成功合成了能。我國科學家前不

7、久成功合成了3 nm長的管狀定向長的管狀定向碳納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度碳納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度(抵抗變形的能力抵抗變形的能力)好、密度小好、密度小(只有鋼的只有鋼的1/4)、熔點高、熔點高、 化化 學學穩(wěn)定性好等特點，因而被稱為穩(wěn)定性好等特點，因而被稱為“超級纖維超級纖維”。研究物質(zhì)的結構與性能的關系研究物質(zhì)的結構與性能的關系探究導引探究導引2太陽投射到地球上的能量是當前全世界所耗能量太陽投射到地球上的能量是當前全世界所耗能量總數(shù)的一萬倍。如果人類能利用總數(shù)的一萬倍。如果人類能利用0.1%的太陽能，就能滿的太陽能，就能滿 足當足當前全世界的

8、能源需求。我們該如何利用太陽能？前全世界的能源需求。我們該如何利用太陽能？提示：提示：利用太陽能發(fā)電；利用太陽能電解水以制氫氣；利利用太陽能發(fā)電；利用太陽能電解水以制氫氣；利 用用太陽能加熱水來滿足人們?nèi)粘Ｉ钪?；利用太陽能生產(chǎn)太陽能加熱水來滿足人們?nèi)粘Ｉ钪?；利用太陽能生產(chǎn) 更更多的綠色食品等等。太陽能的有效利用主要依靠化學所研多的綠色食品等等。太陽能的有效利用主要依靠化學所研 制制的新型材料。的新型材料。1物質(zhì)的結構物質(zhì)的結構物質(zhì)的結構是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素，包括構成物質(zhì)的物質(zhì)的結構是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素，包括構成物質(zhì)的 微微粒及微粒之間的相互作用，分子的構型、手性等。物質(zhì)結粒及微

9、粒之間的相互作用，分子的構型、手性等。物質(zhì)結 構構的最基本規(guī)律是元素周期律、化學鍵理論、晶體結構、分的最基本規(guī)律是元素周期律、化學鍵理論、晶體結構、分 子子構型等知識。構型等知識。2物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)包括物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)、生物活性和物質(zhì)的性質(zhì)包括物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)、生物活性和 生生理活性等。理活性等。3物質(zhì)結構與性質(zhì)的關系物質(zhì)結構與性質(zhì)的關系化學研究的對象是物質(zhì)及其變化化學研究的對象是物質(zhì)及其變化,找出事物之間的客觀規(guī)律找出事物之間的客觀規(guī)律,抓抓住事物變化的本質(zhì)，就可以理解事物變化的原因。也就住事物變化的本質(zhì)，就可以理解事物變化的原因。也就 是是 說說要抓住要抓住“

10、物質(zhì)結構決定物質(zhì)性質(zhì)，性質(zhì)又能反映結構，物質(zhì)的物質(zhì)結構決定物質(zhì)性質(zhì)，性質(zhì)又能反映結構，物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途性質(zhì)決定物質(zhì)的用途”這一規(guī)律。掌握這些規(guī)律，我們就可以這一規(guī)律。掌握這些規(guī)律，我們就可以分析事物變化的原因。分析事物變化的原因。4研究物質(zhì)結構與性能關系的意義研究物質(zhì)結構與性能關系的意義研究物質(zhì)結構與性能的關系對解決分子設計、合成新材料研究物質(zhì)結構與性能的關系對解決分子設計、合成新材料 等等都具有十分重要的意義。研究鑭系元素的結構和性質(zhì)的關都具有十分重要的意義。研究鑭系元素的結構和性質(zhì)的關 系系,可以尋找到功能奇特的光、電、磁等材料；研究影響生可以尋找到功能奇特的光、電、磁等材料；研究

11、影響生 物大物大分子的生物活性和生理活性的結構因素，可以幫助人類分子的生物活性和生理活性的結構因素，可以幫助人類 認識認識生命運動的機理；研究材料的結構和性能的關系，可以生命運動的機理；研究材料的結構和性能的關系，可以 得到得到強度大、密度小、穩(wěn)定性好、耐腐蝕的合成材料強度大、密度小、穩(wěn)定性好、耐腐蝕的合成材料1(2014杭州高二檢測杭州高二檢測)導電聚合物是由某些聚合物導電聚合物是由某些聚合物(如聚乙如聚乙炔炔)經(jīng)化學或電化學摻雜后形成的，導電率從絕緣體延伸到導經(jīng)化學或電化學摻雜后形成的，導電率從絕緣體延伸到導體范圍的一類高分子材料。導電聚合物應屬于體范圍的一類高分子材料。導電聚合物應屬于(

12、)A氧化物氧化物 B氣態(tài)氫化物氣態(tài)氫化物C配合物配合物 D有機物有機物D探究導引探究導引你認為化學如何更好地服務于人類社會？化學你認為化學如何更好地服務于人類社會？化學 還還應該為人類社會的發(fā)展解決哪些問題？應該為人類社會的發(fā)展解決哪些問題？提示：提示：通過化學反應實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，制備人類生活所需通過化學反應實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，制備人類生活所需 要要的物質(zhì)，是化學服務于人類的重要方式之一。為了更好地的物質(zhì)，是化學服務于人類的重要方式之一。為了更好地 利利用化學變化，化學家們需要回答下列問題：兩個或多個分用化學變化，化學家們需要回答下列問題：兩個或多個分 子子之間能否發(fā)生化學反應？能否生成預期的分子

13、？需要什么之間能否發(fā)生化學反應？能否生成預期的分子？需要什么 催催化劑才能在溫和的條件下進行反應？如何在理論指導下控化劑才能在溫和的條件下進行反應？如何在理論指導下控 制制化學反應？如何預測化學反應的速率？如何確定化學反應化學反應？如何預測化學反應的速率？如何確定化學反應 的的途徑途徑這就要求化學家們建立有效而又普遍適用的化學這就要求化學家們建立有效而又普遍適用的化學 反反應的量子力學理論。應的量子力學理論。量子力學理論推動化學反應的深入研究量子力學理論推動化學反應的深入研究1化學是研究化學變化的科學，化學理論和定律是化學化學是研究化學變化的科學，化學理論和定律是化學 的的基礎和根本。化學變化

14、的本質(zhì)是若干原子核和電子之基礎和根本?；瘜W變化的本質(zhì)是若干原子核和電子之 間的間的電磁相互作用，這種相互作用的根本規(guī)律就是量子力學電磁相互作用，這種相互作用的根本規(guī)律就是量子力學.2隨著化學反應的量子力學理論的建立和相關技術的進隨著化學反應的量子力學理論的建立和相關技術的進 一一步發(fā)展，人類將進入一個嶄新的世界：合成氨不再需步發(fā)展，人類將進入一個嶄新的世界：合成氨不再需 要要 高高溫、高壓，光合作用不再是植物的專利，化工生產(chǎn)溫、高壓，光合作用不再是植物的專利，化工生產(chǎn) 不再不再 生生成無實際用途的副產(chǎn)物，沒有能源危機，也沒有環(huán)境成無實際用途的副產(chǎn)物，沒有能源危機，也沒有環(huán)境 污污 染染2下列說

15、法不正確的是下列說法不正確的是()A原子核外電子的排布盡量使原子處于最低能量狀態(tài)原子核外電子的排布盡量使原子處于最低能量狀態(tài)B電子從電子從2s軌道躍遷到軌道躍遷到3s軌道放出能量軌道放出能量C電子從能量高的軌道回到能量低的軌道時，放出能量電子從能量高的軌道回到能量低的軌道時，放出能量D光是電子釋放能量的主要形式光是電子釋放能量的主要形式解析：原子核外電子的排布盡先排布能量最低的軌道解析：原子核外電子的排布盡先排布能量最低的軌道 ，當，當 原原子吸收能量后，電子從能量低的軌道躍遷到能量高的軌道子吸收能量后，電子從能量低的軌道躍遷到能量高的軌道;電電子從能量高的軌道返回能量低的軌道時，將釋放能量，

16、子從能量高的軌道返回能量低的軌道時，將釋放能量， 釋釋 放放能量時主要以光的形式表現(xiàn)。能量時主要以光的形式表現(xiàn)。B 前不久我國科學家成功合成了前不久我國科學家成功合成了3 nm長的管狀納米管長的管狀納米管,長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度(抵抗變形的抵抗變形的能力能力)高、密度小高、密度小(只有鋼的只有鋼的1/4)、熔點高、化學穩(wěn)定性好的特、熔點高、化學穩(wěn)定性好的特點，因而被稱為點，因而被稱為“超級纖維超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的。下列對碳纖維的說法不正確的()A它是制造飛機的理想材料它是制造飛機的理想材料 B 它的主要組成元素是碳

17、它的主要組成元素是碳C它的抗腐蝕能力強它的抗腐蝕能力強 D碳纖維復合材料不易導電碳纖維復合材料不易導電物質(zhì)結構與性質(zhì)的關系物質(zhì)結構與性質(zhì)的關系思路點撥思路點撥納米材料有其獨特的性能，在各行業(yè)納米材料有其獨特的性能，在各行業(yè) 中表中表 現(xiàn)現(xiàn) 出出優(yōu)異的性能。優(yōu)異的性能。解析解析一般飛機是用鋼鐵制造的一般飛機是用鋼鐵制造的,由于碳纖維的由于碳纖維的“強度高、剛強度高、剛度高、密度小度高、密度小”，它也可以作為制造飛機的理想材料；碳纖維，它也可以作為制造飛機的理想材料；碳纖維復合材料的主要組成元素是碳復合材料的主要組成元素是碳,但由于合成的是納米級但由于合成的是納米級 材材 料料,碳原子最外層有碳原

18、子最外層有4個電子，也可以類似于石墨結構，存在著自個電子，也可以類似于石墨結構，存在著自由電子，易導電。由電子，易導電。答案答案D規(guī)律方法規(guī)律方法物質(zhì)的性質(zhì)是由結構所決定的，研究物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)是由結構所決定的，研究物質(zhì)性質(zhì)要緊抓結構進行突破。要緊抓結構進行突破。 有效成分為手性分子的藥物為手性藥物。下列有關手有效成分為手性分子的藥物為手性藥物。下列有關手性藥物的敘述正確的是性藥物的敘述正確的是()A通過化學反應生成手性藥物時一定是等量地生成它們的手通過化學反應生成手性藥物時一定是等量地生成它們的手性異構體性異構體B存在少量手性催化劑時不可能只生成手性異構體中的一種存在少量手性催化劑時不可能

19、只生成手性異構體中的一種C手性藥物中兩種手性異構體的醫(yī)藥作用幾乎沒有區(qū)別手性藥物中兩種手性異構體的醫(yī)藥作用幾乎沒有區(qū)別D手性異構體的醫(yī)藥作用可能完全不同手性異構體的醫(yī)藥作用可能完全不同思路點撥思路點撥對手性藥物的研究。對手性藥物的研究。研究生命現(xiàn)象的化學物質(zhì)研究生命現(xiàn)象的化學物質(zhì)解析解析互為手性異構體的兩種物質(zhì)的化學性質(zhì)幾乎相同互為手性異構體的兩種物質(zhì)的化學性質(zhì)幾乎相同, 但但生物性質(zhì)可能會截然不同，一種異構體有治病療效，另一生物性質(zhì)可能會截然不同，一種異構體有治病療效，另一 種種可能沒有，甚至對人體有害。如果在沒有手性催化劑的作可能沒有，甚至對人體有害。如果在沒有手性催化劑的作 用用下，生成的手性藥物大多數(shù)是兩種手性異構體，但在手性下，生成的手性藥物大多數(shù)是兩種手性異構體，但在手性 催催化劑作用下，可以主要生成一種異構體?；瘎┳饔孟拢梢灾饕梢环N異構體。答案答案D規(guī)律方法規(guī)律方法看似相似的物質(zhì)，其性質(zhì)可能不同，研究物質(zhì)看似相似的物質(zhì)，其性質(zhì)可能不同，研究物質(zhì)要深入物質(zhì)的內(nèi)部結構，揭開表象，探究真實。要深入物質(zhì)的內(nèi)部結構，揭開表象，探究真實。