資源簡介

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第三單元
物質結構研究的意義
課
程 標
準 1.知道物質結構的研究有助于發現具有預期性質的新物質，以及
為設計與合成這些新物質提供理論基礎。
2.了解生命科學中許多重大問題的解決均需要物質結構理論與分
析測試技術的支持。
3.能認識到化學已經發展成為實驗和理論并重的學科，能欣賞物
質結構的研究及其理論發展對化學學科發展的貢獻
目 錄
1、基礎知識·準落實
2、教學效果·勤檢測
3、學科素養·穩提升
基礎知識·準落實
1
梳理歸納 高效學習
分點突破（一）　促進了化學科學的發展
1. 人類對物質結構的探索和研究
時間或人物 貢獻
1811年意大利科學家阿伏
加德羅 提出了分子的概念
1860年 確立了“原子—分子論”
時間或人物 貢獻
俄國化學家門捷列夫 發現了自然界的重要規律——元素周期
律
19世紀中葉 碳原子的四價、有機物中碳原子成鍵的
立體結構、有機化合物分子中價鍵的飽
和性等相繼被發現
2. 研究物質結構的意義
（1）化學學科的意義
研究物質結構，既能夠為設計與合成新物質提供理論基礎，
也可以幫助我們預測物質的性能。
（2）一般意義
①哲學意義
證明世界的物質性和人類認識自然世界的永無止境。世界是
由物質構成的，物質是由不同層次的微粒構成的復雜系統。
人們找到了描述豐富多彩、變化萬千的物質世界的最重要的
概念——元素，使物質世界變得簡單、有序。
②科學理論和方法上的意義
豐富了人們關于物質世界的基本知識，逐漸形成了從微觀分
析到揭示宏觀現象的思維范式，即“結構決定性質”。
③實踐上的意義
物質結構研究獲得的知識和方法可以指導人們解決很多實踐
中的問題。
1. 化學科學的發展離不開物質結構的探索和研究，在物質結構的探索
和研究領域對化學科學的發展作出重大貢獻的科學家是（　　）
A. 拉瓦錫 B. 舍勒
C. 阿伏加德羅 D. 哈伯
解析：　阿伏加德羅提出了分子的概念。
2. （2024·揚州高二檢測）目前已知化合物中數量、品種最多的是碳
的化合物，下列關于其原因的敘述，不正確的是（　　）
A. 碳原子之間，碳原子與其他原子如氫原子之間可以形成4個共價鍵
B. 碳原子性質活潑
C. 碳原子之間既可以形成穩定的單鍵，又可以形成雙鍵和三鍵
D. 多個碳原子可以形成長度不同的鏈及環，且鏈、環之間又可以相
互結合
解析：　碳原子、碳原子與其他原子如氫原子之間可以形成4個
共價鍵，碳鏈長度和復雜程度增大，A正確；碳原子性質不活潑，
不易得失電子，B錯誤；碳原子之間既可形成穩定的單鍵，又可形
成雙鍵和三鍵，成鍵形式多樣，C正確；多個碳原子可以形成長度
不同的鏈及環，且鏈、環之間又可以相互結合，增加了碳鏈種類，
D正確。
分點突破（二）　物質結構的探索無止境
1. 探索生命運動的化學機理
（1）20世紀經典生物學的最大突破是在 上探索生命
現象的本質。
（2）研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理，有助于
進行手性生物分子和手性藥物的開發。
分子水平　
（3）研究食草動物胃內的酶是如何把植物纖維分解為小分子的，
為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎。
（4）合成具有生物活性的分子，可幫助人類揭示生命的奧秘。
（5）了解生物體內信息分子的運動規律和生理調控的化學機理，
創造“新陳代謝”的目標就能得以實現。
2. 化學反應的量子力學理論的發展
是結構化學最重要的理論基礎，結構化學是
最直接的實驗基礎和推動力量。
量子化學　
量子化
學　
1. “基因剪刀——重寫生命密碼的工具”能以極高精度改變動物、植
物和微生物的DNA（脫氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生
命周期。下列說法不正確的是（　　）
A. 現代化學與生命科學形成很強的交叉融合
B. 這一技術可能使治愈遺傳性疾病成為現實
C. 化學家們已能夠在微觀層面上操縱分子和原子
D. 通過化學方法可制造出使人長生不老的“仙丹”
解析：　諾貝爾化學獎的獲獎者發現了“CRISPR/Cas9基因編輯
技術”，研究人員能以極高精度改變動物、植物和微生物的DNA
（脫氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生命周期，說明現代化
學與生命科學形成很強的交叉融合，A正確；由于這一技術“能以極高精度改變動物、植物和微生物的DNA（脫氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生命周期”，故這一技術可能使治愈遺傳性疾病成為現實，B正確；“基因剪刀”能識別病毒的DNA，對這種“剪刀”施加控制，就能在任何預先設定的位置上切割任何DNA分子，進而重寫生命密碼，說明化學家們已經能夠在微觀層面上操縱分子和原子，C正確；使人長生不老的“仙丹”是不存在的，D錯誤。
2. 據報道，德國INTEGRAL公司研究出無輻射冷卻技術（用水和冰組
成的兩相液體代替傳統的氟利昂或氨）而榮獲德國環境大獎。關于
“新制冷劑”，以下敘述不正確的是（　　）
A. 該制冷劑對環境不產生任何污染
B. 該制冷劑的作用原理與氨基本相同
C. 該制冷劑在水的凝固點附近的溫度下發揮作用
D. 該制冷劑是屬于懸濁液的一種分散系
解析：　用水和冰組成的兩相液體制冷劑，不屬于懸濁液分散
系，因為分散系是混合物，而該制冷劑是純凈物。
教學效果·勤檢測
2
強化技能 查缺補漏
1. 瑞典、美國和英國三位化學家因“將低溫電子顯微鏡技術用于溶液
中生物分子結構的高分辨率測定”研究成果，而獲得諾貝爾化學
獎。結合以上信息，下列說法不正確的是（　　）
A. 化學家已經可以在微觀層面上操縱分子、認識分子和制造分子
B. 化學與生物學關系密切，化學研究技術促進了生物學發展
C. 現在很多新技術已成為化學研究的重要手段
D. 化學屬于實驗科學，分子微觀結構的研究不是主流，不需要投入
過多精力
解析：　A項，化學家可以在微觀層面上操縱分子和原子，從而
用分子或原子來組裝分子材料、分子器件和分子機器，正確；B
項，化學與生物學關系密切，化學研究技術促進了生物學發展，正
確；C項，根據已知信息可知，目前很多新技術已成為化學研究的
重要手段，正確；D項，化學是一門以實驗為基礎的科學，進行化
學實驗，是化學學習的方法之一，但分子微觀結構的研究也是主
流，也需要投入大量的精力，錯誤。
2. 化學與材料科學息息相關，從一定意義上講，材料是科學技術的先
導，沒有新材料的發展，就不可能使新的科學技術成為生產力。下
列有關材料的說法不正確的是（　　）
A. 材料是為人類社會所需要并能用于制造有用器物的物質
B. 人類使用和制造材料有悠久的歷史，制造出的第一種材料是陶
C. 由于空氣的劇烈摩擦，飛機尖端的溫度較高，故航天飛機的保護
層可以采用鎂鋁合金
D. 高分子分離膜是具有傳統高分子材料的機械性能，又具有特殊分
離功能的功能高分子材料制成的薄膜
解析： 　當航天飛機返回地球大氣層時，由于與空氣的劇烈摩
擦，飛機尖端的溫度可達1 000 ℃以上，鎂鋁合金是熱的傳導體，
會造成飛機燒毀，一般采用耐高溫的絕熱材料。
3. 為了進一步提高合成氨的生產效益，科研中最有開發價值的是
（　　）
A. 尋求H2的新來源
B. 研制耐高溫高壓的新材料合成塔
C. 研制低溫下活性較大的催化劑
D. 研制高溫下活性較大的催化劑
解析：　合成氨工業目前主要采取高溫、高壓、催化劑的生產條
件，如果能找到低溫下活性高的催化劑，可以大大降低合成氨的成
本，提高生產效益。
學科素養·穩提升
3
內化知識 知能升華
題組一　促進化學科學的發展
1. 自從1803年英國化學家、物理學家道爾頓提出原子假說以來，人類對原子結構的研究不斷深入、不斷發展，通過實驗事實不斷地豐富、完善原子結構理論。請判斷下列關于原子結構的說法正確的是（　　）
A. 所有的原子都含有質子、中子和電子三種基本構成微粒
B. 所有的原子中的質子、中子和電子三種基本構成微粒的個數都是相等的
C. 原子核對電子的吸引作用的實質是原子核中的質子對核外電子的吸引
D. 原子中的質子、中子和電子三種基本構成微粒不可能再進一步分成更小的微粒
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解析： H中沒有中子，多數原子含有質子、中子和電子三種微
粒，A錯誤；原子中質子數等于電子數，但中子數不確定，不是都
相等，B錯誤；質子帶正電，電子帶負電，則原子核對電子的吸引
作用的實質是原子核中的質子對核外電子的吸引，C正確；隨科學
的發展，可認識到微粒可以再分成更小的微粒，D錯誤。
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2. 建立普遍適用的化學反應的量子力學理論，可以幫助化學家解決一
系列問題，其中不屬于化學反應的量子力學研究的問題的是
（　　）
A. 兩個或多個分子之間能否發生化學反應
B. 需要什么催化劑才能在溫和條件下進行反應
C. 如何在理論指導下控制化學反應
D. 在化學反應過程中，原子能否分割與重新組合
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解析：　化學反應是以原子為基礎，屬于原子層面的反應，反應
過程中不涉及原子的分割，化學反應是分子拆分成原子，原子重新
結合成分子的過程。
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3. 美國科學家羅杰·科恩伯格（Roger.David.Kornberg）博士，因在研
究細胞如何從基因獲取信息來生成蛋白質，首次從分子角度描繪出
真核細胞的轉錄過程而獲得諾貝爾化學獎。諾貝爾化學獎多次授予
將化學運用于生命科學揭示生命運動微觀行為與機理的科學家，這
充分說明化學（　　）
A. 將被生物學所代替
B. 從分子水平上揭示生命的奧秘
C. 為“克隆”技術提供理論基礎
D. 制造出更多的智能化的“機器人”
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解析：　“首次從分子角度描繪出真核細胞的轉錄過程”說明化
學開始從微觀分子角度分析蛋白質的形成，從而揭示生命的奧秘，
B項符合題意。
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4. （2024·鹽城高二檢測）科學技術的持續發展離不開每一位科學家
的不懈努力，下列說法錯誤的是（　　）
A. 我國是世界上發明陶瓷、冶金、火藥、造紙、釀酒等較早的國
家，在長期的生活和生產實踐中，積累了大量有關物質及其變化
的實用知識和技能
B. 英國科學家道爾頓提出原子學說，為近代化學的發展奠定了堅實
的基礎
C. 意大利科學家阿伏加德羅經過不懈努力，編制了一張現代元素周
期表，使化學的研究變得有規律可循
D. 我國科學家第一次用化學方法合成了具有生物活性的蛋白質——
結晶牛胰島素
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解析： 　我國是世界上發明陶瓷、冶金、火藥、造紙、釀酒等較
早的國家，A正確；英國科學家道爾頓于19世紀初提出原子學說，
為近代化學的發展奠定了堅實基礎，B正確；1869年俄國化學家門
捷列夫發現了元素周期律，找到了元素之間的內在規律，使化學的
研究變得有規律可循，C錯誤；結晶牛胰島素是具有生物活性的蛋
白質，由我國有機化學家在世界上首次用化學方法合成，D正確。
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題組二　物質結構的探索無止境
5. （2024·連云港高二檢測）關于化學科學探索的意義，下列說法錯
誤的是（　　）
A. 通過化學探索可提高糧食產量、緩解能源危機、合理利用資源，
以保障人類的生存
B. 通過化學探索可合成新物質，以提高人類的生活質量
C. 通過化學探索可探明生命過程中的奧秘、合成新藥物，以促進人
類的身心健康
D. 通過化學探索可制造出對環境無害的化學品及生活用品，完全杜
絕對環境的影響
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解析：　人類的活動不可避免會對環境造成一定的影響，不可能
完全杜絕，D項錯誤。
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6. 由下列事實得出的結論錯誤的是（　　）
A. 維勒用無機物合成了尿素，突破了無機物與有機物的界限
B. 門捷列夫在前人工作的基礎上發現了元素周期律，表明科學研究
既要繼承又要創新
C. 美國的赫克、日本的根岸英一和鈴木章，發明了“鈀催化交叉偶
聯反應”技術，大大提升合成復雜化學物質的可能性，三位科學
家從而獲得了諾貝爾化學獎，這體現了國際科技合作的重要性
D. 科恩和波普爾因理論化學方面的貢獻獲諾貝爾化學獎，意味著化
學已成為以理論研究為主的學科
解析：　化學是以實驗為主的學科，D錯誤。
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7. 要達到綠色化學的理想境界，化學家們需要回答一系列問題：指定
分子之間能否反應生成預期分子？需要什么催化劑？反應速率預期
多大？如何控制反應？如何確定化學反應的途徑等，最有希望解決
這些問題的途徑是（　　）
A. 發展量子力學理論
B. 改進實驗方法
C. 完善元素周期律理論
D. 研究質量守恒定律和能量守恒定律
解析：　量子力學是化學的根本理論；化學越發展，越要從物質
結構的深層去理解和掌握化學反應規律。
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8. 中國科學技術大學設計出一種“松果結構”的鉑金屬催化劑，在催
化電解水制氫效果不變的情況下，鉑金屬的用量降低到傳統商業催
化劑的 。下列說法不正確的是（　　）
A. 催化劑的結構會影響催化效果
B. 使用“松果結構”的鉑金屬催化劑能夠極大提高水的轉化率
C. 使用鉑金屬催化劑能夠降低電解水的活化能
D. 氫能是一種高能、潔凈的可再生能源
解析：　催化劑不能使化學平衡移動，故不能提高反應物水的轉
化率，B錯誤。
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9. “綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學”工藝
中，理想狀態是反應原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率
為100％。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（　　）
A. CO B. CO2和H2O
C. H2O和O2 D. CH3OH和O2
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解析： 　根據原子利用率為100％，甲烷和其他反應物的原子應
全部變成乙酸乙酯，2 mol CH4和2 mol CO可合成1 mol乙酸乙酯
（C4H8O2），并無副產物，而其余各項反應都有副產物。
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10. 材料化學是化學研究的前沿和重要分支，下列有關說法正確的是
（　　）
A. “司南之杓，投之于地，其柢指南”中“杓”所用的材質為FeO
B. 超導材料石墨烯和氧化鋁結構陶瓷都是新型無機非金屬材料
C. 合金是重要的金屬材料，常溫下均為固態，其熔點一般比成分金
屬低
D. 聚乙烯材料的老化是因為發生了加成反應
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解析： 　“司南之杓，投之于地，其柢指南”中“杓”所用的
材質為Fe3O4，A錯誤；石墨烯和氧化鋁結構陶瓷均為新型無機非
金屬材料，B正確；合金是重要的金屬材料，常溫下不一定為固
態，如鉀鈉合金在常溫下為液態，C錯誤；聚乙烯材料的老化是
因為發生了氧化反應，而不是發生了加成反應，D錯誤。
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11. （2024·徐州高二檢測）下列說法中不正確的是（　　）
A. 21世紀，化學還將繼續推動材料科學的發展，使各種新型功能材
料的生產成為可能
B. 化學家可以在微觀層面上操縱分子和原子，組裝分子材料、分子
器件和分子機器
C. 放射性元素的發現和現代量子化學理論的建立，都是進入20世紀
后現代化學的重大成就
D. 道爾頓提出分子學說，為近代化學的發展奠定了堅實的基礎
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解析： 　化學是材料科學、生命科學、環境科學和能源科學的
重要基礎，A正確；化學是在原子、分子水平上研究物質的組
成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科，化學家可以在
微觀層面上操縱分子和原子，組裝分子材料、分子器件和分子機
器，B正確；進入20世紀后，現代化學的重大成就有放射性元素
的發現和現代量子化學理論的建立等，C正確；英國科學家道爾
頓提出的原子論為近代化學的發展奠定了堅實的基礎，D錯誤。
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12. （2024·揚州高二檢測）化學是一門具有實用性、創造性的科學，
下列說法錯誤的是（　　）
A. 我國科學家首次實現CO2人工合成淀粉，有效推動了“碳中和”
B. 凱庫勒發現苯的環狀結構
C. 阿伏加德羅提出原子論，奠定了現代化學的基礎
D. 諾貝爾獎獲得者屠呦呦汲取古人智慧，利用物理方法提取青蒿素
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解析： 　CO2人工合成淀粉，可以減少CO2，有效推動了“碳中
和”，A正確；德國化學家凱庫勒經過大量猜想假設，提出了苯
的環狀結構，B正確；阿伏加德羅提出分子學說，系統地解決了
在物質組成和原子量測定方面存在的混亂問題，C錯誤；諾貝爾
獎獲得者屠呦呦汲取古人智慧，利用萃取等物理方法提取青蒿
素，治療瘧疾，D正確。
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13. 新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成為物理、化學、材料
科學研究的國際熱點課題。其結構模型如圖。下列有關說法正確
的是（　　）
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A. 石墨烯是一種新型化合物
B. 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C. 二者和石墨都是碳的同素異形體
D. 氧化石墨烯具有一定的親水性
解析： 　石墨烯是碳的單質，不是化合物，A項錯誤；氧化石墨
烯除了含C、O元素外，還含有H元素，故不是石墨烯的氧化物，
B項錯誤；氧化石墨烯中含C、H、O元素，不是碳的同素異形
體，C項錯誤；由于氧化石墨烯結構中含有羥基和羧基等親水基
團，所以具有一定的親水性，D項正確。
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14. 某化學興趣小組在學校科技節活動中為解釋江湖騙術表演了“滴
水生火”“吹氣生火”的小魔術。如圖所示，在蒸發皿上放一小
團脫脂棉，在里面裹入一種淡黃色的化合物，對著脫脂棉吹氣或
者用膠頭滴管滴幾滴水，一會兒脫脂棉會燃燒起來。
（1）淡黃色的化合物為 。
Na2O2　
解析：淡黃色的化合物為Na2O2。
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（2）由“滴水生火”的小魔術可以得出Na2O2和H2O發生反應的
依據：a.有氧氣生成；b. 。該反應的化學方程
式是 。
解析：該過程放熱且有氧氣生成。
有熱量放出　
2Na2O2＋2H2O 4NaOH＋O2↑　
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（3）“吹氣生火”的過程中發生的化學反應方程式為
。
解析：在Na2O2與CO2的反應中，
Na2O2既是氧化劑又是還原劑，生成
Na2CO3和O2。
2Na2O2＋
2CO2 2Na2CO3＋O2　
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感謝欣賞
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