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專題1 揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘
第一單元 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容
上帝創(chuàng)造世界；陰陽五行學說；
德謨克里特:物質(zhì)由不可再分的粒子構(gòu)成；
英國科學家道爾頓是科學原子論的創(chuàng)始人。1807年他提出:
“氣體、 液體和固體都是由該物質(zhì)的不可分割的原子組成”
“同種元素的原子，其大小、質(zhì)量及各種性質(zhì)都相同”;
1869年門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律。
歷史上關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的討論
道爾頓
門捷列夫
1.能結(jié)合已有知識描述常見物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)之間的關(guān)系；
2.能從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)解釋或預測物質(zhì)的宏觀性質(zhì)；認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對化學科學發(fā)展的重要意義。
1.體會人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價值和歷史，認識在原子、分子層次上研究物質(zhì)的意義。（科學態(tài)度與社會責任）
2.知道物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，學會研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法。（變化觀念與平衡思想）
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養(yǎng)，
讓我們一起 吧！
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一、認識物質(zhì)的特征結(jié)構(gòu)
（1）為什么已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的構(gòu)成物質(zhì)的元素只有100多種，而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和人工合成的物質(zhì)卻有幾千萬種之多？
物質(zhì)是由一種或者幾種元素組成。
不同物質(zhì)，組成的元素可以不同，也可以相同，如同素異形體，同分異構(gòu)體、同系物等.....
（2）金剛石是自然界硬度最高的物質(zhì)，石墨質(zhì)軟且能導電，C60可溶于苯等有機溶劑，碳納米管具有非同尋常的強度、導電性和熱穩(wěn)定性。這些物質(zhì)都是由碳元素組成的，但為什么它們的性質(zhì)和用途卻存在很大的差異
結(jié)構(gòu) 性質(zhì)
決定
反映
（3）物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要包括哪些內(nèi)容？
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
原子結(jié)構(gòu)
分子結(jié)構(gòu)
晶體結(jié)構(gòu)
原子核
核外電子
原子間作用力- 化學鍵
原子排列方式
微粒特征
微粒間作用力
同位素 同素異形體 同分異構(gòu)體 　同系物 同一物質(zhì)
研究
對象 原子 單質(zhì) 化合物 化合物 單質(zhì)或化合物
本質(zhì)
區(qū)別 同一元素不同原子 同一元素
不同單質(zhì) 分子式相同結(jié)構(gòu)不同 通式相同
差“nCH2”結(jié)構(gòu)相似 分子式同
結(jié)構(gòu)相同
【歸納總結(jié)】
研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的“三注意”
(1)同素異形體的判斷關(guān)鍵是要掌握兩點。
①它們是結(jié)構(gòu)不同的單質(zhì);
②它們由同種元素構(gòu)成。
(2)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),同種元素組成的物質(zhì),結(jié)構(gòu)不同,性質(zhì)有很大差異。
(3)合成新材料須從結(jié)構(gòu)入手,找出性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
【易錯提醒】
（1）為什么N的非金屬性比P強，而氮氣卻不如磷活潑？
（2）為什么碳、氮、氧、氟與氫形成的最簡單的化合物(CH4、NH3、H2O、HF)中氫原子的數(shù)目不相等
【學以致用】
提示：非金屬性：元素的得電子能力，與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)；活潑性：指單質(zhì)與其他物質(zhì)反應的難易程度，與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。
提示：C、N、O、F等原子的最外層電子數(shù)不同，都需要結(jié)合電子才能形成最外層為8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
問題探究：物質(zhì)結(jié)構(gòu)差異主要表現(xiàn)在哪些方面？
二甲醚
乙醇
1.元素差異：金剛石與晶體硅；
2.原子個數(shù)差異：O2與O3；
3.原子連接方式差異：
4.原子空間分布差異：
順-2-丁烯
反-2-丁烯
鏈/環(huán)
直/支
5.手性差異：
D型
氨基酸
L型
氨基酸
有機物異構(gòu)可分為碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、官能團異構(gòu)、順反異構(gòu)、對映異構(gòu)等，指出下列各組物質(zhì)之間異構(gòu)類型：
異 構(gòu) 體
異 構(gòu) 類 型
CH2=CH-CH2OH 與
CH2
CH2
CH-OH
丙烯醇
環(huán)丙醇
碳鏈、官能團異構(gòu)
CH3-CH2-CH2 與
CH3-CH-CH3
Cl
Cl
位置異構(gòu)
1-氯丙烷
2-氯丙烷
與
順-2-氯-2-丁烯
反-2-氯-2-丁烯
順反異構(gòu)
對映異構(gòu)
CH3COOH 與 HOCH2-CHO
羥基乙醛
官能團異構(gòu)
與
【學以致用】
二、揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系
問題探究：白磷在潮濕空氣中發(fā)生緩慢的氧化反應，在40℃左右即可發(fā)生自燃；而紅磷在300℃左右與氧氣反應。兩者組成的元素相同，為什么表現(xiàn)出的性質(zhì)有如此明顯的差異？
提示：白磷晶體是由白磷分子（P4）組成的分子晶體，分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，分子中P—P鍵鍵長是221 pm，鍵角∠PPP是60°。因其中的P—P鍵彎曲而具有較大的張力，其鍵能較小，易斷裂，所以白磷在常溫、常壓下就有很高的反應活性。而紅磷的鏈狀結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，室溫下不與氧氣反應。
1.元素原子結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)。元素周期表中的“位—構(gòu)—性”關(guān)系規(guī)律。
2.分子組成相同，結(jié)構(gòu)不同，其性質(zhì)不同。如：乙醇和甲醚是同分異構(gòu)體，同分異構(gòu)體的存在說明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是決定其性質(zhì)的重要因素。
3.分子組成不同，若結(jié)構(gòu)相似，則其化學性質(zhì)或物理性質(zhì)相似。例如，等電子體的性質(zhì)相似。
4.構(gòu)成晶體的微粒不同，微粒的排列方式不同，微粒間的作用力不同，導致各類晶體有不同的性質(zhì)。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系
1. 為什么分子組成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性質(zhì)上差異很大？例如，乙醇能與金屬鈉反應放出氫氣而二甲醚卻不能，乙醇易溶于水而二甲醚卻不溶于水。
乙醇和二甲醚的分子結(jié)構(gòu)模型
【批判性思維】
互為同分異構(gòu)體，化學性質(zhì)不同，物理性質(zhì)有的不同，有的相同。
2. 為什么氨水和硝酸銀溶液作用生成的氫氧化銀沉淀可溶于過量的氨水中？
3. 許多磷的化合物的結(jié)構(gòu)與P4的正四面體有關(guān)，如白磷在空氣中燃燒，生成的產(chǎn)物之一是P4O10。試從結(jié)構(gòu)上對該反應進行解釋。
形成了配合物
問題1：研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)有哪些意義？
1.揭示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系，預測物質(zhì)性能；
2.合成或從自然界分離出更多新物質(zhì)；
3.研究、開發(fā)和應用新材料；
4.從分子水平探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)推動生命科學；
5.提高環(huán)保水平。
【思考·討論】
問題2：化學科學在創(chuàng)造新物質(zhì)方面重點科研方向是什么？
1.開發(fā)有效利用太陽能新技術(shù)；
2.合成智能新材料；
3.合成高效低毒藥物；
4.合成高效催化劑等。
【典例】人們對原子結(jié)構(gòu)的認識是一個不斷深化的過程。
(1)19世紀初英國物理學家和化學家__________提出了近代原子論。
(2)1897年,湯姆生發(fā)現(xiàn)電子并提出類似“西瓜”的原子模型,認為電子就像“西瓜子”一樣鑲嵌在帶正電荷的“西瓜瓤”中,湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型的缺陷是__________________________。
(3)盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型是在利用α粒子(帶正電荷)轟擊金箔實驗的基礎上提出的。下列能正確反映出他的實驗結(jié)果的示意圖是_______(填“甲”“乙”或“丙”)。
道爾頓
沒有發(fā)現(xiàn)帶正電荷的原子核
乙
(4)從原子結(jié)構(gòu)模型建立的過程中,我們發(fā)現(xiàn)__________(選填字母)。
A.科學模型的建立是一個不斷完善、不斷修正的過程
B.模型在科學研究中起著很重要的作用
C.玻爾原子模型的建立,使人們對原子結(jié)構(gòu)的認識達到了完美的境界
D.人類借助模型的建立,對原子的認識逐漸接近本質(zhì)
A、B、D
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
發(fā)展史
研究的意義
結(jié)構(gòu)理論提出與實驗
結(jié)構(gòu)理論指導作用
現(xiàn)代科學技術(shù)方法
新技術(shù)、新材料
生命本質(zhì)、持續(xù)發(fā)展
1.我國古代典籍《墨子》中記述了古人對物質(zhì)的初步認識,其中寫道“端,體之無序而最前者也”。下列選項中的哪個化學概念與這里的“端”最為接近 (　　)
A.物質(zhì)　　　B.化學鍵　　　C.原子　　　D.化學反應
C
【解析】選C。“端,體之無序而最前者也”譯成現(xiàn)代語就是不能分為兩半的東西是不能砍開的,也就對它不能有所動作,它便是“端”了。其實就是不可分割的意思,這就論證了物質(zhì)有不可再分割的最原始單位,就相當于原子概念。
2.下列說法正確的是 (　　)
A.阿伏加德羅提出了原子學說
B.道爾頓提出了分子學說
C.湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子
D.盧瑟福是近代原子學說的創(chuàng)始人,被稱為“原子之父”
【解析】選C。根據(jù)原子學說的發(fā)展史可得出正確答案。盧瑟福的確是“原子之父”,但近代原子學說的創(chuàng)始人應是道爾頓。
C
3.人類對原子結(jié)構(gòu)的認識經(jīng)歷了一個不斷深入的過程,以下科學家以及他們提出的原子結(jié)構(gòu)學說(或模型)對應關(guān)系正確的是 (　　)
A.道爾頓——電子軌道理論
B.盧瑟福——量子力學模型
C.玻爾——行星繞太陽模型
D.湯姆生——葡萄干布丁模型
【解析】選D。道爾頓提出原子論,認為原子是實心球體;湯姆生提出的電子在球體中運動的葡萄干布丁原子模型;盧瑟福提出了電子圍繞原子核就像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣的有核模型;玻爾提出電子在原子核外一系列穩(wěn)定的軌道上繞核做高速運動的原子軌道模型。
D
4.反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的,反質(zhì)子、正電子都屬于反粒子,它們分別與質(zhì)子、電子的質(zhì)量、電量相等,但電性相反。那么,根據(jù)你的理解,下列關(guān)于反氫原子的結(jié)構(gòu)示意圖,正確的是 (　　)
【解析】選B。首先要明確一個氫原子是由一個電子和一個質(zhì)子構(gòu)成的,那么,一個反氫原子就是由一個反電子和一個反質(zhì)子構(gòu)成的,反電子帶正電,反質(zhì)子帶負電。
B
5.(1)科學家正在設法探尋“反物質(zhì)”。“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的,“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量,但電性相反。若有α粒子(即氦離子)的反粒子,則該粒子的質(zhì)量數(shù)為________,電荷數(shù)為__________,反粒子可表示為__________。
(2)固體A的化學式為NH5,它的所有原子的最外層都符合相應的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)。該物質(zhì)適當加熱就分解成兩種氣體。溶解于水也有氣體放出。試回答下列問題:
①固體A屬于________化合物,它的電子式為___________。
②A溶于水后,溶液呈__________性(填“酸”“堿”或“中”),
其與水反應的化學方程式是________________________________。
4
-2
He2-
離子
堿
NH5+H2O====NH3·H2O+H2↑
【解析】(1)所謂“反物質(zhì)”,它的原子核是由反質(zhì)子和反電子構(gòu)成的,即質(zhì)子帶負電荷,而電子帶正電荷。α粒子(即氦離子)帶2個單位正電荷,則α反粒子帶2個單位負電荷。
(2)由A的性質(zhì)可知,A是氫化銨,電子式為 ，是離子化合物,A中的陰離子具有還原性,被水氧化生成H2,故溶于水后與水發(fā)生NH5+H2O====NH3·H2O+H2↑,生成溶液顯堿性。

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