化學 1 揭示物質結構的奧秘 蘇教版選修3

專題專題1揭示物質結構的奧秘揭示物質結構的奧秘 課程標準課程標準1了解物質結構探索發(fā)展的歷史與人類物質文明進步的了解物質結構探索發(fā)展的歷史與人類物質文明進步的 密密切聯(lián)系。切聯(lián)系。2認識物質結構探索與研究對人類文明發(fā)展與進步的重認識物質結構探索與研究對人類文明發(fā)展與進步的重 要要意義。意義。3了解人類對物質結構認識的脈絡。了解人類對物質結構認識的脈絡。4初步掌握研究物質結構的一般方法。初步掌握研究物質結構的一般方法。5感受科學家探索物質結構征程中的堅毅和執(zhí)著，樹立感受科學家探索物質結構征程中的堅毅和執(zhí)著，樹立 堅堅忍不拔的毅力和勇氣。忍不拔的毅力和勇氣。6領悟物質結構的探索是人類可持續(xù)發(fā)展的有力保證。領悟物質結構的探索是人類可持續(xù)發(fā)展的有力保證。專題專題1揭示物質結構的奧秘揭示物質結構的奧秘一、人類探索物質結構的歷史一、人類探索物質結構的歷史119世紀初，最早提出原子概念的是英國科學家世紀初，最早提出原子概念的是英國科學家_,他認為物質由他認為物質由_組成，在化學變化中組成，在化學變化中_不可再不可再分割，其性質在化學反應中保持分割，其性質在化學反應中保持_。21811年，意大利科學家年，意大利科學家_，提出了分，提出了分 子子 學學說。他認為分子的結構直接決定說。他認為分子的結構直接決定_。道爾頓道爾頓原子原子原子原子不變不變阿伏加德羅阿伏加德羅分子的性質分子的性質31869年，俄國化學家年，俄國化學家_揭示了自然界的揭示了自然界的 一一條基本規(guī)律條基本規(guī)律元素周期律。元素周期律。419世紀中葉以后世紀中葉以后,人們對有機化合物的認識有了重大進人們對有機化合物的認識有了重大進 展展 .有機物中碳原子應滿足有機物中碳原子應滿足_價。價。519世紀末至世紀末至20世紀初世紀初,物理學揭開了原子內部結構的奧物理學揭開了原子內部結構的奧 秘秘,發(fā)現(xiàn)了微觀粒子波粒二象性。發(fā)現(xiàn)了微觀粒子波粒二象性。_為化學提供了為化學提供了分析原子和分子結構的理論基礎。分析原子和分子結構的理論基礎。門捷列夫門捷列夫四四量子力學量子力學你能說出原子結構模型的演變過程嗎？你能說出原子結構模型的演變過程嗎？提示：提示：原子結構模型大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段的變化：道原子結構模型大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段的變化：道 爾爾頓原子模型頓原子模型湯姆生原子模型湯姆生原子模型盧瑟福原子模型盧瑟福原子模型玻爾原玻爾原 子子模型模型量子力學原子模型。量子力學原子模型。二、研究物質結構的意義二、研究物質結構的意義1從物質的結構，可以認識物質的性能。例如：金剛石、石從物質的結構，可以認識物質的性能。例如：金剛石、石墨、墨、C60、碳納米管等均由碳元素組成，但是它們的性能卻有、碳納米管等均由碳元素組成，但是它們的性能卻有很大差別，這是由于很大差別，這是由于_。2研究物質的結構研究物質的結構,能夠為設計與合成新物質提供理論基礎能夠為設計與合成新物質提供理論基礎.3揭示物質的結構與性能的關系，可幫助我們預測物質的揭示物質的結構與性能的關系，可幫助我們預測物質的性能。性能。碳原子之間的排列方式不同碳原子之間的排列方式不同4研究物質結構，能幫助我們了解材料的結構與性能之間的研究物質結構，能幫助我們了解材料的結構與性能之間的關系。關系。_、納米材料、超導材料等新型材料的、納米材料、超導材料等新型材料的開發(fā)、研制和應用，都依賴于物質結構的研究。開發(fā)、研制和應用，都依賴于物質結構的研究。5物質結構的研究，是生命科學在物質結構的研究，是生命科學在_水平上水平上探索生命現(xiàn)象的本質。探索生命現(xiàn)象的本質。6物質結構研究對于保護物質結構研究對于保護_、實現(xiàn)社會的可、實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。持續(xù)發(fā)展具有重大意義。信息材料信息材料分子分子生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境1下列有關化學史知識錯誤的是下列有關化學史知識錯誤的是()A原子分子學說的建立是近代化學發(fā)展的里程碑原子分子學說的建立是近代化學發(fā)展的里程碑B俄國化學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，編制俄國化學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，編制 了了 元素元素 周周期表期表C意大利科學家阿伏加德羅在總結氣體反應體意大利科學家阿伏加德羅在總結氣體反應體 積比的積比的 基基 礎礎上提出了分子的概念上提出了分子的概念D英國科學家道爾頓首先發(fā)現(xiàn)了電子英國科學家道爾頓首先發(fā)現(xiàn)了電子解析：英國科學家湯姆生首先發(fā)現(xiàn)了電子。解析：英國科學家湯姆生首先發(fā)現(xiàn)了電子。D2最近醫(yī)學界通過放射性最近醫(yī)學界通過放射性14C標記標記C60，發(fā)現(xiàn)一種，發(fā)現(xiàn)一種C60的的 羧羧 酸酸衍生物在特定條件下通過斷裂衍生物在特定條件下通過斷裂DNA而殺死細胞從而抑制艾而殺死細胞從而抑制艾 滋滋病，則有關病，則有關14C的敘述正確的是的敘述正確的是()A與與12C的化學性質不相同的化學性質不相同 B與與12C的中子數(shù)相同的中子數(shù)相同C是是C60的同素異形體的同素異形體 D與與12C互為同位素互為同位素解析：本題首先要清楚同位素和同素異形體的區(qū)別解析：本題首先要清楚同位素和同素異形體的區(qū)別,前者的對前者的對象是原子，而后者的對象是單質；其次要了解同位素象是原子，而后者的對象是單質；其次要了解同位素 的物的物 理理性質有差別，而化學性質基本相同。性質有差別，而化學性質基本相同。14C與與12C質子數(shù)相質子數(shù)相 同同, 中中子數(shù)不同，故子數(shù)不同，故D正確。正確。D318世紀初提出的原子論的基本內容有如下幾點：世紀初提出的原子論的基本內容有如下幾點：物質是由最小的微粒物質是由最小的微粒原子組成的。原子就是不能再分原子組成的。原子就是不能再分的最小微粒。的最小微粒。同種元素的原子在重量、大小和其他性質上相同。同種元素的原子在重量、大小和其他性質上相同。一切原子都處在不停地運動的狀態(tài)。一切原子都處在不停地運動的狀態(tài)。根據(jù)目前掌握的知識，你認為不正確的有幾點？根據(jù)目前掌握的知識，你認為不正確的有幾點？解析：古代對物質結構奧秘的探索解析：古代對物質結構奧秘的探索,只能靠想象和思考。原子只能靠想象和思考。原子是不是真的存在呢？原子是不是構成物質大廈的是不是真的存在呢？原子是不是構成物質大廈的“基本磚石基本磚石”呢？一種原子是否能轉變成另一種原子呢呢？一種原子是否能轉變成另一種原子呢?直到直到18世紀中葉世紀中葉,俄國人羅黎諾索夫俄國人羅黎諾索夫(17111765)才把原子觀點復活起來；才把原子觀點復活起來；1808年，英國人道爾頓又對原子論加以總結。這樣就結年，英國人道爾頓又對原子論加以總結。這樣就結 束束 了了化學史上愚昧的煉金時代化學史上愚昧的煉金時代,保證了化學向前健康地迅速發(fā)展保證了化學向前健康地迅速發(fā)展.因因此，化學中的新時代應該說是從原子論開始的。此，化學中的新時代應該說是從原子論開始的。答案：答案：要考慮構成物質的微粒，有分子、原子、質子、要考慮構成物質的微粒，有分子、原子、質子、 中中子、甚至更小的夸克等。子、甚至更小的夸克等。要考慮同種元素的原子有質子要考慮同種元素的原子有質子 數(shù)數(shù)相同而中子數(shù)不同的情況，即同位素。只有相同而中子數(shù)不同的情況，即同位素。只有正確。正確。探究導引探究導引1原子學說的基本要點是什么？它能否解釋原子學說的基本要點是什么？它能否解釋“1體積體積的氯氣和的氯氣和1體積的氫氣生成體積的氫氣生成2體積的氯化氫體積的氯化氫”？提示：提示：原子學說的基本要點包括：原子學說的基本要點包括：(1)化學元素由不可分的微粒化學元素由不可分的微粒原子構成，它在一切化學變化中是不可再分的最小單位。原子構成，它在一切化學變化中是不可再分的最小單位。(2)同種元素的原子性質和質量都相同，不同元素原子的性質和同種元素的原子性質和質量都相同，不同元素原子的性質和質量各不相同，原子質量是元素的基本特征之一。質量各不相同，原子質量是元素的基本特征之一。氯原子構成氯氣，氫原子構成氫氣，則氯原子構成氯氣，氫原子構成氫氣，則1體積的氯氣和體積的氯氣和1體積的體積的氫氣生成氫氣生成2體積的氯化氫時，不能解釋氯化氫的結構與形成。體積的氯化氫時，不能解釋氯化氫的結構與形成。探索物質的微觀結構探索物質的微觀結構探究導引探究導引2提出提出“分子學說分子學說”的背景以及的背景以及“分子學說的內容分子學說的內容”是是什么？什么？ 提示：提示：1808年，法國化學家蓋年，法國化學家蓋呂薩克呂薩克(J.L.GayLussac 17781850)根據(jù)化合反應實驗的發(fā)現(xiàn)，提出假說：根據(jù)化合反應實驗的發(fā)現(xiàn)，提出假說：“在同在同 溫溫 同同 壓壓下下,相同體積的不同氣體含有相同數(shù)目的原子相同體積的不同氣體含有相同數(shù)目的原子”。但。但 道爾道爾 頓頓 認認為為:不同元素的原子大小不一不同元素的原子大小不一,相同體積、不同元素氣體的原子相同體積、不同元素氣體的原子數(shù)不可能相等數(shù)不可能相等.1811年，阿伏加德羅詳細研究道爾頓原子論和年，阿伏加德羅詳細研究道爾頓原子論和蓋蓋呂薩克的氣體反應定律后提出分子學說。他首先肯定原呂薩克的氣體反應定律后提出分子學說。他首先肯定原 子子論和氣體反應定律都是正確的，關鍵是原子論忽略了論和氣體反應定律都是正確的，關鍵是原子論忽略了 一個一個 重重要事實，那就是分子的存在。于是他提出分子假說如下要事實，那就是分子的存在。于是他提出分子假說如下:(1)元素的最小單元是原子，但氣體的最小單元并非原子，元素的最小單元是原子，但氣體的最小單元并非原子， 而而是由幾個原子組成的分子。也就是說，氣體由分子組成，是由幾個原子組成的分子。也就是說，氣體由分子組成， 而而分子由原子構成。例如：氧氣、氫氣都是由雙原子分子組分子由原子構成。例如：氧氣、氫氣都是由雙原子分子組 成成的。氣態(tài)化合物則是由分子組成，而化合物的分子是由不的。氣態(tài)化合物則是由分子組成，而化合物的分子是由不 同同原子構成的。例如：氨氣由氨分子組成，而氨分子由原子構成的。例如：氨氣由氨分子組成，而氨分子由3個氫原個氫原子和子和1個氮原子構成。個氮原子構成。(2)在同溫同壓下，同體積的任何氣體含有相同數(shù)目的分子。在同溫同壓下，同體積的任何氣體含有相同數(shù)目的分子。有了這兩條分子假說，道爾頓原子論和蓋有了這兩條分子假說，道爾頓原子論和蓋呂薩克的氣體反應呂薩克的氣體反應體積定律就得到圓滿解釋。體積定律就得到圓滿解釋。人類認識原子結構的歷史進程圖表人類認識原子結構的歷史進程圖表原子結構原子結構模型模型模型相關的名稱模型相關的名稱和時間和時間特點特點道爾頓模型道爾頓模型(1803) 堅實不可再分的實心球堅實不可再分的實心球湯姆生模型湯姆生模型1904平均分布著正電荷的粒子嵌著平均分布著正電荷的粒子嵌著同樣多的電子同樣多的電子原子結構原子結構模型模型模型相關的名稱模型相關的名稱和時間和時間特點特點盧瑟福模型盧瑟福模型1911帶正電荷的核位于中心，質量帶正電荷的核位于中心，質量主要集中在核上，電子沿不同主要集中在核上，電子沿不同軌道運轉軌道運轉玻爾模型玻爾模型1913電子在一定軌道上繞核做高速電子在一定軌道上繞核做高速圓周運動圓周運動電子云模型電子云模型1935現(xiàn)代物質結構學說現(xiàn)代物質結構學說1原子結構模型的演變圖中，原子結構模型的演變圖中，(1)為道爾頓實心球式為道爾頓實心球式 原原 子子 模模型、型、(2)為盧瑟福行星運轉式原子模型、為盧瑟福行星運轉式原子模型、(3)為湯姆生葡萄干面為湯姆生葡萄干面包式原子模型、包式原子模型、(4)為近代量子力學原子模型、為近代量子力學原子模型、(5)為玻爾軌道為玻爾軌道式原子模型。其中符合歷史演變順序的一組排列是式原子模型。其中符合歷史演變順序的一組排列是()A(1)(3)(2)(5)(4) B(1)(2)(3)(4)(5)C(1)(5)(3)(2)(4) D(1)(3)(5)(4)(2)解析：選解析：選A。本題要熟練人們對物質結構特別是原。本題要熟練人們對物質結構特別是原 子結子結 構構 的的認識變遷。正確的順序是道爾頓實心球式原子模型、認識變遷。正確的順序是道爾頓實心球式原子模型、 湯姆湯姆 生生葡萄干面包式原子模型、盧瑟福行星運轉式原子模型、玻葡萄干面包式原子模型、盧瑟福行星運轉式原子模型、玻 爾爾軌道式原子模型、近代量子力學原子模型。軌道式原子模型、近代量子力學原子模型。探究導引探究導引1為什么白磷比紅磷活潑，氧氣比氮氣活潑？為什么白磷比紅磷活潑，氧氣比氮氣活潑？提示：提示：白磷分子是正四面體構型，鍵角小，結構不太穩(wěn)定白磷分子是正四面體構型，鍵角小，結構不太穩(wěn)定,紅紅磷結構要比白磷復雜得多，也穩(wěn)定得多，所以性質上也磷結構要比白磷復雜得多，也穩(wěn)定得多，所以性質上也 比比 白白磷穩(wěn)定。氧氣比氮氣活潑可從原子結構和分子結構兩方面磷穩(wěn)定。氧氣比氮氣活潑可從原子結構和分子結構兩方面 找找原因，以分子結構因素為主。原因，以分子結構因素為主。N2分子以共價叁鍵結合，比分子以共價叁鍵結合，比O2的鍵能大得多。的鍵能大得多。N2分子不易打開，性質穩(wěn)定，分子不易打開，性質穩(wěn)定，O2分子既較分子既較 易易打開化學鍵，一經(jīng)打開，打開化學鍵，一經(jīng)打開，O原子又比原子又比N原子易得電子，所以氧原子易得電子，所以氧顯得更活潑。顯得更活潑。研究物質結構的意義研究物質結構的意義探究導引探究導引2碳的四種同素異形體碳的四種同素異形體(金剛石、石墨、金剛石、石墨、C60和碳和碳 納納米管等米管等)在性質和用途上有極大差異的原因是什么？在性質和用途上有極大差異的原因是什么？提示：提示： 碳原子與碳原子之間的連接方式不同，導致了它們形碳原子與碳原子之間的連接方式不同，導致了它們形成的物質性質不同。成的物質性質不同。2石墨炸彈爆炸時能在方圓幾百米范圍內撒下大量石墨炸彈爆炸時能在方圓幾百米范圍內撒下大量 石石 墨墨 纖纖維維,造成輸電線、電廠設備損壞。這是由于石墨造成輸電線、電廠設備損壞。這是由于石墨()A有放射性有放射性 B易燃、易爆易燃、易爆C能導電能導電 D有劇毒有劇毒解析：石墨炸彈破壞輸電線、電廠設備的原因主要是導致解析：石墨炸彈破壞輸電線、電廠設備的原因主要是導致 供供電線路短路，即石墨纖維有導電性。故正確答案為電線路短路，即石墨纖維有導電性。故正確答案為C。C 某科技報道某科技報道,美國夏威夷聯(lián)合天文中心的科學家發(fā)現(xiàn)了美國夏威夷聯(lián)合天文中心的科學家發(fā)現(xiàn)了一種新型氫微粒，這種微粒是由一種新型氫微粒，這種微粒是由3個質子和個質子和2個電子個電子 構成。構成。 對對這種微粒，下列說法正確的是這種微粒，下列說法正確的是()A是是H的一種新的同位素的一種新的同位素B是是H2的一種新的同分異構體的一種新的同分異構體C它的組成可表示為它的組成可表示為H3D它比普通它比普通H2分子多一個氫原子核分子多一個氫原子核人類對物質結構的認識人類對物質結構的認識思路點撥思路點撥本題考查原子的組成以及同位素、同分本題考查原子的組成以及同位素、同分 異異 構構 體體的概念。的概念。解析解析這種微粒的符號為這種微粒的符號為H3，它比，它比H2多了一個質子多了一個質子(氫原氫原子核子核)，與，與H2的關系既不是同位素也不是同分異構體，而是一的關系既不是同位素也不是同分異構體，而是一種離子。種離子。答案答案D規(guī)律方法規(guī)律方法原子是由原子核和核外電子組成的，原子是由原子核和核外電子組成的， 原子原子 核核 是是由質子和中子組成的。原子不帶電，原子核帶正電，電子由質子和中子組成的。原子不帶電，原子核帶正電，電子 帶帶負電。質子帶正電，中子不帶電。且有關系：核電荷數(shù)質負電。質子帶正電，中子不帶電。且有關系：核電荷數(shù)質子數(shù)核外電子數(shù)。子數(shù)核外電子數(shù)。 門捷列夫在門捷列夫在19世紀中葉曾根據(jù)他所發(fā)現(xiàn)的元素周期世紀中葉曾根據(jù)他所發(fā)現(xiàn)的元素周期律律,預言過第預言過第4周期周期A族鍺元素族鍺元素(當時稱為類硅當時稱為類硅)的性質。當時的性質。當時已知：密度已知：密度(g/cm3)：Si 4.8，Sn 5.8；比熱；比熱J/(kgK):Sn 218,Pb 130。(1)估計鍺的密度和比熱：估計鍺的密度和比熱：_；_。(2)判斷鍺的金屬性和非金屬性強弱，它能否與酸或堿反應？判斷鍺的金屬性和非金屬性強弱，它能否與酸或堿反應？_。思路點撥思路點撥本題考查元素周期律的應用，學會發(fā)現(xiàn)探索物本題考查元素周期律的應用，學會發(fā)現(xiàn)探索物質性質的遞變規(guī)律。質性質的遞變規(guī)律。物質性質的變化規(guī)律物質性質的變化規(guī)律密度密度(g/cm3): 5.3比熱比熱J/(kgK)：306鍺的金屬性比錫弱，非金屬性比硅弱；既能與強酸反應又鍺的金屬性比錫弱，非金屬性比硅弱；既能與強酸反應又能與強堿反應能與強堿反應解析解析單質的密度有一定的變化規(guī)律，鍺在硅和錫之單質的密度有一定的變化規(guī)律，鍺在硅和錫之 間間,密密度大約是它們的平均值度大約是它們的平均值5.3；鍺、錫、鉛比熱的變化由已知；鍺、錫、鉛比熱的變化由已知 后后兩者的數(shù)據(jù)可知是變小的，那么鍺的比熱最大，鍺與錫間兩者的數(shù)據(jù)可知是變小的，那么鍺的比熱最大，鍺與錫間 比比熱的差值應與錫鉛之間差值相當，故得鍺的比熱約為熱的差值應與錫鉛之間差值相當，故得鍺的比熱約為21888306。鍺處于金屬與非金屬的交界線，估計有兩性。鍺處于金屬與非金屬的交界線，估計有兩性。規(guī)律方法規(guī)律方法元素的性質在周期表中呈現(xiàn)出一定的規(guī)律元素的性質在周期表中呈現(xiàn)出一定的規(guī)律 ， 特特別是同周期或同主族元素之間，要依據(jù)已知的規(guī)律來推斷未別是同周期或同主族元素之間，要依據(jù)已知的規(guī)律來推斷未知的信息。知的信息。