《物质结构的探索无止境》课件（苏教版选修3）

1 1。 物质结构的探索历程与研究价值物质结构的探索历程与研究价值( (专题专题1 1与与5)5) 专题专题1 1 揭示物质结构的奥秘（绪言）揭示物质结构的奥秘（绪言） 从人类探索性质结构的从人类探索性质结构的历程历程中了解人类研究中了解人类研究物质结构的常用物质结构的常用方法（方法（理论研究、实验研究、理论研究、实验研究、假说、模型等）、取得进展的缘由。假说、模型等）、取得进展的缘由。 了解人类研究物质结构的，所取得的成果了解人类研究物质结构的，所取得的成果在科学发展和社会进步中的积极在科学发展和社会进步中的积极作用作用，激发对，激发对“物质结构与性质物质结构与性质”学习的自主性和积极性。学习的自主性和积极性。 教学内容分析教学内容分析编写编写思路思路创设问题创设问题情景情景你是否想过：物质是由什么你是否想过：物质是由什么构成的？为什么物质会发生变化？构成的？为什么物质会发生变化？为什么不同的物质具有不同的性为什么不同的物质具有不同的性能？如何才能获得优异性能的新能？如何才能获得优异性能的新物质？物质？从探索历程了解从探索历程了解研究方法研究方法原子分子论元素周期律原子分子论元素周期律碳的价键量子力学碳的价键量子力学假说法假说法 经验归纳法经验归纳法 实验验证法实验验证法了解研究成果的作了解研究成果的作用激发学习用激发学习兴趣兴趣 合成化学生命科学合成化学生命科学从物质结构研究历程，了解化学科学的发展：从物质结构研究历程，了解化学科学的发展： 18031803年年 道尔顿原子学说道尔顿原子学说 18111811年年 分子概念分子概念 18601860年年 确立确立原子分子论原子分子论 18691869年年 发现发现元素周期律元素周期律 19031903年年 汤姆逊模型汤姆逊模型 1911 1911 卢瑟福模型卢瑟福模型 1913 1913 玻尔分层排布模型玻尔分层排布模型 1919世纪中叶世纪中叶 碳键碳键与有机化合物分子结构研究与有机化合物分子结构研究 1919世纪末世纪末20 20 世纪初世纪初 微观粒子的微观粒子的波粒二象性波粒二象性 量子力量子力学学模型（原子轨道）模型（原子轨道） 物质结构研究的几个重要历程物质结构研究的几个重要历程 专题专题5 5物质结构的探索无止境物质结构的探索无止境1研究物质结构与性能的关系研究物质结构与性能的关系2研究化学反应的量子力学理论研究化学反应的量子力学理论3研究生命现象的化学机研究生命现象的化学机 了解人类探索物质结构的价值，认同了解人类探索物质结构的价值，认同“物质结构的探索是无止境的物质结构的探索是无止境的”观点。观点。认识在分子等层次研究物质的意义。认识在分子等层次研究物质的意义。 进一步激发学习化学兴趣，树立从事化进一步激发学习化学兴趣，树立从事化学化工研究的志向。学化工研究的志向。# # 2 2。从三个层次认识物质结构与性质关系。从三个层次认识物质结构与性质关系( (专题专题2-4)2-4) 内容内容 结构知识结构知识 性质知识性质知识 结构性质关系结构性质关系 原子结构原子结构与元素性与元素性质质原子结构模型的演变，主原子结构模型的演变，主族元素核外电子排布规律、族元素核外电子排布规律、结构示意图结构示意图 元素性质（金属性、非金属元素性质（金属性、非金属性、主要化合价、成键类型）性、主要化合价、成键类型）的周期性变化的周期性变化具体表现与具体表现与规律规律性质周期性变化的本质；主性质周期性变化的本质；主族元素原子结构、（非）金族元素原子结构、（非）金属性、属性、 主要化合价、成键类主要化合价、成键类型的判断型的判断微粒间作微粒间作用力与物用力与物质性质质性质三种化学键的本质、形成三种化学键的本质、形成条件与类型、键的强弱，条件与类型、键的强弱，离子半径与电荷数，共价离子半径与电荷数，共价分子空间结构及其表示，分子空间结构及其表示，分子间作用力的特征分子间作用力的特征共价分子的热稳定性、分子共价分子的热稳定性、分子空间构型、分子的极性，空间构型、分子的极性， 价键类型、强弱对物质热稳价键类型、强弱对物质热稳定性、分子空间结构的影响；定性、分子空间结构的影响；分子间作用力大小对分子晶分子间作用力大小对分子晶体对性质的影响体对性质的影响晶体结构晶体结构与物质性与物质性质质四种晶体结构的构成微粒、四种晶体结构的构成微粒、作用力类型作用力类型四种晶体结构的性质特点四种晶体结构的性质特点晶体结构对物质导电性、熔晶体结构对物质导电性、熔沸点、硬度等物理性质的影沸点、硬度等物理性质的影响响 了解并能描述了解并能描述元素原子核外电子的运动元素原子核外电子的运动状态状态（电（电子云、原子轨道）子云、原子轨道） 、排布规律、排布规律了解原子核外电子的了解原子核外电子的运动运动。了解。了解s、p原子轨道原子轨道的形状。的形状。 认识并能说明描述认识并能说明描述不同元素（不同元素（1-361-36号元素，周期号元素，周期表中各分区元素）原子结构的变化规律（核外电子排表中各分区元素）原子结构的变化规律（核外电子排布的周期性、第布的周期性、第1 1电离能的周期性）电离能的周期性） 认识并能描述认识并能描述元素电负性的周期性元素电负性的周期性 能能认识并能运用认识并能运用上述知识说明、解释元素的金属上述知识说明、解释元素的金属性、非金属性差异、形成化学键的类型、对成键电子性、非金属性差异、形成化学键的类型、对成键电子的吸引力的吸引力 （1）从原子结构知识认识为什么元素组成是决定物质从原子结构知识认识为什么元素组成是决定物质性质的重要因素性质的重要因素 编写思路编写思路原子结构原子结构从学生已有经验出发让学生通过学习活动从学生已有经验出发让学生通过学习活动建构知识帮助学生了解知识的应用建构知识帮助学生了解知识的应用原子模型：行星模型玻尔模型原子模型：行星模型玻尔模型 量子力学模型（统计方法、测不准原理、量子力学模型（统计方法、测不准原理、互补原理）互补原理）电子运动状态与排布：原子轨道电子运动状态与排布：原子轨道 电子在核外的填充与排布电子在核外的填充与排布原子核外电子排布原子半径原子核外电子排布原子半径 第一电离能第一电离能 化合价化合价 电负性电负性 金属性和非金属性金属性和非金属性元素性质元素性质（周期性（周期性变化）变化）决定原子轨道原子轨道 玻尔认为，原子核外电子在原子玻尔认为，原子核外电子在原子核外一系列稳定轨道上运动。核外一系列稳定轨道上运动。 量子力学用量子力学用原子轨道原子轨道描述原子中描述原子中单个电子的空间运动状态。每个原子单个电子的空间运动状态。每个原子轨道由轨道由3 3个量子数（个量子数（n n、l l、m m）来描述。）来描述。 原子轨道示意图表示电子在核外原子轨道示意图表示电子在核外运动的主要区域。运动的主要区域。1s（1个轨道） 3p（3px 3py 3pz 3个轨道 4d （5个轨道）n=1n=1，l=0 l=0 ，m=0m=0n=3n=3，l=1l=1， m=0m=0、+1+1、-1-1n=4n=4、l=2 m=0l=2 m=0、+1+1、- -1 1、+2+2、-2-2原子轨道的描述（举例）原子轨道的描述（举例）原子轨道示意图原子轨道示意图能级交错能级交错ns (n-2)f (n-1)d np 原子核外电子排布是原子核外电子排布是以实验事实为依据。以实验事实为依据。 价价电子在外层分布时存在能电子在外层分布时存在能级交错。它是多电子体系级交错。它是多电子体系电子相互作用（排斥）的电子相互作用（排斥）的结果。结果。 轨道能量的差值轨道能量的差值与核电荷数的大小有关。与核电荷数的大小有关。 电子填充的顺序与原电子填充的顺序与原子失去电子的顺序不同。子失去电子的顺序不同。4s3d4p 5S4d4p 6s4f5d6p 1-361-36号元素的电子填充号元素的电子填充1-181-18号（各电子层可填充最多电子号（各电子层可填充最多电子数数-2n-2n2 2； 各能级可填充最多电子各能级可填充最多电子数数2(2l+1)2(2l+1)） 1s1s1 1-1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6 19-3619-36号（能级交错与洪特规则号（能级交错与洪特规则）1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6 4s4s1 1- -1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6 3d3d10104s4s2 23p3p6 6 Cr 1sCr 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6 3d3d5 5 4s 4s1 1 Cu 1s Cu 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 6 3d3d1010 4s 4s1 1FeFe原子的轨道能级和原子的轨道能级和核外电子排布核外电子排布1s22s22p63s23p6 3d64s2 电子在原子轨道上的填充和排布电子在原子轨道上的填充和排布知道应用排布原则（能量最低原理、泡利不相容原理、洪特知道应用排布原则（能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则）和基态原子的原子轨道能级高低书写电子排布式。规则）和基态原子的原子轨道能级高低书写电子排布式。外围电子排布式外围电子排布式 3d6 4s2电离能及应用电离能及应用M M（g) eg) e- - = M = M+ +(g) (g) H=IH=I1 1 电离能是原子核外电子分层电离能是原子核外电子分层排布的实验验证。第一电离能可排布的实验验证。第一电离能可衡量元素原子失去衡量元素原子失去1 1个电子的难易个电子的难易程度。值越小，元素的金属性越程度。值越小，元素的金属性越强。（注意区别气态原子的金属强。（注意区别气态原子的金属性与金属活动性性与金属活动性-固体金属单质固体金属单质的金属性）的金属性） 第一电离能呈周期性变化。第一电离能呈周期性变化。是原子核外电子排布周期性变化是原子核外电子排布周期性变化的必然结果。当电子在原子轨道的必然结果。当电子在原子轨道上呈全空、全满、半满时第一电上呈全空、全满、半满时第一电离能较大。离能较大。 判别元素的金属性、非金属性强弱判别元素的金属性、非金属性强弱 一般说，金属元素的电负性在一般说，金属元素的电负性在2.02.0以下以下, ,非金属元素的电非金属元素的电负性在负性在2.02.0以上。元素的电负性呈周期性变化。以上。元素的电负性呈周期性变化。电负性及其应用电负性及其应用 鲍林首先用电负性衡量元素在鲍林首先用电负性衡量元素在化合物中吸引电子的能力。此后不化合物中吸引电子的能力。此后不同科学家提出度量元素电负性的不同科学家提出度量元素电负性的不同标度。如，除鲍林提出的标度外，同标度。如，除鲍林提出的标度外，还有以元素的电离能和电子亲合能还有以元素的电离能和电子亲合能的平均值来度量的，根据核对电子的平均值来度量的，根据核对电子的静电引力计算电负性的等。的静电引力计算电负性的等。 结合其它键参数判别化学键型结合其它键参数判别化学键型 电负性相差较大（电负性相差较大（x1.7)x1.7)的两种元素的原子结合形成化合物，的两种元素的原子结合形成化合物， 通常形成离子键。电负性相差较小（通常形成离子键。电负性相差较小（x x1.7)1.7)的两种元素的原子结的两种元素的原子结合形成化合物，通常形成共价键，且电负性不相等的元素原子间一合形成化合物，通常形成共价键，且电负性不相等的元素原子间一般形成极性共价健。般形成极性共价健。电负性的周期性变化电负性的周期性变化专题专题3 微微粒间作用力粒间作用力与物质的性与物质的性质质第第 1 1 单 元单 元 金属键金属键 金金属晶体属晶体 第第2 2单元单元 离子键离子键 离离子晶体子晶体第第3 3单元单元 共价键共价键 原子晶体原子晶体第第4 4单元单元 分分子间作用力子间作用力 1 1金属键与金属键与金属特性金属特性（交流与讨论：影响金属键的交流与讨论：影响金属键的因素；理解金属的特性因素；理解金属的特性 2 2金属晶体金属晶体（活动与探究：活动与探究：认识金属晶体的密堆积）认识金属晶体的密堆积）1 1离子键的形成离子键的形成 2 2离子晶体离子晶体（交流与讨论：离（交流与讨论：离子晶体晶格能与其物理性质的关系）（子晶体晶格能与其物理性质的关系）（ 拓展视野：离子晶拓展视野：离子晶体中离子的配位数）体中离子的配位数）1共价键的形成共价键的形成 （价键理论、（价键理论、键和键和键键等）等） 2共共价键的类型价键的类型 3共价键的键能与化学反应热共价键的键能与化学反应热（问（问题解决：利用共价键的题解决：利用共价键的键键能计算化学反应热）能计算化学反应热） 4原子原子晶体晶体 整理与归纳：比较整理与归纳：比较三种化学键三种化学键1 1范德华力范德华力（交流与讨论：以卤素单质、卤化氢的熔、交流与讨论：以卤素单质、卤化氢的熔、沸点变化规律为例认识范德华力对物质性质的影响）沸点变化规律为例认识范德华力对物质性质的影响） 2 2氢键氢键的形成的形成( (分子间、分子内氢键分子间、分子内氢键) ) 交流与讨论：交流与讨论：以氨、氟化氢、邻（对）羟基苯甲酸、羟基苯甲酸的性质为以氨、氟化氢、邻（对）羟基苯甲酸、羟基苯甲酸的性质为例讨论氢键对物质性质的影响例讨论氢键对物质性质的影响 3 3分子晶体分子晶体 整整理与归纳：比较理与归纳：比较四种类型晶体四种类型晶体 理解理解并能描述三种化学键的形成与三类晶体的特点，能说并能描述三种化学键的形成与三类晶体的特点，能说明晶体中明晶体中化学键类型对晶体性质的决定化学键类型对晶体性质的决定作用；作用； 认识说明认识说明金属晶体的密堆积金属晶体的密堆积，了解了解晶胞与晶体晶胞与晶体的关系的关系 ； 了解什么是离子晶体了解什么是离子晶体晶格能晶格能，了解它与离子晶体性质的关，了解它与离子晶体性质的关系，能应用系，能应用晶格能说明物质的某些性质，了解晶格能说明物质的某些性质，了解怎样怎样运用晶胞结运用晶胞结构模型说明晶体的组成构模型说明晶体的组成； 认识认识共价键的类型共价键的类型（ 、 键、极性键、非极性键）键、极性键、非极性键）能从能从成键原子核外电子排布特点分析成键原子核外电子排布特点分析共价键的共价键的方向性、饱和性、共方向性、饱和性、共价分子的组成与键型，价分子的组成与键型，能能运用共价键的参数说明运用共价键的参数说明共价键的稳定共价键的稳定性性；了解原子晶体熔点、硬度与其结构的关系；系统认识了解原子晶体熔点、硬度与其结构的关系；系统认识三种三种化学键本质、影响键强弱的因素、化学键本质、影响键强弱的因素、是否有方向性、饱和性是否有方向性、饱和性； 了解两种常见分子间作用力及其对物质性质的影响；了解两种常见分子间作用力及其对物质性质的影响； 比较四类晶体结构与性质特点比较四类晶体结构与性质特点 。 中心内容：微粒间作用力类型与物质性质的关系中心内容：微粒间作用力类型与物质性质的关系编写编写思路思路金属金属金属键、金属金属键、金属键的强弱键的强弱金属晶体金属晶体金属原子在晶体中的金属原子在晶体中的堆积方式堆积方式晶体物理性质特晶体物理性质特点（金属原子化点（金属原子化热）热）离子化离子化合物合物离子键的形成、离子键的形成、特点特点离子晶体离子晶体 离子晶体离子晶体的晶格能、晶胞的晶格能、晶胞晶体物理性质特晶体物理性质特点（晶格能）点（晶格能）共价化共价化合物、合物、共价分共价分子子共价健的形成共价健的形成共价键的类型共价键的类型共价键的键能共价键的键能键长键长 原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体晶体物理性质特晶体物理性质特点点 （共价化合（共价化合物的稳物的稳 定性与定性与反应热）反应热）分子分子分子间作用力分子间作用力（范德华力、范德华力、氢键的形成）氢键的形成）分子晶体分子晶体晶体物理性质特晶体物理性质特点（氢键对物质点（氢键对物质性质的影响）性质的影响）学习情景学习情景作用力作用力物质性质物质性质晶体结构晶体结构认识共价键的类型认识共价键的类型 键与键与 键键杂化杂化键键极性键与非极性键极性键与非极性键（含义、判断与推测（含义、判断与推测方法）方法）拓展视野：拓展视野：三种分子间作三种分子间作用力用力-帮助学帮助学生认识分子间生认识分子间作用力存在的作用力存在的原因和普遍性原因和普遍性+ + + + + + + + + +-取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力范德华力范德华力 联系实例认识存在的意义、与化学键的区别、作用大联系实例认识存在的意义、与化学键的区别、作用大小对物质性质的影响小对物质性质的影响 共价分子为什么可以以凝聚态存在？共价分子为什么可以以凝聚态存在？NaCl HClNaCl HCl的熔的熔点（点（801801、-112-112）为什么差别大？卤素单质常温下存在）为什么差别大？卤素单质常温下存在状态差异的原因。干冰融化与状态差异的原因。干冰融化与COCO2 2分解的难易。为什么分解的难易。为什么氡在水中溶解度（氡在水中溶解度（230cm230cm3 3L L-1-1）比其他稀有气体大？）比其他稀有气体大？氢键与物质的性质氢键与物质的性质 对物质熔点和沸点的影响对物质熔点和沸点的影响氢键对物质溶解度的氢键对物质溶解度的影响影响氢键对酸性的影响氢键对酸性的影响水的独特性质水的独特性质-沸点反常升高、冰密度小于水、水密度在沸点反常升高、冰密度小于水、水密度在4 4 0 0C C最大最大 DNADNA双螺旋结构中的氢键双螺旋结构中的氢键 认识氢键的存在，了解氢键的形成，从具体事例认识认识氢键的存在，了解氢键的形成，从具体事例认识氢氢键对物质的性质影响键对物质的性质影响 氢键的形成氢键的形成 当分子中的当分子中的H H和电负性大、半径小的有孤对电子的和电负性大、半径小的有孤对电子的元素元素(F,O,N)(F,O,N)结合时，共用电子对强烈偏向电负性大的结合时，共用电子对强烈偏向电负性大的原子一侧，几乎裸露的原子一侧，几乎裸露的H H原子核可以与分子中另一个电原子核可以与分子中另一个电负性大、半径小的原子产生吸引作用，形成氢键。因负性大、半径小的原子产生吸引作用，形成氢键。因此，在这种情况下，此，在这种情况下，一个氢原子是被两个原子强有力一个氢原子是被两个原子强有力地吸引着，可以把氢键看作是在两个原子之间的键，地吸引着，可以把氢键看作是在两个原子之间的键，可表示为可表示为X-HX-HY Y 。 氢键是一种弱键，键能在氢键是一种弱键，键能在2-10kcal/mol2-10kcal/mol范围，因范围，因为键能小，它在形成和分离时所需的活化能也很小，为键能小，它在形成和分离时所需的活化能也很小，特别适合在常温下的反应特别适合在常温下的反应. . 氢键能使蛋白质分子限制氢键能使蛋白质分子限制在它的天然构型上。在它的天然构型上。 在氢键中，氢原子总是比较靠近两个原子中的一在氢键中，氢原子总是比较靠近两个原子中的一个，例如冰的晶体中，质子离一个氧原子的距离为个，例如冰的晶体中，质子离一个氧原子的距离为100pm100pm，离另一个氧原子为，离另一个氧原子为176pm176pm。形成氢键的物质的。形成氢键的物质的物理性质，如沸点、熔点会发生明显的变化物理性质，如沸点、熔点会发生明显的变化-由此得由此得出结论，出结论， HFHF、NHNH3 3、H H2 2O O晶体中的氢键在熔化时一部分晶体中的氢键在熔化时一部分被破坏，还有一部分（超过半数）还留在液体中，最被破坏，还有一部分（超过半数）还留在液体中，最后汽化时才破坏。只有后汽化时才破坏。只有HFHF中的氢键特别强，在蒸汽中中的氢键特别强，在蒸汽中仍有部分聚合体。仍有部分聚合体。 有些液态物质如有些液态物质如NHNH3 3、H H2 2O O，观察到反常的高介电常，观察到反常的高介电常数，可归结为氢键产生的连续聚合作用。数，可归结为氢键产生的连续聚合作用。 氢键的特点氢键的特点 键长特殊键长特殊 297pm297pm 键能小键能小 E E 28kJ/mol) 28kJ/mol) 具有饱和性和方向性具有饱和性和方向性 不仅同种分子不仅同种分子间可形成氢键，不间可形成氢键，不同种分子间也可以同种分子间也可以形成氢键。如形成氢键。如NHNH3 3和和H H2 2O O间的氢键。间的氢键。 除了除了HFHF、H H2 2O O、NHNH3 3 有有分子间氢键分子间氢键外，在有机羧酸、外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸、乙酸靠氢键形成二聚体。甲酸、乙酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外，还有除了分子间氢键外，还有分子分子内氢键内氢键。例如，。例如， 邻硝基苯酚、邻羟邻硝基苯酚、邻羟基苯甲酸、基苯甲酸、NaHCO3NaHCO3晶体、硝酸等。硝晶体、硝酸等。硝酸的分子内氢键酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。使其熔、沸点较低。尿素的氢键尿素的氢键 尿素尿素CO(NHCO(NH2 2) )2 2有两个有两个N N和一个羰基氧原子和一个羰基氧原子, , 每个每个N N与与另一个尿素分子的氢形成一另一个尿素分子的氢形成一个氢键个氢键, ,氧也可形成一个氢键氧也可形成一个氢键, ,共可形成三个氢键。共可形成三个氢键。 这使得它的熔点比分子这使得它的熔点比分子量相近的醋酸、硝酸高。量相近的醋酸、硝酸高。