化学 1 揭示物质结构的奥秘 苏教版选修3

专题专题1揭示物质结构的奥秘揭示物质结构的奥秘 课程标准课程标准1了解物质结构探索发展的历史与人类物质文明进步的了解物质结构探索发展的历史与人类物质文明进步的 密密切联系。切联系。2认识物质结构探索与研究对人类文明发展与进步的重认识物质结构探索与研究对人类文明发展与进步的重 要要意义。意义。3了解人类对物质结构认识的脉络。了解人类对物质结构认识的脉络。4初步掌握研究物质结构的一般方法。初步掌握研究物质结构的一般方法。5感受科学家探索物质结构征程中的坚毅和执着，树立感受科学家探索物质结构征程中的坚毅和执着，树立 坚坚忍不拔的毅力和勇气。忍不拔的毅力和勇气。6领悟物质结构的探索是人类可持续发展的有力保证。领悟物质结构的探索是人类可持续发展的有力保证。专题专题1揭示物质结构的奥秘揭示物质结构的奥秘一、人类探索物质结构的历史一、人类探索物质结构的历史119世纪初，最早提出原子概念的是英国科学家世纪初，最早提出原子概念的是英国科学家_,他认为物质由他认为物质由_组成，在化学变化中组成，在化学变化中_不可再不可再分割，其性质在化学反应中保持分割，其性质在化学反应中保持_。21811年，意大利科学家年，意大利科学家_，提出了分，提出了分 子子 学学说。他认为分子的结构直接决定说。他认为分子的结构直接决定_。道尔顿道尔顿原子原子原子原子不变不变阿伏加德罗阿伏加德罗分子的性质分子的性质31869年，俄国化学家年，俄国化学家_揭示了自然界的揭示了自然界的 一一条基本规律条基本规律元素周期律。元素周期律。419世纪中叶以后世纪中叶以后,人们对有机化合物的认识有了重大进人们对有机化合物的认识有了重大进 展展 .有机物中碳原子应满足有机物中碳原子应满足_价。价。519世纪末至世纪末至20世纪初世纪初,物理学揭开了原子内部结构的奥物理学揭开了原子内部结构的奥 秘秘,发现了微观粒子波粒二象性。发现了微观粒子波粒二象性。_为化学提供了为化学提供了分析原子和分子结构的理论基础。分析原子和分子结构的理论基础。门捷列夫门捷列夫四四量子力学量子力学你能说出原子结构模型的演变过程吗？你能说出原子结构模型的演变过程吗？提示：提示：原子结构模型大致经历了五个发展阶段的变化：道原子结构模型大致经历了五个发展阶段的变化：道 尔尔顿原子模型顿原子模型汤姆生原子模型汤姆生原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔原玻尔原 子子模型模型量子力学原子模型。量子力学原子模型。二、研究物质结构的意义二、研究物质结构的意义1从物质的结构，可以认识物质的性能。例如：金刚石、石从物质的结构，可以认识物质的性能。例如：金刚石、石墨、墨、C60、碳纳米管等均由碳元素组成，但是它们的性能却有、碳纳米管等均由碳元素组成，但是它们的性能却有很大差别，这是由于很大差别，这是由于_。2研究物质的结构研究物质的结构,能够为设计与合成新物质提供理论基础能够为设计与合成新物质提供理论基础.3揭示物质的结构与性能的关系，可帮助我们预测物质的揭示物质的结构与性能的关系，可帮助我们预测物质的性能。性能。碳原子之间的排列方式不同碳原子之间的排列方式不同4研究物质结构，能帮助我们了解材料的结构与性能之间的研究物质结构，能帮助我们了解材料的结构与性能之间的关系。关系。_、纳米材料、超导材料等新型材料的、纳米材料、超导材料等新型材料的开发、研制和应用，都依赖于物质结构的研究。开发、研制和应用，都依赖于物质结构的研究。5物质结构的研究，是生命科学在物质结构的研究，是生命科学在_水平上水平上探索生命现象的本质。探索生命现象的本质。6物质结构研究对于保护物质结构研究对于保护_、实现社会的可、实现社会的可持续发展具有重大意义。持续发展具有重大意义。信息材料信息材料分子分子生态环境生态环境1下列有关化学史知识错误的是下列有关化学史知识错误的是()A原子分子学说的建立是近代化学发展的里程碑原子分子学说的建立是近代化学发展的里程碑B俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，编制俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，编制 了了 元素元素 周周期表期表C意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体 积比的积比的 基基 础础上提出了分子的概念上提出了分子的概念D英国科学家道尔顿首先发现了电子英国科学家道尔顿首先发现了电子解析：英国科学家汤姆生首先发现了电子。解析：英国科学家汤姆生首先发现了电子。D2最近医学界通过放射性最近医学界通过放射性14C标记标记C60，发现一种，发现一种C60的的 羧羧 酸酸衍生物在特定条件下通过断裂衍生物在特定条件下通过断裂DNA而杀死细胞从而抑制艾而杀死细胞从而抑制艾 滋滋病，则有关病，则有关14C的叙述正确的是的叙述正确的是()A与与12C的化学性质不相同的化学性质不相同 B与与12C的中子数相同的中子数相同C是是C60的同素异形体的同素异形体 D与与12C互为同位素互为同位素解析：本题首先要清楚同位素和同素异形体的区别解析：本题首先要清楚同位素和同素异形体的区别,前者的对前者的对象是原子，而后者的对象是单质；其次要了解同位素象是原子，而后者的对象是单质；其次要了解同位素 的物的物 理理性质有差别，而化学性质基本相同。性质有差别，而化学性质基本相同。14C与与12C质子数相质子数相 同同, 中中子数不同，故子数不同，故D正确。正确。D318世纪初提出的原子论的基本内容有如下几点：世纪初提出的原子论的基本内容有如下几点：物质是由最小的微粒物质是由最小的微粒原子组成的。原子就是不能再分原子组成的。原子就是不能再分的最小微粒。的最小微粒。同种元素的原子在重量、大小和其他性质上相同。同种元素的原子在重量、大小和其他性质上相同。一切原子都处在不停地运动的状态。一切原子都处在不停地运动的状态。根据目前掌握的知识，你认为不正确的有几点？根据目前掌握的知识，你认为不正确的有几点？解析：古代对物质结构奥秘的探索解析：古代对物质结构奥秘的探索,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？原子是不是构成物质大厦的是不是真的存在呢？原子是不是构成物质大厦的“基本砖石基本砖石”呢？一种原子是否能转变成另一种原子呢呢？一种原子是否能转变成另一种原子呢?直到直到18世纪中叶世纪中叶,俄国人罗黎诺索夫俄国人罗黎诺索夫(17111765)才把原子观点复活起来；才把原子观点复活起来；1808年，英国人道尔顿又对原子论加以总结。这样就结年，英国人道尔顿又对原子论加以总结。这样就结 束束 了了化学史上愚昧的炼金时代化学史上愚昧的炼金时代,保证了化学向前健康地迅速发展保证了化学向前健康地迅速发展.因因此，化学中的新时代应该说是从原子论开始的。此，化学中的新时代应该说是从原子论开始的。答案：答案：要考虑构成物质的微粒，有分子、原子、质子、要考虑构成物质的微粒，有分子、原子、质子、 中中子、甚至更小的夸克等。子、甚至更小的夸克等。要考虑同种元素的原子有质子要考虑同种元素的原子有质子 数数相同而中子数不同的情况，即同位素。只有相同而中子数不同的情况，即同位素。只有正确。正确。探究导引探究导引1原子学说的基本要点是什么？它能否解释原子学说的基本要点是什么？它能否解释“1体积体积的氯气和的氯气和1体积的氢气生成体积的氢气生成2体积的氯化氢体积的氯化氢”？提示：提示：原子学说的基本要点包括：原子学说的基本要点包括：(1)化学元素由不可分的微粒化学元素由不可分的微粒原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。(2)同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素的基本特征之一。质量各不相同，原子质量是元素的基本特征之一。氯原子构成氯气，氢原子构成氢气，则氯原子构成氯气，氢原子构成氢气，则1体积的氯气和体积的氯气和1体积的体积的氢气生成氢气生成2体积的氯化氢时，不能解释氯化氢的结构与形成。体积的氯化氢时，不能解释氯化氢的结构与形成。探索物质的微观结构探索物质的微观结构探究导引探究导引2提出提出“分子学说分子学说”的背景以及的背景以及“分子学说的内容分子学说的内容”是是什么？什么？ 提示：提示：1808年，法国化学家盖年，法国化学家盖吕萨克吕萨克(J.L.GayLussac 17781850)根据化合反应实验的发现，提出假说：根据化合反应实验的发现，提出假说：“在同在同 温温 同同 压压下下,相同体积的不同气体含有相同数目的原子相同体积的不同气体含有相同数目的原子”。但。但 道尔道尔 顿顿 认认为为:不同元素的原子大小不一不同元素的原子大小不一,相同体积、不同元素气体的原子相同体积、不同元素气体的原子数不可能相等数不可能相等.1811年，阿伏加德罗详细研究道尔顿原子论和年，阿伏加德罗详细研究道尔顿原子论和盖盖吕萨克的气体反应定律后提出分子学说。他首先肯定原吕萨克的气体反应定律后提出分子学说。他首先肯定原 子子论和气体反应定律都是正确的，关键是原子论忽略了论和气体反应定律都是正确的，关键是原子论忽略了 一个一个 重重要事实，那就是分子的存在。于是他提出分子假说如下要事实，那就是分子的存在。于是他提出分子假说如下:(1)元素的最小单元是原子，但气体的最小单元并非原子，元素的最小单元是原子，但气体的最小单元并非原子， 而而是由几个原子组成的分子。也就是说，气体由分子组成，是由几个原子组成的分子。也就是说，气体由分子组成， 而而分子由原子构成。例如：氧气、氢气都是由双原子分子组分子由原子构成。例如：氧气、氢气都是由双原子分子组 成成的。气态化合物则是由分子组成，而化合物的分子是由不的。气态化合物则是由分子组成，而化合物的分子是由不 同同原子构成的。例如：氨气由氨分子组成，而氨分子由原子构成的。例如：氨气由氨分子组成，而氨分子由3个氢原个氢原子和子和1个氮原子构成。个氮原子构成。(2)在同温同压下，同体积的任何气体含有相同数目的分子。在同温同压下，同体积的任何气体含有相同数目的分子。有了这两条分子假说，道尔顿原子论和盖有了这两条分子假说，道尔顿原子论和盖吕萨克的气体反应吕萨克的气体反应体积定律就得到圆满解释。体积定律就得到圆满解释。人类认识原子结构的历史进程图表人类认识原子结构的历史进程图表原子结构原子结构模型模型模型相关的名称模型相关的名称和时间和时间特点特点道尔顿模型道尔顿模型(1803) 坚实不可再分的实心球坚实不可再分的实心球汤姆生模型汤姆生模型1904平均分布着正电荷的粒子嵌着平均分布着正电荷的粒子嵌着同样多的电子同样多的电子原子结构原子结构模型模型模型相关的名称模型相关的名称和时间和时间特点特点卢瑟福模型卢瑟福模型1911带正电荷的核位于中心，质量带正电荷的核位于中心，质量主要集中在核上，电子沿不同主要集中在核上，电子沿不同轨道运转轨道运转玻尔模型玻尔模型1913电子在一定轨道上绕核做高速电子在一定轨道上绕核做高速圆周运动圆周运动电子云模型电子云模型1935现代物质结构学说现代物质结构学说1原子结构模型的演变图中，原子结构模型的演变图中，(1)为道尔顿实心球式为道尔顿实心球式 原原 子子 模模型、型、(2)为卢瑟福行星运转式原子模型、为卢瑟福行星运转式原子模型、(3)为汤姆生葡萄干面为汤姆生葡萄干面包式原子模型、包式原子模型、(4)为近代量子力学原子模型、为近代量子力学原子模型、(5)为玻尔轨道为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是()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：选解析：选A。本题要熟练人们对物质结构特别是原。本题要熟练人们对物质结构特别是原 子结子结 构构 的的认识变迁。正确的顺序是道尔顿实心球式原子模型、认识变迁。正确的顺序是道尔顿实心球式原子模型、 汤姆汤姆 生生葡萄干面包式原子模型、卢瑟福行星运转式原子模型、玻葡萄干面包式原子模型、卢瑟福行星运转式原子模型、玻 尔尔轨道式原子模型、近代量子力学原子模型。轨道式原子模型、近代量子力学原子模型。探究导引探究导引1为什么白磷比红磷活泼，氧气比氮气活泼？为什么白磷比红磷活泼，氧气比氮气活泼？提示：提示：白磷分子是正四面体构型，键角小，结构不太稳定白磷分子是正四面体构型，键角小，结构不太稳定,红红磷结构要比白磷复杂得多，也稳定得多，所以性质上也磷结构要比白磷复杂得多，也稳定得多，所以性质上也 比比 白白磷稳定。氧气比氮气活泼可从原子结构和分子结构两方面磷稳定。氧气比氮气活泼可从原子结构和分子结构两方面 找找原因，以分子结构因素为主。原因，以分子结构因素为主。N2分子以共价叁键结合，比分子以共价叁键结合，比O2的键能大得多。的键能大得多。N2分子不易打开，性质稳定，分子不易打开，性质稳定，O2分子既较分子既较 易易打开化学键，一经打开，打开化学键，一经打开，O原子又比原子又比N原子易得电子，所以氧原子易得电子，所以氧显得更活泼。显得更活泼。研究物质结构的意义研究物质结构的意义探究导引探究导引2碳的四种同素异形体碳的四种同素异形体(金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60和碳和碳 纳纳米管等米管等)在性质和用途上有极大差异的原因是什么？在性质和用途上有极大差异的原因是什么？提示：提示： 碳原子与碳原子之间的连接方式不同，导致了它们形碳原子与碳原子之间的连接方式不同，导致了它们形成的物质性质不同。成的物质性质不同。2石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量 石石 墨墨 纤纤维维,造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨()A有放射性有放射性 B易燃、易爆易燃、易爆C能导电能导电 D有剧毒有剧毒解析：石墨炸弹破坏输电线、电厂设备的原因主要是导致解析：石墨炸弹破坏输电线、电厂设备的原因主要是导致 供供电线路短路，即石墨纤维有导电性。故正确答案为电线路短路，即石墨纤维有导电性。故正确答案为C。C 某科技报道某科技报道,美国夏威夷联合天文中心的科学家发现了美国夏威夷联合天文中心的科学家发现了一种新型氢微粒，这种微粒是由一种新型氢微粒，这种微粒是由3个质子和个质子和2个电子个电子 构成。构成。 对对这种微粒，下列说法正确的是这种微粒，下列说法正确的是()A是是H的一种新的同位素的一种新的同位素B是是H2的一种新的同分异构体的一种新的同分异构体C它的组成可表示为它的组成可表示为H3D它比普通它比普通H2分子多一个氢原子核分子多一个氢原子核人类对物质结构的认识人类对物质结构的认识思路点拨思路点拨本题考查原子的组成以及同位素、同分本题考查原子的组成以及同位素、同分 异异 构构 体体的概念。的概念。解析解析这种微粒的符号为这种微粒的符号为H3，它比，它比H2多了一个质子多了一个质子(氢原氢原子核子核)，与，与H2的关系既不是同位素也不是同分异构体，而是一的关系既不是同位素也不是同分异构体，而是一种离子。种离子。答案答案D规律方法规律方法原子是由原子核和核外电子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的， 原子原子 核核 是是由质子和中子组成的。原子不带电，原子核带正电，电子由质子和中子组成的。原子不带电，原子核带正电，电子 带带负电。质子带正电，中子不带电。且有关系：核电荷数质负电。质子带正电，中子不带电。且有关系：核电荷数质子数核外电子数。子数核外电子数。 门捷列夫在门捷列夫在19世纪中叶曾根据他所发现的元素周期世纪中叶曾根据他所发现的元素周期律律,预言过第预言过第4周期周期A族锗元素族锗元素(当时称为类硅当时称为类硅)的性质。当时的性质。当时已知：密度已知：密度(g/cm3)：Si 4.8，Sn 5.8；比热；比热J/(kgK):Sn 218,Pb 130。(1)估计锗的密度和比热：估计锗的密度和比热：_；_。(2)判断锗的金属性和非金属性强弱，它能否与酸或碱反应？判断锗的金属性和非金属性强弱，它能否与酸或碱反应？_。思路点拨思路点拨本题考查元素周期律的应用，学会发现探索物本题考查元素周期律的应用，学会发现探索物质性质的递变规律。质性质的递变规律。物质性质的变化规律物质性质的变化规律密度密度(g/cm3): 5.3比热比热J/(kgK)：306锗的金属性比锡弱，非金属性比硅弱；既能与强酸反应又锗的金属性比锡弱，非金属性比硅弱；既能与强酸反应又能与强碱反应能与强碱反应解析解析单质的密度有一定的变化规律，锗在硅和锡之单质的密度有一定的变化规律，锗在硅和锡之 间间,密密度大约是它们的平均值度大约是它们的平均值5.3；锗、锡、铅比热的变化由已知；锗、锡、铅比热的变化由已知 后后两者的数据可知是变小的，那么锗的比热最大，锗与锡间两者的数据可知是变小的，那么锗的比热最大，锗与锡间 比比热的差值应与锡铅之间差值相当，故得锗的比热约为热的差值应与锡铅之间差值相当，故得锗的比热约为21888306。锗处于金属与非金属的交界线，估计有两性。锗处于金属与非金属的交界线，估计有两性。规律方法规律方法元素的性质在周期表中呈现出一定的规律元素的性质在周期表中呈现出一定的规律 ， 特特别是同周期或同主族元素之间，要依据已知的规律来推断未别是同周期或同主族元素之间，要依据已知的规律来推断未知的信息。知的信息。