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1、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课程标准导航课程标准导航1.认识研究物质结构与性能的关系对分子设认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新型材料的重要意义。计、合成新型材料的重要意义。2.了解量子力学在物质转化、物质制备等研了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导作用。究领域中的指导作用。3.了解研究生命现象的化学机理对促进人类了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。健康的重要作用。4.体会学习物质研究的方法有助于探索物质体会学习物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘。世界的奥秘。新新知知初初
2、探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、研究物一、研究物质的的结构与性能的关系构与性能的关系分子分子微粒微粒生理生理物理物理化学化学生物生物小小光、光、电、磁、磁生命运生命运动大大二、研究化学反二、研究化学反应的量子力学理的量子力学理论1.化化学学反反应的的意意义：实现物物质的的_，_人人类生活和生生活和生产所需要的物所需要的物质。2.科科学学理理论：精精确确有有效效而而又又普普遍遍适适用用的的化化学学反反应的的_。转化化制制备量子力学理量子力学理论环境境污染染高温、高高温、高压光合光合副副产物物能源能源三、研究生命三、研究生命现象的化学机理象的化学机理1.探探寻人人类和和生生物物的的生生命命
3、运运动的的_,无无疑疑是是21世世纪化化学学科科学学亟亟待待解解决决的的重重大大课题之一。之一。2.化化学学创立立了了研研究究物物质结构构的的_、_和和_，初初步步揭揭示示了了物物质的的结构构与与性性能能之之间的的关关系系和和规律律，为设计具具有有各各种种特特殊功能的新物殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。提供了有效的方法和手段。化学机理化学机理理理论方法方法实验手段手段自主体验自主体验1.在环境污染已经成为当前中国发展中的一在环境污染已经成为当前中国发展中的一个重大问题。生产和生活中产生的某气体在个重大问题。生产和生活中产生的某气体在近地面浓度稍大时是一种污染物，而在高空近地面浓度稍大时是
4、一种污染物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是却对人类有保护作用，该气体是()ANOBO3CCO2 D氟氯烃氟氯烃解解析析: 选B。O3在在低低空空浓度度过大大时会会导致致呼呼吸吸道道疾疾病病，但但在在高高空空有有过滤紫紫外外线的的功功能能，降降低低人人类患患皮皮肤肤癌癌等等疾疾病病的的风险，是是有有益益的的气体，气体，B正确。正确。2.邮票收藏爱好者把信封上的邮票剪下来浸邮票收藏爱好者把信封上的邮票剪下来浸在水中，能除去邮票背面的粘合剂，这是利在水中，能除去邮票背面的粘合剂，这是利用了该粘合剂具有很强亲水性的性能。该粘用了该粘合剂具有很强亲水性的性能。该粘合剂的成分可能是合剂的成分可能是(
5、)解解析析：选B。根根据据题中中该粘粘合合剂具具有有很很强强亲水水性性的的信信息息，可可知知该粘粘合合剂中中含含有有亲水水的的基基团，B选项中中的的羟基基(OH)具具有有亲水水性性，因因为羟基基可可以以与与水水分分子子间形形成成氢键，C选项中中的的氯原子和原子和D选项中的甲基都不具有中的甲基都不具有亲水水性，所以正确答案性，所以正确答案为B。3.“绿色化学绿色化学”是当今社会提出的一个新概是当今社会提出的一个新概念。在念。在“绿色化学工艺绿色化学工艺”中，理想状态是反应中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为率为100%。用甲烷合成乙酸
6、乙酯，欲使原。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率达到最高，还需要消耗的其他反应子利用率达到最高，还需要消耗的其他反应物有物有()ACO BCO2和和H2OCH2O和和O2 DCH3OH和和O2解解析析：选A。乙乙酸酸乙乙酯的的化化学学式式为C4H8O2，用用C4H8O2减减去去2分分子子CH4得得C2O2，即即2分分子子CO。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探探究究导引引1高高分分子子纤维的的强强度度比比共共价价键的的强强度度弱弱得得多多，我我们能能制制得得具具有有共共价价键强强度度的的材料材料吗？要点一要点一要点一要点一研究物质的结构与性能的关系研究物质的结构与性能的关系提示：提示：能。我国
7、科学家前不久成功合成了能。我国科学家前不久成功合成了3 nm长的管状定向碳的管状定向碳纳米管，米管，长度居世界之度居世界之首。首。这种碳种碳纤维具有具有强强度高、度高、刚度度(抵抗抵抗变形的能力形的能力)好、密度小好、密度小(只有只有钢的的1/4)、熔点、熔点高、化学高、化学稳定性好等特点，因而被称定性好等特点，因而被称为“超超级纤维”。探探究究导引引2太太阳阳投投射射到到地地球球上上的的能能量量是是当当前前全全世世界界所所耗耗能能量量总数数的的一一万万倍倍。如如果果人人类能能利利用用0.1%的的太太阳阳能能，就就能能满足足当当前前全全世世界界的能源需求。我的能源需求。我们该如何利用太阳能？如
8、何利用太阳能？提提示示：利利用用太太阳阳能能发电；利利用用太太阳阳能能电解解水水以以制制氢气气；利利用用太太阳阳能能加加热水水来来满足足人人们日日常常生生活活之之用用；利利用用太太阳阳能能生生产更更多多的的绿色色食食品品等等等等。太太阳阳能能的的有有效效利利用用主主要要依依靠靠化化学学所所研制的新型材料。研制的新型材料。要点归纳要点归纳1.物质的结构物质的结构物质的结构是决定物质性质的重要因素，包物质的结构是决定物质性质的重要因素，包括构成物质的微粒及微粒之间的相互作用，括构成物质的微粒及微粒之间的相互作用，分子的构型、手性等。物质结构的最基本规分子的构型、手性等。物质结构的最基本规律是元素周
9、期律、化学键理论、晶体结构、律是元素周期律、化学键理论、晶体结构、分子构型等知识。分子构型等知识。2.物物质的性的性质物物质的性的性质包括物包括物质的物理性的物理性质和化学性和化学性质、生物活性和生理活性等。、生物活性和生理活性等。3.物物质结构与性构与性质的关系的关系化化学学研研究究的的对象象是是物物质及及其其变化化，找找出出事事物物之之间的的客客观规律律，抓抓住住事事物物变化化的的本本质，就就可可以以理理解解事事物物变化化的的原原因因。也也就就是是说要要抓抓住住“物物质结构构决决定定物物质性性质，性性质又又能能反反映映结构构,物物质的性的性质决定物决定物质的用途的用途”这一一规律律.掌握掌
10、握这些些规律，我律，我们就可以分析事物就可以分析事物变化的化的原因。原因。4.研究物质结构与性能关系的意义研究物质结构与性能关系的意义研究物质结构与性能的关系对解决分子设研究物质结构与性能的关系对解决分子设计、合成新材料等都具有十分重要的意义。计、合成新材料等都具有十分重要的意义。研究镧系元素的结构和性质的关系，可以寻研究镧系元素的结构和性质的关系，可以寻找到功能奇特的光、电、磁等材料；找到功能奇特的光、电、磁等材料；研究影响生物大分子的生物活性和生理活性研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素，可以帮助人类认识生命运动的的结构因素，可以帮助人类认识生命运动的机理；研究材料的结构和性能
11、的关系，可以机理；研究材料的结构和性能的关系，可以得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料合成材料即时应用即时应用1.(2012南京高二检测南京高二检测)导电聚合物是由某些导电聚合物是由某些聚合物聚合物(如聚乙炔如聚乙炔)经化学或电化学掺杂后形经化学或电化学掺杂后形成的，导电率从绝缘体延伸到导体范围的一成的，导电率从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。导电聚合物应属于类高分子材料。导电聚合物应属于()A氧化物氧化物B气态氢化物气态氢化物C配合物配合物 D有机物有机物解解析析：选D。将将乙乙炔炔加加聚聚得得到到聚聚乙乙炔炔的的反反应方程式：方程式：聚
12、聚乙乙炔炔中中存存在在单双双键交交替替的的长链，这样的的长链型型高高聚聚物物经掺杂其其他他物物质后后可可成成为导电塑塑料，从物料，从物质的分的分类来看，来看，应属于有机物。属于有机物。要点二要点二要点二要点二量子力学理论推动化学反量子力学理论推动化学反应的深入研究应的深入研究探探究究导引引你你认为化化学学如如何何更更好好地地服服务于于人人类社社会会？化化学学还应该为人人类社社会会的的发展展解解决决哪些哪些问题？提示：提示：通通过化学反化学反应实现物物质的的转化，制化，制备人人类生活所需要的物生活所需要的物质，是化学服，是化学服务于人于人类的重要方式之一。的重要方式之一。为了了更更好好地地利利用
13、用化化学学变化化，化化学学家家们需需要要回回答答下下列列问题：两两个个或或多多个个分分子子之之间能能否否发生生化化学学反反应？能能否否生生成成预期期的的分分子子？需需要要什什么么催催化化剂才才能能在在温温和和的的条条件件下下进行行反反应？如如何何在在理理论指指导下下控控制制化化学学反反应？如如何何预测化化学学反反应的的速速率率？如如何何确确定定化化学学反反应的的途途径径这就就要要求求化化学学家家们建建立立有有效效而而又又普普遍遍适适用用的的化学反化学反应的量子力学理的量子力学理论。要点归纳要点归纳1.化学是研究化学变化的科学，化学理论和化学是研究化学变化的科学，化学理论和定律是化学的基础和根本
14、。化学变化的本质定律是化学的基础和根本。化学变化的本质是若干原子核和电子之间的电磁相互作用，是若干原子核和电子之间的电磁相互作用，这种相互作用的根本规律就是量子力学。这种相互作用的根本规律就是量子力学。2.随着化学反应的量子力学理论的建立和相随着化学反应的量子力学理论的建立和相关技术的进一步发展，人类将进入一个崭新关技术的进一步发展，人类将进入一个崭新的世界：合成氨不再需要高温、高压，光合的世界：合成氨不再需要高温、高压，光合作用不再是植物的专利，化工生产不再生成作用不再是植物的专利，化工生产不再生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境污染有环境污
15、染即时应用即时应用解解析析：选B。原原子子核核外外电子子的的排排布布尽尽先先排排布布能能量量最最低低的的轨道道，当当原原子子吸吸收收能能量量后后，电子子从从能能量量低低的的轨道道跃迁迁到到能能量量高高的的轨道道；电子子从从能能量量高高的的轨道道返返回回能能量量低低的的轨道道时，将将释放能量，放能量，释放能量放能量时主要以光的形式表主要以光的形式表现。题题型型探探究究技技法法归归纳纳题型题型题型题型1 1 1 1物物质结构与性构与性质的关系的关系例例例例1 1A它是制造飞机的理想材料它是制造飞机的理想材料B它的主要组成元素是碳它的主要组成元素是碳C它的抗腐蚀能力强它的抗腐蚀能力强D碳纤维复合材料
16、不易导电碳纤维复合材料不易导电【思思路路点点拨】纳米米材材料料有有其其独独特特的的性性能能，在各行在各行业中表中表现出出优异的性能。异的性能。【解解析析】一一般般飞机机是是用用钢铁制制造造的的，由由于于碳碳纤维的的“强强度度高高、刚度度高高、密密度度小小”，它它也也可可以以作作为制制造造飞机机的的理理想想材材料料；碳碳纤维复复合合材材料料的的主主要要组成成元元素素是是碳碳，但但由由于于合合成成的的是是纳米米级材材料料，碳碳原原子子最最外外层有有4个个电子子，也可以也可以类似于石墨似于石墨结构，存在着自由构，存在着自由电子。子。【答案】【答案】D【规律律方方法法】物物质的的性性质是是由由结构构所
17、所决决定定的，研究物的，研究物质性性质要要紧抓抓结构构进行突破。行突破。题型题型题型题型2 2研究生命现象的化学物质研究生命现象的化学物质例例例例2 2 有效成分为手性分子的药物为手性药有效成分为手性分子的药物为手性药物物.下列有关手性药物的叙述正确的是下列有关手性药物的叙述正确的是()A通过化学反应生成手性药物时一定是等通过化学反应生成手性药物时一定是等量地生成它们的手性异构体量地生成它们的手性异构体B存在少量手性催化剂时不可能只生成手存在少量手性催化剂时不可能只生成手性异构体中的一种性异构体中的一种C手性药物中两种手性异构体的医药作用手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别几乎没有区
18、别D手性异构体的医药作用可能完全不同手性异构体的医药作用可能完全不同【思路点【思路点拨】对手性手性药物的研究。物的研究。【解解析析】互互为手手性性异异构构体体的的两两种种物物质的的化化学学性性质几几乎乎相相同同，但但生生物物性性质可可能能会会截截然然不不同同，一一种种异异构构体体有有治治病病疗效效，另另一一种种可可能能没没有，甚至有，甚至对人体有害。人体有害。如果在没有手性催化如果在没有手性催化剂的作用下，生成的手的作用下，生成的手性性药物大多数是两种手性异构体，但在手性物大多数是两种手性异构体，但在手性催化催化剂作用下，可以主要生成一种异构体。作用下，可以主要生成一种异构体。【答案】【答案】D【规律律方方法法】看看似似相相似似的的物物质，其其性性质可可能能不不同同，研研究究物物质要要深深入入物物质的的内内部部结构构，揭开表象，探究真揭开表象，探究真实。
