苏教版高中选修3化学课件：专题5《物质结构的探索无止境》.ppt

1、专题5 物质结构的探索无止境 一、物质的探索是无止境的一、物质的探索是无止境的 1._1._的建立和的建立和_技术的进步技术的进步, ,使现代人们进一步认识使现代人们进一步认识 物质的结构、性能及物质的变化规律。物质的结构、性能及物质的变化规律。 2.2.期待更深入研究的领域期待更深入研究的领域: : (1)(1)随着环境科学、生命科学和材料科学的发展随着环境科学、生命科学和材料科学的发展, ,人们更期待科学家人们更期待科学家 对物质的微观领域作更深入的研究。对物质的微观领域作更深入的研究。 (2)(2)从从_层次揭示生命现象、催化机理和材料性能的本质。层次揭示生命现象、催化机理和材料性能的本

2、质。 量子力学量子力学 分析测试分析测试 分子、原子分子、原子 二、研究物质的结构与性能的关系二、研究物质的结构与性能的关系 1.1.物质的性质物质的性质: :包括物理性质、化学性质、包括物理性质、化学性质、_和和_ 等。等。 2.2.物质的结构物质的结构: :包括构成物质的微粒之间的包括构成物质的微粒之间的_、_ 等。等。 生物活性生物活性 生理活性生理活性 相互作用相互作用 分子的构型分子的构型 3.3.研究物质结构与性能的意义研究物质结构与性能的意义: : (1)(1)物质结构物质结构_物质性质。物质性质。 (2)(2)研究镧系元素的结构与性质的关系研究镧系元素的结构与性质的关系, ,可

3、以寻找到功能奇特的可以寻找到功能奇特的 _等材料。等材料。 决定决定 光、电、磁光、电、磁 (3)(3)研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素, ,可以可以 帮助人类认识生命运动的帮助人类认识生命运动的_。 (4)(4)研究材料的结构与性能的关系研究材料的结构与性能的关系, ,可以得到强度大、密度小、稳定可以得到强度大、密度小、稳定 性好、耐腐蚀的性好、耐腐蚀的_。总之。总之, ,研究物质的结构与性能的关系对研究物质的结构与性能的关系对 解决解决_、合成新型材料意义重大。、合成新型材料意义重大。 机理机理 合成材料合成材料 分子设计分子

4、设计 三、研究化学反应的量子力学理论三、研究化学反应的量子力学理论 为了更好地利用化学变化为了更好地利用化学变化, ,就要求化学家们建立精确有效而又普遍就要求化学家们建立精确有效而又普遍 适用的化学反应的适用的化学反应的_。 四、研究生命现象的化学机理四、研究生命现象的化学机理 人类和生物的人类和生物的_的化学机理的化学机理, ,是是2121世纪化学科学亟待解决的世纪化学科学亟待解决的 重大课题之一。重大课题之一。 量子力学理论量子力学理论 生命运动生命运动 【自我小测自我小测】 1.1.思考辨析思考辨析: : (1)(1)物质的结构决定性质物质的结构决定性质, ,性质反过来体现结构。性质反过

5、来体现结构。 ( ( ) ) 分析分析: :。根据元素周期表“位。根据元素周期表“位- -构构- -性”的关系性”的关系, ,物质的结构决定性质物质的结构决定性质, , 性质反过来体现结构。性质反过来体现结构。 (2)(2)人类在探索物质结构方面已经取得了一定成就。人类在探索物质结构方面已经取得了一定成就。 ( ( ) ) 分析分析: :。量子力学的建立和分析测试技术的进步。量子力学的建立和分析测试技术的进步, ,使人们对物质的结使人们对物质的结 构、性能及物质的变化规律有了一定的认识。构、性能及物质的变化规律有了一定的认识。 (3)(3)物质结构的研究对提高物质的性能意义重大。物质结构的研究

6、对提高物质的性能意义重大。 ( ( ) ) 分析分析: :。物质的结构决定物质的性能。物质的结构决定物质的性能, ,通过研究物质的结构可以开发通过研究物质的结构可以开发 具有特殊性能的物质具有特殊性能的物质, ,对改善物质的性能有非常重要的意义。对改善物质的性能有非常重要的意义。 (4)(4)量子力学理论主要是从微观粒子的波动性和粒子性方面研究物质量子力学理论主要是从微观粒子的波动性和粒子性方面研究物质 的运动规律的理论。的运动规律的理论。 ( ( ) ) 分析分析: :。量子力学理论的主要研究方向就是从分子、原子、离子、。量子力学理论的主要研究方向就是从分子、原子、离子、 质子、中子、电子等

7、微观粒子的波动性、粒子性方面研究其运动规律质子、中子、电子等微观粒子的波动性、粒子性方面研究其运动规律 的理论。的理论。 2.2.下列关于物质性质的说法正确的是下列关于物质性质的说法正确的是 ( ( ) ) A.A.物质的性质是物质固有的物质的性质是物质固有的, ,不随外界因素的改变而改变不随外界因素的改变而改变 B.B.物质的性质包括物理性质和化学性质物质的性质包括物理性质和化学性质 C.C.物质的性质包括物理性质、化学性质、生物活性和生理活性等物质的性质包括物理性质、化学性质、生物活性和生理活性等 D.D.物质的性质完全是由物质的结构所决定的物质的性质完全是由物质的结构所决定的 【解析解析

8、】选选C C。物质的性质不能仅局限于物理性质和化学性质。物质的性质不能仅局限于物理性质和化学性质, ,物质的物质的 性质也会随外界条件的改变而改变性质也会随外界条件的改变而改变, ,如熔、沸点与压强有关如熔、沸点与压强有关, ,活动性与活动性与 温度有关等。温度有关等。 3.(SJP893.(SJP89改编改编) )实现社会可持续发展实现社会可持续发展, ,期待着物质结构研究方面的期待着物质结构研究方面的 新成果。为了满足人类生活和生产的需要新成果。为了满足人类生活和生产的需要, ,人类每年从实验室或工厂人类每年从实验室或工厂 制造出成千上万种化学物质。下列说法中正确的是制造出成千上万种化学物

9、质。下列说法中正确的是 ( ( ) ) A.A.人类制造化学物质只具有正面意义人类制造化学物质只具有正面意义 B.B.制造化学物质导致人类生存环境恶化制造化学物质导致人类生存环境恶化 C.C.欲制造出更多更好的新的化学物质欲制造出更多更好的新的化学物质, ,就要进一步研究物质的结构就要进一步研究物质的结构 D.D.制造化学物质只是化学科学分内的事制造化学物质只是化学科学分内的事 【解析解析】选选C C。研究物质的结构与性质的关系对解决分子设计、合成。研究物质的结构与性质的关系对解决分子设计、合成 新型材料等具有十分重要的意义。新型材料等具有十分重要的意义。 4.4.关于物质结构的认识正确的是关

10、于物质结构的认识正确的是 ( ( ) ) A.A.物质的结构反映物质的性质物质的结构反映物质的性质, ,物质的性质决定物质的结构物质的性质决定物质的结构 B.B.物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用, ,分子的构型、手分子的构型、手 性等性等 C.C.物质的结构随着人们的认识或研究的程度经常发生一些小的变化物质的结构随着人们的认识或研究的程度经常发生一些小的变化 D.D.对物质的结构可以从宏观和微观两方面来认识对物质的结构可以从宏观和微观两方面来认识, ,从宏观上说物质是从宏观上说物质是 由元素组成的由元素组成的, ,从微观上说物质是由分子构成的

11、从微观上说物质是由分子构成的 【解析解析】选选B B。物质的结构决定物质的性质。物质的结构决定物质的性质,A,A项错误项错误; ;物质的结构指的物质的结构指的 是构成物质的微粒是构成物质的微粒, ,微粒间的作用力及微粒的排列方式等微粒间的作用力及微粒的排列方式等,B,B项正确项正确; ;物物 质的结构是自然存在的质的结构是自然存在的, ,只是人们认识物质结构的过程在逐步深入只是人们认识物质结构的过程在逐步深入,C,C 项错误项错误; ;从微观上说从微观上说, ,构成物质的微粒有分子构成物质的微粒有分子, ,也有原子、离子等也有原子、离子等,D,D项项 错误。错误。 5.(SJP895.(SJP

12、89改编改编) )为了人类的可持续发展为了人类的可持续发展, ,下列问题不是化学家期望下列问题不是化学家期望 解决的是解决的是 ( ( ) ) A.A.通过了解固氮作用机理通过了解固氮作用机理, ,提高蛋白质的产量提高蛋白质的产量 B.B.建立零排放的化工企业建立零排放的化工企业 C.C.控制反应的方向控制反应的方向 D.D.实现水变成油实现水变成油 【解析解析】选选D D。根据原子守恒。根据原子守恒, ,水无法变成油。水无法变成油。 6.(SJP906.(SJP90改编改编)21)21世纪化学科学亟待解决的重大难题之一就是掌握世纪化学科学亟待解决的重大难题之一就是掌握 生命运动的化学机理。下

13、列不属于该领域的研究方向的是生命运动的化学机理。下列不属于该领域的研究方向的是( ( ) ) A.A.配体小分子与受体生物大分子相互作用的机理配体小分子与受体生物大分子相互作用的机理 B.B.小分子与蛋白质的结合小分子与蛋白质的结合, ,并改变蛋白质功能的机理并改变蛋白质功能的机理 C.C.制备人类生活和生产所需要的各种新材料制备人类生活和生产所需要的各种新材料 D.D.新陈代谢机理新陈代谢机理 【解析解析】选选C C。新材料的研究不属于生命运动的化学机理研究范畴。新材料的研究不属于生命运动的化学机理研究范畴。 一、研究物质结构与性能的关系一、研究物质结构与性能的关系 1.1.元素原子的结构决

14、定元素的性质元素原子的结构决定元素的性质, ,这一点可以从元素周期表“位这一点可以从元素周期表“位- -构构 - -性”的关系得以表现。性”的关系得以表现。 2.2.不同的微粒靠不同的作用力构成不同类型的晶体不同的微粒靠不同的作用力构成不同类型的晶体, ,如离子晶体、原如离子晶体、原 子晶体、分子晶体、金属晶体。因其晶体的结构不同子晶体、分子晶体、金属晶体。因其晶体的结构不同, ,其排列方式、其排列方式、 构成物质的微粒、微粒间作用力等不同。构成物质的微粒、微粒间作用力等不同。 3.3.分子式相同的物质性质可能不同。同分异构体的存在说明物质的结分子式相同的物质性质可能不同。同分异构体的存在说明

15、物质的结 构是决定物质性质的重要因素。构是决定物质性质的重要因素。 二、研究化学反应机理及生命现象的化学机理二、研究化学反应机理及生命现象的化学机理 1.1.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: : (1)(1)利用已知化学反应的原理利用已知化学反应的原理, ,通过反应实现物质的转化通过反应实现物质的转化, ,制备人类生制备人类生 活和生产所需要的各种新材料活和生产所需要的各种新材料, ,是化学服务于人类的重要方式。是化学服务于人类的重要方式。 (2)(2)人类社会的发展人类社会的发展, ,就是科技的发展。为了实现人类社会的可持续发就是科技的发展。为了实现人类社会的可持续发

16、展展, ,需要化学家们建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学需要化学家们建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学 理论。理论。 (3)(3)化学发展的趋势是让反应条件趋向于温和、产率高、速率快、副化学发展的趋势是让反应条件趋向于温和、产率高、速率快、副 反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。 2.2.研究生命现象的化学机理研究生命现象的化学机理: : (1)(1)研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理。这是药物设研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理。这是药物设 计的基础。有了这一基础计的基础。有了这一基础, ,人

17、们就能进行药物设计人们就能进行药物设计, ,且有助于合成高效且有助于合成高效 无毒副作用的药物。无毒副作用的药物。 (2)(2)化学遗传学为开创化学蛋白质组学、化学基因组学化学遗传学为开创化学蛋白质组学、化学基因组学( (与生物学家以与生物学家以 改变基因密码来研究的方法不同改变基因密码来研究的方法不同) )奠定了基础。奠定了基础。 (3)(3)搞清楚光合作用、生物固氮作用搞清楚光合作用、生物固氮作用, ,以及牛、羊等食草动物胃内的酶以及牛、羊等食草动物胃内的酶 如何把植物纤维分解为小分子的反应机理如何把植物纤维分解为小分子的反应机理, ,为充分利用自然界丰富的为充分利用自然界丰富的 植物纤维

18、资源打下基础。植物纤维资源打下基础。 (4)(4)了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理, ,使创造使创造 “新陈代谢新陈代谢”的目标能得以实现。的目标能得以实现。 (5)(5)了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。使人工合成的了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。使人工合成的 “左右手左右手”各半的手性药物得到抑制各半的手性药物得到抑制( (或激发或激发),),达到治疗疾病的目的。达到治疗疾病的目的。 (6)(6)合成具有生物活性和生理活性的分子合成具有生物活性和生理活性的分子, ,可帮助人们揭示生命的奥秘。可帮助人们揭示生命

19、的奥秘。 【针对训练针对训练】 1.SiCl1.SiCl4 4的分子结构与的分子结构与CClCCl4 4相似相似, ,对其进行的下列推测不正确的对其进行的下列推测不正确的 是是 ( ( ) ) A.SiClA.SiCl4 4晶体是分子晶体晶体是分子晶体 B.B.常温、常压下常温、常压下SiClSiCl4 4是气体是气体 C.SiClC.SiCl4 4分子是由极性键形成的非极性分子分子是由极性键形成的非极性分子 D.SiClD.SiCl4 4的熔点高于的熔点高于CClCCl4 4 【解题指南解题指南】解答本题时要注意以下两点解答本题时要注意以下两点: : (1)(1)注意审题注意审题, ,题干所

20、述题干所述“SiClSiCl4 4的分子结构与的分子结构与CClCCl4 4相似相似”对判断有提对判断有提 示作用。示作用。 (2)(2)根据根据CClCCl4 4的相关性质推测的相关性质推测SiClSiCl4 4的性质。的性质。 【解析解析】选选B B。由于。由于SiClSiCl4 4的分子结构与的分子结构与CClCCl4 4相似相似, ,所以一定属于分子所以一定属于分子 晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小, ,在这两在这两 种分子中都只有范德华力种分子中都只有范德华力,SiCl,SiCl4 4的相对分子质量大于的相对分子

21、质量大于CClCCl4 4, ,所以所以SiClSiCl4 4 的分子间作用力更大一些的分子间作用力更大一些, ,熔、沸点更高一些。熔、沸点更高一些。CClCCl4 4的分子是正四面的分子是正四面 体结构体结构,SiCl,SiCl4 4与它结构相似与它结构相似, ,因此也应该是正四面体结构因此也应该是正四面体结构, ,是含极性键是含极性键 的非极性分子。的非极性分子。 【方法规律方法规律】分子晶体的熔、沸点高低的判断步骤分子晶体的熔、沸点高低的判断步骤 (1)(1)组成、结构相似的分子晶体组成、结构相似的分子晶体, ,看分子间作用力。相对分子质量越大看分子间作用力。相对分子质量越大, , 分子

22、间作用力越大分子间作用力越大, ,熔、沸点越高。如熔、沸点越高。如HIHBrHClHIHBrHCl。 (2)(2)组成、结构不相似的分子晶体组成、结构不相似的分子晶体, ,也看分子间作用力。一般比较相同也看分子间作用力。一般比较相同 条件下的状态。常温下条件下的状态。常温下,I,I2 2、H H2 2O O、O O2 2的熔、沸点的熔、沸点, ,固体固体I I2 2大于液体水大大于液体水大 于气体氧。于气体氧。 2.(20152.(2015常州高二检测常州高二检测)(1)(1)随着科学的进步随着科学的进步, ,除了传统的三大合成除了传统的三大合成 材料以外材料以外, ,又出现了高分子分离膜又出

23、现了高分子分离膜, ,具有光、电、磁等特殊功能的高分具有光、电、磁等特殊功能的高分 子材料子材料, ,医用高分子材料、隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有医用高分子材料、隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有 机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。 用于海水和苦咸水的淡化方面用于海水和苦咸水的淡化方面 。 用于制造人工器官用于制造人工器官( (如人工心脏如人工心脏) )的材料的材料 。 (2)(2)录像用的高性能磁带中的磁粉录像用的高性能磁带中的磁粉, ,主要原料之一是由主要原料之一是由3 3种元素组成的种元素组成的

24、CoCox xFeFe3 3- -x xO O3+x 3+x的化合物 的化合物, ,已知已知O O为为- -2 2价价, ,钴钴(Co)(Co)和铁可能呈现和铁可能呈现+2+2价或价或+3+3价价, , 且上述化合物中且上述化合物中, ,每种元素都只有一种化合价每种元素都只有一种化合价, ,则则x x的值为的值为 , ,铁铁 的化合价为的化合价为 价价, ,钴的化合价为钴的化合价为 价。价。 【解析解析】(1)(1)高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分 子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理子材料。其中高分子分离

25、膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理 及废液中有用成分的回收及废液中有用成分的回收, ,特别是海水淡化方面已实现工业化特别是海水淡化方面已实现工业化; ;医用高医用高 分子材料中的硅聚合物或聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和分子材料中的硅聚合物或聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和 很高的机械性能很高的机械性能, ,可用来合成人工心脏。可用来合成人工心脏。 (2)(2)由化学式由化学式CoCox xFeFe3 3- -x xO O3+x 3+x可知 可知x x的取值为的取值为1 1或或2,2,若取若取x=1,x=1,则化学式为则化学式为 CoFeCoFe2 2O O4 4, ,据化合价

26、代数和为据化合价代数和为0,0,可推知可推知FeFe为为+3+3价价,Co,Co为为+2+2价。若取价。若取x=2,x=2, 不合理。不合理。 答案答案: :(1)(1)高分子分离膜高分子分离膜 医用高分子材料医用高分子材料 (2)1(2)1 +3+3 +2+2 【补偿训练补偿训练】(2015(2015烟台高二检测烟台高二检测)Q)Q、R R、X X、Y Y、Z Z为前为前2020号元素中号元素中 的五种的五种,Q,Q的低价氧化物与的低价氧化物与X X单质分子的电子总数相等单质分子的电子总数相等,R,R与与Q Q同族同族,Y,Y和和Z Z 的离子与的离子与ArAr的电子层结构相同且的电子层结构

27、相同且Y Y的原子序数小于的原子序数小于Z Z。 (1)Q(1)Q的最高价氧化物的最高价氧化物, ,其固态属于其固态属于 晶体晶体, ,俗名为俗名为 。 (2)R(2)R的氢化物分子的空间构型是的氢化物分子的空间构型是 ; ;属于属于 分子分子( (填填 “极性”或“非极性”“极性”或“非极性”););它与它与X X形成的化合物可作为一种重要的陶形成的化合物可作为一种重要的陶 瓷材料瓷材料, ,其化学式是其化学式是 。 (3)X(3)X的常见氢化物的空间构型是的常见氢化物的空间构型是 ; ;它的另一氢化物它的另一氢化物X X2 2H H4 4是一是一 种火箭燃料的成分种火箭燃料的成分, ,其电

28、子式是其电子式是 。 (4)Q(4)Q分别与分别与Y Y、Z Z形成的共价化合物的化学式是形成的共价化合物的化学式是 和和 ; ; Q Q与与Y Y形成的分子的电子式是形成的分子的电子式是 , ,属于属于 分子分子( (填填“极性极性” 或或“非极性非极性”) )。 【解析解析】根据题设条件可推知根据题设条件可推知Q Q为为C,RC,R为为Si,XSi,X为为N,YN,Y为为S,ZS,Z为为ClCl。 (1)C(1)C的最高价氧化物为的最高价氧化物为COCO2 2, ,固态时是分子晶体固态时是分子晶体, ,其俗名为干冰。其俗名为干冰。 (2)Si(2)Si的氢化物为的氢化物为SiHSiH4 4

29、, ,根据根据CHCH4 4的空间构型可知的空间构型可知SiHSiH4 4的空间构型为正的空间构型为正 四面体四面体,SiH,SiH4 4分子中正、负电荷重心重合分子中正、负电荷重心重合, ,属于非极性分子。属于非极性分子。SiSi最外层最外层 有有4 4个电子个电子,N,N最外层有最外层有5 5个电子个电子, ,它们形成化合物时它们形成化合物时,Si,Si为为+4+4价价,N,N为为- -3 3 价价, ,其化学式为其化学式为SiSi3 3N N4 4。 (3)N(3)N的常见氢化物为的常见氢化物为NHNH3 3, ,其空间构型为三角锥型。根据氮、氢原子的其空间构型为三角锥型。根据氮、氢原子

30、的 成键原则成键原则, ,可得可得N N2 2H H4 4的结构简式为的结构简式为H H2 2N NNHNH2 2, ,根据其结构简式可推写出根据其结构简式可推写出 其电子式。其电子式。 (4)C(4)C与与S S可形成可形成CSCS2 2, ,根据根据COCO2 2的结构可写出的结构可写出CSCS2 2的电子式并知其为非极的电子式并知其为非极 性分子。性分子。C C与与ClCl形成形成CClCCl4 4分子。分子。 答案答案: :(1)(1)分子分子 干冰干冰 (2)(2)正四面体正四面体 非极性非极性 SiSi3 3N N4 4 (3)(3)三角锥型三角锥型 (4)CS(4)CS2 2 CClCCl4 4 非极性非极性