高中化学 专题5 物质结构的探索无止境学案 苏教版选修3
2019-2020学年高中化学专题5物质结构的探索无止境学案苏教版选修3
专题5 物质结构的探索无止境1.理解物质结构是决定物质性质的重要因素。
2.了解研究化学反应的量子力学理论的重要意义。
3.认识研究生命现象的化学机理的重要性。
[基础·初探]教材整理1 研究物质的结构与性能的关系1.这里的物质结构指的是构成物质的微粒间相互作用、分子构型等。
2.物质性质指的是物质的物理性质、化学性质、生物活性和生理活性等。
3.物质结构决定物质的性质，关注以下几个问题：(1)研究镧系元素结构与性质的关系，寻找功能奇特的光、电、磁材料。
(2)研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素，揭示人类生命运动的机理。
(3)研究材料结构与性能的关系，制得强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料，如合成具有共价键强度的高分子纤维。
教材整理2 量子力学理论与研究生命现象的化学机理1.研究化学反应的量子力学理论(1)化学服务于人类的重要方式之一是通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活与生产所需要的物质。
(2)化学家们要研究反应条件、反应途径、催化剂选择，在理论指导下控制化学反应，预测化学反应速率，确定化学反应的途径等。
要求化学家建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。
2.探寻人类和生物的生命运动的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题。
为了社会的可持续发展，化学家非常期望解决的问题有哪些？请列举说明。
【提示】(1)在充分了解光合作用、固氮作用机理和催化理论的基础上实现农业的工业化。
(2)建立零排放，原子经济性的化工企业。
(3)实现在最温和条件下进行化学反应，进而控制反应的方向和产物的手性等。
[核心·突破]1.结构决定性能(1)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—构—性”的关系得以表现。
同一周期中，随着原子序数的递增，原子核所带电荷数逐渐增多，原子核对外层电子的引力逐渐增强，原子半径逐渐减小，元素的非金属性逐渐增强，得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱。
高中化学 专题5 物质结构的探索无止境 课下30分钟演练 苏教版选修3
专题5 物质结构的探索无止境课下30分钟演练苏教版选修3一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)1．要达到绿色化学的理想境界，化学家们需要回答一系列问题：指定分子之间能否反应生成预期分子？需要什么催化剂？反应速率预期多大？如何控制反应？如何确定化学反应的途径等？最有希望解决这些问题的途径是( )A．发展量子力学理论B．改进实验方法C．完善元素周期律理论D．研究质量守恒定律和能量守恒定律解析：量子力学是化学的根本理论。
化学越发展，越要从物质结构的深层去理解和掌握化学反应规律。
答案：A[2．下列物质中不存在氢键的是( )A．冰醋酸中醋酸分子之间B．液态氟化氢中氟化氢分子之间C．一水合氨分子(NH3·H2O)中的氨分子与水分子之间D．可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间解析：只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之间才可能形成氢键，C—H不是强极性共价键。
答案：D3．六氟化硫分子呈正八面体，难以水解，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业有着广泛用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关SF6的推测正确的是( ) A．SF6易燃烧生成二氧化硫B．SF6中各原子均达到8电子稳定结构C．高温条件下，SF6微弱水解生成H2SO4和HFD．SF6是极性分子解析：A项SF6中，F呈－1价，S显＋6价，且电负性F>O，SF6不可能燃烧生成SO2；B 项，S显＋6价，6＋6＝12，因此S原子不满足8电子稳定结构；C项，SF6水解生成H2SO4和HF，S、F化合价均未变化，正确；D项，SF6分子结构对称，是非极性分子。
答案：C4．在有机物分子中，当一个碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子被称为“手性碳原子”，如，其中带*号的碳原子即是手性碳原子。
莽草酸是合成抗禽流感病毒药“达菲”的关键原材料，其结构简式为，若该物质在一定条件下能够与H2发生加成反应，则加成前后的手性碳原子数分别为( ) A．3；2 B．4；4C．3；4 D．4；6解析：加成前三个羟基所连三个碳原子都是手性碳原子，加成后，由于分子具有了对称性，只剩下其中的两个碳原子仍具手性，中间连有羟基的那个碳原子的手性消失。
苏教版高中化学选修三5《物质结构的探索无止境》教案
专题五物质结构的探索无止境[教学目标]1．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2．了解量子力学在物质转化、物质制备的研究领域的知道价值3．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4．体会学习物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘[教学内容]一、人类对物质结构探索的明天1．研究物质结构与性能的关系这里的物质结构指的是构成物质的微粒间的相互作用、分子构型、手性等物质性能指的是物质的物理性质、化学性质、生物活性、生理活性等物质结构决定物质的性质。
以下问题值得关注：（1）研究镧系元素结构与性质的关系，寻找功能奇特的光、电、磁材料（2）研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素，揭示人类生命活动的机理（3）研究材料结构与性能的关系，制得强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料。
如合成具有共价键强度的高分子纤维2．研究化学反应的量子力学理论为了更好地利用化学反应，化学家们需回答下列问题（1）两个或多个分子间能否反应？（2）能否生成预期的分子？（3）需要什么催化剂才能在温和的条件下进行化学反应？（4）如何在理论指导下控制化学反应？（5）如何预测化学反应速率？（6）如何确定化学反应的途径？……………3．研究生命现象的化学机理充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律，无疑是21实际化学亟待解决的重要难题之一（1）研究配体小分子和受体大分子相互作用机理，这是药物设计的基础（2）对蛋白质的研究，如使蛋白酶的功能得到加强或减弱（3）光合作用的机理（4）固氮作用的机理（5）搞清牛、羊等食草动物胃内酶分子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植物纤维资源打下基础（6）如何彻底了解人类大脑的结构和功能（7）了解活体内信息分子的运动规律和生理调控机理（8）了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程（9）如何实现从生物分子到生命分子的飞跃？如何制造活的分子。
跨越从化学进化到生物进化的鸿沟？（10）蛋白质和DNA的理论研究[习题研究]1．近年来乳酸成为人们研究的热点之一。
高中化学专题5物质结构的探索无止境学案含解析苏教版选修3
物质结构的探索无止境[课标要求]1．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”观点。
2．认识在分子等层次研究物质的意义。
物质结构的探索1．物质结构探索的方向 量子力学的建立和分析测试技术的进步，使人们对物质的结构、性能及物质的变化规律有了一定的认识，进一步要解决的问题是： (1)物质的微观结构还有许多奥秘等待着人们去揭示。
(2)环境科学、生命科学和材料科学的发展，需要我们对微观领域作更深入的研究。
2．研究物质的结构与性能的关系物质结构是决定物质性质的重要因素。
研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新型材料等都具有十分重要的意义。
3．研究化学反应的量子力学理论为了更好地利用化学反应，化学家们需要建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。
4．研究生命现象的化学机理探寻人类和生物生命运动的化学机理是21世纪化学科学亟待解决的重大课题。
1．“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。
在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。
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物有( )A ．COB ．CO 2和H 2OC ．H 2O 和O 2D ．CH 3OH 和O 2 解析：选A 乙酸乙酯的化学式为C 4H 8O 2，用C 4H 8O 2减去2分子CH 4得C 2O 2，即2分子CO 。
2．下列说法正确的是( )A ．蛋白质、纤维素、蔗糖、PVC 、淀粉都是高分子化合物B ．氢键在形成蛋白质二级结构和DNA 双螺旋结构中起关键作用C ．使用太阳能热水器、沼气的利用、玉米制乙醇都涉及生物质能的利用D ．石油、煤、天然气、可燃冰、植物油都属于化石燃料1.物质结构是决定物质性质的重要因素。
2．物质性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和生理活性等。
3．物质结构包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子的构型等。
4．探寻人类和生物的生命运动的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。
高中化学专题五物质结构的探索无止境知能优化演练苏教版选修3(2021年整理)
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专题五物质结构的探索无止境1．法国里昂的科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”.下列有关“四中子”粒子的叙述不正确的是( ）A．该粒子不显电性B．该粒子质量数为4C．在周期表中与氢元素占同一位置D．该粒子质量比氢原子大解析：选C。
抓住关键字词“只由四个中子构成”，搞清楚原子中微粒的作用及相互间数量关系.2．建立普遍适用的化学反应的量子力学理论，可以帮助化学家解决一系列问题,其中不属于化学反应的量子力学研究的问题的是（)A．两个或多个分子之间能否发生化学反应B．需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应C．如何在理论指导下控制化学反应D．在化学反应过程中,原子能否分割与重新组合解析：选D.化学反应以原子为基础,属于原子层面的反应，反应过程中不涉及原子的分割,化学反应只是分子拆分成原子，原子重新结合成分子的过程。
3．Pt(NH3)2Cl2（相对分子质量为300）有两种同分异构体，其顺式结构是临床广泛使用的抗肿瘤药物。
下列有关该物质的说法中正确的是（)A．中心原子的配位数为2B．含有NH3分子C．Pt的化合价为＋4D．Pt（NH3）2Cl2是平面四边形结构解析:选D。
高中化学专题5物质结构的探索无止境整合提升课件苏教版选修3
物的化学式:
。
(3)D和Y形成的化合物,其分子的空间构型为
,D原子
(yuánzǐ)的轨道杂化方式是
。
(4)写出一个验证Y与Z的非金属性强弱的离子方程式: ;
(5)金属镁和E的单质在高温下反应得到的产物与水反应生成两种
碱性物质,该反应的化学方程式是 。
第十页，共14页。
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解析:氢化物形成正四面体的短周期元素(yuán sù)有CH4、SiH4等。呈三 角锥形的有NH3、PH3等;呈直线形的有HF和HCl等。再由核电荷数依次增大 确认D为碳元素(yuán sù),E为氮元素(yuán sù),X为硅元素(yuán sù),Y为硫元 素(yuán sù),Z为氯元素(yuán sù)。
第十四页，共14页。
答案:(1)SO3 1s22s22p63s23p5 (2)N2O (3)直线形 sp 杂化 (4)Cl2+S2- S↓+2Cl(5)Mg3N2+6H2O 3Mg(OH)2+2NH3↑
第十一页，共14页。
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3.分子间作用力对物质物理性质的影响 范德华力主要(zhǔyào)影响物质的物理性质,如熔点、沸点等。 (1)组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如熔、沸 点:O2>N2,HI>HBr>HCl。 (2)组成和结构不相似的物质,分子极性越大,其熔、沸点就越高,如熔、 沸点CO>N2。在同分异构体中,一般来说,支链数越多,熔、沸点越低,如沸 点:正戊烷>异戊烷>新戊烷;同分异构体的芳香烃及其衍生物,其熔、沸点 高低顺序是邻位化合物>间位化合物>对位化合物。
第十二页，共14页。
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(3)氢键是一种特殊的分子间作用力,其作用力大小介于化学键和 范德华力之间。范德华力的作用力比较小。氢键和范德华力同属于 分子间作用力。分析氢键的存在对物质各种性质的影响(yǐngxiǎng) 可从以下几个方面进行:
高中化学专题5物质结构的探索无止境素材苏教版选修3(2021学年)
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专题５物质结构的探索无止境结构、性能、内部运动规律及其化学变化的本质有了深刻的认识。
物质结构的研究与环境、医学、材料、催化等学科的融合，推动了在分子、原子层次对生命现象等的研究.物质的性质，包括物质的物理和化学性质、生物和生理活性等,都是由物质的结构所决定的,这里所说的物质的结构包括构成物质的微粒之间的作用力,分子的构型、构象、手性、粒度、形状等．如,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;研究生物大分子的一级结构是如何决定高级结构的,高级结构是如何生物大分子的生理和生物活性的,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的关系,我们可以得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料……因此,研究物质的结构与性能的定量关系对解决分子设计、合成新型材料等都具有十分重要的意义。
通过化学反应实现物质的转化,制备人类生产和生活所需要的物质,是化学服务于人类的重要方式之一。
为了更好地利用化学变化,化学家们需要回答下列问题:两个或几个分子之间能否发生化学反应?能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应?如何在理论指导下控制化学反应？如何预期化学反应的速率?如何确定化学反应的途径等。
这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量子力学理论.化学反应量子力学理论的建立，将会将人类带进一个崭新的世界：合成氨不再需要高温、高压，光合作用不再是植物的专利,化工生产不再产生副产物，没有了能源危机,也没有了环境污染。
苏教版高中化学选修三高二训练：专题5 物质结构的探索无止境.doc
高中化学学习材料唐玲出品高二选修3化学优化训练：专题5 物质结构的探索无止境1．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近地面浓度稍大时是一种污染物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是( )A．NO B．O3C．CO2D．氟氯烃解析：选B。
O3在低空浓度过大时会导致呼吸道疾病，但在高空有过滤紫外线的功能，降低人类患皮肤癌等疾病的风险，是有益的气体，B正确。
2．(2011年常州高二质检)在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。
下列反应类型能体现这一原子最经济原则的是( ) ①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应⑧缩聚反应A．①②⑤B．②⑤⑦C．⑦⑧D．只有⑦解析：选B。
化合反应、加成反应和加聚反应均只有一种产物，即反应物原子全部转化为欲得产物，符合“绿色化学工艺”的要求。
3．下列关于蛋白质的叙述中，正确的是(双选)( )A．蛋白质溶液里加(NH4)2SO4溶液可提纯蛋白质B．在豆浆中加少量石膏，能使豆浆凝结为豆腐C．温度越高酶的催化效率越高D．任何结构的蛋白质遇到浓硝酸都会变成黄色解析：选AB。
A项中(NH4)2SO4不是重金属盐，加入到蛋白质后可使蛋白质发生盐析，因此可利用此性质对蛋白质溶液进行分离；C项温度过高会使酶失去活性，因为酶作催化剂都有适宜的温度范围。
4．右图为周期表中短周期的一部分，若a原子最外层电子数比次外层电子数少3个，则下列说法中不．正确的是(双选)( )da b cA．a、b、c最高价氧化物对应水化物的酸性强弱关系是c>b>aB．a的氢化物比d的氢化物稳定C．a和d的原子结合可以形成带3个负电荷的阴离子D．原子半径大小顺序是c>b>d>a解析：选BD。
根据元素周期表的位—构—性关系分析。
由a原子最外层电子数比次外层电子数少3个，则a的原子结构为，为磷元素，b、c、d分别为S、Cl、O。
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专题5 物质结构的探索无止境
知识回顾
（1）温室效应
大气中的CO2含量增多是引起温室效应的主要原因，所以温室效应问题通常围绕CO2展开。
①温室效应的原因：考查大气中CO2增多的原因和CO2与红外辐射的关系。
②温室效应的后果及减少温室效应的措施：联系实际考查如何控制和减少大气中CO2的含量。
③CO2的性质：除涉及CO2的化学性质外，更主要考查CO2参与光合作用被吸收、转化的问题，也考查森林与温室效应的关系。
(2)光化学烟雾
光化学烟雾是一次性污染物CO、SO2、NO x、O3、碳氢化合物（C x H y)等发生光化学反应并生成二次污染物形成的，因此，光化学烟雾问题通常围绕以上物质展开，考查以下知识点：①一次污染物（C x H y、NO、SO2、CO)和二次污染物（酚、醚、醛等）的来源、性质、结构、变化以及含量的测定。
②NO x、O3的光化学反应过程以及形成光化学烟雾必要的地理、气象条件。
疏导引导
知识点1：研究物质的结构和性能的关系
1.物质结构
它是决定物质性质的重要因素，包括构成物质的微粒之间的相互作用,分子的构型、构象,手性、粒度、形状和形貌等。
2.物质的性能
包括物质的物理性质和化学性质及生物活性和生理活性等。
3.二者的定量关系及疑点
虽然有人从理论上已经证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。
例如：
（1）如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？
（2）如何使宏观材料达到微观化学键的强度？
（3）溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。
（4）具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。
4.研究的意义
研究物质的结构与性能的关系对解决分子结构，合成新型材料等都具有十分重要的意义。
知识点2：研究化学反应的量子力学理论
1.量子力学的诞生
量子力学诞生于1925年末和1926年初，它是由两组物理学家相互独立地用不同方法建立的。
以德国的海森堡和泡利为代表的物理学家为了解释原子的分立能级，创立了矩阵力学；另一组以奥地利物理学家薛定锷为代表，他通过建立描述电子运动状态的波动方程来解释电子的波动性从而创立了波动力学。
后来经过英国物理学家狭拉克的发展，成为一门完整的关于低能量的微观粒子的运动规律，即量子力学。
2.量子力学的贡献
近代量子力学理论不仅揭示了原子结构、放射性、化学键以及原子光谱的实质，而且与其他理论（如相对论）相结合，成功地解释了核结构与核反应、固体的电性与热性、超导性、物质的基本粒子的产生与湮灭、反物质的存在、某些坍缩恒星的稳定性等问题。
3.研究的意义
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的世界：如合成氨不再需要高温、高压，光合作用不再是植物的专利，化工生产不再生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境污染等。
活学巧用
1.2000年诺贝尔化学奖是由日本筑波大学的白川英树、美国宾夕法尼亚大学的艾伦、马迪尔米德和美国加利福尼亚大学的艾伦、黑格尔获得。
三位化学家在导电聚合物的开发与研究方面作出了突出贡献。
所谓导电聚合物是由某些聚合物（如聚乙炔）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类高分子材料。
导电聚合物应属于（）A.氧化物 B.气态氢化物 C.复盐 D.有机物
解析：将乙炔加聚得聚乙炔的反应方程式：nCH≡CH聚乙炔中各原子结构：—CH==CH—CH==CH—CH==CH—，凡有这种单双键交替长链的高聚链可成为导电塑料，从物质结构分类上看，应属有机物。
答案：D
2.“纳米技术”广泛应用于催化及军事科学中，“纳米技术”是粒子直径在几纳米（nm)到几十纳米的材料，如将“纳米材料”分散到液体分散剂中，所得混合物具有的性质是（1
nm=10-9 m)（）
A.能全部透过半透膜
B.具有丁达尔效应
C.所得液体一定能导电
D.所得物质一定为悬浊液或乳浊液
解析：微粒直径在1 nm—100 nm的分散质是胶体。
胶体粒子不能透过半透膜却能透过滤纸。
胶粒有带电的有不带电的。
答案：B
3.中小学生使用的涂改液中，含有挥发性的有毒溶剂，应告诫学生尽量不要使用，以减少对身体的毒害及环境的污染，该溶液所含的一种有毒成分可能是（）
A.乙醇
B.乙酸
C.三氯乙烷
D.甘油
解析：乙醇、乙酸、甘油均无毒。
答案：C。