课堂新坐标教师用书学年高中化学 专题5 物质结构的探索无止境教学设计 苏教版选修3.docx

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课堂新坐标教师用书学年高中化学专题5物质结构的探索无止境教学设计苏教版选修3

【课堂新坐标】（教师用书）2013-2014学年高中化学专题5物质结构的探索无止境教学设计苏教版选修3

●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．初步认识物质的结构与性质的关系，知道物质结构的研究有助于发现具有预期性质的新物质。

●课标解读

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，认识在分子等层次研究物质的意义。

2．知道物质是由微粒构成的，了解研究物质结构的基本方法和实验手段。

3．初步认识物质的结构与性质之间的关系，知道物质结构的研究有助于发现具有预期性质的新物质。

●教学地位

通过本专题内容让学生了解对物质结构的探索是无止境的，同时还让学生了解探索物质结构的三个方向。

本专题属于了解性的内容。

●新课导入建议

1．通过幻灯片展示碳纳米管，磁悬浮材料，蛋白质分子的螺旋结构模型，DNA分子的双螺旋模型及太阳能的各种利用等新材料，新能源和生命科学的新成果。

2．通过列举需要解决的问题引入新课。

两个或多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？

如何预测化学反应的速率？

如何确定化学反应的途径……

●教学流程设计

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课　标　解　读

重　点　难　点

1.认识研究物质结构和性质的关系对分子设计、合成新型材料的重要意义。

2.了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导价值。

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.体会学习研究物质的方法有助于探究物质世界的奥秘。

1.物质结构与性质的关系对分子设计、合成新型材料的意义。

（重点）

2.探究物质结构的意义。

（难点）

物质结构的探索是无止境的

1.量子力学的建立和分析测试技术的进步，使现代人们进一步认识物质的结构、性质及物质的变化规律。

2．期待更深入研究的领域

（1）环境科学、生命科学和材料科学的发展，期待科学家对物质的微观领域作更深入的研究。

（2）从分子、原子层次揭示生命现象、催化机理和材料性能的本质。

研究物质的结构与性能的关系

1.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。

2．物质的结构：

包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子的构型等。

3．研究物质结构与性能的意义

（1）物质结构决定物质性质。

（2）研究镧系元素的结构与性质的关系，可以寻找到功能奇特的光、电、磁等材料。

（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，可以帮助人类认识生命运动的机理。

（4）研究材料的结构与性能的关系，可以得到强度大、密度小、稳定性好，耐腐蚀的合成材料。

总之，研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新型材料意义重大。

研究化学反应的量子力学理论

　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适用的化学反应的量子力学理论。

研究生命现象的化学机理

　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。

你认为如何利用太阳能？

高效利用太阳能的瓶颈是什么？

【提示】　利用太阳能发电；利用太阳能光解水以制得氢气；利用太阳能加热水来满足日常生活之用；利用太阳能为人类提供更多的绿色食品等。

高效利用太阳能的瓶颈是找到与之对应的新材料。

通过已学知识体会物质结构与

性能的关系

【问题导思】　

①从已学知识中搜索“若分子结构相似，其性质相似”的相关知识。

②你能列举物质结构决定物质性质的实例吗？

【提示】　①等电子体。

②元素原子结构决定元素的性质；不同微粒靠不同的作用力构成不同的晶体；同分异构体等。

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。

元素的最高价氧化物的水化物的酸性逐渐增强，碱性逐渐减弱。

如Na、Mg、Al三种元素，原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，还原性逐渐减弱。

2．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、原子晶体、分子晶体、金属晶体。

离子晶体熔、沸点较高，难于挥发，只有提供足够高的能量才能使阴、阳离子克服离子键的作用，使晶体成为熔融态或气态，少数热稳定性差的离子晶体受热时易分解。

离子晶体有较高的硬度；难于压缩，但质脆，不宜进行机械加工。

离子晶体不导电，但熔融或水溶液状态下可以导电。

原子晶体硬度大，金刚石是最硬的物质，熔、沸点都很高，不溶于常见的溶剂，一般是电的不良导体。

分子晶体一般熔点低，硬度小。

金属晶体是电的良导体，有良好的机械加工性能等。

这一切都是因其晶体的结构不同所致，即排列方式、构成物质的微粒、微粒间作用力不同等。

3．分子式相同的物质性质可能不同。

如C2H6O有两种不同的结构——乙醇（CH3CH2OH）和甲醚（CH3—O—CH3），前者与水互溶而后者不能。

前者可与Na、乙酸反应，后者很难发生类似的反应。

前者可发生消去反应生成乙烯，而甲醚不能发生消去反应。

乙醇和甲醚的关系是同分异构体。

同分异构体的存在说明物质的结构是决定物质性质的重要因素。

结构决定性质，性质反过来体现结构。

　雪花，被人们称为“冬之精灵”。

科学研究发现，世界上没有两片雪花的形状是完全相同的，这是由于（　　）

A．不同雪花中含有的H2O分子数不同

B．不同雪花中含有相同数目的水分子

C．不同雪花的化学性质不同

D．不同雪花中水分子的空间排列方式不同

【解析】　雪花均由水分子构成，其化学性质相同；由于水分子空间排列方式不同造成了雪花的形状不同，世界上没有两片形状完全相同的雪花，说明不同雪花中水分子的空间排列有差异。

【答案】　D

1．关于物质结构的认识正确的是（　　）

A．物质的结构反映物质的性质，物质的性质决定物质的结构

B．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、手性等

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

D．物质的结构有宏观和微观两方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的

【解析】　物质的结构决定物质的性质，A项错误；物质的结构指的是构成物质的微粒，微粒间的作用力及微粒的排列方式等，B项正确；物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，C项错误；从微观上说，构成物质的微粒有分子，也有原子、离子等，D项错误。

【答案】　B

研究化学反应机理及生命现象的

化学机理

【问题导思】　

①目前研究化学反应机理应重点研究什么理论？

②21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。

你能列举一例该领域的研究方向吗？

【提示】　①量子力学理论。

②a.配体小分子与受体生物大分子相互作用的机理。

b．小分子与蛋白质的结合，并改变蛋白质功能的机理。

c．新陈代谢机理等。

1．研究化学反应的量子力学理论

（1）利用已知化学反应的原理，通过反应实现物质的转化，制备人类生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。

（2）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理论。

（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、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。

2．研究生命现象的化学机理

（1）研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。

有了这一基础，人们就能进行药物设计，有助于合成高效无毒副作用的药物。

（2）化学遗传学为哈佛大学化学教授所创建。

他的小组合成某些小分子，使之与蛋白质结合，并改变蛋白质的功能，例如使某些蛋白酶的功能关闭。

这些方法使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化学蛋白质组学、化学基因组学（与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同）奠定了基础。

（3）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。

（4）人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。

如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。

（5）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“新陈代谢”的目标能得以实现。

（6）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”各半的手性药物得到抑制（或激发），达到治疗疾病的目的。

（7）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。

（1）随着科学的进步，除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子分离膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，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。

①用于海水和苦咸水的淡化方面________________________________________________________________________。

②用于制造人工器官（如人工心脏）的材料________________________________________________________________________。

（2）录像用的高性能磁带中的磁粉，主要原料之一是由3种元素组成的CoxFe3－xO3＋x的化合物，已知O为－2价，钴（Co）和铁可能呈现＋2价或＋3价，且上述化合物中，每种元素都只有一种化合价，则x的值为________________________________________________________________________，

铁的化合价为______价，钴的化合价为______价。

【解析】　

（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；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很高的机械性能，可用来合成人工心脏。

（2）由化学式CoxFe3－xO3＋x可知x的取值为1或2，若取x＝1，则化学式为CoFe2O4，据化合价代数和为0，可推知Fe为＋3价，Co为＋2价。

若取x＝2，不合理。

【答案】　

（1）①高分子分离膜　②医用高分子材料

（2）1　＋3　＋2

2．绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”（原子节约）的新概念及要求。

理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。

下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是（反应均在一定条件下进行）（　　）

【解析】　根据信息，绿色化学要求不产生副产物，实现零排放，即原子利用率为100%，比较选项，C中原子利用率为100%。

【答案】　C

【教师备课资源】（教师用书独具）

量子化学

1．1927年，科学家成功地运用量子力学理论解释了H2的形成原因，标志着一门新兴的学科——量子化学的诞生。

量子化学是以量子力学为基础，利用量子力学的基本原理和方法来研究化学问题。

与宏观化学不同，量子化学是从微观角度，对原子、分子和晶体的电子层结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱，以及无机和有机化合物、生物大分子和各种功能材料和性能关系等进行研究。

2．量子化学和化学键理论，以及结构和性能关系的初步规律，对设计合成具有优良性能的化合物是至关重要的。

化学键理论像一根红线，把数以千万计的化合物串联起来，使它们井然有序，服从化学家的指挥。

化学键理论对于现代分子生物学的建立，是功不可没的。

例如量子化学家鲍林提出的氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型，为DNA分子的双螺旋模型的提出奠定了基础，后者又为破解遗传密码奠定基础，从而创建了现代生物学。

所以化学与生物学也是互相促进的。

1．下列关于物质性质的说法正确的是（　　）

A．物质的性质是物质固有的，不随外界因素的改变而改变

B．物质的性质包括物理性质和化学性质

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

D．物质的性质完全是由物质的结构所决定的

【解析】　物质的性质不能仅局限于物理性质和化学性质，物质的性质也会随外界条件的改变而改变，如熔、沸点与压强有关，活动性与温度有关等。

【答案】　C

2．下列具有特殊性质的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是（　　）

A．半导体材料砷化镓

B．吸氢材料镧镍合金

C．透明陶瓷材料硒化锌

D．超导材料K3C60

【解析】　A、D项中的砷、镓、钾、碳均为主族元素。

B项中的镧、镍均为副族元素，C项中硒为主族元素，锌为副族元素。

【答案】　C

3．纳米材料被誉为21世纪最有发展前景的新型材料。

纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米（1nm＝10－9m）的空心管。

下列说法错误的是（　　）

A．纳米碳管是一种新型的有机化合物

B．纳米碳管在常温下化学性质稳定

C．纳米碳管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳

D．纳米碳管材料管道多，表面积大，吸附能力强

【解析】　纳米碳管属碳单质中的一种，与金刚石、石墨等互为同素异形体。

【答案】　A

4．“绿色化学”是指从技术、经济上设计出可行的化学反应，尽可能减少对环境的副作用。

下列化学反应中，不符合绿色化学要求的是（　　）

A．除去硫酸厂的尾气：

SO2＋2NH3＋H2O===（NH4）2SO3

B．消除硝酸厂的尾气氮氧化物的污染：

NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

C．制取CuSO4：

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

D．制取CuSO4：

2Cu＋O2

2CuO，CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O

【解析】　C项产物中的SO2是大气污染物之一，可导致酸雨。

【答案】　C

5．（2010·浙江理综）下列说法中，正确的是（　　）

A．光导纤维、棉花、油脂、ABS树脂都是由高分子化合物组成的物质

B．开发核能、太阳能等新能源，推广甲醇汽油，使用无磷洗涤剂都可直接降低碳排放

C．红外光谱仪、核磁共振仪、质谱仪都可用于有机化合物结构的分析

D．阴极射线、α粒子散射现象及布朗运动的发现都对原子结构模型的建立作出了贡献

【解析】　光导纤维的主要成分是SiO2，油脂属于酯类化合物，一般相对分子质量不是很大，二者均不属于高分子化合物，故A项错误；使用无磷洗涤剂是为了降低磷元素的排放，防止水体的富营养化，与低碳排放无关，故B项错误；质谱仪可用来测定相对分子质量，红外光谱仪和核磁共振仪可用来鉴定分子结构，都可用于有机化合物结构的分析，故C项正确；布朗运动与原子结构模型的建立无关，故D项错误。

【答案】　C

6．实现社会可持续发展，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，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（　　）

A．人类制造化学物质只具有正面意义

B．制造化学物质导致人类生存环境恶化

C．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

D．制造化学物质只是化学科学分内的事

【答案】　C

7．据最新报道，科学家发现了如下反应：

O2＋PtF6===O2（PtF6），已知O2（PtF6）为离子化合物（其中Pt的化合价为＋5），对于此反应，下列说法正确的是（　　）

A．在O2（PtF6）中不存在共价键

B．在此反应中，O2是氧化剂，PtF6是还原剂

C．在此反应中，每生成1molO2（PtF6），转移1mol电子

D．由O2（PtF6）形成的晶体为分子晶体

【解析】　O2（PtF6）为离子化合物，且Pt为＋5价，F为－1价。

在O2（PtF6）中，O

与PtF

间存在离子键，O

中氧原子间存在共价键，所以O2（PtF6）形成的晶体为离子晶体，故A、D项均错；由O2―→O

失去1个电子，O2为还原剂，由PtF6―→PtF

得到1个电子，PtF6为氧化剂，故B项错。

【答案】　C

8．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率，原子利用率表示目标产物的质量与生成物的总质量之比。

在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是（　　）

【解析】　此题是贴近生活、生产实际的信息题，重在对信息的理解。

绿色化学的含义就是要求原子利用率越高越好，而生成物只有一种时，原子利用率为100%。

C选项生成物中只有目标产物一种，原子利用率为100%，符合绿色化学的要求。

【答案】　C

9．生物质能是一种洁净、可再生能源。

生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。

（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。

写出基态Zn原子的核外电子排布式________________________________________________________________________。

（2）根据等电子原理，写出CO分子的结构式________________________________________________________________________。

（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu（OH）2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。

①甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为____________。

②甲醛分子的空间构型是________；1mol甲醛分子中σ键的数目为________。

③在1个Cu2O晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu原子数目为________。

【解析】　

（1）Zn为30号元素，根据核外电子排布规律即可得出。

（2）根据CO与N2互为等电子体具有相似结构推断CO的结构式为CO（或C

O）。

（3）根据有机物中碳氧双键为sp2杂化，则空间构型为平面三角形。

甲醛中C—H键均为σ键，碳氧双键中一个σ键，故有3个σ键。

弄清晶胞中位于顶点与体心的空心圆为O，则O原子数＝8×

＋1＝2，位于体内的黑点为Cu，Cu原子数为4，满足Cu∶O＝2∶1。

【答案】　

（1）1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2

（2）CO

（3）①sp2杂化　②平面三角形　3NA　③4

10．人类在使用金属的历史进程中，经历了铜、铁、铝之后，第四种将被广泛应用的金属被科学家预测是钛（Ti），它被誉为“未来世纪的金属”。

试回答下列问题：

（1）Ti元素在元素周期表中的位置是第________周期，第________族；其基态原子的价电子排布为________；

（2）在Ti的化合物中，可以呈现＋2、＋3、＋4三种化合价，其中以＋4价的Ti最为稳定；

①偏钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。

偏钛酸钡晶体中晶胞的结构示意图如右图所示，它的化学式是________；

②已知Ti3＋可形成配位数为6的配合物。

现有含钛的两种颜色的晶体，一种为紫色，另一种为绿色，但相关实验证明，两种晶体的组成皆为TiCl3·6H2O。

为测定这两种晶体的化学式，设计了如下实验：

A．分别取等质量的两种配合物晶体的样品配成待测溶液；

B．分别向待测溶液中滴入AgNO3溶液，均产生白色沉淀；

C．待沉淀完全后分别过滤，得两份沉淀，经洗涤干燥后称量，发现原绿色晶体的水溶液与AgNO3溶液反应得到的白色沉淀质量为紫色晶体的水溶液与AgNO3反应得到沉淀质量的

。

则绿色晶体配合物的化学式为________，绿色晶体中含有化学键的类型是________。

【解析】　

（2）①偏钛酸钡晶胞中：

Ti原子数为：

8×

＝1

Ba原子数为：

1

O原子数为：

12×

＝3

故化学式为BaTiO3。

②由B知两晶体外界均为Cl－，再由化学式TiCl3·6H2O及C知，绿色晶体中外界有2个Cl－，紫色晶体中外界有3个Cl－；又由于Ti3＋的配位数为6，故绿色、紫色晶体的化学式分别为[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O和[Ti（H2O）6]Cl3。

在[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O中，H2O内存在极性键，Ti3＋与H2O、Cl－之间均为配位键，内界离子与外界离子之间为离子键。

【答案】　

（1）4　ⅣB　3d24s2　

（2）①BaTiO3

②[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O　离子键、配位键、极性共价键

选修　物质结构与性质

模块高考热点透视

模块高考热点透视

高频考点

考题指证

原子结构与性质

2013·新课标全国卷ⅠT37、四川T4、T8、浙江自选T15、山东T32、上海T13、新课标全国卷ⅡT37、2012·安徽T25、福建T30、新课标全国卷T37、江苏T21A、山东T32、浙江自选T15

分子结构与性质

2013·新课标全国卷ⅠT37、山东T32、江苏T21、浙江自选T15、上海T13、2012·福建T30、新课标全国卷T37、江苏T21、山东T32、浙江自选T15、海南T19、大纲全国卷T27

晶体结构与性质

2013·四川T8、T11、山东T32、江苏T21、新课标全国卷ⅠT37、上海T4、新课标全国卷ⅡT37、2011·新课标全国卷T37、海南T19、大纲全国卷T27、山东T32

原子结构与性质

1．原子结构：

主要考查1～36号元素的电子排布式，根据电子排布式分析原子核外电子的排布特点（如分析未成对电子数和元素在周期表中的位置，推测原子的性质）。

2．原子的性质：

主要考查电离能、电负性的比较。

预计今后的高考试题中，该考点应侧重于：

（1）原子（离子）核外电子排布式的书写；

（2）基态原子外围电子（价电子）排布式的书写；（3）元素第一电离能或电负性的比较。

（1）（2012·江苏高考节选）Mn2＋基态的电子排布式可表示为________。

（2）（2012·新课标高考节选）原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为________；

（3）（2012·山东高考节选）Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是________。

【解析】　

（1）25号元素Mn基态原子核外电子排布为[Ar]3d54s2，失去4s轨道上2个电子后形成Mn2＋，故Mn2＋基态的电子排布式为[Ar]3d5。

（2）同一主族元素从上往下第一电离能逐渐减小。

（3）Ni原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2，所以在3d轨道上有两个未成对电子，则第二周期元素中，含有两个未成对电子的元素的价电子排布式有2s22p2和2s22p4，分别是碳元素和氧元素，其中电负性最小的是碳。

【答案】　

（1）1s22s22p63s23p63d5（或[Ar]3d5）

（2）O>S>Se　（3）碳（或C）

1．

（1）写出Si的基态原子核外电子排布式________________________________________________________________________。

（2）从电负性角度分析，C、Si和O元