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新教材2023版高中化学专题1揭示物质结构的奥秘学案苏教版选择性必修2
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这是一份新教材2023版高中化学专题1揭示物质结构的奥秘学案苏教版选择性必修2，共13页。
专题1揭示物质结构的奥秘课程目标1．了解人类探索物质结构的历史，了解研究物质结构的意义。2．初步掌握研究物质结构的一般方法。3．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。4．初步认识物质结构与性能之间的关系。图说考点[新知预习]一、物质结构研究的内容1．认识物质的特征结构研究物质的特征结构，必须思考相关的一系列问题：(1)同一元素或不同种元素的原子之间为什么能彼此结合。(2)为什么元素原子之间所形成的________类型不同？(3)不同晶体中的微粒可以是原子、________或________。(4)有些元素能形成几种同素异形体。(5)有机化合物有________现象。(6)分子中各原子的连接顺序、________以及原子在分子中的空间相对位置如何确定。(7)分子为何具有一定的________构型。2．揭示物质结构与性质的关系(1)物质的________在很大程度上决定了物质的性质。(2)科学家从________入手预测物质可能的性质，再通过反复________，以阐明物质结构与性质的关系。二、物质结构研究的范式与方法1．物质结构研究的范式(1)归纳范式：其过程为“________”。具体而言，根据________进行概括归纳，抽象出共同点，上升为________。(2)演绎范式：其过程通常为“________”。具体而言，它是从某个一般结论出发，向从属于这一结论的________进行推理的过程。2．物质结构研究的方法(1)方法列举：________、________、科学假设和论证方法。(2)分析原子和分子结构的理论基础：________。(3)研究方法和测量仪器三、物质结构研究的意义1．促进了化学科学的发展2．物质结构的探索无止境(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：实现物质的________，________人类生活和生产所需要的物质。②科学理论：为了更好地利用化学变化，就要求化学家建立精确有效而又普遍适用的化学反应的________理论。(2)研究生命现象的化学机理人类和其他生物________的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。[即时性自测]1．白磷和红磷的有关说法中错误的是( )A．二者互为同素异形体B．二者转化属于氧化还原反应C．因为红磷比白磷稳定，所以红磷转化为白磷为吸热反应D．白磷应隔绝空气保存2．核磁共振技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数和中子数均为奇数的原子核才有核磁共振现象。试判断下列哪组原子均可产生核磁共振现象( )A．18O 31P 119SnB．27Al 19F 12CC．70Br 2H 14ND．元素周期表中第1周期所有元素的原子3．扫描隧道显微镜的发明为人类认识微观世界的奥秘又提供了一个十分有用的工具。下列几张图片中，可能是利用扫描隧道显微镜拍摄的是( )4．下列有关化学科学和化学研究的说法中，不正确的是( )A．化学是一门“中心科学”，具有创造性和实用性B．化学的特征是既能认识分子，又能创造分子C．现在，化学家们能在微观层面上操纵原子和分子D．化学研究只会污染环境，不会治理环境5．下列关于化学学习和研究的说法错误的是( )A．化学模型有助于解释一些化学现象B．质量守恒定律是大量实验事实的总结C．化学家提出的假设都能被实验证实D．化学基本原理的应用是有一定条件的提升点一 人类研究物质结构的历史[例1] 人们对原子结构的认识是一个不断深化的过程。(1)19世纪初英国物理学家和化学家________提出了近代原子论。(2)1897年，汤姆生发现电子并提出类似“葡萄干面包”的原子模型，认为电子就像“葡萄干”一样镶嵌在带正电荷的“面包”中，汤姆生原子结构模型的缺陷是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)卢瑟福核式结构模型是在利用α粒子(带正电荷)轰击金箔实验的基础上提出的。下列能正确反映出他的实验结果的示意图是________(填“甲”“乙”或“丙”)。(4)从原子结构模型建立的过程中，我们发现________(选填字母)。A．科学模型的建立是一个不断完善、不断修正的过程B．模型在科学研究中起着很重要的作用C．玻尔原子模型的建立，使人们对原子结构的认识达到了完美的境界D．人类借助模型的建立，对原子的认识逐渐接近本质[提升1] (1)19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是________。(2)道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。他的学说包含有下列三个论点：①原子是不能再分的粒子②同种元素的原子的各种性质和质量都相同③原子是微小的实心球体从现代的观点看，你认为三个论点中不确切的是________。(3)卢瑟福的α粒子散射实验得出了金原子结构的一些结论，试写出其中的三点。[关键能力]1．人类探索原子结构的历史(1)量子力学建立之前的原子结构模型的演变。实心球体(道尔顿)―→电子镶嵌在球体中(汤姆生)―→质量集中于原子核(卢瑟福)―→电子在核外一定轨道上运动(玻尔)。(2)1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出分子的概念。(3)1869年，俄国化学家门捷列夫把化学元素依照相对原子质量的变化联系起来，揭示了自然界的一条基本规律——元素周期律。2．各原子结构模型的理论支持(1)道尔顿——实心球体模型。物质是由原子构成的，原子是微小的不可分割的实心球体，原子不能被创造也不能被毁灭，在化学变化中原子不可以再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变。(2)汤姆生——葡萄干面包模型。原子是带正电的圆球，在圆球里镶嵌着带负电的电子。(3)卢瑟福——有核模型。原子是由原子核和核外电子构成的，原子核带正电荷，位于原子中心，它几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。(4)玻尔——原子轨道模型。电子在原子核外一系列稳定的轨道上绕核做高速运动，这些轨道的能量变化是不连续的。(5)量子力学——电子云模型(现代原子结构学说)。电子云是描述核外电子运动特征的图象，电子云中的小黑点并不是表示原子核外的电子，而是表示电子在此空间出现的机会。提升点二 元素、核素、同位素及构成原子的微粒之间的数量关系[例2] YBa2Cu8Ox(Y为元素钇)是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于(_39^89)Y的说法不正确的是( )A．属于金属元素B．质子数与中子数之差为50C．原子的核外电子数是39D.和Y是两种不同的核素[提升2] 16O和18O是氧元素的两种核素，NA表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是( )A．16O与18O互为同素异形体B．16O与18O核外电子排布方式不同C．通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化D．标准状况下，1.12 L16O2和1.12 L18O2中均含有0.1NA个氧原子[关键能力]1．构成原子的微粒之间数量关系的求法(1)质量数＝质子数＋中子数(2)原子：核外电子数＝核电荷数＝质子数(3)阳离子：核外电子数＋离子电荷数＝核电荷数＝质子数(4)阴离子：核外电子数－离子电荷数＝核电荷数＝质子数2．元素、核素、同位素的概念辨析提升点三 化学研究[例3] 石墨和金刚石在一定条件下可相互转化：石墨⇌金刚石(ΔH>0)。20世纪50年代，美国通用汽车公司在实验室利用高温、高压将石墨转化为金刚石后，1989年，日本科学家用炸药和木炭粉“炸出”金刚石的消息引起人们的广泛关注。他们将炸药和木炭粉混合并用石蜡固化后装入钢制敞口容器，沉入一个直径8 m、深约5 m的混凝土水槽内，点火起爆，最后将容器里的水取出静置，可获得直径为0.002～0.003 μm的超细金刚石粉。(1)根据勒夏特列原理分析，上述两种制取金刚石的方法都能获得成功的原因是________(填字母)。A．金刚石比石墨熔点低B．金刚石的密度大于石墨C．金刚石硬度很大D．合成金刚石是吸热反应(2)为什么要在高压下制取金刚石？(3)日本科学家制得的金刚石可用于制作钻石戒指吗？状元随笔 先提取信息，然后运用化学平衡移动原理来解释。[提升3] 固体A的化学式为NH5，它的所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构。该物质适当加热就分解成两种气体。溶解于水也有气体放出。试回答下列问题：(1)固体A属于__________________化合物，它的电子式为________________________________________________________________________。(2)A溶于水后，溶液呈________________性(填“酸”“碱”或“中”)，其与水反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[关键能力]1．研究物质的结构与性能的关系(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”的关系得以表现例如：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。(2)不同的微粒靠不同的作用力构成不同类型的晶体①离子晶体熔、沸点较高，难挥发、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。②共价晶体硬度大，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。③分子晶体一般熔点低，硬度小。④金属晶体是电的良导体，有良好的机械加工性能等。(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。2．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。3．研究生命现象的化学机理(1)研究配位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，且有助于合成高效无毒副作用的药物。(2)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)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”的目标就能得以实现。(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“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。(6)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.近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，化学式为C60，下列说法中正确的是( )A．C60是一种新型化合物B．C60和石墨都是碳的同位素C．C60在纯氧中充分燃烧只生成CO2D．C60的摩尔质量为7202．俄罗斯科学家在利用回旋加速器进行的实验中，用含20个质子的钙元素的同位素反复轰击含95个质子的镅原子，结果4次成功制成4个第115号元素的原子，这4个原子在生成数微秒后衰变成第113号元素原子，前者的一种核素为。下列有关叙述正确的是( )A．X元素原子的核外电子数为288B．核素的质量数与中子数之差为173C．113号元素属于非金属元素D．115号元素的最高化合价是＋53．科学家已成功合成了少量O4()，有关O4的说法正确的是( )A．O4与O3、O2互为同素异形体B．O4比O2稳定C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3D．O4的摩尔质量是64 g4．在科学史上，中国有许多重大发明和发现，为人类的现代文明奠定了基础。下列发明或发现属于化学史上中国对世界作出的重大贡献的是 ( )①造纸 ②印刷术 ③火药 ④指南针 ⑤炼钢、炼铁⑥人工合成蛋白质 ⑦放射性元素A．①②③④ B．①③⑤⑥C．②④⑥ D．⑤⑥⑦5．1911年前后，英国物理学家卢瑟福用带正电的α粒子轰击极薄的金箔，为了解释实验结果，他提出了原子结构的有核模型。如图所示，黑点表示金原子核的位置，ab、cd和ef表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映该实验结果的是( )6．一种名为“N5”的物质，由于具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。迄今为止，人们对它的结构尚不完全清楚，只知道“N5”实际上是带电荷的分子碎片，其结构是对称的，5个N原子排列成“V”形。如果“N5”分子中的5个N原子都达到8电子稳定结构，且含有2个N≡N键，则“N5”分子碎片所带电荷是( )A．一个正电荷 B．两个负电荷C．一个负电荷 D．两个正电荷7．C60分子是一种新的分子，它具有空心的类似足球的结构，被称为“分子足球”。日本科学家认为世界上还存在着另一种“分子足球”——N60，N60、C60具有相似的结构，并且N60在高温或机械撞击后会转化为N2，其中积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法中正确的是( )A．N60是由共价键构成的空心圆球面结构分子，由氮原子直接构成B．N60和14N都是氮的同位素C．N60没有同素异形体D．N60的发现开辟了能源世界新天地，将来可能会成为一种很好的火箭燃料8．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是科学家发现的几百种重要的拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是( )A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属元素的化合价B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子9．科学家正在设法探寻“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反。(1)α粒子的反粒子的质量数为________，带2个单位________电荷，α反粒子符号可表示成________。(2)近几年，欧洲和美国的科研机构先后宣布，他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。试推测反氢原子的构造是________。A．由1个带正电荷的质子与1个带负电荷的电子构成B．由1个带负电荷的质子与1个带正电荷的电子构成C．由1个不带电荷的中子与1个带负电荷的电子构成D．由1个带负电荷的质子与1个带负电荷的电子构成10．在探索生命奥秘的过程中，科学家们认识到生命细胞的组成和元素周期表有密切的关系。约占人体总质量99.95%的11种常量元素均位于周期表前20号元素之内，其余0.05%由10多种人体不可缺少的微量元素组成。在微量元素中，只有B、F和Si位于短周期，其余均属于第4周期或第5周期。在常量元素中，除H、N、P外，在现在的元素周期表含有的元素中(写出元素符号)：(1)原子最外层电子数是最内层电子数2倍的是________。(2)能显示化合价最多的元素是________，跟它处在同一周期的还有一种非金属元素是________。(3)原子半径最大的是________，它的相邻元素是________。(4)剩余的两种元素，它们的离子的电子层结构相同，且带电量也相同，但符号相反。这两种元素是____________和____________。专题1 揭示物质结构的奥秘基础知识新知预习一、1．(2)化学键 (3)分子 离子 (5)同分异构体 (6)连接方式(7)空间2．(1)结构 (2)结构 实验二、1．(1)由个别到一般 事实 本质规律 (2)从一般到个别 多个要素2．(1)实验方法 模型方法 (2)量子力学 (3)衍射实验三、1．原子 阿伏加德罗 原子—分子论 门捷列夫 四价 立体结构 饱和性2．(1)转化 制备 量子力学 高温、高压 光合 副产物 能源 环境污染 (2)生命运动即时性自测1．答案：B2．解析：18O的质子数为8，A错误；12C的质子数为6，B错误；70Br、2H、14N的质子数和中子数均为奇数，C项符合题意；氦元素的质子数为2，D项错误。答案：C3．解析：扫描隧道显微镜是用来研究微观世界的工具，蜂鸟和司(后)母戊鼎都属于宏观物质，花粉细胞用普通显微镜就可以观察到，所以晶体硅的表面最可能是利用扫描隧道显微镜拍摄的。答案：D4．解析：化学是一门“中心科学”，具有创造性和实用性，故A正确；化学科学的特征是认识分子和创造分子，故B正确；化学科学是在分子、原子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的科学，故C正确；化学具有实用性，利用化学可以治理环境，改善人们的居家环境，使人类生活得更美好，故D错误。答案：D5．解析：因化学模型较直观、易懂，则化学模型的建立有助于解释一些化学现象，如利用模型解释甲烷的结构，故A正确；质量守恒定律是大量实验事实的总结，故B正确；化学家提出的假设只要是正确的，随着科学的发展可能被实验证实，也可能不能被证实，故C错误；化学基本原理在一定条件下研究化学反应，如化学平衡移动原理在一定温度、压强下，故D正确。答案：C技能素养例1 解析：(1)19世纪初，英国物理学家和化学家道尔顿提出了近代原子论，他的观点奠定了近代化学发展的基础，他本人被誉为“近代化学之父”。(2)汤姆生认为原子中带正电荷的部分均匀地分散在原子中，该模型的缺陷是没有发现所有正电荷集中在一起，且居于原子中心的原子核。(3)原子不是一个实心球体，原子核体积很小，原子核外的电子质量很小，可以忽略不计，所以大多数α粒子能穿透过去，由于α粒子带正电荷，原子核也带正电荷，同性相斥，所以少数α粒子遇到原子核，就会发生偏向，由于原子的质量主要集中在原子核上，所以极少数α粒子被反弹回来，或发生了很明显的偏向，故选乙。(4)科学模型的建立是一个不断完善、不断修正的过程；模型在科学研究中起着很重要的作用，比较直观；玻尔的原子模型建立并不是很完美，还有缺点；人类借助模型的建立，对原子的认识逐渐接近本质，故A、B、D正确。答案：(1)道尔顿 (2)没有发现带正电荷的原子核 (3)乙 (4)ABD提升1 解析：(2)原子可分为原子核和核外电子，①不确切；同种元素的不同原子的质量不相同，②不确切；原子核位于原子的中心，核外电子在原子核外一定空间内高速运动，③不确切。答案：(1)汤姆生 (2)①②③(3)a.原子中存在原子核，它占据着原子极小的空间；b．金原子的原子核带正电荷，且电荷数远大于α粒子；c．金原子的原子核质量远大于α粒子。例2 答案：B提升2 解析：16O和18O是原子，不是单质，故A错误；核外电子排布方式取决于核素核外电子数和质子数，二者相同则核外电子排布方式相同，故B错误；16O与18O之间的转化，属于原子核的变化，不是化学变化，故C错误；标准状况下，气体的摩尔体积是相同的，根据气体体积计算出气体的物质的量为0.05 mol，双原子分子，则原子的物质的量为0.1 mol，进而计算出原子数目为0.1NA，故D正确。答案：D例3 解析：根据勒夏特列原理：升高温度，平衡向吸热方向移动，很容易判断出D选项正确。依据中学化学内容，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动无影响，为什么合成金刚石要采取高压呢？实际上，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应无影响是指在一定的范围内改变压强，超高压对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动的影响同样符合勒夏特列原理，可从石墨密度小于金刚石理解，这就要求有一定的创新精神。必须注意试题要求回答“超细”金刚石粉的用途，故不可用来制作钻石戒指。答案：(1)BD (2)超高压对没有气体参加或生成的可逆反应同样有影响 (3)不可以提升3 解析：(1)由A的性质可知，A是氢化铵，电子式为，是离子化合物；(2)A中的阴离子具有还原性，被水氧化生成H2，故溶于水后与水发生NH5＋H2O===NH3·H2O＋H2↑，生成溶液显碱性。答案：(1)离子 (2)碱 NH5＋H2O===NH3·H2O＋H2↑形成性自评1．解析：本题考查对新分子的认识，体会研究物质结构的意义。A项，C60是单质，不是化合物；B项，金刚石、石墨、C60等都是碳的同素异形体；D项，C60的摩尔质量是720 g·mol－1。答案：C2．解析：X元素原子的核外电子数为115，A错误；核素(_115^288)X的质量数与中子数之差为115，B错误；113号元素位于第ⅢA族，属于金属元素，C错误；115号元素位于第ⅤA族，最高正化合价是＋5，D正确。答案：D3．解析：O4是一种新的氧分子，A项正确；能在自然界稳定存在的物质，化学性质较稳定，故O2稳定，B项错误；相同质量时，氧原子个数比为1∶1，C项错误；摩尔质量的单位是g·mol－1，D项错误。答案：A4．解析：印刷术、指南针虽然为中国发明，但是不属于化学研究的范畴；放射性元素不是中国首先发现的。答案：B5．解析：在金原子中，原子核带正电且质量很大。占有的体积很小，用α粒子(带正电，质量较小)轰击金箔时，大部分的α粒子可畅通无阻地通过，极少数的α粒子发生偏转或被笔直弹回。答案：D6．解析：根据题中给出的信息，结合氮原子最外层电子数，可知要满足分子中的5个N原子都达到8电子稳定结构，其中1个N原子应失去1个电子，故答案为A。答案：A7．解析：由题意可知N60是由分子构成的，A项错误；同位素研究的对象是原子，而N60是分子，B项错误；N2和N60是由氮元素组成的结构不同的单质，二者互为同素异形体，C项错误；N60在高温或机械撞击后会释放出巨大的能量，将来可能会成为火箭燃料，D项正确。答案：D8．解析：Al65Cu23Fe12具有合金的某些优良物理性能，因此这种拟晶中三种金属元素的化合价均为0，选项A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度高，熔点低，因此选项B错误；Al65Cu23Fe12在海水中会发生电化学腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，选项C正确；1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时，Al65Cu23Fe12转化为Al3＋、Cu2＋、Fe3＋，共失去277 mol电子，选项D错误。答案：C9．解析：由“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反可知，α粒子的反粒子的质量数为4，带2个单位负电荷，α反粒子符号为He2－。在茫茫宇宙中是否有反物质的存在，这是目前科学家关注的焦点。本题立足于化学原子的组成，拓宽视野，培养勇于探索的精神。答案：(1)4 负 He2－ (2)B10．解析：(1)最外层电子数为最内层电子数2倍，而最内层电子数为2，则符合条件的且属于前20号元素的为、，而Si为微量元素，所以符合条件的为C。(2)显示化合价最多的元素为Cl，其化合价有：－1、0、＋1、＋3、＋4、＋5、＋7等，与它处于同一周期的非金属元素且符合题意的只有S。(3)根据半径的递变规律，前20号元素中半径最大的为K，前20号元素中与它相邻的为20号元素Ca和11号元素Na。(4)剩余的两种元素为Mg与O。答案：(1)C (2)Cl S (3)K Ca、Na (4)Mg O 基 础 知 识自学·思记·尝试技 能 素 养合作·探究·分享形成性自评
专题1揭示物质结构的奥秘课程目标1．了解人类探索物质结构的历史，了解研究物质结构的意义。2．初步掌握研究物质结构的一般方法。3．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。4．初步认识物质结构与性能之间的关系。图说考点[新知预习]一、物质结构研究的内容1．认识物质的特征结构研究物质的特征结构，必须思考相关的一系列问题：(1)同一元素或不同种元素的原子之间为什么能彼此结合。(2)为什么元素原子之间所形成的________类型不同？(3)不同晶体中的微粒可以是原子、________或________。(4)有些元素能形成几种同素异形体。(5)有机化合物有________现象。(6)分子中各原子的连接顺序、________以及原子在分子中的空间相对位置如何确定。(7)分子为何具有一定的________构型。2．揭示物质结构与性质的关系(1)物质的________在很大程度上决定了物质的性质。(2)科学家从________入手预测物质可能的性质，再通过反复________，以阐明物质结构与性质的关系。二、物质结构研究的范式与方法1．物质结构研究的范式(1)归纳范式：其过程为“________”。具体而言，根据________进行概括归纳，抽象出共同点，上升为________。(2)演绎范式：其过程通常为“________”。具体而言，它是从某个一般结论出发，向从属于这一结论的________进行推理的过程。2．物质结构研究的方法(1)方法列举：________、________、科学假设和论证方法。(2)分析原子和分子结构的理论基础：________。(3)研究方法和测量仪器三、物质结构研究的意义1．促进了化学科学的发展2．物质结构的探索无止境(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：实现物质的________，________人类生活和生产所需要的物质。②科学理论：为了更好地利用化学变化，就要求化学家建立精确有效而又普遍适用的化学反应的________理论。(2)研究生命现象的化学机理人类和其他生物________的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。[即时性自测]1．白磷和红磷的有关说法中错误的是( )A．二者互为同素异形体B．二者转化属于氧化还原反应C．因为红磷比白磷稳定，所以红磷转化为白磷为吸热反应D．白磷应隔绝空气保存2．核磁共振技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数和中子数均为奇数的原子核才有核磁共振现象。试判断下列哪组原子均可产生核磁共振现象( )A．18O 31P 119SnB．27Al 19F 12CC．70Br 2H 14ND．元素周期表中第1周期所有元素的原子3．扫描隧道显微镜的发明为人类认识微观世界的奥秘又提供了一个十分有用的工具。下列几张图片中，可能是利用扫描隧道显微镜拍摄的是( )4．下列有关化学科学和化学研究的说法中，不正确的是( )A．化学是一门“中心科学”，具有创造性和实用性B．化学的特征是既能认识分子，又能创造分子C．现在，化学家们能在微观层面上操纵原子和分子D．化学研究只会污染环境，不会治理环境5．下列关于化学学习和研究的说法错误的是( )A．化学模型有助于解释一些化学现象B．质量守恒定律是大量实验事实的总结C．化学家提出的假设都能被实验证实D．化学基本原理的应用是有一定条件的提升点一 人类研究物质结构的历史[例1] 人们对原子结构的认识是一个不断深化的过程。(1)19世纪初英国物理学家和化学家________提出了近代原子论。(2)1897年，汤姆生发现电子并提出类似“葡萄干面包”的原子模型，认为电子就像“葡萄干”一样镶嵌在带正电荷的“面包”中，汤姆生原子结构模型的缺陷是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)卢瑟福核式结构模型是在利用α粒子(带正电荷)轰击金箔实验的基础上提出的。下列能正确反映出他的实验结果的示意图是________(填“甲”“乙”或“丙”)。(4)从原子结构模型建立的过程中，我们发现________(选填字母)。A．科学模型的建立是一个不断完善、不断修正的过程B．模型在科学研究中起着很重要的作用C．玻尔原子模型的建立，使人们对原子结构的认识达到了完美的境界D．人类借助模型的建立，对原子的认识逐渐接近本质[提升1] (1)19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是________。(2)道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。他的学说包含有下列三个论点：①原子是不能再分的粒子②同种元素的原子的各种性质和质量都相同③原子是微小的实心球体从现代的观点看，你认为三个论点中不确切的是________。(3)卢瑟福的α粒子散射实验得出了金原子结构的一些结论，试写出其中的三点。[关键能力]1．人类探索原子结构的历史(1)量子力学建立之前的原子结构模型的演变。实心球体(道尔顿)―→电子镶嵌在球体中(汤姆生)―→质量集中于原子核(卢瑟福)―→电子在核外一定轨道上运动(玻尔)。(2)1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出分子的概念。(3)1869年，俄国化学家门捷列夫把化学元素依照相对原子质量的变化联系起来，揭示了自然界的一条基本规律——元素周期律。2．各原子结构模型的理论支持(1)道尔顿——实心球体模型。物质是由原子构成的，原子是微小的不可分割的实心球体，原子不能被创造也不能被毁灭，在化学变化中原子不可以再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变。(2)汤姆生——葡萄干面包模型。原子是带正电的圆球，在圆球里镶嵌着带负电的电子。(3)卢瑟福——有核模型。原子是由原子核和核外电子构成的，原子核带正电荷，位于原子中心，它几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。(4)玻尔——原子轨道模型。电子在原子核外一系列稳定的轨道上绕核做高速运动，这些轨道的能量变化是不连续的。(5)量子力学——电子云模型(现代原子结构学说)。电子云是描述核外电子运动特征的图象，电子云中的小黑点并不是表示原子核外的电子，而是表示电子在此空间出现的机会。提升点二 元素、核素、同位素及构成原子的微粒之间的数量关系[例2] YBa2Cu8Ox(Y为元素钇)是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于(_39^89)Y的说法不正确的是( )A．属于金属元素B．质子数与中子数之差为50C．原子的核外电子数是39D.和Y是两种不同的核素[提升2] 16O和18O是氧元素的两种核素，NA表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是( )A．16O与18O互为同素异形体B．16O与18O核外电子排布方式不同C．通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化D．标准状况下，1.12 L16O2和1.12 L18O2中均含有0.1NA个氧原子[关键能力]1．构成原子的微粒之间数量关系的求法(1)质量数＝质子数＋中子数(2)原子：核外电子数＝核电荷数＝质子数(3)阳离子：核外电子数＋离子电荷数＝核电荷数＝质子数(4)阴离子：核外电子数－离子电荷数＝核电荷数＝质子数2．元素、核素、同位素的概念辨析提升点三 化学研究[例3] 石墨和金刚石在一定条件下可相互转化：石墨⇌金刚石(ΔH>0)。20世纪50年代，美国通用汽车公司在实验室利用高温、高压将石墨转化为金刚石后，1989年，日本科学家用炸药和木炭粉“炸出”金刚石的消息引起人们的广泛关注。他们将炸药和木炭粉混合并用石蜡固化后装入钢制敞口容器，沉入一个直径8 m、深约5 m的混凝土水槽内，点火起爆，最后将容器里的水取出静置，可获得直径为0.002～0.003 μm的超细金刚石粉。(1)根据勒夏特列原理分析，上述两种制取金刚石的方法都能获得成功的原因是________(填字母)。A．金刚石比石墨熔点低B．金刚石的密度大于石墨C．金刚石硬度很大D．合成金刚石是吸热反应(2)为什么要在高压下制取金刚石？(3)日本科学家制得的金刚石可用于制作钻石戒指吗？状元随笔 先提取信息，然后运用化学平衡移动原理来解释。[提升3] 固体A的化学式为NH5，它的所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构。该物质适当加热就分解成两种气体。溶解于水也有气体放出。试回答下列问题：(1)固体A属于__________________化合物，它的电子式为________________________________________________________________________。(2)A溶于水后，溶液呈________________性(填“酸”“碱”或“中”)，其与水反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[关键能力]1．研究物质的结构与性能的关系(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”的关系得以表现例如：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。(2)不同的微粒靠不同的作用力构成不同类型的晶体①离子晶体熔、沸点较高，难挥发、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。②共价晶体硬度大，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。③分子晶体一般熔点低，硬度小。④金属晶体是电的良导体，有良好的机械加工性能等。(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。2．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。3．研究生命现象的化学机理(1)研究配位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，且有助于合成高效无毒副作用的药物。(2)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)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”的目标就能得以实现。(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“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。(6)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.近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，化学式为C60，下列说法中正确的是( )A．C60是一种新型化合物B．C60和石墨都是碳的同位素C．C60在纯氧中充分燃烧只生成CO2D．C60的摩尔质量为7202．俄罗斯科学家在利用回旋加速器进行的实验中，用含20个质子的钙元素的同位素反复轰击含95个质子的镅原子，结果4次成功制成4个第115号元素的原子，这4个原子在生成数微秒后衰变成第113号元素原子，前者的一种核素为。下列有关叙述正确的是( )A．X元素原子的核外电子数为288B．核素的质量数与中子数之差为173C．113号元素属于非金属元素D．115号元素的最高化合价是＋53．科学家已成功合成了少量O4()，有关O4的说法正确的是( )A．O4与O3、O2互为同素异形体B．O4比O2稳定C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3D．O4的摩尔质量是64 g4．在科学史上，中国有许多重大发明和发现，为人类的现代文明奠定了基础。下列发明或发现属于化学史上中国对世界作出的重大贡献的是 ( )①造纸 ②印刷术 ③火药 ④指南针 ⑤炼钢、炼铁⑥人工合成蛋白质 ⑦放射性元素A．①②③④ B．①③⑤⑥C．②④⑥ D．⑤⑥⑦5．1911年前后，英国物理学家卢瑟福用带正电的α粒子轰击极薄的金箔，为了解释实验结果，他提出了原子结构的有核模型。如图所示，黑点表示金原子核的位置，ab、cd和ef表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映该实验结果的是( )6．一种名为“N5”的物质，由于具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。迄今为止，人们对它的结构尚不完全清楚，只知道“N5”实际上是带电荷的分子碎片，其结构是对称的，5个N原子排列成“V”形。如果“N5”分子中的5个N原子都达到8电子稳定结构，且含有2个N≡N键，则“N5”分子碎片所带电荷是( )A．一个正电荷 B．两个负电荷C．一个负电荷 D．两个正电荷7．C60分子是一种新的分子，它具有空心的类似足球的结构，被称为“分子足球”。日本科学家认为世界上还存在着另一种“分子足球”——N60，N60、C60具有相似的结构，并且N60在高温或机械撞击后会转化为N2，其中积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法中正确的是( )A．N60是由共价键构成的空心圆球面结构分子，由氮原子直接构成B．N60和14N都是氮的同位素C．N60没有同素异形体D．N60的发现开辟了能源世界新天地，将来可能会成为一种很好的火箭燃料8．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是科学家发现的几百种重要的拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是( )A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属元素的化合价B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子9．科学家正在设法探寻“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反。(1)α粒子的反粒子的质量数为________，带2个单位________电荷，α反粒子符号可表示成________。(2)近几年，欧洲和美国的科研机构先后宣布，他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。试推测反氢原子的构造是________。A．由1个带正电荷的质子与1个带负电荷的电子构成B．由1个带负电荷的质子与1个带正电荷的电子构成C．由1个不带电荷的中子与1个带负电荷的电子构成D．由1个带负电荷的质子与1个带负电荷的电子构成10．在探索生命奥秘的过程中，科学家们认识到生命细胞的组成和元素周期表有密切的关系。约占人体总质量99.95%的11种常量元素均位于周期表前20号元素之内，其余0.05%由10多种人体不可缺少的微量元素组成。在微量元素中，只有B、F和Si位于短周期，其余均属于第4周期或第5周期。在常量元素中，除H、N、P外，在现在的元素周期表含有的元素中(写出元素符号)：(1)原子最外层电子数是最内层电子数2倍的是________。(2)能显示化合价最多的元素是________，跟它处在同一周期的还有一种非金属元素是________。(3)原子半径最大的是________，它的相邻元素是________。(4)剩余的两种元素，它们的离子的电子层结构相同，且带电量也相同，但符号相反。这两种元素是____________和____________。专题1 揭示物质结构的奥秘基础知识新知预习一、1．(2)化学键 (3)分子 离子 (5)同分异构体 (6)连接方式(7)空间2．(1)结构 (2)结构 实验二、1．(1)由个别到一般 事实 本质规律 (2)从一般到个别 多个要素2．(1)实验方法 模型方法 (2)量子力学 (3)衍射实验三、1．原子 阿伏加德罗 原子—分子论 门捷列夫 四价 立体结构 饱和性2．(1)转化 制备 量子力学 高温、高压 光合 副产物 能源 环境污染 (2)生命运动即时性自测1．答案：B2．解析：18O的质子数为8，A错误；12C的质子数为6，B错误；70Br、2H、14N的质子数和中子数均为奇数，C项符合题意；氦元素的质子数为2，D项错误。答案：C3．解析：扫描隧道显微镜是用来研究微观世界的工具，蜂鸟和司(后)母戊鼎都属于宏观物质，花粉细胞用普通显微镜就可以观察到，所以晶体硅的表面最可能是利用扫描隧道显微镜拍摄的。答案：D4．解析：化学是一门“中心科学”，具有创造性和实用性，故A正确；化学科学的特征是认识分子和创造分子，故B正确；化学科学是在分子、原子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的科学，故C正确；化学具有实用性，利用化学可以治理环境，改善人们的居家环境，使人类生活得更美好，故D错误。答案：D5．解析：因化学模型较直观、易懂，则化学模型的建立有助于解释一些化学现象，如利用模型解释甲烷的结构，故A正确；质量守恒定律是大量实验事实的总结，故B正确；化学家提出的假设只要是正确的，随着科学的发展可能被实验证实，也可能不能被证实，故C错误；化学基本原理在一定条件下研究化学反应，如化学平衡移动原理在一定温度、压强下，故D正确。答案：C技能素养例1 解析：(1)19世纪初，英国物理学家和化学家道尔顿提出了近代原子论，他的观点奠定了近代化学发展的基础，他本人被誉为“近代化学之父”。(2)汤姆生认为原子中带正电荷的部分均匀地分散在原子中，该模型的缺陷是没有发现所有正电荷集中在一起，且居于原子中心的原子核。(3)原子不是一个实心球体，原子核体积很小，原子核外的电子质量很小，可以忽略不计，所以大多数α粒子能穿透过去，由于α粒子带正电荷，原子核也带正电荷，同性相斥，所以少数α粒子遇到原子核，就会发生偏向，由于原子的质量主要集中在原子核上，所以极少数α粒子被反弹回来，或发生了很明显的偏向，故选乙。(4)科学模型的建立是一个不断完善、不断修正的过程；模型在科学研究中起着很重要的作用，比较直观；玻尔的原子模型建立并不是很完美，还有缺点；人类借助模型的建立，对原子的认识逐渐接近本质，故A、B、D正确。答案：(1)道尔顿 (2)没有发现带正电荷的原子核 (3)乙 (4)ABD提升1 解析：(2)原子可分为原子核和核外电子，①不确切；同种元素的不同原子的质量不相同，②不确切；原子核位于原子的中心，核外电子在原子核外一定空间内高速运动，③不确切。答案：(1)汤姆生 (2)①②③(3)a.原子中存在原子核，它占据着原子极小的空间；b．金原子的原子核带正电荷，且电荷数远大于α粒子；c．金原子的原子核质量远大于α粒子。例2 答案：B提升2 解析：16O和18O是原子，不是单质，故A错误；核外电子排布方式取决于核素核外电子数和质子数，二者相同则核外电子排布方式相同，故B错误；16O与18O之间的转化，属于原子核的变化，不是化学变化，故C错误；标准状况下，气体的摩尔体积是相同的，根据气体体积计算出气体的物质的量为0.05 mol，双原子分子，则原子的物质的量为0.1 mol，进而计算出原子数目为0.1NA，故D正确。答案：D例3 解析：根据勒夏特列原理：升高温度，平衡向吸热方向移动，很容易判断出D选项正确。依据中学化学内容，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动无影响，为什么合成金刚石要采取高压呢？实际上，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应无影响是指在一定的范围内改变压强，超高压对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动的影响同样符合勒夏特列原理，可从石墨密度小于金刚石理解，这就要求有一定的创新精神。必须注意试题要求回答“超细”金刚石粉的用途，故不可用来制作钻石戒指。答案：(1)BD (2)超高压对没有气体参加或生成的可逆反应同样有影响 (3)不可以提升3 解析：(1)由A的性质可知，A是氢化铵，电子式为，是离子化合物；(2)A中的阴离子具有还原性，被水氧化生成H2，故溶于水后与水发生NH5＋H2O===NH3·H2O＋H2↑，生成溶液显碱性。答案：(1)离子 (2)碱 NH5＋H2O===NH3·H2O＋H2↑形成性自评1．解析：本题考查对新分子的认识，体会研究物质结构的意义。A项，C60是单质，不是化合物；B项，金刚石、石墨、C60等都是碳的同素异形体；D项，C60的摩尔质量是720 g·mol－1。答案：C2．解析：X元素原子的核外电子数为115，A错误；核素(_115^288)X的质量数与中子数之差为115，B错误；113号元素位于第ⅢA族，属于金属元素，C错误；115号元素位于第ⅤA族，最高正化合价是＋5，D正确。答案：D3．解析：O4是一种新的氧分子，A项正确；能在自然界稳定存在的物质，化学性质较稳定，故O2稳定，B项错误；相同质量时，氧原子个数比为1∶1，C项错误；摩尔质量的单位是g·mol－1，D项错误。答案：A4．解析：印刷术、指南针虽然为中国发明，但是不属于化学研究的范畴；放射性元素不是中国首先发现的。答案：B5．解析：在金原子中，原子核带正电且质量很大。占有的体积很小，用α粒子(带正电，质量较小)轰击金箔时，大部分的α粒子可畅通无阻地通过，极少数的α粒子发生偏转或被笔直弹回。答案：D6．解析：根据题中给出的信息，结合氮原子最外层电子数，可知要满足分子中的5个N原子都达到8电子稳定结构，其中1个N原子应失去1个电子，故答案为A。答案：A7．解析：由题意可知N60是由分子构成的，A项错误；同位素研究的对象是原子，而N60是分子，B项错误；N2和N60是由氮元素组成的结构不同的单质，二者互为同素异形体，C项错误；N60在高温或机械撞击后会释放出巨大的能量，将来可能会成为火箭燃料，D项正确。答案：D8．解析：Al65Cu23Fe12具有合金的某些优良物理性能，因此这种拟晶中三种金属元素的化合价均为0，选项A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度高，熔点低，因此选项B错误；Al65Cu23Fe12在海水中会发生电化学腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，选项C正确；1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时，Al65Cu23Fe12转化为Al3＋、Cu2＋、Fe3＋，共失去277 mol电子，选项D错误。答案：C9．解析：由“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反可知，α粒子的反粒子的质量数为4，带2个单位负电荷，α反粒子符号为He2－。在茫茫宇宙中是否有反物质的存在，这是目前科学家关注的焦点。本题立足于化学原子的组成，拓宽视野，培养勇于探索的精神。答案：(1)4 负 He2－ (2)B10．解析：(1)最外层电子数为最内层电子数2倍，而最内层电子数为2，则符合条件的且属于前20号元素的为、，而Si为微量元素，所以符合条件的为C。(2)显示化合价最多的元素为Cl，其化合价有：－1、0、＋1、＋3、＋4、＋5、＋7等，与它处于同一周期的非金属元素且符合题意的只有S。(3)根据半径的递变规律，前20号元素中半径最大的为K，前20号元素中与它相邻的为20号元素Ca和11号元素Na。(4)剩余的两种元素为Mg与O。答案：(1)C (2)Cl S (3)K Ca、Na (4)Mg O 基 础 知 识自学·思记·尝试技 能 素 养合作·探究·分享形成性自评
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