专题专题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课程标准1认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新 型型材料的重要意义。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了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的 指指导作用。导作用。3了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要 作作用。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体会学习物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘.专题专题5 物质结构的探索无止境物质结构的探索无止境微粒微粒分子分子物理物理化学化学生物生物生理生理光、电、磁光、电、磁生命运动生命运动大大小小二、研究化学反应的量子力学理论二、研究化学反应的量子力学理论1化学反应的意义：实现物质的化学反应的意义：实现物质的_，_人类生活和生产所需要的物质。人类生活和生产所需要的物质。2科学理论：精确有效而又普遍适用的化学反应的科学理论：精确有效而又普遍适用的化学反应的_。转化转化制备制备量子力学理论量子力学理论高温、高压高温、高压光合光合副产物副产物能源能源环境污染环境污染三、研究生命现象的化学机理三、研究生命现象的化学机理1探寻人类和生物的生命运动的探寻人类和生物的生命运动的_，无疑，无疑是是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。2化学创立了研究物质结构的化学创立了研究物质结构的_、_和和_，初步揭示了物质的结构与性能之间的关，初步揭示了物质的结构与性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。方法和手段。化学机理化学机理理论理论方法方法实验手段实验手段1在环境污染已经成为当前中国发展中的一个重大问题。在环境污染已经成为当前中国发展中的一个重大问题。生生产产和和生生活活中中产产生生的的某某气气体体在在近近地地面面浓浓度度稍稍大大时时是是一一种种污污染染物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是()ANO BO3CCO2 D氟氯烃氟氯烃解析：解析：O3在低空浓度过大时会导致呼吸道疾病，但在高空有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，益的气体，B正确。正确。B2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，这是利用了该粘合剂具有很强亲水性邮票背面的粘合剂，这是利用了该粘合剂具有很强亲水性 的的性能。该粘合剂的成分可能是性能。该粘合剂的成分可能是()解析：选解析：选B。根据题中该粘合剂具有很强亲水性的信息。根据题中该粘合剂具有很强亲水性的信息,可可 知知该粘合剂中含有亲水的基团，该粘合剂中含有亲水的基团，B选项中的羟基选项中的羟基(OH)具有具有 亲亲水性，因为羟基可以与水分子间形成氢键，水性，因为羟基可以与水分子间形成氢键，C选项中的选项中的 氯氯 原原子和子和D选项中的甲基都不具有亲水性，所以正确答案为选项中的甲基都不具有亲水性，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念。在是当今社会提出的一个新概念。在“绿色绿色 化化 学学工艺工艺”中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为原子利用率为100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率。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达到最高，还需要消耗的其他反应物有()ACO BCO2和和H2OCH2O和和O2 DCH3OH和和O2解析：乙酸乙酯的化学式为解析：乙酸乙酯的化学式为C4H8O2，用，用C4H8O2减去减去2分子分子CH4得得C2O2，即，即2分子分子CO。A探探究究导导引引1高高分分子子纤纤维维的的强强度度比比共共价价键键的的强强度度弱弱得得多多，我我们们能制得具有共价键强度的材料吗？能制得具有共价键强度的材料吗？提示：提示：能。我国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长的管状定向长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力抵抗变形的能力)好、密度小好、密度小(只有钢的只有钢的1/4)、熔点高、熔点高、 化化 学学稳定性好等特点，因而被称为稳定性好等特点，因而被称为“超级纤维超级纤维”。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探究导引探究导引2太阳投射到地球上的能量是当前全世界所耗能量太阳投射到地球上的能量是当前全世界所耗能量总数的一万倍。如果人类能利用总数的一万倍。如果人类能利用0.1%的太阳能，就能满的太阳能，就能满 足当足当前全世界的能源需求。我们该如何利用太阳能？前全世界的能源需求。我们该如何利用太阳能？提示：提示：利用太阳能发电；利用太阳能电解水以制氢气；利利用太阳能发电；利用太阳能电解水以制氢气；利 用用太阳能加热水来满足人们日常生活之用；利用太阳能生产太阳能加热水来满足人们日常生活之用；利用太阳能生产 更更多的绿色食品等等。太阳能的有效利用主要依靠化学所研多的绿色食品等等。太阳能的有效利用主要依靠化学所研 制制的新型材料。的新型材料。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，包括构成物质的物质的结构是决定物质性质的重要因素，包括构成物质的 微微粒及微粒之间的相互作用，分子的构型、手性等。物质结粒及微粒之间的相互作用，分子的构型、手性等。物质结 构构的最基本规律是元素周期律、化学键理论、晶体结构、分的最基本规律是元素周期律、化学键理论、晶体结构、分 子子构型等知识。构型等知识。2物质的性质物质的性质物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和 生生理活性等。理活性等。3物质结构与性质的关系物质结构与性质的关系化学研究的对象是物质及其变化化学研究的对象是物质及其变化,找出事物之间的客观规律找出事物之间的客观规律,抓抓住事物变化的本质，就可以理解事物变化的原因。也就住事物变化的本质，就可以理解事物变化的原因。也就 是是 说说要抓住要抓住“物质结构决定物质性质，性质又能反映结构，物质的物质结构决定物质性质，性质又能反映结构，物质的性质决定物质的用途性质决定物质的用途”这一规律。掌握这些规律，我们就可以这一规律。掌握这些规律，我们就可以分析事物变化的原因。分析事物变化的原因。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计、合成新材料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 系系,可以寻找到功能奇特的光、电、磁等材料；研究影响生可以寻找到功能奇特的光、电、磁等材料；研究影响生 物大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 认识认识生命运动的机理；研究材料的结构和性能的关系，可以生命运动的机理；研究材料的结构和性能的关系，可以 得到得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料1(2014杭州高二检测)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配合物 D有机物D探究导引探究导引你认为化学如何更好地服务于人类社会？化学你认为化学如何更好地服务于人类社会？化学 还还应该为人类社会的发展解决哪些问题？应该为人类社会的发展解决哪些问题？提示：提示：通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活所需通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活所需 要要的物质，是化学服务于人类的重要方式之一。为了更好地的物质，是化学服务于人类的重要方式之一。为了更好地 利利用化学变化，化学家们需要回答下列问题：两个或多个分用化学变化，化学家们需要回答下列问题：两个或多个分 子子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么 催催化剂才能在温和的条件下进行反应？如何在理论指导下控化剂才能在温和的条件下进行反应？如何在理论指导下控 制制化学反应？如何预测化学反应的速率？如何确定化学反应化学反应？如何预测化学反应的速率？如何确定化学反应 的的途径途径这就要求化学家们建立有效而又普遍适用的化学这就要求化学家们建立有效而又普遍适用的化学 反反应的量子力学理论。应的量子力学理论。量子力学理论推动化学反应的深入研究量子力学理论推动化学反应的深入研究1化学是研究化学变化的科学，化学理论和定律是化学化学是研究化学变化的科学，化学理论和定律是化学 的的基础和根本。化学变化的本质是若干原子核和电子之基础和根本。化学变化的本质是若干原子核和电子之 间的间的电磁相互作用，这种相互作用的根本规律就是量子力学电磁相互作用，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关技术的进随着化学反应的量子力学理论的建立和相关技术的进 一一步发展，人类将进入一个崭新的世界：合成氨不再需步发展，人类将进入一个崭新的世界：合成氨不再需 要要 高高温、高压，光合作用不再是植物的专利，化工生产温、高压，光合作用不再是植物的专利，化工生产 不再不再 生生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境 污污 染染2下列说法不正确的是下列说法不正确的是()A原子核外电子的排布尽量使原子处于最低能量状态原子核外电子的排布尽量使原子处于最低能量状态B电子从电子从2s轨道跃迁到轨道跃迁到3s轨道放出能量轨道放出能量C电子从能量高的轨道回到能量低的轨道时，放出能量电子从能量高的轨道回到能量低的轨道时，放出能量D光是电子释放能量的主要形式光是电子释放能量的主要形式解析：原子核外电子的排布尽先排布能量最低的轨道解析：原子核外电子的排布尽先排布能量最低的轨道 ，当，当 原原子吸收能量后，电子从能量低的轨道跃迁到能量高的轨道子吸收能量后，电子从能量低的轨道跃迁到能量高的轨道;电电子从能量高的轨道返回能量低的轨道时，将释放能量，子从能量高的轨道返回能量低的轨道时，将释放能量， 释释 放放能量时主要以光的形式表现。能量时主要以光的形式表现。B 前不久我国科学家成功合成了前不久我国科学家成功合成了3 nm长的管状纳米管长的管状纳米管,长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的抵抗变形的能力能力)高、密度小高、密度小(只有钢的只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特、熔点高、化学稳定性好的特点，因而被称为点，因而被称为“超级纤维超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的。下列对碳纤维的说法不正确的()A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碳纤维复合材料不易导电碳纤维复合材料不易导电物质结构与性质的关系物质结构与性质的关系思路点拨思路点拨纳米材料有其独特的性能，在各行业纳米材料有其独特的性能，在各行业 中表中表 现现 出出优异的性能。优异的性能。解析解析一般飞机是用钢铁制造的一般飞机是用钢铁制造的,由于碳纤维的由于碳纤维的“强度高、刚强度高、刚度高、密度小度高、密度小”，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳复合材料的主要组成元素是碳,但由于合成的是纳米级但由于合成的是纳米级 材材 料料,碳原子最外层有碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电。由电子，易导电。答案答案D规律方法规律方法物质的性质是由结构所决定的，研究物质性质要物质的性质是由结构所决定的，研究物质性质要紧抓结构进行突破。紧抓结构进行突破。 有效成分为手性分子的药物为手性药物。下列有关手有效成分为手性分子的药物为手性药物。下列有关手性药物的叙述正确的是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量地生成它们的手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性异构体B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C手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别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拨思路点拨对手性药物的研究。对手性药物的研究。研究生命现象的化学物质研究生命现象的化学物质解析解析互为手性异构体的两种物质的化学性质几乎相同互为手性异构体的两种物质的化学性质几乎相同, 但但生物性质可能会截然不同，一种异构体有治病疗效，另一生物性质可能会截然不同，一种异构体有治病疗效，另一 种种可能没有，甚至对人体有害。如果在没有手性催化剂的作可能没有，甚至对人体有害。如果在没有手性催化剂的作 用用下，生成的手性药物大多数是两种手性异构体，但在手性下，生成的手性药物大多数是两种手性异构体，但在手性 催催化剂作用下，可以主要生成一种异构体。化剂作用下，可以主要生成一种异构体。答案答案D规律方法规律方法看似相似的物质，其性质可能不同，研究物质要看似相似的物质，其性质可能不同，研究物质要深入物质的内部结构，揭开表象，探究真实。深入物质的内部结构，揭开表象，探究真实。