第三十九讲第三十九讲揭示物质结构的奥秘揭示物质结构的奥秘 考试说明中要求我们了解人类探索物质结构的价值，认识在分子等层次研究物质的意义。 考试说明中要求我们认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子的排布；能用元素的电离能说明元素的某些性质。 考试说明中还要求我们知道离子键、共价键和金属键的含义，知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别，了解研究物质结构的基本方法和实验手段。 一、人类探索物质结构的历史 1道尔顿原子学说 英国科学家道尔顿最早提出科学的原子概念。19世纪初，由于化学知识的积累和化学实验从定性研究走向定量研究，人们初步认识了化合物组成的一些规律。在此基础上，道尔顿提出了原子学说。包含三个论点：(1)原子是微小的实心球体；(2)原子是不能再分的粒子；(3)同种元素原子的各种性质和质量都相同。 2阿伏加德罗分子学说 1811年意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上，提出了分子的概念，他认为气体分子可以由几个原子构成。50年后的1860年国际化学界接受了阿伏加德罗提出的分子假说，确立了原子分子论。不同元素代表不同的原子，原子按一定的方式结合成分子，分子又组成物质，分子的结构直接决定分子的性质。 3门捷列夫的元素周期律 1869年，已有63种元素为科学家所认识，测定相对原子质量的工作也有了很大的进展。在此基础上，俄国化学家门捷列夫把似乎互不相干的化学元素按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，从理论上指导了化学元素的发现和应用。 4对有机化合物认识的重大进展 1828年，德国青年化学家维勒由氰酸铵制出了尿素CO(NH2)2，突破了无机物与有机物之间的界限。19世纪中叶以后，碳原子的四价原则、有机物中碳原子成键的立体构型、有机物分子中价键的饱和性等相继被发现，标志着对有机化合物的认识取得了重大发展，为有机立体化学奠定了基础。 5量子力学的建立 19世纪末到20世纪初，物理学有了一系列的重大发现(如电子、氢原子光谱、元素的放射性)，揭开了原子内部结构的奥秘，发现了微观粒子波粒二象性的普遍性。量子力学为化学提供了分析原子和分子结构的理论基础。 二、研究物质结构的意义 1揭示物质结构与性质的关系，能合成或从自然界分离出更多的新物质，更好地满足人类的需要。 2研究、开发和应用新型材料，如信息材料、纳米材料、超导材料、可降解高分子材料。 3为从分子水平探索生命现象的本质提供理论指导和技术支持。生命科学中许多重大问题的解决，都需要物质结构理论与分析测试技术的支持。 4实现社会的可持续发展，新物质的制造，在提高人类生活水平的同时可能带来的环境污染与破坏等，这些问题的解决都依赖于对物质结构深入的研究。原子结构模型的演变【例例1】关于原子模型的演变过程，正确的是()A汤姆生原子模型道尔顿原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型量子力学模型B汤姆生原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型量子力学模型道尔顿原子模型C道尔顿原子模型卢瑟福原子模型汤姆生原子模型玻尔原子模型量子力学模型D道尔顿原子模型汤姆生原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型量子力学模型 D【解析】原子结构模型的演变过程是：道尔顿原子学说汤姆生“葡萄干面包式”模型卢瑟福核式模型玻尔电子分层排布模型量子力学模型。物质结构与性能的关系【例2】近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球状的结构，化学式为C60，下列说法中不正确的是()AC60是一种新型化合物BC60和石墨都是碳的同素异形体CC60在纯氧中充分燃烧只生成唯一产物CO2DC60的摩尔质量为720 g/mol 【解析】 C60是单质，不是化合物，A错误；金刚石、石墨、C60等都是碳的同素异形体，B正确；C60在纯氧中充分燃烧只生成CO2，C正确；C60的摩尔质量为720 g/mol，所以D正确。A【迁移训练2】中国科学技术大学的钱逸泰教授等以CCl4和金属钠为原料，在700 时制造出纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威的科学杂志上，立刻被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。同学们对此有下列一些理解，其中错误的是( )A这个反应是置换反应B制造过程中元素种类没有改变C金刚石属于金属单质DCCl4是一种化合物【解释】CCl4和金属钠反应生成纳米级金刚石和NaCl，该反应是置换反应，A正确；根据质量守恒定律知，化学反应过程中元素种类不会改变，B正确；金刚石属于非金属单质，故C错误。C研究物质结构的意义【例3】1999年度诺贝尔化学奖授予了开创“飞秒(1015 s)化学”新领域的科学家，使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子运动成为可能。你认为该技术不能观察到的是()A原子中原子核的内部结构B化学反应中原子的运动C化学反应中生成物分子的形成D化学反应中反应物分子的分解【解析】从题目中可以看出运用激光光谱技术能够观测化学反应时分子中原子运动，而化学反应中反应物的分解和生成物分子的形成都涉及原子的运动，因而B、C、D都是能观察到的。A【迁移训练3】航天科学家正在考虑用塑料飞船代替铝制飞船，进行太空探索，其依据是( )A塑料是一种高分子化合物，可以通过取代反应大量生产B塑料是有机物，不会和强酸强碱作用C塑料用途广泛，可从自然界中直接得到D塑料生产中加入添加剂可得到性能比铝优良的新型材料D【解析】用塑料飞船代替铝制飞船，其依据一定是其性能上的差异。在塑料生产中加入添加剂改变其成分，能得到质量轻、性能好、成本低的新型材料，这就是其取代铝质材料(一般含有Mg、Ti等多种合金元素)的优越性。1.核磁共振(NMR)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。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是( )A18O、31P、119Sn B27Al、19F、12CC6C、16S、9F D1H、13C、35Cl【解析】 18O的质子数为8、中子数为10，A不合题意；B中12C质子数和中子数均为6，不合题意；C中6C的质子数为6，中子数为6,7或8；16S的质子数为16，中子数为15或16，有可能全为偶数，不一定能产生NMR现象，不合题意；D中1H质子数为1,13C中子数为7,35Cl中质子数为17，符合题意。 D2.石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨( ) A有放射性 B易燃、易爆 C能导电 D有剧毒【解析】石墨炸弹破坏输电线、电厂设备的原因主要是导致供电线短路，即石墨纤维能导电，这是由石墨的结构决定的。C3.用化学方法不能实现的是( )A生成一种新分子 B生成一种新离子C生成一种新原子 D生成一种新单质【解析】原子是化学变化中最小的微粒，反应前后原子的种类和数目保持不变；分子是保持化学性质的一种微粒，反应前后可以发生变化，同时发生化学变化也可以生成新的离子或单质。C4.在科学史上中国有许多重大的发明和发现，它们为世界的现代化奠定了基础，以下发明和发现中：造纸，印刷技术，火药，指南针，炼铁、炼铜、炼钢，有机高分子材料，人工合成蛋白质，提出原子分子学说，属于化学史上中国对世界的贡献的是( ) A B C D【解析】我国的造纸、火药、炼铁、炼钢都在化学史上对世界作出了贡献，并且在1965年，我国科学家第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素。A5.科学家正在设法探寻“反物质”。“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。若有粒子(即氦离子)的反粒子，则该粒子的质量数为_，电荷数为_，反粒子可表示为_。【解析】所谓“反物质”，它的原子核是由反质子和反电子构成的，即质子带负电荷，而电子带正电荷。粒子(即氦离子)带2个单位正电荷，则反粒子带2个单位负电荷。42He2