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1、2023/5/1820202021学年高中化学年高中化学苏教版选修学苏教版选修3专题专题5物物质结构的探索无止境课质结构的探索无止境课件件课课程程标标准准1认识认识研究物研究物质结质结构与性能的关系构与性能的关系对对分子分子设计设计、合成新、合成新 型型材料的重要意材料的重要意义义。2了解量子力学在物了解量子力学在物质转质转化、物化、物质质制制备备等研究等研究领领域中的域中的 指指导导作用。作用。3了解研究生命了解研究生命现现象的化学机理象的化学机理对对促促进进人人类类健康的重要健康的重要 作作用。用。4体会学体会学习习物物质质研究的方法有助于探索物研究的方法有助于探索物质质世界的奥秘世界的奥
2、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、光、电电、磁、磁生命运生命运动动大大小小二、研究化学反二、研究化学反应应的量子力学理的量子力学理论论1化学反化学反应应的意的意义义：实现实现物物质质的的_，_人人类类生活和生生活和生产产所需要的物所需要的物质质。2科学理科学理论论：精确有效而又普遍适用的化学反：精确有效而又普遍适用的化学反应应的的_。转转化化制制备备量子力学理量子力学理论论高温、高高温、高压压光合光合副副产产物物能源能源环环境境污污染染三、研究生命三、研究生命现现象的化学机理象的化学机理1探探寻寻人人类类和生物的生命运和
3、生物的生命运动动的的_，无疑是，无疑是21世世纪纪化学科学亟待解决的重大化学科学亟待解决的重大课题课题之一。之一。2化学化学创创立了研究物立了研究物质结质结构的构的_、_和和_，初步揭示了物，初步揭示了物质质的的结结构与性能之构与性能之间间的关系的关系和和规规律，律，为设计为设计具有各种特殊功能的新物具有各种特殊功能的新物质质提供了有效的方提供了有效的方法和手段。法和手段。化学机理化学机理理理论论方法方法实验实验手段手段1在在环环境境污污染已染已经经成成为为当前中国当前中国发发展中的一个重大展中的一个重大问题问题。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
4、时时是是一一种种污污染染物，而在高空却物，而在高空却对对人人类类有保有保护护作用，作用，该该气体是气体是()ANO BO3CCO2 D氟氟氯烃氯烃解析：解析：O3在低空在低空浓浓度度过过大大时时会会导导致呼吸道疾病，但在高空有致呼吸道疾病，但在高空有过滤过滤紫外紫外线线的功能，降低人的功能，降低人类类患皮肤癌等疾病的患皮肤癌等疾病的风险风险，是有，是有益的气体，益的气体，B正确。正确。B2邮邮票收藏票收藏爱爱好者把信封上的好者把信封上的邮邮票剪下来浸在水中，能除去票剪下来浸在水中，能除去邮邮票背面的粘合票背面的粘合剂剂，这这是利用了是利用了该该粘合粘合剂剂具有很具有很强强亲亲水性水性 的的性能
5、。性能。该该粘合粘合剂剂的成分可能是的成分可能是()解析：解析：选选B。根据。根据题题中中该该粘合粘合剂剂具有很具有很强强亲亲水性的信息水性的信息,可可 知知该该粘合粘合剂剂中含有中含有亲亲水的基水的基团团，B选项选项中的中的羟羟基基(OH)具有具有 亲亲水性，因水性，因为羟为羟基可以与水分子基可以与水分子间间形成形成氢键氢键，C选项选项中的中的 氯氯 原原子和子和D选项选项中的甲基都不具有中的甲基都不具有亲亲水性，所以正确答案水性，所以正确答案为为B。3“绿绿色化学色化学”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“绿绿色色 化化 学学工工艺艺”中，理想状中，理想状态态是反
6、是反应应原子全部原子全部转转化化为为欲制得的欲制得的产产物，即物，即原子利用率原子利用率为为100%。用甲。用甲烷烷合成乙酸乙合成乙酸乙酯酯，欲使原子利用率，欲使原子利用率达到最高，达到最高，还还需要消耗的其他反需要消耗的其他反应应物有物有()ACO BCO2和和H2OCH2O和和O2 DCH3OH和和O2解析：乙酸乙解析：乙酸乙酯酯的化学式的化学式为为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能制得具有共价键键强强度的材料度的材
7、料吗吗？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长长的管状定向的管状定向碳碳纳纳米管，米管，长长度居世界之首。度居世界之首。这这种碳种碳纤维纤维具有具有强强度高、度高、刚刚度度(抵抗抵抗变变形的能力形的能力)好、密度小好、密度小(只有只有钢钢的的1/4)、熔点高、熔点高、化化 学学稳稳定性好等特点，因而被称定性好等特点，因而被称为为“超超级纤维级纤维”。研究物研究物质质的的结结构与性能的关系构与性能的关系探究探究导导引引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总数的一万倍。如果人数的一万倍。如果人类类能利用
8、能利用0.1%的太阳能，就能的太阳能，就能满满 足当足当前全世界的能源需求。我前全世界的能源需求。我们该们该如何利用太阳能？如何利用太阳能？提示：提示：利用太阳能利用太阳能发电发电；利用太阳能；利用太阳能电电解水以制解水以制氢氢气；利气；利 用用太阳能加太阳能加热热水来水来满满足人足人们们日常生活之用；利用太阳能生日常生活之用；利用太阳能生产产 更更多的多的绿绿色食品等等。太阳能的有效利用主要依靠化学所研色食品等等。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物物质质的的结结构构物物质质的的结结构是决定物构是决定物质质性性质质的重要因素，包括构成物的重要因素，包括构成物质质
9、的的 微微粒及微粒之粒及微粒之间间的相互作用，分子的构型、手性等。物的相互作用，分子的构型、手性等。物质结质结 构构的最基本的最基本规规律是元素周期律、化学律是元素周期律、化学键键理理论论、晶体、晶体结结构、分构、分 子子构型等知构型等知识识。2物物质质的性的性质质物物质质的性的性质质包括物包括物质质的物理性的物理性质质和化学性和化学性质质、生物活性和、生物活性和 生生理活性等。理活性等。3物物质结质结构与性构与性质质的关系的关系化学研究的化学研究的对对象是物象是物质质及其及其变变化化,找出事物之找出事物之间间的客的客观规观规律律,抓抓住事物住事物变变化的本化的本质质，就可以理解事物，就可以理
10、解事物变变化的原因。也就化的原因。也就 是是 说说要抓住要抓住“物物质结质结构决定物构决定物质质性性质质，性，性质质又能反映又能反映结结构，物构，物质质的的性性质质决定物决定物质质的用途的用途”这这一一规规律。掌握律。掌握这这些些规规律，我律，我们们就可以就可以分析事物分析事物变变化的原因。化的原因。4研究物研究物质结质结构与性能关系的意构与性能关系的意义义研究物研究物质结质结构与性能的关系构与性能的关系对对解决分子解决分子设计设计、合成新材料、合成新材料 等等都具有十分重要的意都具有十分重要的意义义。研究。研究镧镧系元素的系元素的结结构和性构和性质质的关的关 系系,可以可以寻寻找到功能奇特的
11、光、找到功能奇特的光、电电、磁等材料；研究影响生、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分子的生物活性和生理活性的结结构因素，可以帮助人构因素，可以帮助人类类 认识认识生命运生命运动动的机理；研究材料的的机理；研究材料的结结构和性能的关系，可以构和性能的关系，可以 得到得到强强度大、密度小、度大、密度小、稳稳定性好、耐腐定性好、耐腐蚀蚀的合成材料的合成材料1(2019杭州高二检测杭州高二检测)导电聚合物是由某些聚合物导电聚合物是由某些聚合物(如聚乙如聚乙炔炔)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
12、材料。导电聚合物应属于体范围的一类高分子材料。导电聚合物应属于()A氧化物氧化物 B气态氢化物气态氢化物C配合物配合物 D有机物有机物D探究探究导导引引你你认为认为化学如何更好地服化学如何更好地服务务于人于人类类社会？化学社会？化学 还还应该为应该为人人类类社会的社会的发发展解决哪些展解决哪些问题问题？提示：提示：通通过过化学反化学反应实现应实现物物质质的的转转化，制化，制备备人人类类生活所需生活所需 要要的物的物质质，是化学服，是化学服务务于人于人类类的重要方式之一。的重要方式之一。为为了更好地了更好地 利利用化学用化学变变化，化学家化，化学家们们需要回答下列需要回答下列问题问题：两个或多个
13、分：两个或多个分 子子之之间间能否能否发发生化学反生化学反应应？能否生成？能否生成预预期的分子？需要什么期的分子？需要什么 催催化化剂剂才能在温和的条件下才能在温和的条件下进进行反行反应应？如何在理？如何在理论论指指导导下控下控 制制化学反化学反应应？如何？如何预测预测化学反化学反应应的速率？如何确定化学反的速率？如何确定化学反应应 的的途径途径这这就要求化学家就要求化学家们们建立有效而又普遍适用的化学建立有效而又普遍适用的化学 反反应应的量子力学理的量子力学理论论。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化学是研究化学化学是研究化学变变化的科学，化学理化的科学，
14、化学理论论和定律是化学和定律是化学 的的基基础础和根本。化学和根本。化学变变化的本化的本质质是若干原子核和是若干原子核和电电子之子之 间间的的电电磁相互作用，磁相互作用，这这种相互作用的根本种相互作用的根本规规律就是量子力学律就是量子力学.2随着化学反随着化学反应应的量子力学理的量子力学理论论的建立和相关技的建立和相关技术术的的进进 一一步步发发展，人展，人类类将将进进入一个入一个崭崭新的世界：合成氨不再需新的世界：合成氨不再需 要要 高高温、高温、高压压，光合作用不再是植物的，光合作用不再是植物的专专利，化工生利，化工生产产 不再不再 生生成无成无实际实际用途的副用途的副产产物，没有能源危机
15、，也没有物，没有能源危机，也没有环环境境 污污 染染2下列下列说说法不正确的是法不正确的是()A原子核外原子核外电电子的排布尽量使原子子的排布尽量使原子处处于最低能量状于最低能量状态态B电电子从子从2s轨轨道道跃跃迁到迁到3s轨轨道放出能量道放出能量C电电子从能量高的子从能量高的轨轨道回到能量低的道回到能量低的轨轨道道时时，放出能量，放出能量D光是光是电电子子释释放能量的主要形式放能量的主要形式解析：原子核外解析：原子核外电电子的排布尽先排布能量最低的子的排布尽先排布能量最低的轨轨道道，当，当 原原子吸收能量后，子吸收能量后，电电子从能量低的子从能量低的轨轨道道跃跃迁到能量高的迁到能量高的轨轨
16、道道;电电子从能量高的子从能量高的轨轨道返回能量低的道返回能量低的轨轨道道时时，将，将释释放能量，放能量，释释 放放能量能量时时主要以光的形式表主要以光的形式表现现。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长长的管状的管状纳纳米管米管,长长度居世界之首。度居世界之首。这这种碳种碳纤维纤维具有具有强强度高、度高、刚刚度度(抵抗抵抗变变形的能形的能力力)高、密度小高、密度小(只有只有钢钢的的1/4)、熔点高、化学、熔点高、化学稳稳定性好的特点，定性好的特点，因而被称因而被称为为“超超级纤维级纤维”。下列。下列对对碳碳纤维纤维的的说说法不正确的法不正确的()A它是制造它是制造
17、飞飞机的理想材料机的理想材料 B 它的主要它的主要组组成元素是碳成元素是碳C它的抗腐它的抗腐蚀蚀能力能力强强 D碳碳纤维纤维复合材料不易复合材料不易导电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思路点拨拨纳纳米材料有其独特的性能，在各行米材料有其独特的性能，在各行业业 中表中表 现现 出出优优异的性能。异的性能。解析解析一般一般飞飞机是用机是用钢铁钢铁制造的制造的,由于碳由于碳纤维纤维的的“强强度高、度高、刚刚度高、密度小度高、密度小”，它也可以作，它也可以作为为制造制造飞飞机的理想材料；碳机的理想材料；碳纤维纤维复合材料的主要复合材料的主要组组成元素是碳成元素是碳,但由于合成的是但由
18、于合成的是纳纳米米级级 材材 料料,碳原子最外碳原子最外层层有有4个个电电子，也可以子，也可以类类似于石墨似于石墨结结构，存在着自构，存在着自由由电电子，易子，易导电导电。答案答案D规规律方法律方法物物质质的性的性质质是由是由结结构所决定的，研究物构所决定的，研究物质质性性质质要要紧紧抓抓结结构构进进行突破。行突破。有效成分有效成分为为手性分子的手性分子的药药物物为为手性手性药药物。下列有关手物。下列有关手性性药药物的叙述正确的是物的叙述正确的是()A通通过过化学反化学反应应生成手性生成手性药药物物时时一定是等量地生成它一定是等量地生成它们们的手的手性异构体性异构体B存在少量手性催化存在少量手
19、性催化剂时剂时不可能只生成手性异构体中的一种不可能只生成手性异构体中的一种C手性手性药药物中两种手性异构体的医物中两种手性异构体的医药药作用几乎没有区作用几乎没有区别别D手性异构体的医手性异构体的医药药作用可能完全不同作用可能完全不同思路点思路点拨拨对对手性手性药药物的研究。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互为为手性异构体的两种物手性异构体的两种物质质的化学性的化学性质质几乎相同几乎相同,但但生物性生物性质质可能会截然不同，一种异构体有治病可能会截然不同，一种异构体有治病疗疗效，另一效，另一 种种可能没有，甚至可能没有，甚至对对人体有害。如果在没有手性催化人体有害。如果在没有手性催化剂剂的作的作 用用下，生成的手性下，生成的手性药药物大多数是两种手性异构体，但在手性物大多数是两种手性异构体，但在手性 催催化化剂剂作用下，可以主要生成一种异构体。作用下，可以主要生成一种异构体。答案答案D规规律方法律方法看似相似的物看似相似的物质质，其性，其性质质可能不同，研究物可能不同，研究物质质要要深入物深入物质质的内部的内部结结构，揭开表象，探究真构，揭开表象，探究真实实。