高中化学专题1揭示物质结构的奥秘讲义精练（含解析）苏教版选修3.docx

揭示物质结构的奥秘目标导航1.了解人类探索物质结构的历史与价值，认识在原子、分子层次上研究物质的意义。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.了解并体会研究物质结构的意义。一、人类探索物质结构的历史1人类探索物质结构的历史(1)18世纪中期，波义耳最早提出“元素”的科学定义；(2)19世纪初，道尔顿提出了原子学说；(3)1811年阿伏加德罗提出原子分子论；(4)门捷列夫发现元素及元素周期律，从理论上指导了化学元素的发现和应用，到20世纪40年代，已经发现了92种化学元素。(5)对有机化合物认识的重大进展19世纪末到20世纪初，有机化学取得了飞速发展，合成了很多对人类有用的新物质；19世纪中叶以后，碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子价键的饱和性等相继被发现，为有机立体化学奠定了基础，也极大地推动了有机合成的发展。(6)量子力学理论19世纪末至20世纪初，物理学领域的一系列重大发现(如电子、氢原子、光谱等)，揭示了原子结构内部的奥秘，发现了微观粒子波粒二象性的普遍性。量子力学成为化学科学分析原子核分子结构的理论基础。随着量子力学应用于化学中原子和分子结构的研究，以及现代实验手段的应用，都有力地推动了化学的发展，在未来社会，化学的发展和应用必将进入一个新的阶段。2原子结构的演变原子结构模型相关科学家特点道尔顿模型(1803)坚实不可再分的实心球汤姆生模型(1904)平均分布着正电荷的粒子嵌着同样多的电子卢瑟福模型(1911)带正电荷的原子核位于中心。质量主要集中在原子核上，电子沿不同轨道运转玻尔模型(1913)电子在一定轨道上绕核做高速圆周运动电子云模型(1935)现代物质结构学说二、研究物质结构的意义化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究，研究物质结构，能够为设计与合成新物质提供理论基础，揭示物质结构与性能的关系，也可以帮助我们预测物质的性能。(1)研究物质结构，能帮助我们了解材料结构与性能之间的关系。(2)研究物质结构，突破了在分子水平上探索生命本质。(3)物质结构研究对于保护生态环境，实现社会的可持续发展具有重大意义。议一议1道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用，他的学说包含下述三个论点：原子是不能再分的粒子；同种元素原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。从现在的观点看，你认为这三个论点中，哪些不确切？答案均不确切。解析从现在的观点看：原子是由原子核和核外电子构成；大多数元素存在同位素，不同同位素的质量不同；原子核体积只占原子极小一部分，而核外电子的运动区域非常“空旷”。21911年，新西兰出生的物理学家卢瑟福把一束变速运动的粒子(质量数为4的带2个正电荷的质子粒)射向一片极薄的金箔，他惊奇地发现，过去一直认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列而成的金箔，竟让大多数粒子畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的，但也有极少量的粒子发生偏转，或被笔直地弹回。(1)根据以上实验现象能得出关于金箔中金原子结构的一些结论，试写出其中的三点：_。(2)实验现象与当时的原子模型发生了矛盾，当你遇到这个问题，应该如何对待？答案(1)原子中存在原子核，且原子核只占原子体积的很小一部分；金原子核带正电荷，且电荷数远大于粒子的电荷数，二者产生静电排斥作用；金原子的质量远大于粒子的质量(2)卢瑟福的粒子散射实验给我们很多启示：对待学习要有严谨认真、一丝不苟的态度，绝不放过任何一个疑点，努力使自己成为敢于质疑、敢于向权威挑战、具有创新意识和创新精神的现代中学生。人类认识原子结构的历史进程四种原子结构模型1道尔顿原子结构模型19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为：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。道尔顿主张用原子的分解与化合来说明各种化学现象和各种化学定律之间的内在联系，这就抓住了化学的核心和最本质的问题。因此，人们把道尔顿称为近代化学之父。但是，限于当时科学发展的水平，道尔顿的原子理论还远远不是一种完善的理论，存在一些明显的缺点和错误：首先，道尔顿把化学反应中相对不可分和不可转化的原子，视为绝对不可分割、没有内部结构的终极粒子。其次，道尔顿没有认识到任何具有确定性质的物质，可以独立存在的是分子而不是原子，因此他的关于复杂原子的概念在许多场合下显得含糊不清。道尔顿原子学说的另一个弱点，就是无法确定化合物组成的原子比，因此无法合理的确定元素的相对原子质量。2汤姆生原子结构模型1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年汤姆生提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型(如右图)。他提出：原子是带正电的圆球，在圆球里镶嵌着带负电的电子，原子像西瓜，瓤是正电，瓜子是负电，电子均匀地镶嵌在瓜瓤里。这是人类第一次提出电子在原子里的运动状态，也是第一个带电子的原子结构模型，后人把它叫汤姆生原子结构模型。3卢瑟福原子结构模型在1911年前后，物理学家卢瑟福把一束运动的粒子(一种带正电荷的粒子：He2)，射向一片极薄的金箔。他惊奇地发现，过去一直认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列而成的金箔，竟能让大多数粒子畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的。但也有极少数的粒子发生偏转，或被笔直地弹回。这说明原子并不是无法穿越的实心球，而是有隙可乘的。“也有极少数的粒子发生偏转，或被笔直地弹回”，由于粒子带正电荷，说明原子中阻挡粒子的微粒也带正电荷，这个微粒就是原子核，“粒子被笔直地弹回”说明金原子核的质量远大于粒子的质量。这就是著名的“粒子散射实验”。卢瑟福根据粒子散射现象，指出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，在原子核周围空间作高速运动，就像行星环绕太阳运转一样。人们形象地将这种模型称为原子结构的“行星模型”。4玻尔原子结构模型1913年丹麦物理学家玻尔(卢瑟福的学生)引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，指出电子在原子核外空间内一定的轨道上绕核作高速运动，这些轨道的能量是不连续的。玻尔理论能很好地解释氢原子光谱。5电子云模型(现代原子结构学说)现代原子结构理论认为：原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的；原子核是由质子和中子构成的；核外电子的运动也有其特殊规律，人们形象的用电子云描述核外电子的运动状态，电子云是描述核外电子运动特征的图像，电子云中的小黑点并不是表示原子核外的一个电子，而是表示电子在此空间出现的几率。电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少。例原子结构模型的演变图中，(1)为道尔顿实心球式原子模型，(2)为卢瑟福行星运转式原子模型，(3)为汤姆生葡萄干面包式原子模型，(4)为近代量子力学原子模型，(5)为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是()A(1)(3)(2)(5)(4) B(1)(2)(3)(4)(5)C(1)(5)(3)(2)(4) D(1)(3)(5)(4)(2)解析正确的顺序是道尔顿实心球式原子模型、汤姆生葡萄干面包式原子模型、卢瑟福行星运转式原子模型、玻尔轨道式原子模型、近代量子力学原子模型。答案A解题反思人类对原子结构的认识是逐渐发展的，后人都是在前人的基础上逐步完善。变式训练根据卢瑟福的粒子散射实验现象可推测出金箔中金原子结构的一些结论，据此请填写下列空白：(1)原子中存在_，且只占原子体积的很小一部分。(2)金原子核带_电荷，且电荷数远大于粒子的电荷数，两者产生静电_作用。(3)金原子的质量远_(填“大于”、“小于”或“等于”)粒子的质量。答案(1)原子核(2)正排斥(3)大于解析极薄的金箔，竟让变速运动的大多数粒子畅通无阻地通过，证明原子不是实心的球体，内部有“广阔”的空间。有极少数粒子被笔直地弹回，证明了原子核的存在，但占原子极小的体积，否则大部分粒子不能畅通无阻地通过；同时证明金原子核的质量远大于粒子的质量，否则金原子核将有被粒子弹出的可能；还能证明金原子核所带电荷种类与粒子相同，否则两者就会相互吸引；又能证明金原子核所带电荷数远大于粒子，否则偏转的就不会是粒子，而是金原子核。1原子结构模型的演变历史给我们的启迪是()A道尔顿原子学说存在着缺陷或错误，因而没有积极的作用B科学发现是有止境的C原子结构属客观事实，没有必要去揭示它D没有科学实验，就没有科学发现答案D解析道尔顿的原子学说，对化学的发展产生了重大而积极的影响；原子结构模型的每一次演变，都是从科学实验开始的；只有揭示物质结构的奥秘，才能把握物质变化的实质，更好地造福人类；科学发现是无穷无尽的。21911年前后，英国物理学家卢瑟福用带正电的粒子轰击极薄的金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说。图中，黑点表示金原子核的位置，曲线ab、cd和ef表示经过金原子核附近的粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是( )答案D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，用粒子(带正电，质量较小)轰击金箔时，大部分粒子可畅通无阻地通过，极小的一部分发生偏转或被笔直的弹回。3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、119SnB27Al、19F、14CC.C、S、FD1H、13C、35Cl答案D解析A中18O的质子数为8、中子数为10，不符合题意；B中14C的质子数和中子数分别为6和8，不符合题意；C中C的质子数、中子数均为6，S的质子数和中子数均为16，不符合题意；D中1H的质子数为1,13C的中子数为7，35Cl的质子数为17，符合题意。4通过对物质结构与性质的研究，能够解决许多问题。在生命科学领域，下列不能通过研究结构与性质的关系加以解决的问题是( )A酶的催化机理B手性生物分子与手性药物的作用机制C指甲的长短与手指的灵活性的关系D抗癌药物的设计与筛选答案C解析结构是内在的，而不是外在的，指甲可以改变，C项错。基础过关1最早提出科学的原子概念的科学家是( )A道尔顿B阿伏加德罗C门捷列夫D卢瑟福答案A解析英国科学家道尔顿首先提出了科学的原子概念。2下列有关化学史知识错误的是( )A原子分子学说的建立是近代化学发展的里程碑B俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律，编制了元素周期表C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D英国科学家道尔顿首先发现了电子答案D解析英国科学家汤姆生发现了电子。3首次成功解释了氢原子光谱的科学家是()A道尔顿B卢瑟福C玻尔D爱因斯坦答案C解析玻尔提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，指出电子在原子核外空间内一定的轨道上绕核作高速运动，这些轨道的能量是不连续的，玻尔理论能很好地解释氢原子光谱。4.下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是()电子分层排布模型“葡萄干布丁”模型量子力学模型道尔顿原子学说核式模型A.B.C.D.答案C解析阴极射线的发现、粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示原子内部结构的奥秘起到了极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构做出了巨大的贡献。原子结构模型的演变过程可以表述为道尔顿原子学说汤姆生“葡萄干布丁”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。5请你运用所学的化学知识判断，下列有关化学观念的叙述错误的是()A几千万年前地球上一条恐龙体内的某个原子可能在你的身体里B用斧头将木块一劈为二，在这个过程中个别原子恰好分成更小微粒C一定条件下，金属钠可以成为绝缘体D一定条件下，水在20时能凝固成固体答案B解析本题是化学知识的判断题。A项因为原子是化学变化的最小微粒，原子不会变化，A项正确，B项错误。金属导电是自由电子在外电场的作用下，定向移动，一定条件下自由电子可不移动。物质的熔点与物质的结构和外部条件有关，水在20一定压强下可成为固体。6历史事实表明，没有新材料的出现，就没有科技与生产发展的突破。信息高速公路的建立在于寻找新的信息材料。下列材料可作为信息材料的是()A铜线B化纤C橡胶D光导纤维答案D解析光导纤维的主要成分是SiO2。7化学与材料科学息息相关，从一定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，就不可能使新的科学技术成为生产力。下列有关材料的说法不正确的是( )A材料是为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质B人类使用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶C由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的保护层可以采用镁铝合金D高分子分离膜是由具有传统高分子材料的机械性能又具有特殊分离功能的功能高分子材料制成的薄膜答案C解析当航天飞机返回地球大气层时，由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1000以上，镁铝合金是热的传导体，会造成飞机烧毁，一般采用耐高温的绝热材料，如碳纤维复合材料等。8碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途不正确的是()A用它可做成攀登月球的“太空天梯”B能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题C作为优秀的绝缘材料D制成电脑芯片可大大提升计算机系统的计算能力答案C解析碳纳米管由碳原子构成，能导电，不可作为绝缘材料。9两位美国科学家彼德阿格雷和罗德里克麦金农，因为发现细胞膜水通道以及对离子通道结构和机理研究做出的开放性贡献而获得2003年诺贝尔化学奖，他们之所以获得诺贝尔化学奖而不是生理学或医学奖是因为()A他们的研究和化学物质水有关B他们的研究有利于研制针对一些神经系统疾病和心血管疾病的药物C他们的研究深入到分子、原子的层次D他们的研究深入到细胞的层次答案C解析细胞膜水通道的发现以及对离子通道结构和机理的研究对化学、生理学、医学等科学领域都有着重大意义，由于此项研究深入到了分子、原子的层次，所以做出开创性贡献的两位科学家得到了诺贝尔化学奖的殊荣。10为了进一步提高合成氨的生产效益，科研中最有开发价值的是( )A寻求H2的新来源B研制耐高温高压的新材料合成塔C研制低温下活性较大的催化剂D研制高温下活性较大的催化剂答案C解析合成氨工业目前主要采取高温、高压、催化剂的生产条件。如果能找到低温下活性高的催化剂，可以大大降低氨的合成成本，提高生产效益。能力提升11.下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是()A.电子的发现：道尔顿的原子结构模型B.粒子的散射：汤姆生原子结构模型C.粒子放射：玻尔原子结构模型D.氢原子光谱：玻尔原子结构模型答案D解析道尔顿的原子结构模型是道尔顿通过对大气的物理性质进行研究而提出的，A错误；卢瑟福提出原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是粒子散射实验，B错误；玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想建立起来的，故C错误；玻尔提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，原子系统只能具有一系列的不连续的能量状态，当原子从一个具有较大能量的定态跃迁到另一个能量较低的定态时，它辐射出具有一定频率的光子，原子的不同能量状态和电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，氢原子光谱指的是氢原子内的电子在不同能阶跃迁时所发射或吸收不同波长，故D正确。12金刚石、石墨、C60、碳纳米管均由同一种元素组成，属于_，其性质差别很大，原因是_，说明_。答案同素异形体它们的结构不同结构决定性质解析由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体；同素异形体的组成元素相同，但结构不同，因此造成性质不同的原因是其结构上的差异。13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)若有粒子(即氦离子)的反粒子，称为反粒子，则该粒子的质量数为_，电荷数为_，反粒子的符号可表示为_。(2)近几年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布，他