专题5物质结构的探索无止境

1、专题专题5 5 物质结构的探索无止境物质结构的探索无止境1.1.认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新型认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新型材料的重要意义。材料的重要意义。2.2.了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导价值。导价值。3.3.了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。用。4.4.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。一、物质结构探索的方向一、物质结构探索的方向人们为什么要探索物质结构呢？

2、物质结构探索的方向是什人们为什么要探索物质结构呢？物质结构探索的方向是什么呢？么呢？_的建立和的建立和_的进步，使人们对物质的的进步，使人们对物质的结构、性能及性质的变化规律有了一定的认识，进一步要结构、性能及性质的变化规律有了一定的认识，进一步要解决的问题是：解决的问题是：1.1.物质的物质的_还有许多奥秘等待着人们去揭示；还有许多奥秘等待着人们去揭示；2._2._、_和和_的发展的发展, ,需要我们对微观需要我们对微观领域作更深入的研究。领域作更深入的研究。量子力学量子力学分析测试技术分析测试技术微观结构微观结构环境科学环境科学生命科学生命科学材料科学材料科学二、物质结构探索的任务二、物质

3、结构探索的任务1.1.人们研究物质结构主要的理论依据是什么？人们研究物质结构主要的理论依据是什么？2.2.化学为人类社会的发展解决了哪些问题化学为人类社会的发展解决了哪些问题? ? 这些问题的解这些问题的解决需要哪些条件决需要哪些条件? ?1.1.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(1)(1)物质结构是决定物质结构是决定_的重要因素。的重要因素。 _ _ _ _等等 _ _ _ _ _ _ _ _等等物质性质物质性质物质的结构物质的结构物质的性质物质的性质构成物质的微粒之间的相互作用构成物质的微粒之间的相互作用分子的构型分子的构型物理性质物理性质化学性质化学性质生物活性生物活

4、性生理活性生理活性生物活性生物活性生理活性生理活性稳定性好稳定性好耐腐蚀耐腐蚀(2)(2)主要领域。主要领域。 2.2.研究化学反应的量子力学理论研究化学反应的量子力学理论(1)(1)通过化学反应实现通过化学反应实现_，制备，制备_所所需要的物质，是化学服务于人类的重要方式之一。需要的物质，是化学服务于人类的重要方式之一。(2)(2)为了更好地利用化学变化，要求化学家建立精确有效而为了更好地利用化学变化，要求化学家建立精确有效而又普遍适用的又普遍适用的_理论。理论。 物质的转化物质的转化人类生活和生产人类生活和生产化学反应的量子力学化学反应的量子力学3.3.研究生命现象的化学机理研究生命现象的

5、化学机理探寻人类和生物的探寻人类和生物的_的的_,_,是是2121世纪化学科学世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。亟待解决的重大课题之一。生命运动生命运动化学机理化学机理1.1.结构与性质是两个不同的概念，因此，研究物质的结构结构与性质是两个不同的概念，因此，研究物质的结构对于研究物质的性质毫无作用。对于研究物质的性质毫无作用。( )( )分析：分析：研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新型材料等都具有十分重要的意义。成新型材料等都具有十分重要的意义。2.2.人类在探索物质结构方面已经取得了一定成就。人类在探索物质结构方面已经取得了一定成就

6、。( )( )分析：分析：量子力学的建立和分析测试技术的进步量子力学的建立和分析测试技术的进步, ,使人们对物使人们对物质的结构、性能及物质的变化规律有了一定的认识。质的结构、性能及物质的变化规律有了一定的认识。3.3.物质结构的研究对提高物质的性能意义重大。物质结构的研究对提高物质的性能意义重大。( )( )分析：分析：物质的结构决定物质的性能，通过研究物质的结构物质的结构决定物质的性能，通过研究物质的结构可以开发具有特殊性能的物质，对改善物质的性能有非常可以开发具有特殊性能的物质，对改善物质的性能有非常重要的意义。重要的意义。 探索物质结构的重大意义探索物质结构的重大意义1.1.研究物质的

7、结构与性能的关系研究物质的结构与性能的关系物质的结构决定物质的性质物质的结构决定物质的性质(1)(1)物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子的构型等。的构型等。(2)(2)物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和生理活性等。和生理活性等。(3)(3)研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新型材料等都具有十分重要的意义。型材料等都具有十分重要的意义。2.2.研究化学反应的量子力学理论研究化学反应的量子力学理论(1)(1)利用化

8、学反应的原理，通过化学反应实现物质的转化，利用化学反应的原理，通过化学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。人类的重要方式。(2)(2)人类社会的发展，就是科技的发展。为了实现人类社会人类社会的发展，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。的化学反应的量子力学理论。(3)(3)化学发展的趋势是让反应条件趋向于温和、产率高、速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

9、应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简率快、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。单等。3.3.研究生命现象的化学机理研究生命现象的化学机理(1)(1)探寻人类和生物的生命运动的化学机理是新世纪各国所探寻人类和生物的生命运动的化学机理是新世纪各国所面临的重大课题。面临的重大课题。(2)(2)对物质结构的研究可以在药物制备、生命奥秘、人为调对物质结构的研究可以在药物制备、生命奥秘、人为调节等方面带来福音，并且可以进行人造器官的制造和医用节等方面带来福音，并且可以进行人造器官的制造和医用高分子材料的研制和应用。高分子材料的研制和应用。【特别提醒【特别提醒】 物质的结构决定物质的性质，

10、而物质的性质物质的结构决定物质的性质，而物质的性质则决定物质的用途，因此，研究物质的结构对于研究物质则决定物质的用途，因此，研究物质的结构对于研究物质的用途、寻找特殊化学物质有重要的意义。的用途、寻找特殊化学物质有重要的意义。【典例】【典例】(1)(1)随着科学的进步，除了传统的三大合成材料以随着科学的进步，除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子膜，具有光、电、磁等特殊功能的高外，又出现了高分子膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，医用高分子材料，隐形材料和液晶高分子材料分子材料，医用高分子材料，隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。试根据下列用途判断新型有等许多新型有机高

11、分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。机高分子材料的种类。用于海水和苦咸水的淡化方面用于海水和苦咸水的淡化方面_。用于制造人工器官用于制造人工器官( (如人工心脏如人工心脏) )的材料的材料_。(2)(2)录像用的高性能磁带中的磁粉，主要原料之一是由录像用的高性能磁带中的磁粉，主要原料之一是由3 3种种元素组成的元素组成的CoCox xFeFe3 3-x xO O3+x3+x的化合物，已知的化合物，已知O O为为-2-2价，钴价，钴(Co)(Co)和和铁可能呈现铁可能呈现+2+2价或价或+3+3价，且上述化合物中，每种元素都只价，且上述化合物中，每种元素都只有一种化合价，则有一

12、种化合价，则x x的值为的值为_，铁的化合价为，铁的化合价为_价，价，钴的化合价为钴的化合价为_价。价。【思路点拨【思路点拨】解答本题注意以下两点：解答本题注意以下两点：(1)(1)结合必修部分新材料的用途；结合必修部分新材料的用途；(2)(2)依据化合物中各元素化合价代数和等于依据化合物中各元素化合价代数和等于0 0，计算化合物，计算化合物的组成。的组成。【解析【解析】(1)(1)高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及功能高分子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理及废液中有用成分

13、的回收，特别是海工业废水等废液处理及废液中有用成分的回收，特别是海水和苦咸水淡化方面已实现工业化；医用高分子材料中的水和苦咸水淡化方面已实现工业化；医用高分子材料中的聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和很高的机械性聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和很高的机械性能，可用来制作人工心脏。能，可用来制作人工心脏。(2)(2)由化学式由化学式CoCox xFeFe3 3-x xO O3+x3+x可知可知x x的取值为的取值为1 1或或2 2，若取，若取x=1x=1，则，则化学式为化学式为CoFeCoFe2 2O O4 4，据化合价代数和为，据化合价代数和为0 0，可推知，可推知FeFe为为+3+

14、3价，价，CoCo为为+2+2价。若取价。若取x=2x=2，不合理。，不合理。答案：答案：(1)(1)高分子分离膜高分子分离膜医用高分子材料医用高分子材料( (或聚氨酯类聚合物等或聚氨酯类聚合物等) )(2)1 +3 +2(2)1 +3 +2【方法技巧【方法技巧】有关环境、材料、能源、生命科学等方面的试题有关环境、材料、能源、生命科学等方面的试题的解题方法的解题方法化学与环境、能源、材料、生命科学的关系是考试的热点之一。化学与环境、能源、材料、生命科学的关系是考试的热点之一。这类问题往往都与物质微观结构有联系。此类问题多以信息题这类问题往往都与物质微观结构有联系。此类问题多以信息题形式出现，介

15、绍物质结构探索与研究的新成果，然后设计问题形式出现，介绍物质结构探索与研究的新成果，然后设计问题加以考查，解决此类问题的方法是提炼题目所给的信息加以利加以考查，解决此类问题的方法是提炼题目所给的信息加以利用，结合学过的知识按题目的要求规范解答。用，结合学过的知识按题目的要求规范解答。【变式备选【变式备选1 1】原子经济性指的是在化学反应过程中有多少原子经济性指的是在化学反应过程中有多少原料的原子进入到所需的产品中。理想的原子经济反应要原料的原子进入到所需的产品中。理想的原子经济反应要求原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产求原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实

16、现废物的物或废物，实现废物的“零排放零排放”。下列几种生产乙苯的。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是方法中，原子经济性最好的是( (反应均在一定条件下进反应均在一定条件下进行行)( )( )【解析【解析】选选C C。C C项反应物中所有原子都转变为产物。根据项反应物中所有原子都转变为产物。根据题干，此反应为理想的原子经济反应。注意理论上全都反题干，此反应为理想的原子经济反应。注意理论上全都反应和实际生产有一定差距。应和实际生产有一定差距。【变式备选【变式备选2 2】酶是具有特殊功能的蛋白质，因而酶有蛋白酶是具有特殊功能的蛋白质，因而酶有蛋白质的特性。酶又是生物制造出来的催化剂，在生命有机体质的特性。酶又是生物制造出来的催化剂，在生命有机体的所有有机反应中发挥作用。如图所示的温度的所有有机反应中发挥作用。如图所示的温度t t与反应速率与反应速率v v的关系曲线中，有酶参加的是的关系曲线中，有酶参加的是( )( )【解析【解析】选选D D。要从两个方面把握催化作用：一是在室温下。要从两个方面把握催化作用：一是在室温下酶就能对某些有机反应充分发挥催化作用；二是酶作为蛋酶就能对某些有机反应充分发挥催化作用；二是酶作为蛋白质在稍高温度下会发生变性而失去催化作用。白质在稍高温度下会发生变性而