2023-2024学年苏教版新教材选择性必修二 专题1第一单元 物质结构研究的内容 学案

第一单元物质结构研究的内容[核心素养发展目标]1.能结合已有的知识描述常见物质的微观结构，分析物质结构与其性质之间的关系。2.能从物质的微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。3.认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。一、认识物质的特征结构1．元素性质周期性变化的主要原因是元素原子最外层电子排布的周期性。2．人们通过深入研究原子的结构，特别是最外电子层上发生的变化，以此判断元素的性质。如钠原子在化学反应中容易失去最外电子层上的1个电子，形成Na＋，钠元素表现出强的金属性；氯原子在化学反应中倾向于获得1个电子，形成Cl－，氯元素表现出强的非金属性，Na＋和Cl－再通过静电作用力生成氯化钠。3．研究物质之间的化学反应，其本质就是研究从一种结构(反应物)如何转变为另一种新的结构(生成物)，这就需要对反应物、生成物的特征结构进行针对性的研究，考察反应物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。(1)物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构(×)(2)物质随着人们的认识或研究的发展，经常发生一些小的变化(√)(3)物质有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的(×)(4)原子失去电子数越多，金属性越强，得电子数越多，非金属性越强(×)1．假若你是一位化学科研工作者，在研究物质的特征结构时需要思考那些问题？提示同一元素或不同种元素的原子之间为什么能彼此结合？为什么物质中直接相邻原子之间的化学键类型不同？为什么原子、分子或离子可以构成不同的晶体？晶体中的微粒间是通过怎样的相互作用结合的？为什么分子具有一定的空间构型？为什么有机化合物有同分异构体现象？为什么有些元素能形成几种同素异形体？2．写出乙醇、乙烷的结构式，并比较二者分子中化学键的差异。提示乙醇：、乙烷：乙烷分子中存在6个相同C—H极性键，一个C—C非极性键，乙醇分子中含有一个C—C非极性键，5个C—H极性键，且受到非金属性很强的氧元素的影响，5个C—H极性键的性质并不完全相同，除此之外还含有C—O极性键和O—H极性键，它们是决定乙醇分子性质的主要因素。3．写出过氧化氢的电子式和结构式，指出其分子中存在的化学键类型，试从氧元素化合价的角度解释过氧化氢具有强氧化性的原因。提示，H—O—O—H。过氧化氢分子中存在两个O—H极性键和一个O—O非极性键。分子中氧的化合价为－1价，容易得一个电子形成稳定的－2价氧原子，因而过氧化氢具有强氧化性。二、揭示物质结构和性质的关系物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构。1．同素异形体(1)概念：由同一种元素形成的不同种单质。(2)性质：同素异形体的物理性质不同，化学性质相似。同素异形体性质不同的原因是因为组成它们的结构微粒排列方式不同造成的。2．磷的两种同素异形体——白磷和红磷白磷是由白磷分子组成的分子晶体，分子呈正四面体结构，键角为60°，因其中的P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性，而红磷呈链状结构，比较稳定，室温下不与氧气反应。3．碳的五种同素异形体(1)金刚石碳原子间结合牢固。金刚石也是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可用于切割金属。(2)木炭碳原子不规则结合，又称无定型碳。(3)富勒烯结构碳原子结合形状呈中空足球状，其中空部分可以填入其他原子或分子。(4)碳纳米管结构中空管状的富勒烯又称碳纳米管。它强度高、弹性佳，应用前景广泛。(5)石墨碳原子呈六边形结合成网状并层层重叠，层与层之间引力微弱，可以滑动。常用作润滑剂。1．为什么分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异很大？例如，乙醇能与金属钠反应放出氢气而二甲醚却不能，乙醇易溶于水而二甲醚却不溶于水。提示乙醇的结构式为，二甲醚的结构式为，由于组成乙醇、二甲醚的微粒的排列方式不同，造成它们的性质差异很大；在乙醇中含有—OH，所以能和Na反应放出H2，—OH能和H2O之间形成氢键，所以乙醇易溶于水。2.许多磷的化合物的结构与P4的正四面体有关，如白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O6。试从结构上对该反应进行解释。提示白磷的正四面体结构为，其中P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，共有6个P—P键，所以可结合6个氧原子，所以生成物之一为P4O6。1．下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是()A．N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大B．根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子C．X射线衍射实验可以“看到”原子的内部结构D．研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发答案C2．最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA来杀死细胞，从而抑制艾滋病(AIDS)。下列有关14C的叙述正确的是(A．与12CB．与14N含有的中子数相同C．是C60的同素异形体D．与12C答案D3．C60虽然与金刚石互为同素异形体，但两者的物理性质差异较大。下列关于C60的说法正确的是()A．易溶于水B．易溶于氯化钠溶液C．易溶于氨水D．可溶于苯等有机溶剂答案D1．金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异，原因是()A．它们是由不同种元素构成的B．它们各自的原子排列方式不同C．它们具有不同的几何外形D．石墨能导电而金刚石不能答案B2．科学家发现由磷原子构成的黑磷(黑磷的磷原子二维结构如图)是比石墨烯更好的新型二维半导体材料。下列说法正确的是()A．黑磷属于化合物B．黑磷导电属于化学变化C．黑磷高温下在空气中可以稳定存在D．黑磷与白磷互为同素异形体答案D3．下列说法正确的是()A．红磷转化为白磷，属于物理变化B．石墨导电、金刚石不导电，故二者不是同素异形体C．O2和O3分子式不同，性质相同D．硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体答案D4．重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法错误的是()A．氘(D)原子核外有1个电子B．1H与D互为同位素C．H2O与D2O互为同素异形体D．H218O与D216O的相对分子质量相同答案C5．钋(Po)是一种低熔点金属，极其稀有，毒性和放射性极强。回答下列问题：(1)Po具有放射性，经α衰变成稳定的Pb原子，在衰变过程中释放一个He。生成的Pb的原子核中质子数为____________，中子数为____________。Po元素能形成较稳定的＋4价离子，wgPo4＋含有的电子的物质的量为____________________。(2)下列有关说法正确的是________________________(填字母)。a．由Po衰变为铅的变化是化学变化b．钋元素的相对原子质量为210c．210Po比209Po原子核多一个中子d．研究表明，烟草中含有210Po和209Po等，它们互为同位素(3)半衰期是指由大量原子组成的放射性样品中，放射性元素原子核有50%发生衰变所需的时间。已知Po的半衰期为138天，质量为64g的Po，经276天后，得到铅的质量为________。答案(1)82124mol(2)cd(3)47.09g题组一物质的特征结构1．(2020·咸阳高二检测)下列说法正确的是()A．原子是不可再分的B．原子中肯定含有中子C．原子由原子核和核外电子构成，原子核又可以分为质子和中子，然后不能再分D．随着科学的发展，人们发现原子组成中还存在更小的微粒，如夸克答案D2．原子的种类决定于原子的()A．原子量大小 B．核内质子数和中子数C．最外层电子数 D．核电荷数答案B解析原子中质量数＝质子数＋中子数，原子不同，质量数不同，即质子数、中子数的和不同，所以原子的种类决定于原子的核内质子数和中子数。3．下列有关稀土元素中Ce与Ce的说法正确的是()A.Ce与Ce互为同位素B.Ce与Ce的质量数相同C.Ce与Ce是同一核素D.Ce与Ce的核外电子数和中子数均为58答案A4．13C-NMR(核磁共振)、15N-NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，KurtWüthrich等人为此获得了2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是(A．13C与15NB．13C与C60C．15N与14N互为同位素D．15N的核外电子数与中子数相同答案C解析根据质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，可得13C、15N的中子数分别为7、8；同素异形体是由同一元素形成的不同单质；15N的核外电子数与中子数分别为7、85．科学工作者发现另一种“足球分子”N60，它的结构与C60相似。下列说法正确的是()A．N60和C60互为同素异形体B．N60是一种新型化合物C．N60和N2是同素异形体D．N60和14N都是氮的同系物答案C解析N60和C60是不同元素组成的单质，所以不是同素异形体，故A错误；N60中只含一种元素，所以是单质，故B错误；N60和N2是N的不同单质，所以是同素异形体，故C正确；N60是单质，14N是原子，所以不是同系物，且同系物多用于有机化合物，故D错误。6．(2021·咸阳百灵学校高一月考)下列表达方式正确的是()A．用电子式表示HCl的形成过程：B．质子数为17、中子数为20的氯原子：ClC．HClO的结构式：H—O—ClD．NH4Cl的电子式：答案C解析HCl为共价化合物，用电子式表示其形成过程：H·＋→，故A错误；质子数为17、中子数为20的氯原子，其质量数为37，可表示为Cl，故B错误；HClO中O原子分别与H原子和Cl原子形成共价键，故其结构式为H—O—Cl，故C正确；NH4Cl是由NH和Cl－构成的离子化合物，其电子式为，故D错误。题组二物质结构与性质的关系7．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()A．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、C．12C、32S、19F D．1H、13C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12C的质子数和中子数均为6，不符合题意；C中12C的质子数、中子数均为6,32S的质子数和中子数均为16，不符合题意；D中1H质子数为1,13C中子数为7,35Cl8．(2021·浙江衢州高一期末)下列说法正确的是()A．H2O的沸点较高是因为水分子间存在较强的化学键B．HCl气体溶于水后，共价键被破坏，形成了H＋和Cl－C．H2S分子中所有原子最外电子层都具有8电子的稳定结构D．NaOH和MgCl2所含化学键类型完全相同答案B解析水的沸点较高是因为水分子间存在氢键，氢键是分子间作用力，不属于化学键，A错误；氯化氢气体溶于水时，H—Cl共价键断裂，生成H＋和Cl－，B正确；H2S分子中H最外电子层上有2个电子，不具有8电子稳定结构，C错误；NaOH含有离子键和共价键，MgCl2只含离子键，两者化学键类型不完全相同，D错误。9．已知下列数据：

碳原子核间距离/10－10断裂碳碳键所需能量/(kJ·mol－1)H3C—CH1.54348H2C=CH1.33615HC≡CH1.20812下列事实可用上述数据解释的是()A．乙烯的熔、沸点比乙烷的低B．乙炔在水中的溶解度比乙烯的大C．乙炔燃烧时有浓烟产生D．乙烯、乙炔都易发生加成反应答案D解析分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关，组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高，与键长、键能无关，故A错误；键长和键能与物质的溶解性无关，故B错误；是否产生浓烟与含碳量有关，与键长、键能无关，故C错误；乙烯和乙炔中的双键和三键并不是碳碳单键的加和，平均键能比碳碳单键的小，所以碳碳双键和碳碳三键易发生加成反应，故D正确。10．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。11．科学家根据自然界存在的N2制取N3，其后又陆续制取出N5、含N的化合物及N60、N极不稳定，需保存在－80℃的干冰中；N由于其极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”；N60与C60结构相似，并在受热或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在瞬间释放出来。分析上述材料，下列说法不正确的是(A．N常温下会剧烈爆炸，体积急剧膨胀，放出大量的热B．N60的发现开辟了能源世界的新天地，将来可能成为很好的火箭燃料C．N2、N3、N5、N、N60互为同素异形体D．含N的化合物中既有离子键又有共价键答案C解析N极不稳定，由于其极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”，故A正确；N60与C60结构相似，并在受热或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在瞬间释放出来，故B正确；N2、N3、N5、N60互为同素异形体，N不是单质，故C错误；N中氮原子之间以共价键结合，N与其他阴离子之间以离子键结合，故D正确。12．NH3是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，N2分子被光催化材料捕获进而实现N2→NH3的转化(过程如图)。下列说法错误的是()A．N2在光催化材料表面断开了N≡N键B．该反应中，N2被还原C．该反应过程中有旧化学键断裂和新化学键形成D．该反应的类型是化合反应答案D解析由图知，N2在光催化材料表面断开了N≡N键，A正确；该反应中，N2转变为氨气，氮元素化合价从0降低到－3，被还原，B正确；该反应过程中N2、水参加反应，化学键断裂，生成氨气、氧气，化学键形成，有旧化学键断裂和新化学键形成，C正确；由图知，反应中有氨气、氧气生成，则该反应的类型不可能是化合反应，D不正确。13．据报道，科研人员应用电子计算机模拟出了类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮N—N键键能为167kJ·mol－1，N=N键键能为418kJ·mol－1，N≡N键键能为942kJ·mol－1。试回答：(1)根据键能和物质化学变化中的能量变化原理计算，1molN60全部分解为N2所吸收或放出的能量(热量)为________kJ。(2)根据(1)的计算结论推断，下列N60的用途正确的是________(填字母)。A．可用作高能炸药B．可用作高能燃料答案(1)13230(2)AB解析(1)1molN60分子含有