2024年高中化学专题1揭示物质结构的奥秘讲义+精练含解析苏教版选修3

PAGEPAGE9揭示物质结构的奇妙[目标导航]1.了解人类探究物质结构的历史与价值，相识在原子、分子层次上探讨物质的意义。2.知道物质是由微粒构成的，了解探讨物质结构的基本方法和试验手段。3.了解并体会探讨物质结构的意义。一、人类探究物质结构的历史1．人类探究物质结构的历史(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)门捷列夫发觉元素及元素周期律，从理论上指导了化学元素的发觉和应用，到20世纪40年头，已经发觉了92种化学元素。(5)对有机化合物相识的重大进展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觉，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觉(如电子、氢原子、光谱等)，揭示了原子结构内部的奇妙，发觉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探讨，以及现代试验手段的应用，都有力地推动了化学的发展，在将来社会，化学的发展和应用必将进入一个新的阶段。2．原子结构的演化原子结构模型相关科学家特点道尔顿模型(1803)坚实不行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)电子在肯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、探讨物质结构的意义化学科学的发展离不开物质结构的探究和探讨，探讨物质结构，能够为设计与合成新物质供应理论基础，揭示物质结构与性能的关系，也可以帮助我们预料物质的性能。(1)探讨物质结构，能帮助我们了解材料结构与性能之间的关系。(2)探讨物质结构，突破了在分子水平上探究生命本质。(3)物质结构探讨对于爱护生态环境，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：①原子是不能再分的粒子；②同种元素原子的各种性质和质量都相同；③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，哪些不准确？答案①②③均不准确。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微小一部分，而核外电子的运动区域特别“空旷”。2．1911年，新西兰诞生的物理学家——卢瑟福把一束变速运动的α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，他惊异地发觉，过去始终认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列而成的金箔，竟让大多数α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α粒子发生偏转，或被笔直地弹回。(1)依据以上试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)试验现象与当时的原子模型发生了冲突，当你遇到这个问题，应当如何对待？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α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α粒子的质量(2)卢瑟福的α粒子散射试验给我们很多启示：对待学习要有严谨仔细、一丝不苟的看法，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。人类相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，原子是微小的不行分割的实心球体，原子不能被创建也不能被毁灭，在化学变更中原子不行以再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变。道尔顿主见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行分和不行转化的原子，视为肯定不行分割、没有内部结构的终极粒子。其次，道尔顿没有相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，因此他的关于困难原子的概念在很多场合下显得模糊不清。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觉了电子，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，电子匀称地镶嵌在瓜瓤里。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α粒子(一种带正电荷的粒子：He2＋)，射向一片极薄的金箔。他惊异地发觉，过去始终认为原子是“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α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α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α粒子发生偏转，或被笔直地弹回”，由于α粒子带正电荷，说明原子中阻挡α粒子的微粒也带正电荷，这个微粒就是原子核，“α粒子被笔直地弹回”说明金原子核的质量远大于α粒子的质量。这就是闻名的“α粒子散射试验”。卢瑟福依据α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，在原子核四周空间作高速运动，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，提出电子在肯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肯定的轨道上绕核作高速运动，这些轨道的能量是不连续的。玻尔理论能很好地说明氢原子光谱。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别规律，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化图中，(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。其中符合历史演化依次的一组排列是()A．(1)(3)(2)(5)(4) B．(1)(2)(3)(4)(5)C．(1)(5)(3)(2)(4) D．(1)(3)(5)(4)(2)解析正确的依次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相识是渐渐发展的，后人都是在前人的基础上逐步完善。变式训练依据卢瑟福的α粒子散射试验现象可推想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α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”)α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α粒子畅通无阻地通过，证明原子不是实心的球体，内部有“广袤”的空间。有极少数α粒子被笔直地弹回，证明白原子核的存在，但占原子微小的体积，否则大部分α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α粒子的质量，否则金原子核将有被α粒子弹出的可能；还能证明金原子核所带电荷种类与α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α粒子，否则偏转的就不会是α粒子，而是金原子核。1．原子结构模型的演化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，因而没有主动的作用B．科学发觉是有止境的C．原子结构属客观事实，没有必要去揭示它D．没有科学试验，就没有科学发觉答案D解析道尔顿的原子学说，对化学的发展产生了重大而主动的影响；原子结构模型的每一次演化，都是从科学试验起先的；只有揭示物质结构的奇妙，才能把握物质变更的实质，更好地造福人类；科学发觉是无穷无尽的。2．1911年前后，英国物理学家卢瑟福用带正电的α粒子轰击极薄的金箔，为了说明试验结果，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表示经过金原子核旁边的α粒子的运动轨迹，能正确反映试验结果的图是()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α粒子(带正电，质量较小)轰击金箔时，大部分α粒子可畅通无阻地通过，微小的一部分发生偏转或被笔直的弹回。3．核磁共振(NMR)技术已广泛应用于困难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，下列原子组肯定能产生NMR现象的是()A．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、14CC.eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(32,16)S、eq\o\al(18,9)F D．1H、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eq\o\al(12,6)C的质子数、中子数均为6，eq\o\al(32,16)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探讨，能够解决很多问题。在生命科学领域，下列不能通过探讨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敏捷性的关系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，指甲可以变更，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．下列有关化学史学问错误的是()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觉了元素周期律，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觉了电子答案D解析英国科学家汤姆生发觉了电子。3．首次胜利说明白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肯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肯定的轨道上绕核作高速运动，这些轨道的能量是不连续的，玻尔理论能很好地说明氢原子光谱。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()①电子分层排布模型②“葡萄干布丁”模型③量子力学模型④道尔顿原子学说⑤核式模型A.①③②⑤④ B.④②③①⑤C.④②⑤①③ D.④⑤②①③答案C解析阴极射线的发觉、α粒子散射试验、氢原子光谱的发觉和探讨，对揭示原子内部结构的奇妙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究物质结构做出了巨大的贡献。原子结构模型的演化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学问推断，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．肯定条件下，金属钠可以成为绝缘体D．肯定条件下，水在20℃时能凝固成固体答案B解析本题是化学学问的推断题。A项因为原子是化学变更的最小微粒，原子不会变更，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，肯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℃肯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。信息高速马路的建立在于找寻新的信息材料。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．化学与材料科学休戚相关，从肯定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，就不行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须要并能用于制造有用器物的物质B．人类运用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶C．由于空气的猛烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的爱护层可以采纳镁铝合金D．高分子分别膜是由具有传统高分子材料的机械性能又具有特别分别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，由于空气的猛烈摩擦，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，一般采纳耐高温的绝热材料，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实力答案C解析碳纳米管由碳原子构成，能导电，不行作为绝缘材料。9．两位美国科学家彼德·阿格雷和罗德里克·麦金农，因为发觉细胞膜水通道以及对离子通道结构和机理探讨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．他们的探讨和化学物质水有关B．他们的探讨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．他们的探讨深化到分子、原子的层次D．他们的探讨深化到细胞的层次答案C解析细胞膜水通道的发觉以及对离子通道结构和机理的探讨对化学、生理学、医学等科学领域都有着重大意义，由于此项探讨深化到了分子、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实行高温、高压、催化剂的生产条件。假如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。[实力提升]11.下列试验事实与原子结构模型建立的关系正确的是()A.电子的发觉：道尔顿的原子结构模型B.α粒子的散射：汤姆生原子结构模型C.α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探讨而提出的，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α粒子散射试验，B错误；玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上，汲取了量子论和光子学说的思想建立起来的，故C错误；玻尔提出电子在肯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，它辐射出具有肯定频率的光子，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放射或汲取不同波长，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，缘由是________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________。答案同素异形体它们的结构不同结构确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缘由是其结构上的差异。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α粒子(即氦离子)的反粒子，称为反α粒子，则该粒子的质量数为_________，电荷数为_______，反α粒子的符号可表示为_______________。(2)近几年，欧洲和美国的科学探讨机构先后宣布，他们分别制出9个和7个反氢原子，这是人类探究反物质的一大进步。试推想反氢原子的构造是________(填字母)。A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成答案(1)4－2He2－(2)B解析所谓反物质，它的原子核是由反质子和反中子构成的，反质子的质量数为1，带负电荷，反中子的质量数也为1