沪教九年级化学上册第2节 化学研究什么 第2课时 化学研究物质的组成和结构、用途与制法（导学案）（解析）

化学研究什么第2课时化学研究物质的组成和结构、用途与制法一、知识目标1.能初步认识物质的多样性，知道物质的性质与组成、结构、用途的关系；2.能初步学会应用科学的方法观察化学实验、描述现象；3.能感受化学是推动人类社会可持续发展的重要力量。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过金刚石与石墨性质差异的实例，认识物质宏观性质的多样性与其微观结构的关系，建立“结构决定性质”的化学观念。2.证据推理与模型认知：基于实验现象（葡萄糖、砂糖、面粉燃烧实验），分析物质组成（如碳元素的存在）、变化本质（物理变化与化学变化），归纳“性质决定用途”的推理模型（如金刚石切割玻璃、石墨导电）。3.科学态度与社会责任：结合化学史（如我国科学家制备金刚石的突破），感悟化学创新对解决资源、能源问题的价值，增强可持续发展意识。一、学习重点1.能初步认识物质的多样性，知道物质的性质与组成、结构、用途的关系。二、学习难点1.能初步学会应用科学的方法观察化学实验、描述现象。一、物质的组成与结构1.取葡萄糖、砂糖和面粉分别灼烧，均生成黑色残渣，该残渣是碳，说明这些物质中都含有碳元素。由此可知，世间万物主要由约90多种元素组成。2.金刚石和石墨都由碳元素组成，但前者是自然界最坚硬的物质，后者质软，原因是原子排列方式不同。这体现了“物质的结构决定性质”的化学观念。3.物质由肉眼看不见的微观粒子构成，例如水由水（H₂O）分子构成，沙子（主要成分SiO₂）由硅原子和氧原子构成。二、物质的用途与制法1.金刚石可用于切割玻璃，是因为其具有硬度大的性质；石墨能作电池电极，是利用其导电性；石墨可制作铅笔芯，是由于它是灰黑色质软的固体。2.我国科学家钱逸泰团队曾以四氯化碳和金属钠为原料制得纳米级金刚石，后来又利用甲烷作为“养料”通过化学气相沉积法制备人造金刚石，这体现了化学可通过工艺创新制备新物质。3.化石燃料（煤、石油、天然气）可通过化学工艺制造药物、合成纤维、塑料等价值更高的产品，直接燃烧会造成资源浪费和环境污染。一、新课导入问题预测：用热勺子接触牛奶、软糖、棉花糖、蜂蜜时，可能出现哪些变化？牛奶：____________________软糖：____________________棉花糖：____________________蜂蜜：____________________答案：牛奶可能结块/起皮；软糖可能融化/碳化；棉花糖可能焦化/冒烟；蜂蜜可能变稀/冒泡。问题思考：不同物质遇热反应不同的根本原因可能与__________和__________有关。答案：物质的组成、结构。二、化学研究物质的组成和结构活动一：物质组成的实验探究问题观察：大家观察到了什么共同的现象？答案：都产生了黑色残渣。问题思考：黑色残渣可能是什么？这个现象说明了这三种物质在组成上有什么共同点？答案：推测黑色残渣为碳，得出三种物质都含碳元素。问题记录：实验步骤实验现象解释与结论灼烧葡萄糖、砂糖、面粉答案：实验步骤实验现象解释与结论灼烧葡萄糖、砂糖、面粉都有黑色残渣生成这些物质中均含有碳元素活动二：物质结构的微观探析问题探究1：观察二氧化硅（SiO₂）和水（H₂O）的分子模型，填写：沙子由________构成；水由________构成。答案：二氧化硅分子；水分子。问题探究2：对比金刚石与石墨的结构模型：金刚石结构：（空间网状立体结构/层状），硬度；石墨结构：（空间网状立体结构/层状），硬度。答案：空间网状立体结构；大；层状；小。问题思考：金刚石和石墨都由碳元素组成，为什么它们的性质（如硬度）却如此截然不同？答案：因为原子排列方式不同，导致微观结构差异。归纳总结：物质的________决定性质。例如：金刚石因________结构而坚硬，石墨因________结构而质软。答案：结构；空间网状立体结构；层状。二、化学研究物质的用途与制法活动一：性质与用途的关联分析问题讨论：下列有关物质用途的表述，分别利用了金刚石或石墨的哪些性质？制作钻石用作电池电极制造铅笔芯切割玻璃答案：1.金刚石是无色透明晶体，具有特殊的光学性质；2.石墨能导电；3.石墨是灰黑色质软的固体；4.金刚石硬度大。问题思考：为什么石墨能作电极而金刚石不能？答案：石墨具有导电性，而金刚石不导电，性质差异由结构决定。归纳总结：性质________用途，用途________性质。例如：物质的________决定其是否适合作为导电材料。答案：决定；反映；导电性。活动二：物质制法的实际应用案例分析：1.我国科学家用四氯化碳和钠制得纳米金刚石，后来用甲烷“种”出金刚石，目的是：________________________________。2.化石燃料直接燃烧的弊端：__________________；化学工艺转化的价值：__________________。答案：1.突破天然金刚石资源限制，降低成本。2.资源浪费、污染环境；制备药物、合成材料等。问题思考：为什么要研究人造金刚石？这体现化学制法的什么价值？答案：可能提到资源利用、成本控制等。典例：下列关于常见物质的性质与使用或贮存关联错误的是（）A.酒精具有可燃性，可作为燃料 B.金刚石非常坚硬，可用于切割玻璃 C.碳酸氢铵受热易分解，应保存在阴凉干燥处 D.石墨为灰黑色质软的固体，所以可用作电池的电极答案：D。酒精具有可燃性（性质），因此能燃烧放出热量（体现性质），所以可作为燃料（用途），A选项正确；金刚石是天然最硬的物质（性质），因此能切割硬度大的玻璃（体现性质），所以可用于切割玻璃（用途），B选项正确；碳酸氢铵受热易分解（化学性质），为防止其分解变质（体现性质），需要避免受热，因此应保存在阴凉干燥处（正确的贮存方法），C选项正确；石墨用作电极的本质原因是具有导电性，而非质软。质软对应的用途是制作铅笔芯，体现“性质与用途需精准对应”的解题逻辑，D选项错误。1.下列哪一项研究内容主要属于化学对物质“结构”的探索？（）A.测定空气中氧气约占总体积的21%B.分析氯化钠晶体中钠离子(Na⁺)和氯离子(Cl⁻)的排列方式C.研究铁在潮湿空气中容易生锈的原因D.利用石油分馏得到汽油、柴油等产品【答案】B【解析】“结构”研究物质内部微粒（原子、离子、分子）的排列、结合方式和空间构型。选项B直接描述晶体中离子的排列方式，属于结构研究。A项是测定混合物组成，C项是研究化学变化（生锈）及性质（稳定性），D项是利用物理变化（分馏）分离混合物，属于制法范畴（但更侧重物理方法）。2.“物质的用途与其性质密切相关”这一说法最能体现在以下哪个实例中？（）A.利用活性炭吸附性制作冰箱除味剂B.通过电解水大规模生产氢气C.使用质谱仪测定未知化合物的相对分子质量D.研究金刚石和石墨都是由碳元素组成【答案】A【解析】“性质决定用途”是核心思想。选项A明确指出活性炭的“吸附性”（物理性质）决定了其“除味剂”的用途，是直接体现。B项是利用化学变化（电解）制取物质（制法），C项是测定物质组成或结构的方法，D项是研究组成。3.下列描述中，准确对应“物质的组成”研究的是（）A.水由氢元素和氧元素组成B.水分子呈V形结构，是极性分子C.水在常温常压下是无色无味的液体D.水通电可以分解生成氢气和氧气【答案】A【解析】“物质的组成”主要研究物质由哪些元素（或微粒）构成。选项A明确指出水由氢、氧两种元素组成。选项B描述的是分子结构（属于结构），选项C描述的是物理性质，选项D描述的是化学变化。4.物质的“用途”主要受以下哪项因素的决定（）A.物质的来源是否容易获得B.物质的生产成本高低C.物质的性质（包括由其结构决定的化学性质和物理性质）D.物质被发现的历史长短【答案】C【解析】“结构决定性质，性质决定用途”是化学中的基本原理。物质的性质（如导电性、硬度、可燃性、稳定性等）直接决定了它可以被用来做什么。选项A、B（来源、成本）会影响物质的推广使用，但不是决定其用途的根本内在因素。选项D与用途无关。5.下列关于“组成”与“结构”关系的描述，正确的是（）A.组成相同的物质，其结构一定相同B.结构决定了物质的性质，而组成对性质没有影响C.组成相同的物质，可能因结构不同而具有截然不同的性质（如同素异形体）D.研究物质的组成比研究其结构更为重要【答案】C【解析】本题考察对核心概念及其关系的理解。C项正确，如同是由碳元素组成的金刚石（坚硬）和石墨（质软滑腻），因原子排列方式（结构）不同，性质差异巨大。A项错误（反例：金刚石与石墨）。B项错误（组成是基础，也影响性质）。D项错误（组成和结构都是化学研究的基础，缺一不可）。6.化学家设计新物质以满足特定需求时，最核心的考虑因素是（）A.首先确保该物质的生产成本最低B.优先考虑该物质的原料是否容易获得C.基于目标用途所需性质，设计并构建具有相应结构的分子或材料D.主要关注该物质是否具有新颖的名称和外观【答案】C【解析】化学创造新物质的核心理念是“结构决定性质，性质决定用途”。因此，为满足特定用途（需求），化学家首先需要明确所需性质，然后逆向设计并合成具有能够实现这些性质的特定结构的分子或材料（C项）。成本（A）、原料来源（B）和名称外观（D）是实际应用中的重要因素，但不是化学设计的核心科学出发点。一、化学研究物质的组成和结构1.物质的组成元素视角：万物由90多种元素组成一种元素组成的物质：如氧气（O₂）、金刚石（C）两种或多种元素组成的物质：如碳酸氢铵（NH₄HCO₃含N、H、C、O）实验证据：灼烧葡萄糖/砂糖/面粉生成黑色碳残渣，证明含碳元素2.物质结构微观构成：物质由原子/分子等微粒构成（如沙子由SiO2分子构成，水由H₂O分子构成）核心规律：结构决定性质例：金刚石（空间立体网状结构）硬度大vs石墨（层状结构）质软导电二、化学研究物质的用途与制法性质→用途：金刚石：硬度大→切割玻璃光学特性→制钻石石墨：导电性→作电极质软→制铅笔芯用途→性质反推：碳酸氢铵需阴凉保存→受热易分解（化学性质）考点1化学研究物质的组成和结构1．（2025·山东潍坊·一模）下列关于金刚石和石墨的描述，说法不正确的是（）A．石墨很软，因此可用作干电池电极 B．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属C．性质差异大，因为原子的排列方式不同 D．一定条件下，石墨可以转化为金刚石【答案】A【详解】A、石墨用作干电池电极的主要原因是其具有良好的导电性，而不是因为其质地软，选项A不正确；B、金刚石是天然存在的最硬的物质，硬度高使其可用于切割或加工坚硬金属，选项B正确；C、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，因为碳原子的排列方式不同，导致两者物理性质差异很大，选项C正确；D、在高温、高压和催化剂条件下，碳原子的排列方式可以发生改变，石墨可转化为金刚石，选项D正确。故选A。2．（24-25九年级上·河北唐山·期末）下列关于金刚石和石墨的说法正确的是（）A．都是黑色固体 B．都由碳元素组成C．硬度都很大 D．都有良好的导电性【答案】B【详解】A、金刚石是无色的，石墨是灰黑色的，不符合题意；B、金刚石和石墨均是由碳元素组成的碳单质，符合题意；C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨质软，不符合题意；D、石墨具有良好的导电性，金刚石不具有导电性，不符合题意。故选B。3．（2025·山东青岛·二模）由碳元素形成的单质有很多种，如金刚石、石墨和等。下列有关碳单质的说法中正确的是（）A．金刚石和石墨都是黑色固体B．金刚石、石墨、都由原子直接构成C．碳单质在空气中燃烧只能生成二氧化碳D．金刚石、石墨物理性质差别很大的原因是碳原子的排列方式不同【答案】D【详解】A、金刚石是无色透明的固体，石墨是深灰色、有金属光泽的固体，说法错误，不符合题意；B、金刚石、石墨都由碳原子构成，由分子构成，说法错误，不符合题意；C、碳单质具有可燃性，在空气中充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，说法错误，不符合题意；D、金刚石、石墨物理性质差别很大的原因是碳原子的排列方式不同，说法正确，符合题意。故选：D。考点2化学研究物质的用途与制法4．（24-25九年级上·四川宜宾·期末）下列物质的用途主要由其化学性质决定的是（）A．天然气——可用作燃料B．氦气——用于填充探空气球C．干冰——用于食品冷藏保鲜 D．石墨——用作高铁列车的受电弓滑板【答案】A【详解】A、天然气用作燃料，是利用天然气（主要成分甲烷）燃烧时发生化学反应放出热量的性质，燃烧属于化学变化，所以这是由化学性质决定的用途，A选项正确；B、氦气用于填充探空气球，是利用氦气密度比空气小的物理性质，B选项错误；C、干冰用于食品冷藏保鲜，是利用干冰升华吸热的物理性质，升华是物质由固态直接变为气态，没有新物质生成，属于物理变化，C选项错误；D、石墨用作高铁列车的受电弓滑板，是利用石墨的导电性，导电性属于物理性质，D选项错误。故选：A。5．（24-25九年级上·江苏南京·阶段练习）下列物质的用途体现了其化学性质的是（）A．焦炭用作炼铁 B．干冰作制冷剂 C．金刚石作光学仪器的涂层 D．石墨作铅笔芯【答案】A【详解】A、焦炭用作炼铁，是因为焦炭具有还原性，还原