專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境

1、專題專題5 5 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境1.1.認(rèn)識(shí)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)分子設(shè)計(jì)、合成新型認(rèn)識(shí)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)分子設(shè)計(jì)、合成新型材料的重要意義。材料的重要意義。2.2.了解量子力學(xué)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等研究領(lǐng)域中的指了解量子力學(xué)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等研究領(lǐng)域中的指導(dǎo)價(jià)值。導(dǎo)價(jià)值。3.3.了解研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理對(duì)促進(jìn)人類健康的重要作了解研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理對(duì)促進(jìn)人類健康的重要作用。用。4.4.體會(huì)學(xué)習(xí)物質(zhì)研究的方法有助于探索物質(zhì)世界的奧秘。體會(huì)學(xué)習(xí)物質(zhì)研究的方法有助于探索物質(zhì)世界的奧秘。一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的方向一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的方向人們?yōu)槭裁匆剿魑镔|(zhì)結(jié)構(gòu)呢？

2、物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的方向是什人們?yōu)槭裁匆剿魑镔|(zhì)結(jié)構(gòu)呢？物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的方向是什么呢？么呢？_的建立和的建立和_的進(jìn)步，使人們對(duì)物質(zhì)的的進(jìn)步，使人們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及性質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步要結(jié)構(gòu)、性能及性質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步要解決的問(wèn)題是：解決的問(wèn)題是：1.1.物質(zhì)的物質(zhì)的_還有許多奧秘等待著人們?nèi)ソ沂?；還有許多奧秘等待著人們?nèi)ソ沂荆?._2._、_和和_的發(fā)展的發(fā)展, ,需要我們對(duì)微觀需要我們對(duì)微觀領(lǐng)域作更深入的研究。領(lǐng)域作更深入的研究。量子力學(xué)量子力學(xué)分析測(cè)試技術(shù)分析測(cè)試技術(shù)微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)生命科學(xué)生命科學(xué)材料科學(xué)材料科學(xué)二、物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的任務(wù)二、物質(zhì)

3、結(jié)構(gòu)探索的任務(wù)1.1.人們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要的理論依據(jù)是什么？人們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要的理論依據(jù)是什么？2.2.化學(xué)為人類社會(huì)的發(fā)展解決了哪些問(wèn)題化學(xué)為人類社會(huì)的發(fā)展解決了哪些問(wèn)題? ? 這些問(wèn)題的解這些問(wèn)題的解決需要哪些條件決需要哪些條件? ?1.1.研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(1)(1)物質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定_的重要因素。的重要因素。 _ _ _ _等等 _ _ _ _ _ _ _ _等等物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用分子的構(gòu)型分子的構(gòu)型物理性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)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穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好耐腐蝕耐腐蝕(2)(2)主要領(lǐng)域。主要領(lǐng)域。 2.2.研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論(1)(1)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)_，制備，制備_所所需要的物質(zhì)，是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式之一。需要的物質(zhì)，是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式之一。(2)(2)為了更好地利用化學(xué)變化，要求化學(xué)家建立精確有效而為了更好地利用化學(xué)變化，要求化學(xué)家建立精確有效而又普遍適用的又普遍適用的_理論。理論。 物質(zhì)的轉(zhuǎn)化物質(zhì)的轉(zhuǎn)化人類生活和生產(chǎn)人類生活和生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)3.3.研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理研究生命現(xiàn)象的

5、化學(xué)機(jī)理探尋人類和生物的探尋人類和生物的_的的_,_,是是2121世紀(jì)化學(xué)科學(xué)世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一。亟待解決的重大課題之一。生命運(yùn)動(dòng)生命運(yùn)動(dòng)化學(xué)機(jī)理化學(xué)機(jī)理1.1.結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是兩個(gè)不同的概念，因此，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是兩個(gè)不同的概念，因此，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于研究物質(zhì)的性質(zhì)毫無(wú)作用。對(duì)于研究物質(zhì)的性質(zhì)毫無(wú)作用。( )( )分析：分析：研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)解決分子設(shè)計(jì)、合研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)解決分子設(shè)計(jì)、合成新型材料等都具有十分重要的意義。成新型材料等都具有十分重要的意義。2.2.人類在探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)取得了一定成就。人類在探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)取得了一定成就

6、。( )( )分析：分析：量子力學(xué)的建立和分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步量子力學(xué)的建立和分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步, ,使人們對(duì)物使人們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及物質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)。質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及物質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)。3.3.物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)提高物質(zhì)的性能意義重大。物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)提高物質(zhì)的性能意義重大。( )( )分析：分析：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性能，通過(guò)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性能，通過(guò)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以開(kāi)發(fā)具有特殊性能的物質(zhì)，對(duì)改善物質(zhì)的性能有非常可以開(kāi)發(fā)具有特殊性能的物質(zhì)，對(duì)改善物質(zhì)的性能有非常重要的意義。重要的意義。 探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重大意義探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重大意義1.1.研究物質(zhì)的

7、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)(1)(1)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用、分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用、分子的構(gòu)型等。的構(gòu)型等。(2)(2)物質(zhì)的性質(zhì)包括物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、生物活性物質(zhì)的性質(zhì)包括物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、生物活性和生理活性等。和生理活性等。(3)(3)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)解決分子設(shè)計(jì)、合成新研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)解決分子設(shè)計(jì)、合成新型材料等都具有十分重要的意義。型材料等都具有十分重要的意義。2.2.研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論(1)(1)利用化

8、學(xué)反應(yīng)的原理，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，利用化學(xué)反應(yīng)的原理，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，制備人類生活和生產(chǎn)所需要的各種新材料，是化學(xué)服務(wù)于制備人類生活和生產(chǎn)所需要的各種新材料，是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式。人類的重要方式。(2)(2)人類社會(huì)的發(fā)展，就是科技的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)人類社會(huì)的發(fā)展，就是科技的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，需要化學(xué)家們建立精確有效而又普遍適用的可持續(xù)發(fā)展，需要化學(xué)家們建立精確有效而又普遍適用的化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論。的化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論。(3)(3)化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)是讓反應(yīng)條件趨向于溫和、產(chǎn)率高、速化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)是讓反應(yīng)條件趨向于溫和、產(chǎn)率高、速率快、副反

9、應(yīng)少、排放少、污染少、價(jià)格低、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)率快、副反應(yīng)少、排放少、污染少、價(jià)格低、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單等。單等。3.3.研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理(1)(1)探尋人類和生物的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理是新世紀(jì)各國(guó)所探尋人類和生物的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理是新世紀(jì)各國(guó)所面臨的重大課題。面臨的重大課題。(2)(2)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究可以在藥物制備、生命奧秘、人為調(diào)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究可以在藥物制備、生命奧秘、人為調(diào)節(jié)等方面帶來(lái)福音，并且可以進(jìn)行人造器官的制造和醫(yī)用節(jié)等方面帶來(lái)福音，并且可以進(jìn)行人造器官的制造和醫(yī)用高分子材料的研制和應(yīng)用。高分子材料的研制和應(yīng)用?！咎貏e提醒【特別提醒】 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，

10、而物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，而物質(zhì)的性質(zhì)則決定物質(zhì)的用途，因此，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于研究物質(zhì)則決定物質(zhì)的用途，因此，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于研究物質(zhì)的用途、尋找特殊化學(xué)物質(zhì)有重要的意義。的用途、尋找特殊化學(xué)物質(zhì)有重要的意義。【典例】【典例】(1)(1)隨著科學(xué)的進(jìn)步，除了傳統(tǒng)的三大合成材料以隨著科學(xué)的進(jìn)步，除了傳統(tǒng)的三大合成材料以外，又出現(xiàn)了高分子膜，具有光、電、磁等特殊功能的高外，又出現(xiàn)了高分子膜，具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料，醫(yī)用高分子材料，隱形材料和液晶高分子材料分子材料，醫(yī)用高分子材料，隱形材料和液晶高分子材料等許多新型有機(jī)高分子材料。試根據(jù)下列用途判斷新型有等許多新型有機(jī)高

11、分子材料。試根據(jù)下列用途判斷新型有機(jī)高分子材料的種類。機(jī)高分子材料的種類。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( (如人工心臟如人工心臟) )的材料的材料_。(2)(2)錄像用的高性能磁帶中的磁粉，主要原料之一是由錄像用的高性能磁帶中的磁粉，主要原料之一是由3 3種種元素組成的元素組成的CoCox xFeFe3 3-x xO O3+x3+x的化合物，已知的化合物，已知O O為為-2-2價(jià)，鈷價(jià)，鈷(Co)(Co)和和鐵可能呈現(xiàn)鐵可能呈現(xiàn)+2+2價(jià)或價(jià)或+3+3價(jià)，且上述化合物中，每種元素都只價(jià)，且上述化合物中，每種元素都只有一種化合價(jià)，則有一

12、種化合價(jià)，則x x的值為的值為_(kāi)，鐵的化合價(jià)為，鐵的化合價(jià)為_(kāi)價(jià)，價(jià)，鈷的化合價(jià)為鈷的化合價(jià)為_(kāi)價(jià)。價(jià)?！舅悸伏c(diǎn)撥【思路點(diǎn)撥】解答本題注意以下兩點(diǎn)：解答本題注意以下兩點(diǎn)：(1)(1)結(jié)合必修部分新材料的用途；結(jié)合必修部分新材料的用途；(2)(2)依據(jù)化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和等于依據(jù)化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和等于0 0，計(jì)算化合物，計(jì)算化合物的組成。的組成?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)高分子分離膜和醫(yī)用高分子材料是兩種重要的高分子分離膜和醫(yī)用高分子材料是兩種重要的功能高分子材料。其中高分子分離膜廣泛用于生活污水及功能高分子材料。其中高分子分離膜廣泛用于生活污水及工業(yè)廢水等廢液處理及廢液中有用成分

13、的回收，特別是海工業(yè)廢水等廢液處理及廢液中有用成分的回收，特別是海水和苦咸水淡化方面已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；醫(yī)用高分子材料中的水和苦咸水淡化方面已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；醫(yī)用高分子材料中的聚氨酯類聚合物等因其優(yōu)異的生物相容性和很高的機(jī)械性聚氨酯類聚合物等因其優(yōu)異的生物相容性和很高的機(jī)械性能，可用來(lái)制作人工心臟。能，可用來(lái)制作人工心臟。(2)(2)由化學(xué)式由化學(xué)式CoCox xFeFe3 3-x xO O3+x3+x可知可知x x的取值為的取值為1 1或或2 2，若取，若取x=1x=1，則，則化學(xué)式為化學(xué)式為CoFeCoFe2 2O O4 4，據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為，據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0 0，可推知，可推知FeFe為為+3+

14、3價(jià)，價(jià)，CoCo為為+2+2價(jià)。若取價(jià)。若取x=2x=2，不合理。，不合理。答案：答案：(1)(1)高分子分離膜高分子分離膜醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料( (或聚氨酯類聚合物等或聚氨酯類聚合物等) )(2)1 +3 +2(2)1 +3 +2【方法技巧【方法技巧】有關(guān)環(huán)境、材料、能源、生命科學(xué)等方面的試題有關(guān)環(huán)境、材料、能源、生命科學(xué)等方面的試題的解題方法的解題方法化學(xué)與環(huán)境、能源、材料、生命科學(xué)的關(guān)系是考試的熱點(diǎn)之一?；瘜W(xué)與環(huán)境、能源、材料、生命科學(xué)的關(guān)系是考試的熱點(diǎn)之一。這類問(wèn)題往往都與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)有聯(lián)系。此類問(wèn)題多以信息題這類問(wèn)題往往都與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)有聯(lián)系。此類問(wèn)題多以信息題形式出現(xiàn)，介

15、紹物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索與研究的新成果，然后設(shè)計(jì)問(wèn)題形式出現(xiàn)，介紹物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索與研究的新成果，然后設(shè)計(jì)問(wèn)題加以考查，解決此類問(wèn)題的方法是提煉題目所給的信息加以利加以考查，解決此類問(wèn)題的方法是提煉題目所給的信息加以利用，結(jié)合學(xué)過(guò)的知識(shí)按題目的要求規(guī)范解答。用，結(jié)合學(xué)過(guò)的知識(shí)按題目的要求規(guī)范解答。【變式備選【變式備選1 1】原子經(jīng)濟(jì)性指的是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中有多少原子經(jīng)濟(jì)性指的是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中有多少原料的原子進(jìn)入到所需的產(chǎn)品中。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)要原料的原子進(jìn)入到所需的產(chǎn)品中。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)要求原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)求原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)

16、現(xiàn)廢物的物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放零排放”。下列幾種生產(chǎn)乙苯的。下列幾種生產(chǎn)乙苯的方法中，原子經(jīng)濟(jì)性最好的是方法中，原子經(jīng)濟(jì)性最好的是( (反應(yīng)均在一定條件下進(jìn)反應(yīng)均在一定條件下進(jìn)行行)( )( )【解析【解析】選選C C。C C項(xiàng)反應(yīng)物中所有原子都轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。根據(jù)項(xiàng)反應(yīng)物中所有原子都轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。根據(jù)題干，此反應(yīng)為理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。注意理論上全都反題干，此反應(yīng)為理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。注意理論上全都反應(yīng)和實(shí)際生產(chǎn)有一定差距。應(yīng)和實(shí)際生產(chǎn)有一定差距?！咀兪絺溥x【變式備選2 2】酶是具有特殊功能的蛋白質(zhì)，因而酶有蛋白酶是具有特殊功能的蛋白質(zhì)，因而酶有蛋白質(zhì)的特性。酶又是生物制造出來(lái)的催化劑，在生命有機(jī)體質(zhì)的特性。酶又是生物制造出來(lái)的催化劑，在生命有機(jī)體的所有有機(jī)反應(yīng)中發(fā)揮作用。如圖所示的溫度的所有有機(jī)反應(yīng)中發(fā)揮作用。如圖所示的溫度t t與反應(yīng)速率與反應(yīng)速率v v的關(guān)系曲線中，有酶參加的是的關(guān)系曲線中，有酶參加的是( )( )【解析【解析】選選D D。要從兩個(gè)方面把握催化作用：一是在室溫下。要從兩個(gè)方面把握催化作用：一是在室溫下酶就能對(duì)某些有機(jī)反應(yīng)充分發(fā)揮催化作用；二是酶作為蛋酶就能對(duì)某些有機(jī)反應(yīng)充分發(fā)揮催化作用；二是酶作為蛋白質(zhì)在稍高溫度下會(huì)發(fā)生變性而失去催化作用。白質(zhì)在稍高溫度下會(huì)發(fā)生變性而