2023-2024學年蘇教版新教材選擇性必修二 專題1第三單元 物質結構研究的意義 學案

第三單元物質結構研究的意義學習目標課程標準學業(yè)評價1.了解人類探索物質結構的過程,認同“物質結構的探索是無止境的”觀點,了解從原子、分子、超分子等不同角度認識物質結構的意義。2.認識研究物質結構有助于了解材料的結構與性能的關系,對優(yōu)化物質結構、改善材料性能具有重要意義。了解生命科學中許多重大問題的解決均需要物質結構理論與分析測試技術的支持。1.認識物質結構研究對各種性能的新物質發(fā)現(xiàn)、設計與合成的重要意義。2.感受物質結構的研究對推動人類文明作出的巨大貢獻。3.建立“物質結構的探索無止境”的觀念,形成探索未知、崇尚真理的意識。素養(yǎng)解讀:1.科學探究與創(chuàng)新意識:通過對物質結構的探索,認識科學探究是進行科學解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應用的科學實踐活動,培養(yǎng)學生敢于質疑、勇于創(chuàng)新的核心素養(yǎng)。2.科學態(tài)度與社會責任:通過認識物質結構研究的意義,培養(yǎng)學生探索未知、崇尚真理的意識,認識化學對社會的貢獻,能夠積極參與有關化學問題的社會實踐活動。知識點一促進了化學科學的發(fā)展知識梳理1.人類探索物質結構的歷史2.研究物質結構,既能夠為設計與合成新物質提供理論基礎,也可以幫助我們預測物質的性能。物質結構理論和方法是研究材料結構與性能關系的重要工具,有助于信息材料、納米材料、新型合金、超導材料、可降解高分子材料等諸多新型材料的研制和應用。研究物質結構的意義研究物質世界,就是研究物質的組成、結構、性質及其變化規(guī)律,并通過研究成果來為人類服務,化學來源于生活,并指導人們更好地生活。(1)研究物質結構,能幫助我們了解材料的結構與性能之間的關系,有利于尋找性能優(yōu)異的材料。(2)研究物質結構,突破了在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質。(3)物質結構研究對于保護生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。1.下列有關化學史知識錯誤的是(D)A.原子分子學說的建立是近代化學發(fā)展的里程碑B.俄國科學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律,編制了元素周期表C.意大利科學家阿伏加德羅在總結氣體反應體積比的基礎上提出了分子的概念D.英國科學家道爾頓首先發(fā)現(xiàn)了電子解析:英國科學家道爾頓提出了原子學說。2.人造骨是一種具有生理功能的新型無機非金屬材料。它有類似于人骨和天然牙齒的性質和結構。人造骨可以依靠人體的體液中的某些離子形成新骨,可在骨骼結合界面發(fā)生反應,實現(xiàn)骨骼牢固結合,人造骨植入人體內需要吸收人體中的下列哪些離子形成新骨(A)A.Ca2+、P B.Cl-、Na+C.Na+、Mg2+ D.S2-、I-解析:因Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等無機鹽為骨骼的主要成分,所以人造骨植入人體內需要吸收人體中的Ca2+和P形成新骨。知識點二物質結構的探索無止境知識梳理1.為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展,化學家們期望解決的問題有很多,例如:(1)通過研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理,開發(fā)手性生物分子和手性藥物。(2)研究食草動物胃內的酶如何把植物纖維分解為小分子,以充分利用自然界豐富的植物纖維資源。(3)合成具有生物活性的分子,幫助人類揭示生命的奧秘。(4)了解活體內信息分子的運動規(guī)律和生理調控的化學機理,實現(xiàn)創(chuàng)造“新陳代謝”的目標。2.量子力學在物質轉化、物質制備等研究領域中具有指導作用。為了更好地利用化學變化,通過化學反應實現(xiàn)物質的轉化,制備人類生活和生產(chǎn)所需要的物質,化學家們需要回答更多的問題,需要發(fā)展量子力學,需要建立精確有效而又普遍適用的化學反應的量子力學理論。3.隨著化學反應的量子力學理論的進一步發(fā)展和技術的改善,人類將進入一個嶄新的世界:合成氨不再需要高溫、高壓,光合作用不再是植物的“專利”,化工生產(chǎn)不再生成無實際用途的副產(chǎn)物,沒有能源危機,也沒有環(huán)境污染……[想一想]你認為化學還應該為人類的發(fā)展解決哪些問題?這些問題的解決需要哪些條件?提示:(1)利用化學反應的原理,通過化學反應實現(xiàn)物質的轉化,制備人類生活和生產(chǎn)所需要的各種新材料,是化學服務于人類的重要方式。(2)人類社會的發(fā)展,就是科技的發(fā)展。為了實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展,需要化學家們建立精確有效而又普遍適用的化學反應的量子力學理論。(3)化學發(fā)展的趨勢是讓反應條件趨向于溫和、產(chǎn)率高、速率快、副反應少、排放少、污染少、價格低、生產(chǎn)流程簡單等。物質結構探索的意義1.哲學上的意義:證明世界的物質性和人類認識自然世界的永無止境。世界是由物質構成的,物質是由不同層次的微粒構成的復雜系統(tǒng)。物質運動是永恒的,其運動規(guī)律符合微觀世界的特征。2.科學理論和方法上的意義科學家通過一系列實驗,提出了原子結構模型、化學鍵模型、分子間作用力模型、分子結構模型等,可以用來解釋和預測物質所表現(xiàn)的宏觀性質,如物質的熔點、沸點、硬度、溶解性的大小,化學反應中具有特殊結構的反應物表現(xiàn)的活性,生命體的某些特征現(xiàn)象等,逐漸形成了從微觀分析到揭示宏觀現(xiàn)象的思維范式,也就是常說的“結構決定性質”。3.實踐上的意義物質結構研究獲得的知識和方法可以指導人們解決很多實踐中的問題。在搞清楚新物質結構特征的基礎上,才能有目的地進行合成。如制備高效手性催化劑,必須運用立體選擇性反應的方法獲得手性分子的單一異構體,才能實現(xiàn)化學反應“環(huán)境友好”的需要;探明了特定物質的空間結構、手性、溶解性、基團的位置等具體信息,才能合成具有特效的藥物。因此,探索物質結構,不僅能豐富化學學科的知識和方法,而且能揭示紛繁復雜的物質變化現(xiàn)象背后的本質,從中也能幫助人們形成認識物質世界的方法論。1.通過對物質結構與性質的研究,能夠解決許多問題。在生命科學領域,下列不能通過研究結構與性質的關系加以解決的問題是(C)A.酶的催化機理B.手性生物分子與手性藥物的作用機制C.指甲的長短與手指的靈活性的關系D.抗癌藥物的設計與篩選解析:結構是內在的,而不是外在的,指甲可以改變,C錯誤。2.化學與材料科學息息相關,從一定意義上講,材料是科學技術的先導,沒有新材料的發(fā)展,就不可能使新的科學技術成為生產(chǎn)力。下列有關材料的說法不正確的是(C)A.材料是為人類社會所需要并能用于制造有用器物的物質B.人類使用和制造材料有悠久的歷史,制造出的第一種材料是陶C.由于空氣的劇烈摩擦,飛機尖端的溫度較高,故航天飛機的保護層可以采用鎂鋁合金D.高分子分離膜是由既具有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能又具有特殊分離功能的功能高分子材料制成的薄膜解析:當航天飛機返回地球大氣層時,由于空氣的劇烈摩擦,飛機尖端的溫度可達1000℃*制冷劑是一種易被壓縮、液化的氣體,液化后在管內循環(huán),蒸發(fā)時吸收熱量,使環(huán)境溫度降低,達到制冷目的。人們曾采用過乙醚、NH3、CH3Cl等作制冷劑,但它們不是有毒,就是易燃,于是科學家根據(jù)元素性質的遞變規(guī)律來開發(fā)新的制冷劑。據(jù)現(xiàn)有知識,某些元素化合物的易燃性、毒性變化趨勢如下:(1)氫化物的易燃性:第2周期:>>H2O>HF;第3周期:SiH4>PH3>>。(2)化合物的毒性:PH3>NH3,H2SH2O;CS2CO2,CCl4(填“>”“<”或“=”)CF4。于是科學家們開始把注意力集中在含F(xiàn)、Cl的化合物上。(3)已知CCl4的沸點為76.8℃,CF4的沸點為-128℃,新制冷劑的沸點范圍應介于其間。經(jīng)過較長時間反復實驗,一種新的制冷劑氟利昂(CF2Cl2)終于誕生了,其他類似的還可以是(4)這種制冷劑造成了當今的某一環(huán)境問題是。雖然這種制冷劑造成了環(huán)境問題,但是求助于元素周期表中元素及其化合物的(填字母)變化趨勢,來開發(fā)制冷劑的科學思維方法是值得借鑒的。①毒性②沸點③易燃性④水溶性⑤顏色A.①②③ B.②④⑤ C.②③④解析:(1)聯(lián)想第2周期和第3周期元素的氫化物不難得出答案。(2)由題給信息,毒性:PH3>NH3可聯(lián)想到同主族元素所形成結構和組成相似的物質,從上而下毒性逐漸增