第一單元物質結構研究的內容一、知識目標1.結合已有知識描述常見物質的微觀結構，分析物質結構與其性質之間的關系。2.從物質的微觀結構出發(fā)解釋或預測物質的宏觀性質。認識物質結構研究對化學科學發(fā)展的重要意義。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：從微觀角度認識物質的微粒、微粒的空間排布/聚集以及微粒間的相互作用，能從微觀結構解釋物質性質差異。2.證據(jù)推理與模型認知：通過搭建分子球棍模型等活動，建立物質結構的模型，根據(jù)結構證據(jù)推理物質的性質。3.科學探究與創(chuàng)新意識：探究物質結構與性質的關系，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科學探究能力。一、教學重點1.認識物質的特征結構，包括微粒、微粒的空間排布/聚集、微粒間的相互作用2.揭示物質結構與性質的關系二、教學難點從物質結構的角度解釋物質性質的差異，理解物質結構研究對化學反應的重要性本節(jié)教學內容源于蘇教版選擇性必修2《物質結構與性質》專題1第一單元《物質結構研究的內容》。該內容是在學生學習了初中化學及高中化學必修部分相關知識的基礎上，進一步深入探討物質結構的奧秘，對于學生構建完整的化學知識體系，培養(yǎng)化學學科核心素養(yǎng)具有重要意義。它不僅是對前面所學知識的深化和拓展，也為后續(xù)學習物質的性質、化學反應原理等內容奠定基礎。本單元聚焦于物質結構研究的兩大核心內容，即認識物質的特征結構和揭示物質結構與性質的關系。教材通過搭建分子球棍模型、分析元素原子結構、探討同分異構現(xiàn)象、研究化學鍵等多種方式，引導學生從不同角度認識物質的結構。同時，結合磷、碳等元素的同素異形體，深入闡述物質結構對性質的決定性作用。這種編排方式有助于學生逐步建立起結構決定性質、性質反映結構的化學觀念，培養(yǎng)學生的微觀探析和證據(jù)推理能力。高二學生在初中化學和高中化學必修課程的學習中，已經(jīng)積累了一定的化學基礎知識，對物質的組成、性質和變化有了初步的認識。然而，對于物質的微觀結構，他們的了解還比較膚淺，缺乏深入的探究和系統(tǒng)的認識。在思維能力方面，高中生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段，雖然已經(jīng)具備了一定的邏輯推理能力，但對于抽象的微觀概念和復雜的結構模型，理解起來仍存在一定的困難。此外，學生在學習過程中可能會存在個體差異，部分學生對化學學習有較高的興趣和積極性，能夠主動參與課堂活動和探究學習；而另一部分學生可能會因為化學知識的抽象性和復雜性而產(chǎn)生畏難情緒。因此，在教學過程中，教師應充分考慮學生的實際情況，采用多樣化的教學方法和手段，如模型展示、實驗探究、多媒體輔助教學等，將抽象的知識形象化、具體化，幫助學生更好地理解和掌握物質結構的相關知識。同時，要關注學生的學習反饋，及時調整教學策略，激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學效果。教學環(huán)節(jié)一新課導入【播放視頻】同學們，老師先給大家播放一段關于化學物質的視頻，大家認真觀看，看看視頻里的物質都有什么特點，蘊含著怎樣的化學奧秘。（播放視頻后，給學生一些時間討論）任務1：請大家思考一下，我們生活的世界中，物質資源豐富多樣，這些物質都是大自然賜予的嗎？【播放第二個視頻并提問】同學們，大家看屏幕上展示的這些美麗而又用途廣泛的物質，有璀璨奪目的鉆石、柔軟潤滑的石墨、高效消毒的過氧化氫溶液，還有生活中必不可少的食鹽。它們形態(tài)各異、性質不同，卻都蘊含著神奇的化學奧秘?，F(xiàn)在科學家們又是如何探索出我們生活生產(chǎn)需要的新的物質的呢？（給學生一些時間思考和討論，鼓勵他們發(fā)表自己的看法）【介紹合成新物質的實例】大家的想法都很有創(chuàng)意。事實上，很多物質并不是天然就存在的，而是科學家們通過深入研究物質結構，精心設計反應條件，最終合成出來的。比如，在高分子材料領域，科學家們通過研究分子結構，合成出了具有特殊性能的塑料、橡膠和纖維，這些材料廣泛應用于我們生活的方方面面，從日常用品到高科技產(chǎn)品都離不開它們。再比如，在藥物研發(fā)方面，科學家們通過對生物分子結構的研究，設計并合成出了許多治療疾病的新藥，為人類健康做出了巨大貢獻。那么，科學家們是依據(jù)什么來合成這些新物質的呢？這就需要我們深入了解物質的結構。今天，就讓我們一起走進物質結構的奇妙世界，探索其中的奧秘?！驹O計意圖】1.激發(fā)學生興趣：通過展示多種常見且具有代表性的物質圖片，讓學生直觀地感受到物質的多樣性和神奇性，迅速吸引學生的注意力，激發(fā)他們的好奇心和探索欲望，使學生積極主動地參與到課堂討論中來。2.聯(lián)系生活實際和科技發(fā)展：介紹合成新物質在高分子材料和藥物研發(fā)等領域的應用實例，將抽象的物質結構知識與生活實際和科技進步緊密聯(lián)系起來，讓學生認識到化學在推動社會發(fā)展和改善人類生活方面的重要作用，增強學生對化學學科的認同感和學習熱情。3.引發(fā)思考，導入新課：提出關于物質來源和科學家探索新物質方法的問題，引發(fā)學生的深入思考，自然地過渡到本節(jié)課關于物質結構研究的主題，讓學生明確學習目標，帶著問題去探索新知識，提高學習的主動性和針對性。教學環(huán)節(jié)二認識物質的特征結構活動1搭建分子球棍模型，探索物質結構特點【引入】同學們，我們生活的世界中，物質資源豐富多樣，這些物質都是大自然賜予的嗎？科學家們又是如何探索出我們生活生產(chǎn)需要的新的物質的呢？帶著這些疑問，我們先來通過一個有趣的活動——搭建分子球棍模型，來探索物質的結構特點?！締栴}】請大家利用桌面上不同大小的小球和長短不一的小棍搭建分子球棍模型，思考物質的結構有哪些特點呢？【學生活動】學生分組進行分子球棍模型的搭建，在搭建過程中觀察和討論物質結構的特點。【教師活動】巡視各小組的搭建情況，適時給予指導和提示，引導學生從微粒、微粒的空間排布/聚集、微粒間的相互作用等角度去思考物質結構以及研究物質結構的意義?！驹O計意圖】通過實際的模型搭建活動，讓學生親身體驗和感受物質的結構，激發(fā)學生的學習興趣和探索欲望，培養(yǎng)學生的動手能力和空間思維能力?；顒?從微粒角度認識物質結構（以原子為例）【引入】在我們搭建的分子球棍模型中，原子是構成物質的重要微粒之一。那么元素的性質與原子結構之間有怎樣的關系呢？下面我們來深入探討一下。【問題】請大家畫出120號元素的原子結構示意圖，并思考以下問題：（1）元素性質周期性變化的主要原因是什么？（2）元素的原子結構是如何決定元素性質的呢？（3）元素的原子結構與元素的金屬性和非金屬性的強弱之間有什么關系？【學生活動】學生畫出120號元素的原子結構示意圖，分組討論并回答上述問題?！窘處熁顒印績A聽學生的回答，進行點評和總結。指出元素性質周期性變化的主要原因是元素原子最外層電子排布的周期性；隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑（稀有氣體元素除外）、元素的主要化合價（最高化合價和最低化合價）、元素的金屬性和非金屬性均呈現(xiàn)變化；原子半徑越大，最外層電子數(shù)越少，失去電子能力越強，元素的金屬性越強，非金屬性越弱；原子半徑越小，最外層電子數(shù)越多，得到電子能力越強，元素的非金屬性越強，金屬性越弱?！驹O計意圖】通過讓學生自己畫圖、思考和討論，培養(yǎng)學生的自主學習能力和邏輯思維能力，加深學生對元素性質與原子結構關系的理解?；顒?從微粒的空間排布/聚集角度認識物質結構【引入】我們已經(jīng)知道物質的結構包括微粒的空間排布/聚集，那么同分異構體就是微?？臻g排布不同的典型例子。下面我們來看看正丁烷和異丁烷這兩種同分異構體?！締栴}】展示正丁烷和異丁烷的相關數(shù)據(jù)（熔點、沸點、相對密度），提問為什么它們具有相同的分子式，但物理性質卻不同呢？【學生活動】觀察數(shù)據(jù)，思考并回答問題，認識到同分異構現(xiàn)象是化合物具有相同的分子式，但具有不同結構的現(xiàn)象，互為同分異構體的物質物理性質不同，化學性質可能相似。【教師活動】對學生的回答進行補充和強調，解釋同分異構體的結構差異導致了物理性質的不同，進一步說明微粒的空間排布對物質性質的影響?！驹O計意圖】通過同分異構體的實例，讓學生直觀地感受微粒的空間排布對物質性質的影響，加深對物質結構與性質關系的理解。活動4從微粒間的相互作用角度認識物質結構【引入】在物質的結構中，微粒間的相互作用是非常重要的一部分。我們以化學鍵為例，來探討一下鈉原子和氯原子是如何形成NaCl晶體的?！締栴}】請思考鈉原子和氯原子是如何形成NaCl晶體的？觀察乙醇轉化為乙醛的過程，討論轉化過程中化學鍵的變化。【學生活動】思考并回答鈉原子和氯原子形成NaCl晶體的過程，即鈉原子失去一個電子形成鈉離子，氯原子得到一個電子形成氯離子，鈉離子和氯離子通過靜電作用力生成氯化鈉；觀察乙醇轉化為乙醛的過程，分析化學鍵的斷裂和生成情況?！窘處熁顒印恳龑W生用電子式等方式表示NaCl晶體的形成過程，對學生分析乙醇轉化為乙醛過程中化學鍵變化的情況進行點評和總結，強調研究化學反應就要研究化學鍵的斷裂與形成?！練w納小結】如何研究物質之間的化學反應（1）本質：研究從一種結構（反應物）如何轉變?yōu)榱硪环N新的結構（生成物）。（2）研究過程：對反應物、生成物的特征結構進行針對性研究。（3）研究目的：反應物中什么原子或原子團上的化學鍵容易發(fā)生斷裂，繼而在什么位置上生成新的化學鍵。【設計意圖】通過具體的例子，讓學生理解化學鍵在物質形成和化學反應中的重要作用，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。析·典型范例1.請從物質的結構入手分析以下問題：（1）從分子組成上看，乙醇比乙烷多了1個氧原子，但性質差異很大?！敬鸢浮恳掖挤肿又写嬖诹u基（—OH），決定了乙醇的化學性質。（2）過氧化氫具有強氧化性，其水溶液是醫(yī)療上常用的一種消毒液，生活中常用的漂白劑。過氧化氫中氫原子和氧原子是怎樣結合在一起的？【答案】H原子與O原子、O原子與O原子之間均以共價鍵結合。教學環(huán)節(jié)三揭示物質結構與性質的關系活動1以磷的同素異形體為例揭示物質結構與性質的關系【引入】我們知道物質的性質與組成物質的微粒有關，那么微粒的排列結構對物質性質有影響嗎？下面我們來看看磷的同素異形體——白磷和紅磷?！締栴}】白磷在潮濕空氣中發(fā)生緩慢的氧化反應，在40○C左右即可發(fā)生自燃；而紅磷在300○C左右才與氧氣反應。兩者組成的元素相同，為什么表現(xiàn)出的性質有如此明顯的差異？【學生活動】閱讀教材中關于白磷和紅磷結構的內容，思考并回答問題，認識到物質的性質不止與組成物質的微粒有關，也與微粒的排列結構有關?！窘處熁顒印空故景琢缀图t磷的結構模型，進一步解釋白磷晶體是由白磷分子（P4）組成的分子晶體，分子呈正四面體結構，分子中P—P鍵彎曲而具有較大的張力，其鍵能較小，易斷裂，所以白磷在常溫、常壓下就有很高的反應活性；紅磷的鏈狀結構比較穩(wěn)定，室溫下不與氧氣反應?！驹O計意圖】通過對比白磷和紅磷的性質差異，引導學生從結構的角度去分析原因，讓學生深刻理解物質結構與性質的關系?；顒?以碳的同素異形體為例揭示物質結構與性質的關系【引入】除了磷的同素異形體，碳的同素異形體也是很好的例子。金剛石、石墨、富勒烯和碳納米管，組成元素均為碳元素，但它們的性質差異很大。下面我們來結合它們的結構，分析其結構特點與性質的關系?！締栴}】展示金剛石、石墨、富勒烯和碳納米管的結構圖片，提問為什么它們的性質差異很大呢？【學生活動】觀察圖片，思考并回答問題，認識到物質的結構在很大程度上決定了物質的某些性質。【教師活動】對學生的回答進行總結和補充，詳細講解金剛石碳原子間結合牢固，是自然界中天然存在最硬的物質，可以用于切割玻璃、金屬；石墨碳原子之間形成六邊形網(wǎng)狀結構并層層重疊，層與層之間引力微弱，可以滑動，常用作潤滑劑；富勒烯碳原子結合形狀是中空足球狀，中空部位可以填入其他原子或者分子；碳納米管是中空管狀結構的富勒烯，強度高，彈性佳。【設計意圖】通過多種碳的同素異形體的實例，讓學生更全面地認識物質結構與性質的關系，拓寬學生的知識面，培養(yǎng)學生的觀察和分析能力。【歸納小結】物質結構與性質關系的研究過程析·典型范例1.為什么乙醇和二甲醚的分子組成都是C2H6O，性質上卻差異很大？例如，乙醇能與金屬鈉反應放出氫氣而二甲醚卻不能，乙醇易溶于水而二甲醚卻不溶于水?！敬鸢浮慷邔偻之悩嬻w。乙醇結構中含OH，OH能和金屬鈉反應放出氫氣，OH能和水分子之間形成氫鍵，故乙醇易溶于水。2.許多磷的化合物的結構與P4的正四面體有關，如白磷在空氣中燃燒，生成的產(chǎn)物之一是P4O6。試從結構上對該反應進行解釋。【答案】白磷中P—P鍵彎曲而具有較大的張力，其鍵能較小，易斷裂，每個PP鍵可嵌入一個氧原子。一個白磷分子共有六個P—P鍵，共可結合六個氧原子所以生成的產(chǎn)物之一是P4O6。一、認識物質的特征結構1.核心思想結構決定性質，性質反映結構2.研究意義獲得有用信息，設計反應條件，解釋生成物3.研究內容微粒：分子、原子、離子等微粒的空間排布/聚集：分子結構、晶體排布等微粒間的相互作用：離子鍵、共價鍵、分子間作用力等二、揭示物質結構與性質的關系1.磷的同素異形體白磷：分子晶體，正四面體結構，反應活性高紅磷：鏈狀結構，較穩(wěn)定2.碳的同素異形體金剛石：硬度大石墨：可作潤滑劑富勒烯：中空結構碳納米管：強度高、彈性佳3.研究過程預測實驗驗證闡明關系1.下列有關物質結構的認識中，正確的是（）A.物質的結構決定物質的性質，物質的性質反映物質的結構B.物質的結構僅包括構成物質的微粒間的相互作用和分子的結構C.物質的結構隨著人們的認識或研究的發(fā)展經(jīng)常發(fā)生變化D.物質的結構有宏觀和微觀兩個方面的認識，從宏觀上說物質是由元素組成的，從微觀上說物質是由分子構成的【答案】A【解析】A.物質的結構決定物質的性質，物質具有什么樣的性質就反映出其具有什么樣的結構，A選項正確；B.物質的結構包括構成物質的微粒（分子、原子、離子等）、微粒的空間排布/聚集以及微粒間的相互作用等多個方面，B選項錯誤；C.物質的結構是客觀存在的，不會隨著人們的認識或研究的發(fā)展而改變，只是人們對其的認識在不斷深入，C選項錯誤；D.從微觀上說物質可以由分子、原子或離子構成，D選項錯誤。2.下列有關物質結構與性質的說法中，不正確的是（）A.N?通常條件下很穩(wěn)定的原因是氮分子中氮氮三鍵的鍵能大B.根據(jù)石墨易傳熱、能導電的性質，可以推測出石墨晶體中有自由移動的電子C.熔融的氯化鈉能導電是因為其中有自由移動的電子D.研究材料結構與性質的關系，有助于新材料的研發(fā)【答案】C【解析】A.氮氣分子中存在氮氮三鍵，鍵能大，破壞該鍵需要較高的能量，所以N?在通常條件下很穩(wěn)定，A選項正確；B.石墨具有良好的導電性和傳熱性，是因為石墨晶體中存在自由移動的電子，B選項正確；C.熔融的氯化鈉能導電是因為其中有自由移動的鈉離子和氯離子，而不是自由移動的電子，C選項錯誤；D.了解材料的結構與性質的關系，能夠根據(jù)需求設計和合成具有特定性能的新材料，有助于新材料的研發(fā)，D選項正確。3.最近醫(yī)學界通過用放射性14C來標記C60，發(fā)現(xiàn)C60的一種羧酸衍生物在特定條件下可通過斷裂DNA來殺死細胞，從而抑制艾滋病（AIDS）。下列有關14C的敘述中正確的是（）A.與12C原子的化學性質不同B.與1?N含有的中子數(shù)相同C.是C60的同素異形體D.與12C互為同位素【答案】D【解析】A.14C與12C是碳元素的不同核素，它們的質子數(shù)相同，化學性質相似，A選項錯誤；B.14C的中子數(shù)為146=8，14N的中子數(shù)為147=7，二者中子數(shù)不同，B選項錯誤；C.同素異形體是由同種元素組成的不同單質，14C是原子，C60是單質，二者不是同素異形體關系，C選項錯誤；D.14C與12C質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，互為同位素，D選項正確。4.C60與金剛石互為同素異形體，兩者的物理性質差異較大。下列關于C60的說法中，正確的是（）A.易溶于水 B.易溶于氯化鈉溶液C.易溶于氨水 D.可溶于苯等有機溶劑【答案】D【解析】C60是一種非極性分子，根據(jù)“相似相溶”原理，它易溶于非極性溶劑。A.水是極性溶劑，C60難溶于水，A選項錯誤；B.氯化鈉溶液是極性溶液，C60難溶于其中，B選項錯誤；C.氨水是極性溶液，C60難溶于氨水，C選項錯誤；D.苯等有機溶劑是非極性溶劑，C60可溶于苯等有機溶劑，D選項正確。5.如圖形象地表示了氯化鈉的形成過程。下列相關敘述不正確的是()A.氯化鈉是離子化合物 B.鈉離子與鈉原子有相似的化學性質C.鈉原子與氯原子作用生成NaCl后，其穩(wěn)定性增強 D.鈉原子易失去一個電子，氯原子易得到一個電子【答案】B【解析】A.氯化鈉是由鈉離子和氯離子通過離子鍵形成的離子化合物，A選項正確；B.鈉原子最外層有1個電子，容易失去電子，具有較強的還原性；鈉離子最外層達到了8電子穩(wěn)定結構，化學性質相對穩(wěn)定，二者化學性質不同，B選項錯誤；C.鈉原子和氯原子通過得失電子形成鈉離子和氯離子，達到穩(wěn)定結構，生成NaCl后穩(wěn)定性增強，C選項正確；D.鈉原子最外層有1個電子，易失去一個電子形成穩(wěn)定結構；氯原子最外層有7個電子，易得到一個電子形成8電子穩(wěn)定結構，D選項正確。6.下列說法不正確的是()A.1?O?和1?O?互為同位素 B.紅磷和白磷互為同素異形體C.C?H?和C?H??互為同系物 D.C?H?OH和CH?OCH?互為同分異構體【答案】A【解析】A.同位素是指質子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，1?O?和1?O?是氧氣分子，不是原子，不互為同位素，A選項錯誤；B.紅磷和白磷是由磷元素組成的不同單質，互為同素異形體，B選項正確；C.C?H?和C?H??都屬于烷烴，結構相似，分子組成上相差一個CH?原子團，互為同系物，C選項正確；D.C?H?OH和CH?OCH?的分子式相同，但結構不同，互為同分異構體，D選項正確。7.“富勒烯”材料家族包括B40、C60、C70、N60，下列說法正確的是()A．B40和C70都屬于新型化合物B．B40、C60、C70、N60分子內都只含共價鍵C．C60和C70屬于同分異構體D．B40、C60、C70、N60都屬于烯烴【答案】B【解析】A.B40、C60、C70、N60都是由一種元素組成的純凈物，屬于單質，不是化合物，A選項錯誤；B.這些物質都是由原子通過共價鍵結合形成的分子，分子內只含共價鍵，B選項正確；C.同分異構體是指分子式相同但結構不同的化合物，C60和C70的分子式不同，不屬于同分異構體，C選項錯誤；D.烯烴是指含有碳碳雙鍵的烴類化合物，B40、C60、C70、N60中不一定含有碳碳雙鍵，且不全是由碳、氫兩種元素組成，不屬于烯烴，D選項錯誤。8.下列不屬于探索物質微觀結構的是()A.探索氨分子的空間構型 B.研究乙醇分子中各原子的連接方式C.從濁液中用過濾的方法分離出BaSO? D.研究金剛石堅硬的原因【答案】C【解析】A.探索氨分子的空間構型是對分子微觀結構的研究，A選項不符合題意；B.研究乙醇分子中各原子的連接方式屬于探索物質的微觀結構，B選項不符合題意；C.從濁液中用過濾的方法分離出BaSO?是一種分離混合物的操作，不涉及物質微觀結構的探索，C選項符合題意；D.研究金剛石堅硬的原因需要從其原子結構和化學鍵等微觀