化學(xué)研究什么第2課時(shí)化學(xué)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、用途與制法一、知識(shí)目標(biāo)1.能初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，知道物質(zhì)的性質(zhì)與組成、結(jié)構(gòu)、用途的關(guān)系；2.能初步學(xué)會(huì)應(yīng)用科學(xué)的方法觀察化學(xué)實(shí)驗(yàn)、描述現(xiàn)象；3.能感受化學(xué)是推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要力量。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過金剛石與石墨性質(zhì)差異的實(shí)例，認(rèn)識(shí)物質(zhì)宏觀性質(zhì)的多樣性與其微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（葡萄糖、砂糖、面粉燃燒實(shí)驗(yàn)），分析物質(zhì)組成（如碳元素的存在）、變化本質(zhì)（物理變化與化學(xué)變化），歸納“性質(zhì)決定用途”的推理模型（如金剛石切割玻璃、石墨導(dǎo)電）。3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：結(jié)合化學(xué)史（如我國(guó)科學(xué)家制備金剛石的突破），感悟化學(xué)創(chuàng)新對(duì)解決資源、能源問題的價(jià)值，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。一、學(xué)習(xí)重點(diǎn)1.能初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，知道物質(zhì)的性質(zhì)與組成、結(jié)構(gòu)、用途的關(guān)系。二、學(xué)習(xí)難點(diǎn)1.能初步學(xué)會(huì)應(yīng)用科學(xué)的方法觀察化學(xué)實(shí)驗(yàn)、描述現(xiàn)象。一、物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)1.取葡萄糖、砂糖和面粉分別灼燒，均生成黑色殘?jiān)?，該殘?jiān)翘迹f明這些物質(zhì)中都含有碳元素。由此可知，世間萬物主要由約90多種元素組成。2.金剛石和石墨都由碳元素組成，但前者是自然界最堅(jiān)硬的物質(zhì)，后者質(zhì)軟，原因是原子排列方式不同。這體現(xiàn)了“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。3.物質(zhì)由肉眼看不見的微觀粒子構(gòu)成，例如水由水（H?O）分子構(gòu)成，沙子（主要成分SiO?）由硅原子和氧原子構(gòu)成。二、物質(zhì)的用途與制法1.金剛石可用于切割玻璃，是因?yàn)槠渚哂杏捕却蟮男再|(zhì)；石墨能作電池電極，是利用其導(dǎo)電性；石墨可制作鉛筆芯，是由于它是灰黑色質(zhì)軟的固體。2.我國(guó)科學(xué)家錢逸泰團(tuán)隊(duì)曾以四氯化碳和金屬鈉為原料制得納米級(jí)金剛石，后來又利用甲烷作為“養(yǎng)料”通過化學(xué)氣相沉積法制備人造金剛石，這體現(xiàn)了化學(xué)可通過工藝創(chuàng)新制備新物質(zhì)。3.化石燃料（煤、石油、天然氣）可通過化學(xué)工藝制造藥物、合成纖維、塑料等價(jià)值更高的產(chǎn)品，直接燃燒會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。一、新課導(dǎo)入問題預(yù)測(cè)：用熱勺子接觸牛奶、軟糖、棉花糖、蜂蜜時(shí)，可能出現(xiàn)哪些變化？牛奶：____________________軟糖：____________________棉花糖：____________________蜂蜜：____________________答案：牛奶可能結(jié)塊/起皮；軟糖可能融化/碳化；棉花糖可能焦化/冒煙；蜂蜜可能變稀/冒泡。問題思考：不同物質(zhì)遇熱反應(yīng)不同的根本原因可能與__________和__________有關(guān)。答案：物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)。二、化學(xué)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)活動(dòng)一：物質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)探究問題觀察：大家觀察到了什么共同的現(xiàn)象？答案：都產(chǎn)生了黑色殘?jiān)?。問題思考：黑色殘?jiān)赡苁鞘裁?？這個(gè)現(xiàn)象說明了這三種物質(zhì)在組成上有什么共同點(diǎn)？答案：推測(cè)黑色殘?jiān)鼮樘迹贸鋈N物質(zhì)都含碳元素。問題記錄：實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋與結(jié)論灼燒葡萄糖、砂糖、面粉答案：實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋與結(jié)論灼燒葡萄糖、砂糖、面粉都有黑色殘?jiān)蛇@些物質(zhì)中均含有碳元素活動(dòng)二：物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀探析問題探究1：觀察二氧化硅（SiO?）和水（H?O）的分子模型，填寫：沙子由________構(gòu)成；水由________構(gòu)成。答案：二氧化硅分子；水分子。問題探究2：對(duì)比金剛石與石墨的結(jié)構(gòu)模型：金剛石結(jié)構(gòu)：（空間網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)/層狀），硬度；石墨結(jié)構(gòu)：（空間網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)/層狀），硬度。答案：空間網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)；大；層狀；小。問題思考：金剛石和石墨都由碳元素組成，為什么它們的性質(zhì)（如硬度）卻如此截然不同？答案：因?yàn)樵优帕蟹绞讲煌瑢?dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)差異。歸納總結(jié)：物質(zhì)的________決定性質(zhì)。例如：金剛石因________結(jié)構(gòu)而堅(jiān)硬，石墨因________結(jié)構(gòu)而質(zhì)軟。答案：結(jié)構(gòu)；空間網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)；層狀。二、化學(xué)研究物質(zhì)的用途與制法活動(dòng)一：性質(zhì)與用途的關(guān)聯(lián)分析問題討論：下列有關(guān)物質(zhì)用途的表述，分別利用了金剛石或石墨的哪些性質(zhì)？制作鉆石用作電池電極制造鉛筆芯切割玻璃答案：1.金剛石是無色透明晶體，具有特殊的光學(xué)性質(zhì)；2.石墨能導(dǎo)電；3.石墨是灰黑色質(zhì)軟的固體；4.金剛石硬度大。問題思考：為什么石墨能作電極而金剛石不能？答案：石墨具有導(dǎo)電性，而金剛石不導(dǎo)電，性質(zhì)差異由結(jié)構(gòu)決定。歸納總結(jié)：性質(zhì)________用途，用途________性質(zhì)。例如：物質(zhì)的________決定其是否適合作為導(dǎo)電材料。答案：決定；反映；導(dǎo)電性?；顒?dòng)二：物質(zhì)制法的實(shí)際應(yīng)用案例分析：1.我國(guó)科學(xué)家用四氯化碳和鈉制得納米金剛石，后來用甲烷“種”出金剛石，目的是：________________________________。2.化石燃料直接燃燒的弊端：__________________；化學(xué)工藝轉(zhuǎn)化的價(jià)值：__________________。答案：1.突破天然金剛石資源限制，降低成本。2.資源浪費(fèi)、污染環(huán)境；制備藥物、合成材料等。問題思考：為什么要研究人造金剛石？這體現(xiàn)化學(xué)制法的什么價(jià)值？答案：可能提到資源利用、成本控制等。典例：下列關(guān)于常見物質(zhì)的性質(zhì)與使用或貯存關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤的是（）A.酒精具有可燃性，可作為燃料 B.金剛石非常堅(jiān)硬，可用于切割玻璃 C.碳酸氫銨受熱易分解，應(yīng)保存在陰涼干燥處 D.石墨為灰黑色質(zhì)軟的固體，所以可用作電池的電極答案：D。酒精具有可燃性（性質(zhì)），因此能燃燒放出熱量（體現(xiàn)性質(zhì)），所以可作為燃料（用途），A選項(xiàng)正確；金剛石是天然最硬的物質(zhì)（性質(zhì)），因此能切割硬度大的玻璃（體現(xiàn)性質(zhì)），所以可用于切割玻璃（用途），B選項(xiàng)正確；碳酸氫銨受熱易分解（化學(xué)性質(zhì)），為防止其分解變質(zhì)（體現(xiàn)性質(zhì)），需要避免受熱，因此應(yīng)保存在陰涼干燥處（正確的貯存方法），C選項(xiàng)正確；石墨用作電極的本質(zhì)原因是具有導(dǎo)電性，而非質(zhì)軟。質(zhì)軟對(duì)應(yīng)的用途是制作鉛筆芯，體現(xiàn)“性質(zhì)與用途需精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)”的解題邏輯，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。1.下列哪一項(xiàng)研究?jī)?nèi)容主要屬于化學(xué)對(duì)物質(zhì)“結(jié)構(gòu)”的探索？（）A.測(cè)定空氣中氧氣約占總體積的21%B.分析氯化鈉晶體中鈉離子(Na?)和氯離子(Cl?)的排列方式C.研究鐵在潮濕空氣中容易生銹的原因D.利用石油分餾得到汽油、柴油等產(chǎn)品【答案】B【解析】“結(jié)構(gòu)”研究物質(zhì)內(nèi)部微粒（原子、離子、分子）的排列、結(jié)合方式和空間構(gòu)型。選項(xiàng)B直接描述晶體中離子的排列方式，屬于結(jié)構(gòu)研究。A項(xiàng)是測(cè)定混合物組成，C項(xiàng)是研究化學(xué)變化（生銹）及性質(zhì)（穩(wěn)定性），D項(xiàng)是利用物理變化（分餾）分離混合物，屬于制法范疇（但更側(cè)重物理方法）。2.“物質(zhì)的用途與其性質(zhì)密切相關(guān)”這一說法最能體現(xiàn)在以下哪個(gè)實(shí)例中？（）A.利用活性炭吸附性制作冰箱除味劑B.通過電解水大規(guī)模生產(chǎn)氫氣C.使用質(zhì)譜儀測(cè)定未知化合物的相對(duì)分子質(zhì)量D.研究金剛石和石墨都是由碳元素組成【答案】A【解析】“性質(zhì)決定用途”是核心思想。選項(xiàng)A明確指出活性炭的“吸附性”（物理性質(zhì)）決定了其“除味劑”的用途，是直接體現(xiàn)。B項(xiàng)是利用化學(xué)變化（電解）制取物質(zhì)（制法），C項(xiàng)是測(cè)定物質(zhì)組成或結(jié)構(gòu)的方法，D項(xiàng)是研究組成。3.下列描述中，準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)“物質(zhì)的組成”研究的是（）A.水由氫元素和氧元素組成B.水分子呈V形結(jié)構(gòu)，是極性分子C.水在常溫常壓下是無色無味的液體D.水通電可以分解生成氫氣和氧氣【答案】A【解析】“物質(zhì)的組成”主要研究物質(zhì)由哪些元素（或微粒）構(gòu)成。選項(xiàng)A明確指出水由氫、氧兩種元素組成。選項(xiàng)B描述的是分子結(jié)構(gòu)（屬于結(jié)構(gòu)），選項(xiàng)C描述的是物理性質(zhì)，選項(xiàng)D描述的是化學(xué)變化。4.物質(zhì)的“用途”主要受以下哪項(xiàng)因素的決定（）A.物質(zhì)的來源是否容易獲得B.物質(zhì)的生產(chǎn)成本高低C.物質(zhì)的性質(zhì)（包括由其結(jié)構(gòu)決定的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)）D.物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)的歷史長(zhǎng)短【答案】C【解析】“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”是化學(xué)中的基本原理。物質(zhì)的性質(zhì)（如導(dǎo)電性、硬度、可燃性、穩(wěn)定性等）直接決定了它可以被用來做什么。選項(xiàng)A、B（來源、成本）會(huì)影響物質(zhì)的推廣使用，但不是決定其用途的根本內(nèi)在因素。選項(xiàng)D與用途無關(guān)。5.下列關(guān)于“組成”與“結(jié)構(gòu)”關(guān)系的描述，正確的是（）A.組成相同的物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)一定相同B.結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)，而組成對(duì)性質(zhì)沒有影響C.組成相同的物質(zhì)，可能因結(jié)構(gòu)不同而具有截然不同的性質(zhì)（如同素異形體）D.研究物質(zhì)的組成比研究其結(jié)構(gòu)更為重要【答案】C【解析】本題考察對(duì)核心概念及其關(guān)系的理解。C項(xiàng)正確，如同是由碳元素組成的金剛石（堅(jiān)硬）和石墨（質(zhì)軟滑膩），因原子排列方式（結(jié)構(gòu)）不同，性質(zhì)差異巨大。A項(xiàng)錯(cuò)誤（反例：金剛石與石墨）。B項(xiàng)錯(cuò)誤（組成是基礎(chǔ)，也影響性質(zhì)）。D項(xiàng)錯(cuò)誤（組成和結(jié)構(gòu)都是化學(xué)研究的基礎(chǔ)，缺一不可）。6.化學(xué)家設(shè)計(jì)新物質(zhì)以滿足特定需求時(shí)，最核心的考慮因素是（）A.首先確保該物質(zhì)的生產(chǎn)成本最低B.優(yōu)先考慮該物質(zhì)的原料是否容易獲得C.基于目標(biāo)用途所需性質(zhì)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的分子或材料D.主要關(guān)注該物質(zhì)是否具有新穎的名稱和外觀【答案】C【解析】化學(xué)創(chuàng)造新物質(zhì)的核心理念是“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”。因此，為滿足特定用途（需求），化學(xué)家首先需要明確所需性質(zhì)，然后逆向設(shè)計(jì)并合成具有能夠?qū)崿F(xiàn)這些性質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)的分子或材料（C項(xiàng)）。成本（A）、原料來源（B）和名稱外觀（D）是實(shí)際應(yīng)用中的重要因素，但不是化學(xué)設(shè)計(jì)的核心科學(xué)出發(fā)點(diǎn)。一、化學(xué)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)1.物質(zhì)的組成元素視角：萬物由90多種元素組成一種元素組成的物質(zhì)：如氧氣（O?）、金剛石（C）兩種或多種元素組成的物質(zhì)：如碳酸氫銨（NH?HCO?含N、H、C、O）實(shí)驗(yàn)證據(jù)：灼燒葡萄糖/砂糖/面粉生成黑色碳?xì)堅(jiān)C明含碳元素2.物質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀構(gòu)成：物質(zhì)由原子/分子等微粒構(gòu)成（如沙子由SiO2分子構(gòu)成，水由H?O分子構(gòu)成）核心規(guī)律：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)例：金剛石（空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）硬度大vs石墨（層狀結(jié)構(gòu)）質(zhì)軟導(dǎo)電二、化學(xué)研究物質(zhì)的用途與制法性質(zhì)→用途：金剛石：硬度大→切割玻璃光學(xué)特性→制鉆石石墨：導(dǎo)電性→作電極質(zhì)軟→制鉛筆芯用途→性質(zhì)反推：碳酸氫銨需陰涼保存→受熱易分解（化學(xué)性質(zhì)）考點(diǎn)1化學(xué)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)1．（2025·山東濰坊·一模）下列關(guān)于金剛石和石墨的描述，說法不正確的是（）A．石墨很軟，因此可用作干電池電極 B．金剛石很硬，可用來加工堅(jiān)硬的金屬C．性質(zhì)差異大，因?yàn)樵拥呐帕蟹绞讲煌?D．一定條件下，石墨可以轉(zhuǎn)化為金剛石【答案】A【詳解】A、石墨用作干電池電極的主要原因是其具有良好的導(dǎo)電性，而不是因?yàn)槠滟|(zhì)地軟，選項(xiàng)A不正確；B、金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，硬度高使其可用于切割或加工堅(jiān)硬金屬，選項(xiàng)B正確；C、金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的，因?yàn)樘荚拥呐帕蟹绞讲煌?，?dǎo)致兩者物理性質(zhì)差異很大，選項(xiàng)C正確；D、在高溫、高壓和催化劑條件下，碳原子的排列方式可以發(fā)生改變，石墨可轉(zhuǎn)化為金剛石，選項(xiàng)D正確。故選A。2．（24-25九年級(jí)上·河北唐山·期末）下列關(guān)于金剛石和石墨的說法正確的是（）A．都是黑色固體 B．都由碳元素組成C．硬度都很大 D．都有良好的導(dǎo)電性【答案】B【詳解】A、金剛石是無色的，石墨是灰黑色的，不符合題意；B、金剛石和石墨均是由碳元素組成的碳單質(zhì)，符合題意；C、金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，石墨質(zhì)軟，不符合題意；D、石墨具有良好的導(dǎo)電性，金剛石不具有導(dǎo)電性，不符合題意。故選B。3．（2025·山東青島·二模）由碳元素形成的單質(zhì)有很多種，如金剛石、石墨和等。下列有關(guān)碳單質(zhì)的說法中正確的是（）A．金剛石和石墨都是黑色固體B．金剛石、石墨、都由原子直接構(gòu)成C．碳單質(zhì)在空氣中燃燒只能生成二氧化碳D．金剛石、石墨物理性質(zhì)差別很大的原因是碳原子的排列方式不同【答案】D【詳解】A、金剛石是無色透明的固體，石墨是深灰色、有金屬光澤的固體，說法錯(cuò)誤，不符合題意；B、金剛石、石墨都由碳原子構(gòu)成，由分子構(gòu)成，說法錯(cuò)誤，不符合題意；C、碳單質(zhì)具有可燃性，在空氣中充分燃燒生成二氧化碳，不充分燃燒生成一氧化碳，說法錯(cuò)誤，不符合題意；D、金剛石、石墨物理性質(zhì)差別很大的原因是碳原子的排列方式不同，說法正確，符合題意。故選：D?？键c(diǎn)2化學(xué)研究物質(zhì)的用途與制法4．（24-25九年級(jí)上·四川宜賓·期末）下列物質(zhì)的用途主要由其化學(xué)性質(zhì)決定的是（）A．天然氣——可用作燃料B．氦氣——用于填充探空氣球C．干冰——用于食品冷藏保鮮 D．石墨——用作高鐵列車的受電弓滑板【答案】A【詳解】A、天然氣用作燃料，是利用天然氣（主要成分甲烷）燃燒時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量的性質(zhì)，燃燒屬于化學(xué)變化，所以這是由化學(xué)性質(zhì)決定的用途，A選項(xiàng)正確；B、氦氣用于填充探空氣球，是利用氦氣密度比空氣小的物理性質(zhì)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C、干冰用于食品冷藏保鮮，是利用干冰升華吸熱的物理性質(zhì)，升華是物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)，沒有新物質(zhì)生成，屬于物理變化，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D、石墨用作高鐵列車的受電弓滑板，是利用石墨的導(dǎo)電性，導(dǎo)電性屬于物理性質(zhì)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。故選：A。5．（24-25九年級(jí)上·江蘇南京·階段練習(xí)）下列物質(zhì)的用途體現(xiàn)了其化學(xué)性質(zhì)的是（）A．焦炭用作煉鐵 B．干冰作制冷劑 C．金剛石作光學(xué)儀器的涂層 D．石墨作鉛筆芯【答案】A【詳解】A、焦炭用作煉鐵，是因?yàn)榻固烤哂羞€原性，還原