苏教版高中化学选修3《物质结构与性质》全册学案

苏教版高中化学选修物质结构与性质全册学案

专题1揭示物质结构的奥秘

［核心素养发展目标］1.了解人类探索物质结构的过程，了解在原子、分子等不同尺度认识

物质结构的价值和意义，培养科学精神与社会责任的学科核心素养。2.了解研究物质结构的

基本方法，培养实验探究与创新精神的学科核心素养。

|新知导学-----------------启迪思维探究规律

一、人类探索物质结构的历史

1.人类认识原子结构的历程

2.探究物质微观结构的具体内容

(1)研究原子结构与元素性质的关系。

(2)化学键理论知识和分子间作用力知识。

(3)分子的空间结构知识。

3.探索物质微观结构的方法

探索物质微观结构的方法主要有实验方法、模型化方法、科学假设和论证方法、量子力学研

究方法、光谱和衍射实验方法等。

-归纳总结

人类探索物质结构的历史

(1)由于道尔顿最早提出了原子论，合理地解释了当时的一些化学现象和规律，给化学奠定了

唯物主义理论基石，所以道尔顿被誉为近代化学之父。

(2)从原子结构模型的演变过程可以看出，人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。虽然很

多科学家得到了一些错误的结论，但对当时发现真相作出了一定的贡献。

（3）随着现代科学技术的发展,科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子

图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。

【例1】（2019•雅安期末）原子结构模型经历了五个主要阶段：1803年实心球模型一1904年

葡萄干布丁模型-1911年原子核式结构模型~1913年的轨道模型一20世纪初电子云的原子

结构模型。对轨道模型贡献最大的科学家是（）

A.玻尔B.汤姆生

C.卢瑟福D.道尔顿

答案A

解析①19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的

实心球体。②1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干布丁”的原子结

构模型。③1911年英国物理学家卢瑟福（汤姆生的学生）提出了带核的原子结构模型。④1913

年丹麦物理学家玻尔（卢瑟福的学生）引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结

构模型。⑤奥地利物理学家薛定谬提出电子云模型（几率说），为近代量子力学原子模型。对

轨道模型贡献最大的科学家是丹麦物理学家玻尔。

【例2】1911年前后，英国物理学家卢瑟福用带正电的a粒子轰击极薄的金箔，为了解释实

验结果，提出了原子的核式结构学说。图中黑点表示金原子核的位置，曲线a氏cd和ef表

示经过金原子核附近的a粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是（）

--------►ba--------------»b

AB

CD

答案D

解析在金原子中原子核带正电且质量很大，占有的体积很小，用a粒子（带正电，质量较

小）轰击金箔时，大部分a粒子可畅通无阻地通过，极小的一部分发生偏转或被笔直的弹回。

【例3］核磁共振（NMR）技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已

知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生

核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是（）

A."、"P、叱nB.27AK,9F,,2C

C.eC、迷、FD.%、"c、35cl

答案D

解析A中,SO的质子数为8、中子数为10,不合题意；B中l2C的质子数和中子数均为6,不

13

合题意；C中6c的质子数、中子数均为6,16S的质子数和中子数均为16；D中'H质子数为1,C

中子数为7,中质子数为17,符合题意。

二、研究物质结构的意义

化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究，研究物质结构，能够为设计与合成新物质提

供理论基础,揭示物质结构与性能的关系，也可以帮助我们预测物质的性能。

（1）研究物质结构，能帮助我们了解材料的结构与性能之间的关系,有利于寻找性能优异的材

料。

（2）研究物质结构，突破了在分子水平上探索生命现象的本质。

（3）物质结构研究对于保护生态环境，实现社会的可持续发展具有重大意义。

■归纳总结

研究物质结构的意义

研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律，并通过研究成果来为人类

服务，化学来源于生活，并指导人们更好地生活。

【例4］人造骨是一种具有生理功能的新型无机非金属材料。它有类似于人骨和天然牙齿的性

质和结构。人造骨可以依靠人体的体液中的某些离子形成新骨，可在骨骼接合界面发生反应，

实现骨骼牢固结合，人造骨植入人体内需要吸收人体中的下列哪些离子形成新骨（）

A.Ca=PO：rB.Cl-.Na+

C.Na+,Mg2+D.S-、r

答案A

解析因Ca5（P0,）：QH、Ca3（P03等无机盐为骨骼的主要成分，所以人造骨植入人体内需吸收

人体中的Ca?+和P0厂形成新骨。

［例5］（2018•东城区一模）我国科学家利用蜡虫肠道菌群，将塑料降解时间从500年缩减到

24小时，并用同位素示踪法证实了聚乙烯降解为CO?。下列有关该过程说法不正确的是（）

A.一定发生了氧化反应

B.只涉及碳碳键的断裂

C.同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化

D.该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的环境问题

答案B

解析有氧气参加的反应是氧化反应，A正确；塑料降解过程中不仅涉及碳碳键的断裂，还

有碳氢键的断裂，B错误；同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化，C正确；该研究成果

有利于缓解塑料垃圾引起的白色污染，D正确。

⑥学习小结

~~H结构理论提出与实验

日发展史IT绪构理论指导作用

|物质结构iT现代科学技术及方法

新技术、新材料

T研究的意奸一

生命本质、持续发展

I达标检测检测评价达标过关

1.（2019•上杭一中月考）化学真正成为一门科学并快速发展，始于（）

A.氧化学说的建立

B.元素概念的提出

C.原子一一分子学说的建立

D.元素周期律的发现

答案C

2.2015年是全中国人民引以为傲的一年，因为“诺贝尔医学奖或生理学奖”颁发给了一名

中国科学家，这位科学家是（）

A.莫言B.屠呦呦

C.侯德榜D.徐光宪

答案B

解析2015年，“诺贝尔医学奖或生理学奖”颁发给了中国科学家屠呦呦，引起了世界的轰

动，故选B。

3.（2019•厦门市思明区期末）下列成果是因为创造新物质而获得诺贝尔化学奖的是（）

A.荧光成像显微技术

B.分子马达

C.生物分子冷冻电镜

D.核磁共振

答案B

解析荧光成像显微技术是技术的突破，无新物质制造出来，A错误；分子马达是美国康奈

尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种分子马达，又名分子发动机，

是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，有新物质制造出，B正确；冷冻电镜，是用于

扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术，是技术的突破，无新物质制造出，C错误；核磁共

振是用于有机物中H原子种类和个数的测定的技术，无新物质制造出，D错误。

4.在探索微观世界的过程中，科学家们常通过建立假说模型来把握物质的结构及特点，不断

拓展认识新领域。关于假说，有如下表述，其中正确的是（）

A.假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理

B.假说是对未知领域的事物或现象提出的一种推测

C.假说是对一个问题的所有幻想和假定

D.假说最终都可以变成科学理论

答案B

解析假说是科学家在探索的过程中，为把握物质的结构及特点而建立的一种模型，它是对

未知领域的事物或现象提出的一种推测，然后通过实验或推理去验证它的正确与否。

5.“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。ALCitaFeK是科学家发

现的几百种重要的拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确

的是（）

A.无法确定AksCifeF—中三种金属元素的化合价

B.AksCitoFeiz的硬度小于金属铁

C.AksCuzFeiz不可用作长期浸泡在海水中的材料

D.lmolA165Cu”Fei2溶于过量的硝酸时共失去265moi电子

答案C

解析AksCgFew具有合金的某些优良物理性能，因此这种拟晶中三种金属元素的化合价均

为0,选项A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度高，熔点低，因此选项B

错误；AksCitoF-在海水中会发生电化学腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，选

项C正确；1molALCitaFeiz溶于过量的硝酸时,AMCgFe”转化为Al"、Cu"、Fe",共失

去277mol电子，选项D错误。

6.（1）提出“近代原子学说”的是英国科学家,他是最早提出科学的原子学说的人。

（2）提出“原子一分子论”的是意大利科学家。该理论提出了分子的概

念，并指出分子与原子的区别和联系（自从用“原子一分子论”来研究物质的性质和变化后，

化学才真正开始成为一门科学）。

（3）发现电子的是英国科学家—，他提出J'—的原子结构模型。

（4）英国物理学家通过a粒子散射实验，提出了原子结构有核模型。

（5）丹麦物理学家—研究了——后，大胆地引入的观点，提

出了新的原子结构模型。

答案（D道尔顿（2）阿伏加德罗（3）汤姆生葡萄干布丁式（4）卢瑟福（5）玻尔电

子的运动波粒二象性

课时对点练注重双基强化落实

X对点训练

题组一人类探索物质结构的历史

1.最早提出科学的原子概念的科学家是（）

A.道尔顿B.阿伏加德罗

C.门捷列夫D.卢瑟福

答案A

解析英国科学家道尔顿首先提出了科学的原子概念。

2.下列有关化学史知识错误的是（）

A.原子一分子学说的建立是近代化学发展的里程碑

B.俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律，编制了元素周期表

C.意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上提出了分子的概念

D.英国科学家道尔顿首先发现了电子

答案D

解析英国科学家汤姆生发现了电子。

3.（2018•北京房山区调研）化学在古代与现代的科技发展中起了十分重要的作用，下列说法

中正确的是（）

ABCI)

■$%*

11如缈Y

古代与现代的冶金古代捣碎中药与现代古代风筝与现代热气

古代与现代的火箭发

均运用了相同的化中药纳米粉碎均是化球飞行均无需物质直

射均利用了液体燃料

学原理学变化接供给能量

答案A

解析金属的冶炼是金属元素由化合态变为游离态，即金属元素得电子被还原，故古代和现

代的冶金技术不同，但原理相同，A正确；古代的火箭用的燃料是火药，而现代的火箭用的

是液态燃料，B错误；无论是古代捣碎中药还是现代中药的纳米粉碎，均无新物质生成，故

药品的粉碎均为物理变化，C错误；现代热气球需要燃料燃烧来提供能量，从而热气球中气

体的密度小于空气，所以热气球才能浮起来，D错误。

4.（2019•资阳模拟）以下关于中国化学史的表述错误的是（）

A.杜康用高粱酿酒的原理是通过蒸储法将高粱中的乙醇分离出来

B.蔡伦利用树皮、碎布（麻布）、麻头等原料精制出优质纸张

C.《本草纲目》中记载“火药乃焰消（KN03）、硫磺、杉木炭所合，以为烽燧铳机诸药者”这

是利用了KNOs的氧化性

D.英文的“中国”（China）又指“瓷器”，说明我国很早就应用化学技术制作陶瓷

答案A

解析高粱中不含乙醇，用高粱酿酒是高粱中的淀粉在酒曲的作用下反应生成乙醇，然后用

蒸储法将乙醇分离出，A错误；蔡伦改进造纸工艺，利用树皮、碎布（麻布）、麻头、鱼网等

原料精制出优质纸张，由他监制的纸被称为“蔡侯纸”，B正确；黑火药爆炸反应生成氮气,

N元素化合价降低，被还原，硝酸钾表现氧化性，C正确；中国是使用瓷器最早的国家，故

“中国"（China）又指“瓷器”,D正确。

5.门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第4周期的三种元素留下了空

位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克

勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律，下列有关X性质的描述中

错误的是（）

A.X单质不易与水反应

B.X0,可被碳或氢气还原为X

C.XCL的沸点比SiCL的高

D.XH”的稳定性比Si小的高

答案D

解析“类硅”元素和硅元素同为第IVA族元素，根据元素周期律，同主族元素随着原子序

数的递增，非金属性减弱，气态氢化物的稳定性减弱，I）选项错误。其他选项可由硅的性质

进行类推。

题组二原子结构及其模型演变

6.下列说法正确的是（）

A.原子是不可再分的

B.原子中肯定含有中子

C.原子由原子核和核外电子构成，原子核又可以分为质子和中子，然后不能再分

I）.随着科学的发展，人们发现原子组成中还存在更小的微粒，如夸克

答案D

7.首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家是（）

A.卢瑟福B.玻尔

C.汤姆生D.道尔顿

答案C

解析本题考查原子结构模型的发展简史。“葡萄干布丁”模型开始涉及到原子内部的结构。

A项卢瑟福提出原子结构的核式模型；B项玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；D

项道尔顿建立了原子学说。

8.首次成功解释了氢原子光谱的科学家是（）

A.道尔顿B.卢瑟福

C.玻尔D.爱因斯坦

答案C

解析玻尔提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，指出电子在原子核外空间内一定的

轨道上绕核做高速运动，这些轨道的能量是不连续的，玻尔理论能很好地解释氢原子光谱。

9.原子结构模型的演变图中，①为道尔顿实心球式原子模型、②为卢瑟福行星运转式原子模

型、③为汤姆生”葡萄干布丁”原子模型、④为近代量子力学原子模型、⑤为玻尔轨道式原

子模型。其中符合历史o演变顺序e的一组排e列是（）*s

①②③④⑤

A.①③②⑤④B.①②③④⑤

C.①⑤③②④D.①③⑤④②

答案A

解析正确的顺序是道尔顿实心球式原子模型、汤姆生“葡萄干布丁”原子模型、卢瑟福行

星运转式原子模型、玻尔轨道式原子模型、近代量子力学原子模型。

题组三研究物质结构的意义

10.历史事实表明，没有新材料的出现，就没有科技与生产发展的突破。信息高速公路的建

立在于寻找新的信息材料。下列材料可作为信息材料的是（）

A.铜线B.化纤

C.橡胶D.光导纤维

答案D

11.两位美国科学家彼德•阿格雷和罗德里克•麦金农，因为发现细胞膜水通道以及对离子

通道结构和机理研究做出的开放性贡献而获得2003年诺贝尔化学奖，他们之所以获得诺贝尔

化学奖而不是生理学或医学奖是因为（）

A.他们的研究和化学物质水有关

B.他们的研究有利于研制针对一些神经系统疾病和心血管疾病的药物

C.他们的研究深入到分子、原子的层次

D.他们的研究深入到细胞的层次

答案C

解析细胞膜水通道的发现以及对离子通道结构和机理的研究对化学、生理学、医学等科学

领域都有着重大意义，由于此项研究深入到了分子、原子的层次，所以做出开创性贡献的两

位科学家得到了诺贝尔化学奖的殊荣。

12.我国科学家成功合成的3mm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有

强度高、刚度（抵抗变形的能力）大、密度小（只有钢的四分之一）、熔点高、化学稳定性好的

特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是（）

A.它是制造飞机的理想材料

B.它的主要组成元素是碳

C.它的结构与石墨不同

D.碳纤维复合材料为一种高分子化合物

答案D

解析碳纤维显然主要是由碳元素组成，B正确、D错误；由于碳纤维具有“强度高、刚度大、

密度小、熔点高、化学稳定性好”的特点，所以A正确；由于碳纤维的物理性质不同于石墨,

所以它们的结构不同，C正确。

日综合强化

13.金刚石、石墨、G。、碳纳米管均由同一种元素组成，属于，其性质差别很

大,原因是，说明。

答案同素异形体它们的结构不同结构决定性质

解析由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体；同素异形体的组成元素相同，但结构

不同，因此造成性质不同的原因是其结构上的差异。

14.科学家正在设法探寻“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”

与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷符号相反。

（1）若有a粒子（即氮离子）的反粒子，称为反a粒子，则该粒子的质量数为,电

荷数为,反a粒子的符号可表示为o

（2）近几年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布，他们分别制出9个和7个反氢原子，这是

人类探索反物质的一大进步。试推测反氢原子的构造是（填字母）。

A.由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成

B.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成

C.由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成

D.由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成

答案（1）4-2He2-（2）B

解析所谓反物质，它的原子核是由反质子和反中子构成的，反质子的质量数为1,带负电

荷，反中子的质量数也为1,不带电；核外是反电子，质量可忽略不计，带正电荷。正常的

氢原子是由一个质子和一个电子构成的，反氢原子则是由一个反质子和一个反电子构成。

15.揭示原子内部结构的奥秘，有助于我们理解所处的物质世界。

(1)上表中元素f的氢化物的电子式是,

此氢化物的热稳定性比元素g的氢化物热稳定性

(填“强”或“弱”)o

(2)某元素形成的气态氢化物中氢的含量是所有氢化物中最高的,该元素形成的化合物种类也

最多，该元素是(填编号)。该元素有多种同位素，在理论上和科学上均有重要的

应用，写出其中两种用途

(3)a粒子是(填编号)原子所形成的一种粒子，1909年，卢瑟福等人做了用a粒子

轰击金箔的实验，从而提出原子结构的行星模型，下列选项中能正确表示这种模型的是

(填字母)。

O•

AB

(4)古代哲学家们也树立了不少有关物质构成的观点。例如，我国战国时期的惠施认为物质是

无限可分的；而同时期的墨子认为如果物质不存在被分割的条件，物质就不能被无限分割。

惠施的观点可用下图表示:

请你用相同的图示方法表示墨子的观点:

答案弱(2)b利用式的放射性考古断代，弋可作为相对原子质量的基

准，0.012kg%含有的碳原子数为阿伏加德罗常数(任选其二即可)(3)aC

(4)।_____।।___।…1__।

解析墨子认为如果不具备分割条件则不能被无限分割，所以用线段表示则不能再减小。

专题2原子结构与元素的性质

第1课时原子核外电子的运动特征

［核心素养发展目标］1.了解原子核外电子运动的特点，能说明微观粒子的运动状态与宏观

物体运动特点的差异，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.理解“电子云”的概念,

会用电子云和原子轨道的模型来描述原子核外电子运动的特征，培养证据推理和模型认知的

学科核心素养。

|新知导学启迪思维探究规律

一、核外电子运动的特点及电子云

1.原子核外电子的运动特点

(1)电子的质量很小,带负电荷。

(2)相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。

(3)电子运动的速度很怏，接近光速。

约

约Wm

2.电子云图：用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。

3.电子云轮廓图：是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。一般是将出现的

概率约为90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，称为原子轨道。如氢原子核外电子的电

子云轮廓图的绘制：

・归纳总结

(1)电子云中的小黑点并不代表一个电子而是代表电子在该处出现过一次。小黑点的疏密程度

表示电子在原子核外出现的概率大小。小黑点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；

小黑点密集的地方，表示电子在该处出现的概率大。

(2)离核越近，电子出现的概率越大，小黑点越密集。

【例1】下列关于氢原子电子云图的说法正确的是()

A.通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目多

B.黑点密度大，单位体积内电子出现的机会多

C.通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动

D.电子云图是对运动无规律性的描述

答案B

解析黑点的疏密表示电子出现的概率大小，不表示电子数目的多少，黑点密度大，电子出

现的频率高，故A错误，B正确；小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子

的运动轨迹，故C错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运

动的描述，故D错误。

二、核外电子运动状态的描述

对于多电子原子来说，常从以下几个方面来描述：

1.电子层

(1)电子层：如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远的

区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。这也说明多电子的原子中电子的能量是

不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动,这种不同的区域称为电子层5)。

(2)电子层的表示方法:

电子层5)1234567...

符号KLMN0PQ...

离核远近由近到远

能量高低由低到高

2.原子轨道

⑴类型及形状

①类型:即同一电子层中含有不同类型的原子轨道，分别用s、p、d、f表示,不同的轨道其

形状不相同。

②形状：s轨道呈现形，p轨道呈纺锤形,d轨道和f轨道较复杂。

S轨

ME/

pWS

s轨道和P轨道的示意图

(2)原子轨道数目(电子云伸展方向)及表示方法

①同一类型的原子轨道形状蛔，但伸展方向不一定相同。每一种伸展方向代表一个原子轨

道。

②原子轨道表示方法及含有的轨道数

原子轨道符号ns卬ndnf

轨道数目1357

(3)原子轨道的能量比较

①同一电子层同一类型的不同原子轨道的能量祖篁。

②在同一电子层上不同类型原子轨道的能量由低到高的顺序是

③不同电子层上形状相同的原子轨道的能量〃值越大，能量越高，如ls<2sV3sV4s。

3.电子自旋

原子核外电子还存在一种称为“皿”的运动，可以有两种不同的状态，通常用向上箭头

“上”和向下箭头“上”来表示。

■归纳总结

(1)描述核外电子运动状态的参数

描

述

--层

-------

-------

-------

层I----

核电子

外

电

-形

-------

-------

形状I-

子云

或电

轨道

子原子

运

动

状

-----伸

方向I--

伸展

间的

在空

子云

或电

轨道

态原子

的

-旋

-----

-----

）~|---

方向

自旋

态（或

旋状

的自

参电子

数

系

目的关

电子数

所容纳

数、

子轨道

数与原

子层序

（2）电

。

〃2个

道数为

原子轨

关系是

（〃）的

序数

子层

与电

道数

子轨

①原

2/Z

多为

数最

电子

容纳

层所

电子

。每个

状态