新教材适用2023-2024学年高中化学专题1揭示物质结构的奥秘第3单元物质结构研究的意义课件苏教版选择性必修2

第三单元物质结构研究的意义专题1内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑课堂小结课标定位、素养阐释1.通过课堂讨论与交流、通过媒体与网络等途径查询相关资料,领略科学探索的魅力,以此来认识化学科学的发展与人类探索物质世界的关系。2.能知道量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导价值。3.能初步认识物质的结构与性质之间的关系,知道物质结构的研究有助于发现具有预期性质的新物质,体会研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。自主预习新知导学一、促进了化学科学的发展

二、物质结构的探索无止境1.研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。(1)探寻人类和其他生物生命运动的化学机理,是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。(2)研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理,有助于进行

手性生物分子和手性药物

的开发,特别是人类亟待解决的抗癌药物的设计、制备和筛选,以及合成一大批高效、无毒副作用的药物;搞清楚食草动物胃内的酶是如何把

植物纤维

分解为小分子的,为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础;合成具有

生物活性

的分子,可帮助人类揭示生命的奥秘;了解

生物体内信息分子的运动规律

和

生理调控的化学机理

,创造“新陈代谢”的目标就能得以实现……而这些研究都需要物质结构理论与分析测试技术的支持。2.量子化学是结构化学最重要的理论基础,结构化学是量子化学最直接的实验基础和推动力量。(1)化学家利用化学反应实现物质的转化,制备人类生活和生产所需要的物质,需要建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。(2)随着化学反应的量子力学理论的进一步发展和技术的完善,人类将进入一个崭新的世界。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。(1)寻找新物质的绿色合成方法,期望可以用

简单

、安全

、对环境友好的操作,快速、定量地把价廉、易得的起始原料转化为人类所需求的物质。(2)绿色合成方法的设计和实施,合成具有高活性和选择性的催化剂,都依赖于对物质转化规律、催化剂结构和催化机理的研究。【自主思考】

目前,人们能够合成自然界中不存在的物质,人们能不能制造出自然界中不存在的元素?提示：能。人们可以用粒子高能加速器来人工制造化学元素,元素周期表中标“*”的元素均为人造元素。【效果自测】

1.要达到绿色化学的理想境界,化学家们需要回答一系列问题:指定分子之间能否反应生成预期分子?需要什么催化剂?反应速率预期多大?如何控制反应?如何确定化学反应的途径等?最有希望解决这些问题的途径是(

)。A.建立化学反应的量子力学理论B.改进实验方法C.完善元素周期律理论D.研究质量守恒定律和能量守恒定律答案：A解析：量子化学是结构化学最重要的理论基础,化学越发展,越要从物质结构的深层次去理解和掌握化学反应规律。

2.绿色化学的核心是反应过程的绿色化,即要求原料物质中的所有原子完全被利用且全部转入期望的产品中,下列过程不符合这一思想的是(

)。A.甲烷与氯气反应制氯仿:CH4+3Cl2

CHCl3+3HClB.烯烃与水煤气发生的羰基合成反应:RCHCH2+CO+H2RCH2CH2CHOC.甲烷、CO合成乙酸乙酯:2CH4+2COCH3COOCH2CH3D.乙烯合成聚乙烯:nCH2CH2

CH2—CH2

解析：A项,甲烷与氯气反应制得氯仿的同时还有氯化氢生成,不符合绿色化学思想,错误;烯烃与水煤气发生的羰基合成反应中,生成物只有一种;甲烷、CO合成乙酸乙酯的反应中,生成物只有一种;乙烯合成聚乙烯的反应中,生成物只有一种,均符合绿色化学思想,B、C、D三项正确。A合作探究释疑解惑探究任务物质结构研究的意义与要求【问题引领】

你能列举物质结构决定物质性质的实例吗?提示：元素原子结构决定元素的性质;不同微粒靠不同的作用力构成不同的晶体;部分同分异构体的化学性质不同等。【归纳提升】

1.物质结构探索的意义。(1)一是哲学上的意义,证明世界的物质性和人类认识自然界的永无止境。世界是由物质构成的,物质是由不同层次的微粒构成的复杂系统。(2)二是科学理论和方法上的意义,丰富了人们关于物质世界的基本知识。科学家通过一系列实验,提出了原子结构模型、化学键模型、分子间作用力模型、分子结构模型等,可以用来解释和预测物质所表现的宏观性质。(3)三是实践上的意义。物质结构研究获得的知识和方法可以指导人们解决很多实践中的问题。在搞清楚新物质结构特征的基础上,才能有目的地进行合成。2.绿色化学的十二条原则。(1)防止污染优于治理污染:防止废物的产生而不是产生后再来处理。(2)提高原子经济性:合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入最终产物中。(3)尽量减少化学合成中的有毒原料、产物:只要可能,反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小。(4)设计安全的化学品:设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小。(5)使用无毒无害的溶剂和助剂:尽量不使用辅助性物质(如溶剂、分离试剂等),如果一定要用,也应使用无毒物质。(6)合理使用和节省能源,合成过程应在环境温度和压力下进行:能量消耗越小越好,应能为环境和经济方面的考虑所接受。(7)原料应该可再生:只要技术上和经济上可行,使用的原材料应是能再生的。(8)减少不必要的衍生化步骤:应尽量避免不必要的衍生过程(如基团的保护,物理与化学过程的临时性修改等)。(9)采用高选择性催化剂:尽量使用选择性高的催化剂,而不是提高反应物的配料比。(10)产物应设计为发挥完作用后可分解为无毒降解产物:设计化学产品时,应考虑当该物质完成自己的功能后,不再滞留于环境中,而可降解为无毒的产品。(11)应进一步发展分析技术,对污染物实行在线监测和控制:分析方法也需要进一步研究开发,使之能做到实时、现场监控,以防有害物质的形成。(12)减少使用易燃易爆物质,降低事故隐患:化学过程中使用的物质或物质的形态,应考虑尽量减少实验事故的潜在危险,如气体释放、爆炸和着火等。【典型例题】

【例题】

下列说法错误的是(

)。A.人们能用高能粒子加速器来人工制造化学元素B.现在有机合成从以前的单凭经验摸索已全部发展到“按图索骥”C.合成或从自然界分离出更多的新物质,能更好地满足人类的生活和社会可持续发展的需要D.物质结构理论和方法是研究材料结构与性能关系的重要工具答案：B【变式训练】

2020年诺贝尔化学奖的获奖研究成果是“基因剪刀——重写生命密码的工具”。两位获奖者发现了“CRISPR/Cas9基因编辑技术”,研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA(脱氧核糖核