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第三单元
物质结构研究的意义
课
程 标
准 1.知道物质结构的研究有助于发现具有预期性质的新物质，以及
为设计与合成这些新物质提供理论基础。
2.了解生命科学中许多重大问题的解决均需要物质结构理论与分
析测试技术的支持。
3.能认识到化学已经发展成为实验和理论并重的学科，能欣赏物
质结构的研究及其理论发展对化学学科发展的贡献
目 录
1、基础知识·准落实
2、教学效果·勤检测
3、学科素养·稳提升
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破（一）　促进了化学科学的发展
1. 人类对物质结构的探索和研究
时间或人物 贡献
1811年意大利科学家阿伏
加德罗 提出了分子的概念
1860年 确立了“原子—分子论”
时间或人物 贡献
俄国化学家门捷列夫 发现了自然界的重要规律——元素周期
律
19世纪中叶 碳原子的四价、有机物中碳原子成键的
立体结构、有机化合物分子中价键的饱
和性等相继被发现
2. 研究物质结构的意义
（1）化学学科的意义
研究物质结构，既能够为设计与合成新物质提供理论基础，
也可以帮助我们预测物质的性能。
（2）一般意义
①哲学意义
证明世界的物质性和人类认识自然世界的永无止境。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。
人们找到了描述丰富多彩、变化万千的物质世界的最重要的
概念——元素，使物质世界变得简单、有序。
②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，逐渐形成了从微观分
析到揭示宏观现象的思维范式，即“结构决定性质”。
③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。
1. 化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究，在物质结构的探索
和研究领域对化学科学的发展作出重大贡献的科学家是（　　）
A. 拉瓦锡 B. 舍勒
C. 阿伏加德罗 D. 哈伯
解析：　阿伏加德罗提出了分子的概念。
2. （2024·扬州高二检测）目前已知化合物中数量、品种最多的是碳
的化合物，下列关于其原因的叙述，不正确的是（　　）
A. 碳原子之间，碳原子与其他原子如氢原子之间可以形成4个共价键
B. 碳原子性质活泼
C. 碳原子之间既可以形成稳定的单键，又可以形成双键和三键
D. 多个碳原子可以形成长度不同的链及环，且链、环之间又可以相
互结合
解析：　碳原子、碳原子与其他原子如氢原子之间可以形成4个
共价键，碳链长度和复杂程度增大，A正确；碳原子性质不活泼，
不易得失电子，B错误；碳原子之间既可形成稳定的单键，又可形
成双键和三键，成键形式多样，C正确；多个碳原子可以形成长度
不同的链及环，且链、环之间又可以相互结合，增加了碳链种类，
D正确。
分点突破（二）　物质结构的探索无止境
1. 探索生命运动的化学机理
（1）20世纪经典生物学的最大突破是在 上探索生命
现象的本质。
（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。
分子水平　
（3）研究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。
（4）合成具有生物活性的分子，可帮助人类揭示生命的奥秘。
（5）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。
2. 化学反应的量子力学理论的发展
是结构化学最重要的理论基础，结构化学是
最直接的实验基础和推动力量。
量子化学　
量子化
学　
1. “基因剪刀——重写生命密码的工具”能以极高精度改变动物、植
物和微生物的DNA（脱氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生
命周期。下列说法不正确的是（　　）
A. 现代化学与生命科学形成很强的交叉融合
B. 这一技术可能使治愈遗传性疾病成为现实
C. 化学家们已能够在微观层面上操纵分子和原子
D. 通过化学方法可制造出使人长生不老的“仙丹”
解析：　诺贝尔化学奖的获奖者发现了“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
（脱氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生命周期，说明现代化
学与生命科学形成很强的交叉融合，A正确；由于这一技术“能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA（脱氧核糖核酸），并有望更改某些生物的生命周期”，故这一技术可能使治愈遗传性疾病成为现实，B正确；“基因剪刀”能识别病毒的DNA，对这种“剪刀”施加控制，就能在任何预先设定的位置上切割任何DNA分子，进而重写生命密码，说明化学家们已经能够在微观层面上操纵分子和原子，C正确；使人长生不老的“仙丹”是不存在的，D错误。
2. 据报道，德国INTEGRAL公司研究出无辐射冷却技术（用水和冰组
成的两相液体代替传统的氟利昂或氨）而荣获德国环境大奖。关于
“新制冷剂”，以下叙述不正确的是（　　）
A. 该制冷剂对环境不产生任何污染
B. 该制冷剂的作用原理与氨基本相同
C. 该制冷剂在水的凝固点附近的温度下发挥作用
D. 该制冷剂是属于悬浊液的一种分散系
解析：　用水和冰组成的两相液体制冷剂，不属于悬浊液分散
系，因为分散系是混合物，而该制冷剂是纯净物。
教学效果·勤检测
2
强化技能 查缺补漏
1. 瑞典、美国和英国三位化学家因“将低温电子显微镜技术用于溶液
中生物分子结构的高分辨率测定”研究成果，而获得诺贝尔化学
奖。结合以上信息，下列说法不正确的是（　　）
A. 化学家已经可以在微观层面上操纵分子、认识分子和制造分子
B. 化学与生物学关系密切，化学研究技术促进了生物学发展
C. 现在很多新技术已成为化学研究的重要手段
D. 化学属于实验科学，分子微观结构的研究不是主流，不需要投入
过多精力
解析：　A项，化学家可以在微观层面上操纵分子和原子，从而
用分子或原子来组装分子材料、分子器件和分子机器，正确；B
项，化学与生物学关系密切，化学研究技术促进了生物学发展，正
确；C项，根据已知信息可知，目前很多新技术已成为化学研究的
重要手段，正确；D项，化学是一门以实验为基础的科学，进行化
学实验，是化学学习的方法之一，但分子微观结构的研究也是主
流，也需要投入大量的精力，错误。
2. 化学与材料科学息息相关，从一定意义上讲，材料是科学技术的先
导，没有新材料的发展，就不可能使新的科学技术成为生产力。下
列有关材料的说法不正确的是（　　）
A. 材料是为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质
B. 人类使用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶
C. 由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的保护
层可以采用镁铝合金
D. 高分子分离膜是具有传统高分子材料的机械性能，又具有特殊分
离功能的功能高分子材料制成的薄膜
解析： 　当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩
擦，飞机尖端的温度可达1 000 ℃以上，镁铝合金是热的传导体，
会造成飞机烧毁，一般采用耐高温的绝热材料。
3. 为了进一步提高合成氨的生产效益，科研中最有开发价值的是
（　　）
A. 寻求H2的新来源
B. 研制耐高温高压的新材料合成塔
C. 研制低温下活性较大的催化剂
D. 研制高温下活性较大的催化剂
解析：　合成氨工业目前主要采取高温、高压、催化剂的生产条
件，如果能找到低温下活性高的催化剂，可以大大降低合成氨的成
本，提高生产效益。
学科素养·稳提升
3
内化知识 知能升华
题组一　促进化学科学的发展
1. 自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出原子假说以来，人类对原子结构的研究不断深入、不断发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。请判断下列关于原子结构的说法正确的是（　　）
A. 所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒
B. 所有的原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的
C. 原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引
D. 原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒
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解析： H中没有中子，多数原子含有质子、中子和电子三种微
粒，A错误；原子中质子数等于电子数，但中子数不确定，不是都
相等，B错误；质子带正电，电子带负电，则原子核对电子的吸引
作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引，C正确；随科学
的发展，可认识到微粒可以再分成更小的微粒，D错误。
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2. 建立普遍适用的化学反应的量子力学理论，可以帮助化学家解决一
系列问题，其中不属于化学反应的量子力学研究的问题的是
（　　）
A. 两个或多个分子之间能否发生化学反应
B. 需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应
C. 如何在理论指导下控制化学反应
D. 在化学反应过程中，原子能否分割与重新组合
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解析：　化学反应是以原子为基础，属于原子层面的反应，反应
过程中不涉及原子的分割，化学反应是分子拆分成原子，原子重新
结合成分子的过程。
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3. 美国科学家罗杰·科恩伯格（Roger.David.Kornberg）博士，因在研
究细胞如何从基因获取信息来生成蛋白质，首次从分子角度描绘出
真核细胞的转录过程而获得诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖多次授予
将化学运用于生命科学揭示生命运动微观行为与机理的科学家，这
充分说明化学（　　）
A. 将被生物学所代替
B. 从分子水平上揭示生命的奥秘
C. 为“克隆”技术提供理论基础
D. 制造出更多的智能化的“机器人”
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解析：　“首次从分子角度描绘出真核细胞的转录过程”说明化
学开始从微观分子角度分析蛋白质的形成，从而揭示生命的奥秘，
B项符合题意。
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4. （2024·盐城高二检测）科学技术的持续发展离不开每一位科学家
的不懈努力，下列说法错误的是（　　）
A. 我国是世界上发明陶瓷、冶金、火药、造纸、酿酒等较早的国
家，在长期的生活和生产实践中，积累了大量有关物质及其变化
的实用知识和技能
B. 英国科学家道尔顿提出原子学说，为近代化学的发展奠定了坚实
的基础
C. 意大利科学家阿伏加德罗经过不懈努力，编制了一张现代元素周
期表，使化学的研究变得有规律可循
D. 我国科学家第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质——
结晶牛胰岛素
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解析： 　我国是世界上发明陶瓷、冶金、火药、造纸、酿酒等较
早的国家，A正确；英国科学家道尔顿于19世纪初提出原子学说，
为近代化学的发展奠定了坚实基础，B正确；1869年俄国化学家门
捷列夫发现了元素周期律，找到了元素之间的内在规律，使化学的
研究变得有规律可循，C错误；结晶牛胰岛素是具有生物活性的蛋
白质，由我国有机化学家在世界上首次用化学方法合成，D正确。
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题组二　物质结构的探索无止境
5. （2024·连云港高二检测）关于化学科学探索的意义，下列说法错
误的是（　　）
A. 通过化学探索可提高粮食产量、缓解能源危机、合理利用资源，
以保障人类的生存
B. 通过化学探索可合成新物质，以提高人类的生活质量
C. 通过化学探索可探明生命过程中的奥秘、合成新药物，以促进人
类的身心健康
D. 通过化学探索可制造出对环境无害的化学品及生活用品，完全杜
绝对环境的影响
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解析：　人类的活动不可避免会对环境造成一定的影响，不可能
完全杜绝，D项错误。
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6. 由下列事实得出的结论错误的是（　　）
A. 维勒用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限
B. 门捷列夫在前人工作的基础上发现了元素周期律，表明科学研究
既要继承又要创新
C. 美国的赫克、日本的根岸英一和铃木章，发明了“钯催化交叉偶
联反应”技术，大大提升合成复杂化学物质的可能性，三位科学
家从而获得了诺贝尔化学奖，这体现了国际科技合作的重要性
D. 科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化
学已成为以理论研究为主的学科
解析：　化学是以实验为主的学科，D错误。
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7. 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. 发展量子力学理论
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
解析：　量子力学是化学的根本理论；化学越发展，越要从物质
结构的深层去理解和掌握化学反应规律。
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8. 中国科学技术大学设计出一种“松果结构”的铂金属催化剂，在催
化电解水制氢效果不变的情况下，铂金属的用量降低到传统商业催
化剂的 。下列说法不正确的是（　　）
A. 催化剂的结构会影响催化效果
B. 使用“松果结构”的铂金属催化剂能够极大提高水的转化率
C. 使用铂金属催化剂能够降低电解水的活化能
D. 氢能是一种高能、洁净的可再生能源
解析：　催化剂不能使化学平衡移动，故不能提高反应物水的转
化率，B错误。
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9. “绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学”工艺
中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率
为100％。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率达到最高，还需
要消耗的其他反应物有（　　）
A. CO B. CO2和H2O
C. H2O和O2 D. CH3OH和O2
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解析： 　根据原子利用率为100％，甲烷和其他反应物的原子应
全部变成乙酸乙酯，2 mol CH4和2 mol CO可合成1 mol乙酸乙酯
（C4H8O2），并无副产物，而其余各项反应都有副产物。
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10. 材料化学是化学研究的前沿和重要分支，下列有关说法正确的是
（　　）
A. “司南之杓，投之于地，其柢指南”中“杓”所用的材质为FeO
B. 超导材料石墨烯和氧化铝结构陶瓷都是新型无机非金属材料
C. 合金是重要的金属材料，常温下均为固态，其熔点一般比成分金
属低
D. 聚乙烯材料的老化是因为发生了加成反应
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解析： 　“司南之杓，投之于地，其柢指南”中“杓”所用的
材质为Fe3O4，A错误；石墨烯和氧化铝结构陶瓷均为新型无机非
金属材料，B正确；合金是重要的金属材料，常温下不一定为固
态，如钾钠合金在常温下为液态，C错误；聚乙烯材料的老化是
因为发生了氧化反应，而不是发生了加成反应，D错误。
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11. （2024·徐州高二检测）下列说法中不正确的是（　　）
A. 21世纪，化学还将继续推动材料科学的发展，使各种新型功能材
料的生产成为可能
B. 化学家可以在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子
器件和分子机器
C. 放射性元素的发现和现代量子化学理论的建立，都是进入20世纪
后现代化学的重大成就
D. 道尔顿提出分子学说，为近代化学的发展奠定了坚实的基础
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解析： 　化学是材料科学、生命科学、环境科学和能源科学的
重要基础，A正确；化学是在原子、分子水平上研究物质的组
成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，化学家可以在
微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机
器，B正确；进入20世纪后，现代化学的重大成就有放射性元素
的发现和现代量子化学理论的建立等，C正确；英国科学家道尔
顿提出的原子论为近代化学的发展奠定了坚实的基础，D错误。
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12. （2024·扬州高二检测）化学是一门具有实用性、创造性的科学，
下列说法错误的是（　　）
A. 我国科学家首次实现CO2人工合成淀粉，有效推动了“碳中和”
B. 凯库勒发现苯的环状结构
C. 阿伏加德罗提出原子论，奠定了现代化学的基础
D. 诺贝尔奖获得者屠呦呦汲取古人智慧，利用物理方法提取青蒿素
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解析： 　CO2人工合成淀粉，可以减少CO2，有效推动了“碳中
和”，A正确；德国化学家凯库勒经过大量猜想假设，提出了苯
的环状结构，B正确；阿伏加德罗提出分子学说，系统地解决了
在物质组成和原子量测定方面存在的混乱问题，C错误；诺贝尔
奖获得者屠呦呦汲取古人智慧，利用萃取等物理方法提取青蒿
素，治疗疟疾，D正确。
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13. 新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料
科学研究的国际热点课题。其结构模型如图。下列有关说法正确
的是（　　）
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A. 石墨烯是一种新型化合物
B. 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C. 二者和石墨都是碳的同素异形体
D. 氧化石墨烯具有一定的亲水性
解析： 　石墨烯是碳的单质，不是化合物，A项错误；氧化石墨
烯除了含C、O元素外，还含有H元素，故不是石墨烯的氧化物，
B项错误；氧化石墨烯中含C、H、O元素，不是碳的同素异形
体，C项错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基
团，所以具有一定的亲水性，D项正确。
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14. 某化学兴趣小组在学校科技节活动中为解释江湖骗术表演了“滴
水生火”“吹气生火”的小魔术。如图所示，在蒸发皿上放一小
团脱脂棉，在里面裹入一种淡黄色的化合物，对着脱脂棉吹气或
者用胶头滴管滴几滴水，一会儿脱脂棉会燃烧起来。
（1）淡黄色的化合物为 。
Na2O2　
解析：淡黄色的化合物为Na2O2。
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（2）由“滴水生火”的小魔术可以得出Na2O2和H2O发生反应的
依据：a.有氧气生成；b. 。该反应的化学方程
式是 。
解析：该过程放热且有氧气生成。
有热量放出　
2Na2O2＋2H2O 4NaOH＋O2↑　
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（3）“吹气生火”的过程中发生的化学反应方程式为
。
解析：在Na2O2与CO2的反应中，
Na2O2既是氧化剂又是还原剂，生成
Na2CO3和O2。
2Na2O2＋
2CO2 2Na2CO3＋O2　
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感谢欣赏
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