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专题1 揭示物质结构的奥秘
第一单元 物质结构研究的内容
1．能结合已有知识描述常见物质的结构，分析物质结构与其性质之间的关系。
2．能从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。
3．认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。
知识点01 认识物质的特征结构
1．原子结构与元素性质的关系
（1）元素原子最外层电子排布的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。
（2）原子结构与元素的金属性和非金属性强弱的关系：
原子半径越大，最外层电子数越少，失去电子能力越强，元素的金属性越强。
原子半径越小，最外层电子数越多，得到电子能力越强，元素的非金属性越强。
（3）NaCl的形成
钠原子在化学反应中易失去最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的金属性；氯原子在化学反应中倾向于获得1个电子，形成Cl-。
Na+与Cl-通过静电作用形成氯化钠晶体。
2．研究物质之间化学反应的本质及过程
（1）本质：研究从一种结构（反应物）如何转变为另一种新的结构（生成物）。
（2）研究过程：对反应物、生成物的特征结构进行针对性研究
（3）研究目的：反应物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。
（4）乙醇的氧化反应：
乙醇分子中—OH失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成C=O，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为氧化（去氢）反应。
3．研究物质特征结构的意义
研究物质的特征结构，可以帮助我们获得很更多有用的信息，设计反应条件，解释反应的生成物等。
【即学即练1】下列有关物质结构的认识中， 正确的是（ ）
A．物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构
B．物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构
C．物质的结构随着人们的认识或研究的发展经常发生一些小的变化
D．物质的结构有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的
答案：A
解析：A选项，物质的结构和性质之间的关系，正确；B选项，物质的结构不仅分子的结构，还包括晶体结构等多方面，错误；C选项，物质的结构不会随着人们的认识或研究的发展发生变化，错误；D选项，微观上，物质不仅是由分子构成的，有的物质是由原子或离子等微粒构成的，错误。故选A。
【即学即练2】下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是（ ）
A．N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大
B．根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子
C．熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的电子
D．研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发
答案：C
解析：A选项，氮气分子中氮氮三键的键能大，因此常温下氮气很稳定，正确；B选项，石墨的导电性和导热性与金属相似，可以推测石墨晶体中有自由移动的电子，正确；C选项，熔融的氯化钠导电是因为其中有自由移动的阴、阳离子，错误；D选项，正确。故选C。
知识点02 揭示物质结构与性质的关系
物质结构在很大程度上决定了该物质的某些性质。
1．物质结构与性质的关系
(1)关系：物质的结构在很大程度上决定了物质的某些性质。
(2)物质结构与性质关系的研究过程
2．白磷与红磷的结构与性质
白磷分子（P4）呈正四面体结构，键角∠PPP是60°，其中的P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。
红磷的链状结构比较稳定，常温下不与氧气反应。
3．不同碳单质的结构与用途
结构 性质
金刚石 碳原子间结合牢固 是自然界中天然存在最硬的物质，可以用于切割玻璃、金属
木炭 碳原子不规则结合 ——
富勒烯 碳原子结合形状是中空足球状 中空部位可以填入其他原子或者分子
碳纳米管 中空管状 强度高，弹性佳
石墨 碳原子之间形成六边形网状结构并层层重叠 层与层之间引力微弱，可以滑动，常用作润滑剂
4．利用物质的特征结构解释物质的性质
（1）乙醇和二甲醚的性质
乙醇的结构为：，二甲醚的结构为：
乙醇分子中—OH易失去H原子，能被金属钠置换产生氢气。
乙醇分子中—OH易与水分子形成氢键，因此易溶于水。
（2）因为白磷分子中的P—P键弯曲，有较大的张力，易断裂，与氧气反应时，P—P键断裂，氧原子与P原子连接，形成P4O6。
【即学即练3】最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA 来杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS）。下列有关14C的叙述中正确的是（ ）
A．与12C 原子的化学性质不同
B．与14N含有的中子数相同
C．是C60 的同素异形体
D．与12C互为同位素
答案：D
解析：A选项，14C最外层电子数与12C 相等，化学性质相同，错误；B选项，14C中子数为14-6=8个，14N中子数为14-7=7个，同素异形体是同一元素的不同单质，14C是原子，C60是碳元素的单质，不为同素异形体，错误；D选项，同位素是同一元素的不同原子之间的互称，正确。故选D。
考法01 物质结构与性质的关系
1．化学键与物质的化学性质
化学键主要影响物质的化学性质，因为化学反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响：
(1)对于离子化合物，离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。
(2)对于共价化合物或非金属单质，共价键的强弱会影响物质的稳定性。
(3)对于金属晶体，金属键的强弱会影响熔沸点、单质的还原性和离子氧化性。
2．同分异构现象及同分异构体
(1)概念：分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。
(2)性质：同分异构体的组成和相对分子质量完全相同而分子的结构不同、物理性质和化学性质也不相同。
3．同素异形体
(1)概念：指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。
(2)性质：同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。
(3)类型：
①组成分子的原子数目不同，例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。
②晶体中原子的排列方式不同，例如：金刚石、石墨和C60。
③晶体中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。
【典例1】科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形的构型。O4具有较强的氧化性。有关O4的说法正确的是(　　)
A．O4与O3、O2互为同分异构体
B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂
C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3
D．O4的两种结构互为同分异构体
答案：B
解析：O4是一种新的氧分子，故与O3、O2互为同素异形体，A项错误；O2能在自然界稳定存在，化学性质较稳定，故O2中的化学键不如O4中的化学键更容易断裂，B项正确；相同质量时，O4与O3中所含氧原子个数比为1∶1，C项错误；两者均为单质，不属于同分异构体，D项错误。
题组A 基础过关练
1．石墨炸弹的成分是特殊处理的纯碳纤维丝，每根石墨纤维丝的直径仅有几千分之一厘米。一旦爆炸，里面的石墨纤维丝四处散落，附着在输电线路上时，引起短路从而烧毁其电力设备。石墨有这种性质是由于(　　)
A．有放射性　　 B．易燃、易爆 C．能导电 D．有剧毒
答案：C
解析：石墨炸弹破坏输电线、电厂设备的原因主要是导致供电线路短路，即石墨有导电性。
2．烯烃、炔烃都能发生加成反应，这是因为它们都含有(　　)
A．单键 B．不饱和碳原子 C．非极性键 D．碳原子
答案：B
解析：只有具有不饱和碳原子的有机化合物才能发生加成反应。
3．意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4的摩尔质量为56
C．N4与N2互为同素异形体
D．N4转化为N2属于物理变化
答案：C
解析：N4是由一种元素组成的物质，因而是一种新型的单质而不是化合物；N4的摩尔质量为56 g·mol－1；N4和N2互为同素异形体；N4和N2是两种不同的物质，所以两者的转化属于化学变化。
4．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．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、14C
C．C、S、F D．1H、13C、35Cl
答案：D
解析：A中18O的质子数为8、中子数为10，不符合题意；B中14C的质子数和中子数分别为6和8，不符合题意；C中C的质子数、中子数均为6，S的质子数和中子数均为16，不符合题意；D中1H的质子数为1，13C的中子数为7，35Cl的质子数为17，符合题意。
5．人类发现碳纳米管以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图：
“石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是(　　)
A．碳纳米管具有较强的吸附能力
B．碳纳米管具有高的沸点
C．碳纳米管不能导电
D．碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应
答案：C
解析：表面积越大，吸附能力越强，碳纳米管呈空心管状，表面原子占比例特别大，故吸附能力强；碳纳米管与石墨在沸点、导电性方面相似；碳的各种同素异形体有相似的化学性质，能被热的浓硝酸氧化成CO2。专题1 揭示物质结构的奥秘
第一单元 物质结构研究的内容
1．能结合已有知识描述常见物质的结构，分析物质结构与其性质之间的关系。
2．能从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。
3．认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。
知识点01 认识物质的特征结构
1．原子结构与元素性质的关系
（1）元素原子_____________________的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。
（2）原子结构与元素的金属性和非金属性强弱的关系：
原子半径_______，最外层电子数_______，失去电子能力_______，元素的金属性越强。
原子半径_______，最外层电子数_______，得到电子能力_______，元素的非金属性越强。
（3）NaCl的形成
钠原子在化学反应中_______最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的_______性；氯原子在化学反应中倾向于_______1个电子，形成Cl-。
Na+与Cl-通过_______作用形成氯化钠晶体。
2．研究物质之间化学反应的本质及过程
（1）本质：研究从______________(反应物）如何转变为______________（生成物）。
（2）研究过程：对反应物、生成物的______________进行针对性研究
（3）研究目的：反应物中什么______________上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。
（4）乙醇的氧化反应：
乙醇分子中_______失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成_______，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为______________反应。
3．研究物质特征结构的意义
研究物质的特征结构，可以帮助我们获得很更多有用的信息，设计反应条件，解释反应的生成物等。
【即学即练1】下列有关物质结构的认识中， 正确的是（ ）
A．物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构
B．物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构
C．物质的结构随着人们的认识或研究的发展经常发生一些小的变化
D．物质的结构有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的
【即学即练2】下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是（ ）
A．N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大
B．根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子
C．熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的电子
D．研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发
知识点02 揭示物质结构与性质的关系
物质结构在很大程度上决定了该物质的某些性质。
1．物质结构与性质的关系
(1)关系：物质的结构在很大程度上_______了物质的某些性质。
(2)物质结构与性质关系的研究过程
2．白磷与红磷的结构与性质
白磷分子（P4）呈___________结构，键角∠PPP是_______，其中的P—P键弯曲而具有______________，其键能_______，易_______，所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。
红磷的_______结构比较稳定，常温下不与氧气反应。
3．不同碳单质的结构与用途
结构 性质
金刚石 碳原子间结合_______ 是自然界中天然存在最硬的物质，可以用于_____________________
木炭 碳原子_______结合 ——
富勒烯 碳原子结合形状是_____________ 中空部位可以填入其他____________
碳纳米管 _____________________ 强度高，弹性佳
石墨 碳原子之间形成______________结构并层层重叠 层与层之间引力_______，可以滑动，常用作_______
4．利用物质的特征结构解释物质的性质
（1）乙醇和二甲醚的性质
乙醇的结构为：，二甲醚的结构为：
乙醇分子中_______易失去H原子，能被金属钠置换产生氢气。
乙醇分子中_______易与水分子形成氢键，因此易溶于水。
（2）因为白磷分子中的P—P键弯曲，有较大的张力，易_______，与氧气反应时，P—P键断裂，氧原子与P原子连接，形成P4O6。
【即学即练3】最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA 来杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS）。下列有关14C的叙述中正确的是（ ）
A．与12C 原子的化学性质不同
B．与14N含有的中子数相同
C．是C60 的同素异形体
D．与12C互为同位素
考法01 物质结构与性质的关系
1．化学键与物质的化学性质
化学键主要影响物质的化学性质，因为化学反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响：
(1)对于离子化合物，离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。
(2)对于共价化合物或非金属单质，共价键的强弱会影响物质的稳定性。
(3)对于金属晶体，金属键的强弱会影响熔沸点、单质的还原性和离子氧化性。
2．同分异构现象及同分异构体
(1)概念：分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。
(2)性质：同分异构体的组成和相对分子质量完全相同而分子的结构不同、物理性质和化学性质也不相同。
3．同素异形体
(1)概念：指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。
(2)性质：同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。
(3)类型：
①组成分子的原子数目不同，例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。
②晶体中原子的排列方式不同，例如：金刚石、石墨和C60。
③晶体中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。
【典例1】科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形的构型。O4具有较强的氧化性。有关O4的说法正确的是(　　)
A．O4与O3、O2互为同分异构体
B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂
C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3
D．O4的两种结构互为同分异构体
题组A 基础过关练
1．石墨炸弹的成分是特殊处理的纯碳纤维丝，每根石墨纤维丝的直径仅有几千分之一厘米。一旦爆炸，里面的石墨纤维丝四处散落，附着在输电线路上时，引起短路从而烧毁其电力设备。石墨有这种性质是由于(　　)
A．有放射性　　 B．易燃、易爆 C．能导电 D．有剧毒
2．烯烃、炔烃都能发生加成反应，这是因为它们都含有(　　)
A．单键 B．不饱和碳原子 C．非极性键 D．碳原子
3．意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4的摩尔质量为56
C．N4与N2互为同素异形体
D．N4转化为N2属于物理变化
4．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．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、14C
C．C、S、F D．1H、13C、35Cl
5．人类发现碳纳米管以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图：
“石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是(　　)
A．碳纳米管具有较强的吸附能力
B．碳纳米管具有高的沸点
C．碳纳米管不能导电
D．碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应

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