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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
课程标准 核心素养目标
1.能结合已有知识描述常见物质的微观结构，分析物质结构与其性质之间的关系。
2．能从物质的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。 1.宏观辨识与微观探析：能从化学键的形成过程、化学反应的实质、有机化合物的同分异构体现象及分子的空间结构等角度认识物质的特征结构。
2．证据推理与模型认知：能根据物质的微观结构预测物质的性质，建立起“结构决定性质、性质反映结构”的认知模型。
一、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)元素的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。
最外层电子排布
越大
越少
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____________最外层上的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______作用力形成氯化钠晶体。
越小
越多
越强
容易失去
金属
获得
静电
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。
一种结构
另一种新的结构
特征结构
原子或原子团
(4)乙醇的氧化反应：
乙醇分子中_______失去1个H，与—OH相连的C上失去1个H，形成____________双键，乙醇转化为乙醛，这个过程被称为________________反应。
—OH
C===O
氧化(去氢)
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多有用的信息，设计反应的条件，解释反应生成的产物等。
二、揭示物质结构与性质的关系
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______了该物质的某些性质。
(2)物质结构与性质关系的研究过程
决定
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。
正四面体
60°
较大的张力
较小
断裂
链状
3．不同碳单质的结构与用途
牢固
切割玻璃、金属
不规则
中空足球状
原子或分子
中空管状
六边形网状
微弱
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________易失去H，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。
—OH
—OH
(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。
断裂
◆温故知新
1．微粒半径大小的比较
原子
半径 (1)电子层数相同时，随原子序数递增，原子半径减小(不包含稀有气体)，如r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl)
(2)最外层电子数相同时，随电子层数递增，原子半径增大，如r(Li)＜r(Na)＜r(K)＜r(Rb)＜r(Cs)
离子
半径 (1)同种元素的离子半径：r(阴离子)＞r(原子)＞r(阳离子)；r(低价离子) ＞r(高价离子)，如：r(Cl－)＞r(Cl)，r(Na＋)＜r(Na)；r(Fe)＞r(Fe2+) ＞r(Fe3+)
(2)电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，如：r(N3-)＞r(O2-)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)
(3)带相同电荷数的离子，电子层数越多，半径越大，如：r(Li＋)＜
r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)；r(O2-)＜ r(S2-)
(4)带电荷数、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较，如：比较r(K＋)与r(Mg2+)可选r(Na＋)为参照，可知r(K＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2+)
2.同周期元素从左到右的原子结构与性质的递变性
◆名师点拨
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异不大 (　　　)
(2)白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O10，与P4结构无关 (　　　)
(3)同素异形体的物理性质不同，化学性质完全相同 (　　　)
(4)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 (　　　)
(5)研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发 (　　　)
×
×
×
√
√
探究一__化学键的形成与类型判断
1901年2月的一天，在美国俄勒冈州波特兰市，一个伟大的生命诞生了。他就是化学键理论的先驱——鲍林。1939年，鲍林发表了惊人的著作——《化学键的本质》。在这部著作中，鲍林第一次揭示了化学键的本质。文章中指出，化学键就是分子(或原子团)中各原子间因电子配合关系而产生的相互作用；简言之，化学键的本质就是电子的相互作用。这种
相互作用有三种形式，即化学键的三种基本类型：共价键、离子键、金属键。各种各样的分子的化学键不同。也就意味着分子性质的差异。因此，掌握了化学键理论。就掌握了人工合成大门的一把金钥匙。在该理论指导下，人工合成出一种又一种新物质，事实证明了鲍林的理论是正确的。
[问题设计]
(1)根据上述材料分析，化学键中的相互作用指的是什么？
提示：化学键中的相互作用指的是原子核与原子核间的斥力、电子与电子间的斥力、电子与原子核间的引力等。
(2)一种物质中一定就只有一种化学键吗？
提示：不一定。
(3)什么是化学键？化学键如何分类？
提示：
(4)化学键类型与化合物类型有什么关系？
提示：含有离子键的化合物是离子化合物，只含有共价键的化合物是共价化合物。
(5)离子键和共价键形成的基本条件是什么？
提示：离子键：一般活泼金属与活泼非金属原子经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间。共价键：一般非金属元素原子之间。
1．化学键
(1)化学键的定义及分类
(2)化学反应的本质：反应物的旧化学键断裂与反应产物的新化学键形成。
2．离子键、共价键的比较
3.离子化合物与共价化合物
判断离子化合物和共价化合物的三种方法
【例1】 (2023·福建福州高二质检) 下列关于化学键的说法正确的是 (　　)
①含有金属元素的化合物一定是离子化合物
②ⅠA族和ⅦA族元素原子化合时，一定形成离子键
③由非金属元素形成的化合物一定不是离子化合物
④活泼金属与活泼非金属化合时，能形成离子键
⑤含有离子键的化合物一定是离子化合物
⑥离子化合物可能同时含有离子键和共价键
A．①②⑤　　B．④⑤⑥ C．①③④ D．②③⑤
B
解析：
AlCl3属于共价化合物，①错误；ⅠA族的氢元素和ⅦA族卤素化合时形成共价键，②错误；非金属元素形成的铵盐都是离子化合物，③错误；活泼金属与活泼非金属化合时，分别形成阳离子和阴离子，因此形成离子键，④正确，⑤正确；含有原子团的离子化合物如NH4Cl、NaOH既含有离子键又含有共价键，⑥正确。
1．(2023·江苏宿迁高二质检) 元素X、Y和Z可结合形成化合物XYZ3；X、Y和Z的原子序数之和为26；Y和Z在同一周期。下列有关推测正确的是 (　　)
A．XYZ3是一种可溶于水的酸，则X与Y可形成共价化合物XY
B．XYZ3是一种微溶于水的盐，则X与Z可形成离子化合物XZ
C．XYZ3是一种易溶于水的盐，则Y与Z可形成离子化合物YZ
D．XYZ3是一种离子化合物，则Y与Z可形成离子化合物YZ2
B
解析：
由题意可知，XYZ3可能为NaNO3、MgCO3，溶于水不能形成酸，A错误；若XYZ3为MgCO3，微溶于水，则XZ形成离子化合物MgO，B正确；若XYZ3为NaNO3，易溶于水，YZ(NO)不是离子化合物，C错误；若XYZ3是离子化合物，YZ2为NO2或CO2，均不是离子化合物，D错误。
探究二__乙醇在不同化学反应的断键位置判断

材料一　晋代的江统在《酒诰》中写道：“酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，又云杜康。有饭不尽，委馀空桑，郁积成味，久蓄气芳，本出于此，不由奇方。”江统是我国历史上第一个提出“谷物自然发酵酿酒”学说的人。
材料二　在实验室组装蒸馏装置。将一定量的醪糟或米酒放入蒸馏烧瓶中，用酒精灯加热，并用锥形瓶分段收集经过冷凝管的馏出液，观察其状态，闻一闻气味并测定其酒精度，与蒸馏前的醪糟或米酒进行对比。
材料三　乙醇分子中不同化学键如图所示。
[问题设计]
(1)你能大体说出材料一中谷物如何变成酒精的吗？
提示：淀粉→葡萄糖→酒精。
(2)材料二说明酒精有什么物理性质？
提示：易挥发、能溶于水。
(3)根据材料三说出乙醇中存在的官能团的名称是什么？电子式如何书写？化学键有极性吗？
提示：羟基；羟基的电子式为 ；有极性，是极性共价键。
(4)乙醇和乙酸在浓硫酸加热的条件下，发了什么反应？乙醇、乙酸分别断裂了什么化学键？
提示：取代反应或酯化反应；乙醇中羟基上的O—H键断裂，乙酸中羧基上的C—O键断裂，简单总结为酸脱羟基醇脱氢。
(5)乙醇和金属钠反应有什么现象？说明什么键断裂？简述理由。
提示：钠沉入乙醇底部，缓慢放出气泡，钠逐渐溶解。反应结束后，向溶液中滴加少量酚酞溶液，溶液变红。因为1 mol乙醇和足量钠发生反应只生成0.5 mol氢气，因此，可推断断裂的是O—H键。
(6)乙醇燃烧时产物是什么？什么化学键断裂？
提示：二氧化碳和水。所有化学键全部断裂。
1．醇的结构
醇是羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连形成的化合物，饱和一元脂肪醇的通式为CnH2n＋1OH(n≥1)。
如乙醇的组成和结构：
2．醇的化学性质与断键位置
(2)醇的催化氧化规律
醇的催化氧化产物的生成情况与跟羟基(—OH)相连的碳原子上的氢原子的个数有关。
【例2】 ( 2023·江苏徐州高二质检)表格中的图是乙醇分子的化学键断键位置的示意图。下列对乙醇发生反应时的反应条件、断键方式及主要有机产物的叙述错误的是 (　　)
B
解析：
乙醇含有羟基，可发生取代、消去和氧化反应，可与钠反应生成氢气，与乙酸发生酯化反应，与钠反应生成氢气时O—H键断裂，发生催化氧化反应生成乙醛，C—H、O—H键断裂，如燃烧，则所有化学键都断裂。与Na反应生成氢气，O—H键断裂，即键①断裂，A正确；在Cu作用和O2反应，生成醛，C—H、O—H键断裂，即键①③断裂，B错误；乙醇和浓硫酸，共热到170 ℃发生消去反应生成乙烯，形成碳碳双键，键②④断裂，C正确；和浓HBr发生取代反应生成溴乙烷，键②断裂，D正确。
2．(2023·广西河池高二质检)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
(1)硅与碳同族，也有一系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是___________________________________________________ _______________________________________________________________。
(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_______________
_______________________________________________________________。
答案：(1)C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成
(2)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
解析：
(1)烷烃中的C—C键和C—H的键能大于硅烷中的Si—Si键和Si—H键。
(2)键能越大、物质就越稳定，C—H键的键能大于C—O键，故C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
1．已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1，O===O键的键能为497.3 kJ·mol-1，Cl—Cl键的键能为242.7 kJ·mol-1，N≡N键的键能为946 kJ·mol-1，则下列叙述正确的是 (　　)
D　
解析：
2．下列几种类推结论正确的是 (　　)
A．CH4的沸点低于SiH4，推出H2O的沸点低于H2S
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，推出CO2和SiO2属于同种类型的晶体
C．镁引起的火灾不能用干冰灭火，推出钠引起的火灾也不能用干冰灭火
D．CaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，推出Na2CO3的溶解度也小于NaHCO3
C　
解析：
由于水分子间能形成氢键，所以水的沸点远高于H2S，A错误；CO2属于分子晶体，而SiO2属于共价晶体，所以二者的晶体类型不同，B错误；镁具有较强的还原性，能与具有弱氧化性的CO2反应，而钠的还原性强于镁，钠也能与二氧化碳反应，所以钠引起的火灾也不能用干冰灭火，C正确；CaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，但Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，正盐和酸式盐的溶解度之间没有必然联系，不能类推，D错误。
3．下列说法正确的是 (　　)
A．化学键的形成与原子结构无关
B．氢键是一种极弱的化学键，但比分子间作用力强
C．离子化合物可能不含金属元素，但可能存在共价键
D．共价化合物中一定不含金属元素
C　
解析：
化学键的形成与原子结构有关，主要通过原子的价电子间的转移或共用来实现，A错误；氢键本质上是一种分子间作用力，不属于化学键，B错误；铵盐不含金属元素，是离子化合物，铵根离子中存在共价键，C正确；共价化合物中不一定不含金属元素，例如AlCl3、BeCl2为共价化合物，含金属元素，D错误。

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