专题1 揭示物质结构的奥秘

考点1 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。

考点2 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

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。

考点3 物质结构研究的范式

物质结构研究有两种常见的范式：归纳范式和演绎范式。

1．归纳范式

（1）归纳范式的过程为“从个别到一般”。即：根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律。

（2）归纳法应用实例：

2．演绎范式

（1）演绎范式的过程通常为“从一般到个别”。即从某一个一般结论出发，向从属于这一结论的多个要素进行推理的过程。

（2）演绎法应用实例：

3．归纳和演绎的关系

（1）归纳和演绎的使用

一般先归纳后演绎。“实验——假说——理论——新实验”的本质就是从个别到一般，再到个别的过程。

（2）归纳和演绎的关系

归纳需要演绎作指导，以解决归纳研究的目的性、方向性和结果的正确性问题；演绎需要归纳提供前提。

在演绎的指导下归纳，在归纳的基础上演绎，两者相互联系、互为前提。

考点4 物质结构研究的方法

物质结构研究需要借助科学仪器等物质手段，还需要借助化学研究的方法。

常用的方法有科学假设和论证、实验、模型建构等。

1．科学假设和论证

（1）观察：运用感官或借助仪器观察物质的宏观表现。

（2）假设：根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释。

（3）论证：通过实验进行验证，若实验证明假设正确，接受假设；若实验不支持假设，对假设进行修改，并设计新的实验进行反复验证。

（4）理论：将实验证明正确的假设通过建立理论组织起来，成为知识体系。

2．实验方法

（1）含义：

化学是一门以实验为基础的学科，人们往往需要借助实验观测的事实对假设的正确与否进行检验。

（2）实验方法实例：

3．模型方法

（1）含义：科学家运用一定逻辑推理与模型思维对实验结果进行处理。

（2）方法：模型既可以是对原型的简化和纯化、抽象和近似，也可以是结合某种理论形态下建立的思维模型。

（3）分类

（4）作用

①对沟通科学现象与其本质的认识过程，起到重要的桥梁作用。

②利用模型深刻地认识物质的微观结构特点，揭示结构与性质的关系，是模型研究的重要功能。

考点5 物质结构研究促进了化学科学的发展

1．人类物质结构的探索和研究

1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子的概念，认为气体分子可以有几个原子组成。

1860年，确立了“原子——分子论”，即原子按一定方式结合成分子，分子组成物质，分子的结构决定了分子的性质。

1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，有助于从理论上指导化学元素的发现和应用。

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相继被发现，为有机立体化学的发展奠定了基础。

2．物质结构研究的意义

（1）认识物质结构，可以帮助我们认识物质的性能。如金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都有碳元素组成，但他们的性能有很大的差别，原因是碳原子之间的排列方式不同。

（2）研究物质结构，能够为设计和合成新物质提供理论基础。

（3）揭示物质结构与性能的关系，可帮助我们预测新物质的性能。

（4）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。

（5）物质结构研究，使生命科学在分子水平上探索生命现象的本质。

（6）物质结构研究对保护生态环境、实现社会的可持续发展有重要意义。

考点6 物质结构的探索

1．探索生命运动的化学机理

20世纪经典生物学的最大突破是在分子水平上探索生命现象的本质。

研究配体小分子和受体生物大分子相互作用机理，有助于进行手性生物分子和手性药物的开发。

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，为充分利用自然界中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。

2．化学反应的量子力学理论的发展

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。

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亦具有重大意义。