2023-2024學(xué)年高中化學(xué)蘇教版2023選擇性必修2同步教案 1.3物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義

第第頁(yè)2023-2024學(xué)年高中化學(xué)蘇教版2023選擇性必修2同步教案1.3物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義1.3物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義

一、核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)

1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)各種性能的新物質(zhì)發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)與合成的重要意義；

2.感受物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)推動(dòng)人類文明作出的巨大貢獻(xiàn)；

3.建立“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境”的觀念，形成探索未知、崇尚真理的意識(shí)。

二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

重點(diǎn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)各種性能的新物質(zhì)發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)與合成的重要意義；

難點(diǎn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)各種性能的新物質(zhì)發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)與合成的重要意義。

三、教學(xué)方法

講授法、討論法

四、教學(xué)工具

PPT、視頻

五、教學(xué)過(guò)程

【導(dǎo)入】為什么要研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)

【展示】為什么要研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的視頻。

【講述】科學(xué)家運(yùn)用化學(xué)研究的不同范式和方法，借助現(xiàn)代儀器與手段對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷地探索，揭示了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與合成了大量的新物質(zhì)，極大地推動(dòng)了人類社會(huì)生產(chǎn)與生活的發(fā)展。人類對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索步伐永不會(huì)停歇。

一、促進(jìn)了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展

【講述】化學(xué)科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索和研究。

【問(wèn)】閱讀教材P14-15頁(yè)內(nèi)容，舉例闡述物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索和研究如何促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展？

【生】1、1811年，意大利科學(xué)家阿伏加德羅在總結(jié)氣體參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)體積變化的基礎(chǔ)上，提出了分子的概念，認(rèn)為氣體分子可以由幾個(gè)原子組成。

2、1860年，國(guó)際化學(xué)界接受了50年前阿伏加德羅提出的分子假說(shuō)，確立了“原子—分子論”即不同元素代表不同原子，原子按一定方式結(jié)合成分子，分子組成物質(zhì)，分子的結(jié)構(gòu)直接決定分子的性質(zhì)。

俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫又把似乎互不相干的化學(xué)元素，按照相對(duì)原子質(zhì)量的變化聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)了自然界的重要規(guī)律——元素周期律，從而把化學(xué)元素及其相關(guān)知識(shí)納入一個(gè)自然序列變化的規(guī)律之中，有助于從理論上指導(dǎo)化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。

到20世紀(jì)40年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了自然界中存在92種化學(xué)元素。與此同時(shí)，人們又開(kāi)始用粒子高能加速器來(lái)人工制造化學(xué)元素。

3、9世紀(jì)中葉，對(duì)有機(jī)化合物的認(rèn)識(shí)也取得了重大進(jìn)展。碳原子的四價(jià)、有機(jī)物中碳原子成鍵的立體結(jié)構(gòu)、有機(jī)化合物分子中價(jià)鍵的飽和性等相繼被發(fā)現(xiàn)，有機(jī)合成在一定程度上已可以做到“按圖索驥”，而用不著單憑經(jīng)驗(yàn)摸索了。這些進(jìn)展為有機(jī)立體化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對(duì)有機(jī)化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展意義重大。

4、從1900年至今，通過(guò)化學(xué)合成和分離手段得到的新物質(zhì)的數(shù)量急劇增加。合成或從自然界分離出更多的新物質(zhì)，能更好地滿足人類的生活和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。2023年達(dá)到4500萬(wàn)種，2023年突破1億，到2023年高達(dá)1.4億種。

【展示】1900-2023年化學(xué)合成和分離得到的新物質(zhì)種類

5、研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)與合成新物質(zhì)提供理論基礎(chǔ)，也可以幫助我們預(yù)測(cè)物質(zhì)的性能。

例如，物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和方法是研究材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的重要工具，有助于信息材料、納米材料、新型合金、超導(dǎo)材料、可降解高分子材料等諸多新型材料的開(kāi)發(fā)、研制和應(yīng)用。

【展示】部分新型材料圖片。

二、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境

【講述】探尋人類和其他生物生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理，無(wú)疑是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一。

20世紀(jì)經(jīng)典生物學(xué)的最大突破是在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)，這一過(guò)程也離不開(kāi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。到2023年，在已頒發(fā)的106次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)中，獲獎(jiǎng)最多的屬于生物化學(xué)領(lǐng)域，高達(dá)50次。這些工作絕大多數(shù)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定有關(guān)。

【展示】2023-2023諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

【問(wèn)】閱讀教材P16頁(yè)內(nèi)容，總結(jié)哪些研究需要物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與分析測(cè)試技術(shù)的支持？

【生】1、研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機(jī)理，有助于進(jìn)行手性生物分子和手性藥物的開(kāi)發(fā)，特別是人類亟待解決的抗癌藥物的設(shè)計(jì)、制備和篩選，以及合成一大批高效、無(wú)

毒副作用的藥物；

2、搞清楚食草動(dòng)物胃內(nèi)的酶是如何把植物纖維分解為小分子的，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)；

3、合成具有生物活性和生理活性的分子，可幫助人類揭示生命的奧秘；

4、了解活體內(nèi)信息分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理，創(chuàng)造“新陳代謝”的目標(biāo)就能得以實(shí)現(xiàn)。

【講述】

量子化學(xué)是結(jié)構(gòu)化學(xué)最重要的理論基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)化學(xué)是量子化學(xué)最直接的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和推動(dòng)力量?；瘜W(xué)家利用化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，制備人類生活和生產(chǎn)所需要的物質(zhì)，需要回答一系列與化學(xué)鍵相關(guān)的問(wèn)題：兩個(gè)或多個(gè)分子之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？能否生成預(yù)期的分子？需要什么催化劑才能在溫和條件下進(jìn)行反應(yīng)？如何在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng)？如何預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的速率？如何確定化學(xué)反應(yīng)的途徑？等等。這就要求化學(xué)家建立精確有效而又普遍適用的化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論。

【講述】物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展亦具有重大意義。

【展示】各種功能的催化材料圖片

【講述】綠色合成方法的設(shè)計(jì)和實(shí)施，合成具有高活性和選擇性的催化劑，都依賴于對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律、催化劑結(jié)構(gòu)和催化機(jī)理的研究。環(huán)境的改善，將進(jìn)一步提高人類的生活質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

在過(guò)去的100多年里，化學(xué)作為一門(mén)中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的科學(xué)，已經(jīng)為人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界和人類文明的進(jìn)步作出巨大貢獻(xiàn)。

化學(xué)創(chuàng)立了研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論、方法和實(shí)驗(yàn)手段，初步揭示了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系和規(guī)律，為設(shè)計(jì)具有各種特殊功能的新物質(zhì)提供了有效的方法和手段。

對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究，將會(huì)使明天的世界變得更加絢麗多彩。

【課堂小結(jié)】師生一起回顧和總結(jié)。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義

促進(jìn)了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展

物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境

【課堂練習(xí)】

1、化學(xué)與材料科學(xué)息息相關(guān)，從一定意義上講，材料是科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)，沒(méi)有新材料的發(fā)展，就不可能使新的科學(xué)技術(shù)成為生產(chǎn)力。下列有關(guān)材料的說(shuō)法不正確的是()

A.材料是為人類社會(huì)所需要并能用于制造有用器物的物質(zhì)

B.人類使用和制造材料有悠久的歷史，制造出的第一種材料是陶

C.由于空氣的劇烈摩擦，飛機(jī)尖端的溫度較高，故航天飛機(jī)的保護(hù)層可以采用鎂鋁合金

D.高分子分離膜是具有傳統(tǒng)高分子材料的機(jī)械性能，又具有特殊分離功能的功能高分子材料制成的薄膜

答案：C

2、Zewail創(chuàng)立的飛秒(1fs＝10－15s)化學(xué)研究了極短時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)歷程，巧妙地解決了如何確定反應(yīng)起點(diǎn)問(wèn)題。例如HI與CO2的反應(yīng)過(guò)程片段為：

H＋OCO→HOCOHO＋CO。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()

A.中間產(chǎn)物HOCO屬于有機(jī)化合物

B.反應(yīng)起點(diǎn)為HI離解為H和I自由基，終點(diǎn)為HO自由基與I自由基結(jié)合

C.HOCO經(jīng)1000fs離解為HO自由基和CO，說(shuō)明HI與CO2的反應(yīng)速率極快

D.飛秒