分子和原子的世界歡迎來到微觀世界的奇妙旅程！在這個課程中，我們將探索構(gòu)成萬物的基本單位——分子和原子。它們雖小到肉眼不可見，卻決定了我們所見所觸的一切物質(zhì)特性。讓我們一起揭開這個微觀世界的神秘面紗。學(xué)習(xí)目標(biāo)理解基本概念掌握分子和原子的定義、特性及其在物質(zhì)構(gòu)成中的作用區(qū)分性質(zhì)與區(qū)別清晰區(qū)分分子與原子的主要性質(zhì)和本質(zhì)區(qū)別應(yīng)用微觀解釋能夠運(yùn)用分子觀點(diǎn)解釋日常物理、化學(xué)現(xiàn)象培養(yǎng)科學(xué)思維培養(yǎng)科學(xué)思維方法與探究能力，建立微觀世界認(rèn)知什么是微觀粒子在我們生活的世界中，所有物質(zhì)都是由極其微小的粒子構(gòu)成的。這些微觀粒子雖然肉眼看不見，但決定了物質(zhì)的所有性質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)理論，物質(zhì)的微觀粒子主要包括：分子-許多物質(zhì)的基本構(gòu)成單位原子-更基礎(chǔ)的微觀粒子離子-帶電的原子或原子團(tuán)微觀粒子的尺寸極其微小，一般在納米級別（10??米），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了普通顯微鏡的觀察范圍。分子的定義分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，是組成物質(zhì)的基本單位。分子具有以下特性：是物質(zhì)的基本組成單位保持著該物質(zhì)的全部化學(xué)性質(zhì)由兩個或多個原子通過化學(xué)鍵結(jié)合而成有些簡單物質(zhì)也可由單原子構(gòu)成分子例如，水分子由氫原子和氧原子組成，保持著水的全部化學(xué)性質(zhì)。若將一個水分子分解，則不再具有水的性質(zhì)。不同物質(zhì)的分子由不同種類和數(shù)量的原子按一定方式組合而成，這就是為什么不同物質(zhì)具有不同性質(zhì)的根本原因。原子的定義原子的基本定義原子是化學(xué)變化中的最小粒子，可以組成分子或單獨(dú)存在。它是元素的基本單位，決定了元素的化學(xué)性質(zhì)。原子的構(gòu)成原子由原子核和核外電子組成。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，帶正電；電子帶負(fù)電，圍繞原子核運(yùn)動。原子的特性在化學(xué)反應(yīng)中，原子本身不會被破壞，只是重新排列組合。這是化學(xué)變化與核反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別。原子是構(gòu)成物質(zhì)的更基本單位，不同種類的原子構(gòu)成了不同的元素，目前已知有118種元素。物質(zhì)=分子/原子？由分子構(gòu)成的物質(zhì)水（H?O）、氧氣（O?）、氮?dú)猓∟?）二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)（糖、蛋白質(zhì)等）這類物質(zhì)的基本單位是分子，分子由原子組合而成。直接由原子構(gòu)成的物質(zhì)金屬元素：鐵、銅、金、銀等某些非金屬單質(zhì)：碳（石墨、金剛石）某些離子化合物：氯化鈉（食鹽）這類物質(zhì)不形成分子，而是直接由原子或離子構(gòu)成。因此，并非所有物質(zhì)都是由分子構(gòu)成的，了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)有助于我們理解其性質(zhì)。水的微觀結(jié)構(gòu)球棒模型水分子中，兩個氫原子與一個氧原子通過共價(jià)鍵連接，形成穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。空間填充模型從空間填充模型可以看出，氧原子體積較大，氫原子較小，整體呈彎曲結(jié)構(gòu)。氫鍵作用水分子之間通過氫鍵相互作用，這是水許多特殊性質(zhì)的根源，如高沸點(diǎn)、表面張力等。水分子的化學(xué)式為H?O，表示每個水分子由兩個氫原子和一個氧原子組成。這種特定的組成和結(jié)構(gòu)決定了水的物理和化學(xué)性質(zhì)。鐵的微觀結(jié)構(gòu)原子直接構(gòu)成與水不同，鐵是一種金屬元素，它不形成分子，而是由鐵原子直接構(gòu)成。在固態(tài)鐵中，鐵原子按一定規(guī)律排列成晶格結(jié)構(gòu)，形成金屬晶體。每個鐵原子都會失去最外層電子，形成帶正電的鐵離子，而失去的電子則在晶格中自由移動。金屬鍵結(jié)合鐵原子之間通過金屬鍵結(jié)合在一起。金屬鍵是由金屬陽離子和自由電子之間的相互作用形成的。這種特殊的鍵合方式和結(jié)構(gòu)賦予了鐵典型的金屬性質(zhì)：良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性金屬光澤可鍛性和延展性氧氣和氮?dú)庋鯕夥肿咏Y(jié)構(gòu)氧氣分子由兩個氧原子通過共價(jià)雙鍵結(jié)合而成，化學(xué)式為O?。這種雙原子分子結(jié)構(gòu)賦予氧氣特定的化學(xué)活性。氮?dú)夥肿咏Y(jié)構(gòu)氮?dú)夥肿佑蓛蓚€氮原子通過共價(jià)三鍵結(jié)合而成，化學(xué)式為N?。這種強(qiáng)鍵合使氮?dú)夥浅７€(wěn)定，不易參與化學(xué)反應(yīng)。大氣組成氮?dú)饧s占大氣的78%，氧氣約占21%，它們是地球大氣的主要成分，支持著地球上的生命活動。雖然氧氣和氮?dú)舛际请p原子分子，但由于原子種類不同，它們具有截然不同的化學(xué)性質(zhì)：氧氣支持燃燒，而氮?dú)鈩t相對惰性。其它常見氣體分子二氧化碳(CO?)由一個碳原子和兩個氧原子組成，分子結(jié)構(gòu)呈線性。是溫室氣體的主要成分，也是植物光合作用的原料。甲烷(CH?)由一個碳原子和四個氫原子組成，分子結(jié)構(gòu)呈四面體形。是天然氣的主要成分，也是強(qiáng)效的溫室氣體。氦氣(He)由單個氦原子構(gòu)成，是最簡單的惰性氣體。不與其他元素反應(yīng)，常用于氣球和深海潛水呼吸混合氣。氫氣(H?)由兩個氫原子組成，是最輕的氣體。具有高能量密度，被視為未來清潔能源的重要選擇。分子的主要性質(zhì)微小尺寸分子的體積極其微小，直徑通常在納米級別(10??米)，無法用普通顯微鏡觀察。這種微小尺寸使物質(zhì)可以形成各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。質(zhì)量輕微分子質(zhì)量極其輕微，通常以原子質(zhì)量單位(u)計(jì)量。例如，一個水分子的質(zhì)量約為18u，相當(dāng)于3×10?23克。不斷運(yùn)動分子處于永不停息的隨機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，這種運(yùn)動與溫度直接相關(guān)。溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈。存在間隔分子之間存在空隙，這些空隙的大小取決于物質(zhì)的狀態(tài)和溫度。氣體分子間隔最大，液體次之，固體最小。分子永不停息擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散是分子運(yùn)動的直接證據(jù)。當(dāng)不同物質(zhì)的分子相互接觸時，它們會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動，最終均勻分布。例如：香水分子在空氣中擴(kuò)散，使我們能聞到香味墨水滴入水中，逐漸擴(kuò)散至整杯水茶葉在熱水中的顏色擴(kuò)散溶解現(xiàn)象溶解同樣反映了分子運(yùn)動的存在。當(dāng)可溶性物質(zhì)接觸溶劑時，其分子或離子會分散到溶劑分子之間。例如：糖在水中溶解，糖分子均勻分布于水分子之間鹽溶于水，形成離子溶液維生素C片在水中溶解釋放活性成分溫度對分子的影響低溫狀態(tài)溫度低時，分子獲得的熱能較少，運(yùn)動緩慢。分子間作用力相對占優(yōu)勢，物質(zhì)傾向于凝聚成固態(tài)。如水在0℃以下結(jié)冰，分子排列規(guī)則。中溫狀態(tài)溫度適中時，分子具有一定動能，能夠相對自由移動但仍受到一定束縛。物質(zhì)通常呈液態(tài)，如室溫下的水，分子能流動但仍緊密接觸。高溫狀態(tài)溫度高時，分子獲得大量熱能，運(yùn)動劇烈。分子間作用力相對弱化，物質(zhì)傾向于氣化。如水在100℃沸騰，分子能量足以克服表面張力形成氣泡。溫度本質(zhì)上是分子平均動能的宏觀表現(xiàn)，它直接影響分子運(yùn)動速度和物質(zhì)狀態(tài)。分子間的間隔分子之間并非緊密相連，而是存在一定的間隔。這些間隔的大小取決于物質(zhì)的狀態(tài)：固態(tài)：分子排列緊密且規(guī)則，間隔最小，但仍然存在液態(tài)：分子排列較為緊密但無序，間隔略大氣態(tài)：分子排列極為稀疏，間隔非常大物態(tài)變化示例以水為例，當(dāng)其從固態(tài)（冰）變?yōu)橐簯B(tài)（水）再到氣態(tài)（水蒸氣）時：冰融化時，分子間距略微增大，規(guī)則排列被打破水蒸發(fā)時，分子間距急劇增大，分子獲得足夠能量克服相互作用力一克水變成水蒸氣后，體積可增大約1700倍分子模型展示球棒模型用球體表示原子，棒狀連接表示化學(xué)鍵。能清晰顯示分子中原子的連接方式和空間結(jié)構(gòu)?？臻g填充模型用不同大小的球體表示原子實(shí)際空間尺寸。能更真實(shí)地展示分子的體積和形狀。電子云模型展示分子中電子分布的概率云圖。能反映分子中電子密度分布和化學(xué)鍵的本質(zhì)。這些模型幫助我們形象理解分子的微觀結(jié)構(gòu)，但需注意每種模型都是從特定角度對分子的簡化表示，各有側(cè)重。原子的主要性質(zhì)微小尺寸原子直徑約為0.1納米(10?1?米)，比分子更小。氫原子是最小的原子，直徑約為0.1納米。基本單位原子是元素的基本單位，同種元素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù)。目前已知有118種元素，對應(yīng)118種不同原子。不可再分在化學(xué)變化中，原子是不可再分的最小粒子。原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化屬于核反應(yīng)范疇，而非普通化學(xué)反應(yīng)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)原子由原子核和核外電子組成。原子核包含質(zhì)子和中子，帶正電；電子帶負(fù)電，圍繞原子核運(yùn)動。原子結(jié)構(gòu)初步原子核位于原子中心，由質(zhì)子和中子組成：質(zhì)子：帶正電荷，決定元素種類中子：電中性，影響原子質(zhì)量原子核占據(jù)原子質(zhì)量的99.9%以上，但體積極小，僅為原子體積的十萬億分之一左右。核外電子圍繞原子核運(yùn)動，帶負(fù)電荷：電子分布在不同能級的軌道上最外層電子決定原子的化學(xué)性質(zhì)電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，使原子整體電中性電子云占據(jù)了原子的大部分體積，但質(zhì)量極小，僅為原子質(zhì)量的約1/1836。元素與原子元素的本質(zhì)是原子種類元素是由相同質(zhì)子數(shù)的原子構(gòu)成的純凈物。每種元素對應(yīng)一種特定的原子，具有獨(dú)特的核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）。原子決定元素性質(zhì)一種元素的所有原子具有相同的核外電子排布特征，這決定了該元素的化學(xué)性質(zhì)。例如，所有氧原子都有6個核外電子，這使氧具有特定的化學(xué)活性。原子種類的多樣性目前已知有118種元素，對應(yīng)118種不同的原子。其中有94種自然存在，其余為人工合成。每種原子都有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。元素周期表按原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)）排列所有元素，反映了元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。元素符號元素符號的意義元素符號是用字母表示元素的國際通用符號，通常由一個或兩個字母組成：第一個字母必須大寫如有第二個字母，則小寫每個元素符號代表一種原子，同時也代表該原子的一個摩爾。常見元素符號示例H氫HydrogenO氧OxygenC碳CarbonN氮NitrogenFe鐵FerrumCu銅CuprumNa鈉NatriumCl氯Chlorine分子和原子的聯(lián)系原子：基本單位原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，具有特定的質(zhì)子數(shù)和電子排布。不同種類的原子對應(yīng)不同的元素?；瘜W(xué)鍵：連接方式原子通過共價(jià)鍵、離子鍵或金屬鍵等化學(xué)鍵連接。這些鍵的形成涉及電子的共享、轉(zhuǎn)移或集體化。分子：組合結(jié)果分子是由兩個或多個原子通過化學(xué)鍵結(jié)合形成的粒子。分子的性質(zhì)由組成原子及其排列方式?jīng)Q定。在化學(xué)反應(yīng)中，分子可以分解為原子，原子也可以重新組合形成新分子。原子本身在化學(xué)反應(yīng)中保持不變，僅發(fā)生重新排列。分子、原子與化學(xué)式化學(xué)式的基本概念化學(xué)式是用元素符號和數(shù)字表示物質(zhì)組成的符號表達(dá)式：元素符號表示原子種類下標(biāo)數(shù)字表示原子個數(shù)括號表示原子團(tuán)化學(xué)式既表示一個分子，也可表示一摩爾物質(zhì)。常見物質(zhì)的化學(xué)式水H?O2個H原子，1個O原子二氧化碳CO?1個C原子，2個O原子葡萄糖C?H??O?6個C，12個H，6個O氯化鈉NaClNa?和Cl?離子比1:1硫酸H?SO?2個H，1個S，4個O化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)初始分子化學(xué)反應(yīng)開始前，反應(yīng)物以其特定分子形式存在。例如水的電解反應(yīng)中，起始物質(zhì)是H?O分子。1分子分解在反應(yīng)過程中，原有的化學(xué)鍵斷裂，分子分解為獨(dú)立的原子或原子團(tuán)。水分子分解為氫原子和氧原子。原子重組分解后的原子按新方式重新組合，形成新的化學(xué)鍵。氫原子和氧原子重新組合成H?和O?分子。新分子形成重組后形成具有新性質(zhì)的產(chǎn)物分子。最終得到氫氣(H?)和氧氣(O?)兩種新物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子的重新組合，而原子本身在反應(yīng)中不會被創(chuàng)造或消滅，這就是質(zhì)量守恒定律的微觀基礎(chǔ)。純凈物與混合物純凈物純凈物是由同種分子或原子構(gòu)成的物質(zhì)：組成確定，性質(zhì)固定無法通過物理方法分離出其他物質(zhì)例如：水(H?O)、氧氣(O?)、鐵(Fe)純凈物可分為單質(zhì)和化合物兩類。單質(zhì)由同種元素的原子組成，化合物由不同元素的原子組成?；旌衔锘旌衔锸怯蓛煞N或多種純凈物組成的物質(zhì)：組成可變，性質(zhì)不固定可通過物理方法分離成幾種純凈物例如：空氣、海水、合金混合物可分為均勻混合物(溶液)和非均勻混合物。均勻混合物各處成分相同，非均勻混合物各處成分不同。純凈物實(shí)例分析水(H?O)水是由氫和氧兩種元素組成的化合物。每個水分子由兩個氫原子和一個氧原子通過共價(jià)鍵連接。純水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸點(diǎn)為100℃，凝固點(diǎn)為0℃。二氧化碳(CO?)二氧化碳是由碳和氧組成的化合物。每個二氧化碳分子含一個碳原子和兩個氧原子，呈線性結(jié)構(gòu)。常溫下為無色氣體，在-78.5℃下直接從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)(干冰)。金(Au)金是一種元素，由單一種類的金原子構(gòu)成。它是典型的金屬單質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性、延展性和化學(xué)穩(wěn)定性。金原子通過金屬鍵結(jié)合，形成面心立方晶體結(jié)構(gòu)?；旌衔飳?shí)例分析空氣空氣是一種氣體混合物，主要成分包括：氮?dú)?N?)：約78%氧氣(O?)：約21%其他氣體：約1%（二氧化碳、氬氣等）空氣中的各種氣體分子相互獨(dú)立，保持各自的化學(xué)性質(zhì)?？赏ㄟ^分餾液化空氣的方法分離出各組分。食鹽水食鹽水是氯化鈉(NaCl)溶于水(H?O)形成的溶液：水作為溶劑，食鹽作為溶質(zhì)食鹽在水中分解為鈉離子(Na?)和氯離子(Cl?)濃度可變，影響其物理性質(zhì)食鹽水是均勻混合物，可通過蒸發(fā)水的方法回收食鹽。實(shí)驗(yàn)：擴(kuò)散現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)材料燒杯清水高錳酸鉀晶體玻璃棒計(jì)時器實(shí)驗(yàn)步驟向燒杯中倒入清水至2/3處輕輕放入一粒高錳酸鉀晶體不攪動，觀察顏色變化記錄不同時間點(diǎn)的擴(kuò)散情況實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象高錳酸鉀晶體進(jìn)入水中后：晶體周圍立即出現(xiàn)紫紅色紫紅色區(qū)域逐漸向四周擴(kuò)展開始時底部顏色較深，上部較淺隨時間推移，整杯水顏色逐漸均勻如果水溫較高，擴(kuò)散速度明顯加快；如果水溫較低，擴(kuò)散速度減慢。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析晶體溶解高錳酸鉀晶體在水中溶解，固體晶格中的鉀離子(K?)和高錳酸根離子(MnO??)被水分子分離，進(jìn)入溶液。離子擴(kuò)散高錳酸根離子(MnO??)帶有紫紅色，由于分子熱運(yùn)動，這些離子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域隨機(jī)移動。濃度均衡隨著時間推移，離子分布趨于均勻，最終整杯水呈現(xiàn)均勻的紫紅色，表明擴(kuò)散過程已完成。這種擴(kuò)散現(xiàn)象是分子不斷運(yùn)動的直接證據(jù)。擴(kuò)散速度與溫度正相關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈，擴(kuò)散越快。這也解釋了為什么泡茶用熱水比冷水快。分子的動能、勢能分子動能分子動能是由于分子運(yùn)動而具有的能量：與分子運(yùn)動速度的平方成正比與分子質(zhì)量成正比溫度是分子平均動能的宏觀表現(xiàn)溫度越高，分子平均動能越大例如：100℃的水蒸氣中水分子的平均動能大于0℃的冰中水分子的平均動能。分子勢能分子勢能是由于分子位置或狀態(tài)而具有的能量：與分子間相互作用力有關(guān)固體分子勢能最低，氣體最高物態(tài)變化伴隨勢能變化化學(xué)鍵中也儲存著勢能例如：水變成水蒸氣需要吸收熱量，這部分能量轉(zhuǎn)化為分子勢能。狀態(tài)變化與分子固態(tài)（冰）水分子排列規(guī)則，形成晶格結(jié)構(gòu)。分子僅在固定位置附近振動，分子間作用力強(qiáng)，間距小，運(yùn)動自由度低。液態(tài)（水）水分子排列無序但相對緊密。分子可自由移動但仍緊密接觸，分子間作用力中等，間距適中，具有一定流動性。氣態(tài)（水蒸氣）水分子排列極其稀疏無序。分子高速運(yùn)動且?guī)缀醪皇苁`，分子間作用力很弱，間距很大，運(yùn)動自由度高。狀態(tài)變化的本質(zhì)是分子排列方式和分子間距的改變，這需要能量的吸收或釋放。例如，冰融化需要吸收熱量，水凝固則釋放熱量。原子不可再分化學(xué)反應(yīng)中的原子守恒在化學(xué)反應(yīng)過程中：原子的種類不變原子的數(shù)量不變原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化例如，在水的電解反應(yīng)中：2H?O→2H?+O?反應(yīng)前后氫原子和氧原子的數(shù)量都保持不變，只是重新組合形成了新物質(zhì)?；瘜W(xué)變化與核反應(yīng)的區(qū)別化學(xué)反應(yīng)不涉及原子核的變化，而核反應(yīng)則是：原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化元素可能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素通常伴隨巨大的能量變化例如，鈾核裂變：23?U+n→分裂產(chǎn)物+能量這種反應(yīng)中，鈾原子核分裂為其他元素的原子核。原子重新組合反應(yīng)物分子反應(yīng)開始前，反應(yīng)物以特定分子形式存在。如甲烷(CH?)和氧氣(O?)分子在燃燒反應(yīng)前各自獨(dú)立存在。分子碰撞分子間發(fā)生有效碰撞，原有化學(xué)鍵斷裂。甲烷與氧氣分子碰撞，C-H鍵和O=O鍵斷裂，釋放出碳原子、氫原子和氧原子。原子重排原子按新方式重新組合，形成新化學(xué)鍵。碳原子與氧原子結(jié)合形成CO?，氫原子與氧原子結(jié)合形成H?O。產(chǎn)物形成新分子作為反應(yīng)產(chǎn)物生成。最終得到二氧化碳(CO?)和水(H?O)分子：CH?+2O?→CO?+2H?O物理變化與化學(xué)變化物理變化物理變化是指物質(zhì)的形狀、狀態(tài)等物理性質(zhì)發(fā)生變化，但化學(xué)性質(zhì)不變的過程。微觀特征分子種類不變分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持不變僅分子間排列方式或距離變化例子冰融化為水糖溶解在水中鐵絲彎曲成環(huán)化學(xué)變化化學(xué)變化是指物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，生成新物質(zhì)的過程。微觀特征原子重新組合分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化形成新種類的分子例子鐵生銹木材燃燒光合作用經(jīng)典案例一：鐵銹的形成1初始狀態(tài)金屬鐵(Fe)表面接觸空氣中的氧氣(O?)和水(H?O)。鐵原子在金屬晶格中通過金屬鍵連接，表面鐵原子活性較高。2電子轉(zhuǎn)移表面鐵原子失去電子，被氧化成鐵離子(Fe2?或Fe3?)。同時，氧分子獲得電子被還原。這一過程由水分子和電解質(zhì)加速。3氧化物形成鐵離子與氧和水反應(yīng)，形成氫氧化鐵或氧化鐵。這個復(fù)雜過程涉及多種中間產(chǎn)物，最終生成Fe?O?·nH?O（水合氧化鐵）。4銹蝕擴(kuò)展鐵銹形成多孔結(jié)構(gòu)，允許更多水和氧接觸下層鐵，使腐蝕過程持續(xù)進(jìn)行。如不處理，鐵制品最終可能完全轉(zhuǎn)化為鐵銹。經(jīng)典案例二：蠟燭燃燒燃燒的微觀過程蠟燭燃燒是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程：熔化與氣化：石蠟（主要成分為長鏈烷烴C?H????）首先被熱熔化，然后通過毛細(xì)作用上升到燈芯，在高溫下氣化熱分解：氣態(tài)烷烴在高溫下部分分解為更小的碳?xì)浠衔镅趸磻?yīng)：碳?xì)浠衔锱c氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳和水反應(yīng)方程式以十六烷（C??H??，石蠟的主要成分之一）為例：C??H??+24.5O?→16CO?+17H?O+能量觀察現(xiàn)象與解釋藍(lán)色火焰底部：完全燃燒區(qū)域，碳?xì)浠衔锍浞盅趸S色火焰上部：不完全燃燒區(qū)域，含有發(fā)光的碳顆粒煙霧：未完全燃燒的碳顆粒和其他產(chǎn)物分子數(shù)量和阿伏伽德羅常數(shù)6.02×1023阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù)(N_A)表示1摩爾物質(zhì)中所含的粒子數(shù)量，適用于分子、原子、離子等微觀粒子。1摩爾物質(zhì)的量摩爾是物質(zhì)的量的單位，1摩爾物質(zhì)含有阿伏伽德羅常數(shù)個分子或原子。例如，1摩爾水(18克)含有6.02×1023個水分子。22.4升標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(0℃，101.325千帕)，1摩爾任何氣體占據(jù)22.4升體積。這是氣體摩爾體積，源于阿伏伽德羅定律。阿伏伽德羅常數(shù)之大難以想象：如果我們有6.02×1023個水分子，它們能填滿約1300個奧運(yùn)會標(biāo)準(zhǔn)游泳池。這個數(shù)字幫助我們連接微觀粒子與宏觀物質(zhì)。納米世界與微粒10?1?米原子直徑典型原子的直徑約為0.1納米，相當(dāng)于10?1?米。如果將原子放大到蘋果大小，那么蘋果將放大到地球大小。10??米分子尺寸小分子的尺寸通常在1納米左右，而大分子如蛋白質(zhì)可達(dá)幾十納米。DNA雙螺旋的寬度約為2納米。10??米微米世界細(xì)菌的尺寸通常在1-10微米之間，紅細(xì)胞直徑約為7微米。這個尺度已經(jīng)可以用光學(xué)顯微鏡觀察。納米技術(shù)正是基于對納米尺度物質(zhì)的操控，在這個尺度上，物質(zhì)表現(xiàn)出不同于宏觀世界的性質(zhì)，為新材料和新技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊空間。微觀世界的單位埃(?)1埃=10?1?米=0.1納米原子直徑通常以埃為單位表示氫原子直徑約為1?化學(xué)鍵長度通常為1-2?多用于原子物理學(xué)和晶體學(xué)納米(nm)1納米=10??米=10埃小分子尺寸通常以納米表示水分子直徑約為0.3nm病毒大小約為20-400nm納米技術(shù)的基本長度單位110?1?米原子直徑210??米小分子310??米大分子410??米細(xì)胞器510??米細(xì)菌科學(xué)家眼中的微觀粒子約翰·道爾頓1803年提出現(xiàn)代原子論，認(rèn)為元素由不可分割的小粒子（原子）組成，同一元素的原子性質(zhì)相同，不同元素的原子性質(zhì)不同。阿梅代奧·阿伏伽德羅1811年提出阿伏伽德羅定律，指出在相同條件下，相同體積的氣體含有相同數(shù)量的分子。他也首次區(qū)分了原子和分子的概念。歐內(nèi)斯特·盧瑟福1911年通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原子核，提出原子行星模型，指出原子主要由中心的原子核和圍繞它運(yùn)動的電子組成。探究活動：水的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備三個相同的淺盤，分別倒入等量的水一個放在陽光下，一個放在陰涼處，一個放在通風(fēng)處定時觀察并記錄水量變化比較不同條件下水的蒸發(fā)速率微觀解釋水的蒸發(fā)過程可以從分子運(yùn)動角度解釋：水分子不斷運(yùn)動，速度各不相同表面附近速度快的分子可以克服分子間引力逃逸溫度升高，分子平均動能增加，逃逸概率提高通風(fēng)可以帶走水蒸氣，降低水蒸氣濃度，加速蒸發(fā)表面積增大，提供更多分子逃逸的機(jī)會探究活動：氣體的壓縮實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備準(zhǔn)備注射器一個（不帶針頭），拉出活塞吸入空氣，用手指堵住注射器口。觀察壓縮嘗試推動活塞，觀察活塞移動情況。發(fā)現(xiàn)可以壓縮但有阻力，松手后活塞會彈回。微觀解釋氣體可被壓縮是因?yàn)榉肿娱g存在大量空隙。壓縮時，分子間距減小，分子碰撞壁面頻率增加，產(chǎn)生更大壓強(qiáng)。對比實(shí)驗(yàn)：如果注射器中裝入水，則幾乎無法壓縮，因?yàn)橐后w中分子已經(jīng)相當(dāng)緊密排列，間隙很小。這證明了氣體、液體分子排列的差異。分子和原子的應(yīng)用納米技術(shù)在原子和分子尺度上操控物質(zhì)，創(chuàng)造新材料和設(shè)備。例如，碳納米管強(qiáng)度超過鋼鐵但重量更輕；量子點(diǎn)可用于高效顯示器。精準(zhǔn)醫(yī)療基于分子水平的疾病理解，開發(fā)靶向藥物。例如，單克隆抗體可特異性識別癌細(xì)胞表面分子；基因編輯技術(shù)可修復(fù)缺陷基因。分子計(jì)算利用分子特性構(gòu)建計(jì)算系統(tǒng)。DNA計(jì)算可并行處理大量信息；分子開關(guān)可用于構(gòu)建更小更高效的電子元件。能源技術(shù)設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化能源轉(zhuǎn)換和存儲。例如，定制分子結(jié)構(gòu)的太陽能電池可提高光電轉(zhuǎn)換效率；分子篩可用于更高效的氣體分離。生活中的微觀粒子香味擴(kuò)散當(dāng)我們打開香水瓶或烹飪食物時，香味分子通過擴(kuò)散在空氣中傳播。香味分子通常是較小的揮發(fā)性有機(jī)分子，能夠與鼻腔中的嗅覺受體結(jié)合。香味擴(kuò)散速度受溫度影響。熱食物香味擴(kuò)散更快，因?yàn)闇囟壬呤狗肿舆\(yùn)動加劇。糖的溶解當(dāng)糖加入茶或咖啡中時，糖分子逐漸離開晶體，分散到水分子之間。這個過程可通過分子運(yùn)動解釋：水分子不斷撞擊糖晶體表面水分子與糖分子形成氫鍵糖分子被水分子包圍并帶入溶液攪拌加速這一過程，升高溫度也會加速溶解思維訓(xùn)練：微粒解釋題現(xiàn)象：干冰升華固態(tài)二氧化碳（干冰）在常溫常壓下直接變成氣態(tài)，而不經(jīng)過液態(tài)。微觀解釋：干冰中CO?分子排列成晶格結(jié)構(gòu)，分子間作用力較弱。在常壓下，當(dāng)溫度升高時，表面分子獲得足夠能量直接逃離固體，形成氣態(tài)CO?。這是因?yàn)樵谠搲毫ο?，CO?分子的運(yùn)動動能大于分子間的作用力，但不足以形成液態(tài)所需的特定分子排列?，F(xiàn)象：金屬導(dǎo)電金屬是良好的電導(dǎo)體，而大多數(shù)非金屬不導(dǎo)電。微觀解釋：金屬原子在晶格中排列時，最外層電子容易脫離原子成為自由電子。這些自由電子可在整個金屬中移動，形成"電子海"。當(dāng)施加電壓時，自由電子定向移動形成電流。非金屬原子通常通過共價(jià)鍵結(jié)合，電子被牢固束縛，不易形成自由電子，因此大多不導(dǎo)電。鞏固練習(xí)一判斷正誤1.水是由水分子組成的。（）2.所有物質(zhì)都是由分子構(gòu)成的。（）3.分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。（）4.原子在化學(xué)反應(yīng)中會被破壞。（）5.溫度升高會使分子運(yùn)動變慢。（）參考答案與解析1.正確。水由H?O分子組成，每個水分子含兩個氫原子和一個氧原子。2.錯誤。有些物質(zhì)如金屬和離子化合物不是由分子構(gòu)成，而是由原子或離子直接構(gòu)成。3.正確。這是分子的基本定義。若將分子再分，則不再具有原物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。4.錯誤。在化學(xué)反應(yīng)中，原子保持不變，只是發(fā)生重新組合。原子核的變化屬于核反應(yīng)范疇。5.錯誤。溫度升高會使分子運(yùn)動加快，而非變慢。溫度本質(zhì)上是分子平均動能的宏觀表現(xiàn)。鞏固練習(xí)二選擇題1.關(guān)于原子和分子的關(guān)系，下列說法正確的是（）A.所有原子都能形成分子B.分子一定由不同種類的原子組成C.分子是由原子構(gòu)成的，但有些物質(zhì)不由分子構(gòu)成D.原子的性質(zhì)與組成它的分子性質(zhì)相同2.下列物質(zhì)中，不是由分子構(gòu)成的是（）A.水(H?O)B.氧氣(O?)C.鐵(Fe)D.二氧化碳(CO?)參考答案與解析1.C。分子是由原子構(gòu)成的，但并非所有物質(zhì)都由分子構(gòu)成。如金屬鐵、氯化鈉等是由原子或離子直接構(gòu)成的。A錯在不是所有原子都形成分子，如惰性氣體原子；B錯在存在由同種原子組成的分子，如O?、N?；D錯在原子性質(zhì)與分子性質(zhì)一般不同。2.C。鐵是金屬單質(zhì)，由鐵原子直接構(gòu)成金屬晶體，不形成分子。水、氧氣和二氧化碳都是由分子構(gòu)成的物質(zhì)，分別由H?O、O?和CO?分子組成。鞏固練習(xí)三簡答題請用分子運(yùn)動理論解釋氣體擴(kuò)散現(xiàn)象，并說明影響擴(kuò)散速率的因素。用分子間作用力的觀點(diǎn)解釋為什么同溫度下，水是液體而氧氣是氣體。參考答案氣體擴(kuò)散解釋：氣體擴(kuò)散是指氣體分子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域自發(fā)移動的現(xiàn)象。從分子運(yùn)動角度看，這是因?yàn)闅怏w分子處于永不停息的隨機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)兩種氣體接觸時，各自分子會逐漸進(jìn)入對方區(qū)域，最終均勻混合。影響擴(kuò)散速率的