2020高中化学专题五物质结构的探索无止境讲义测试（含解析）苏教版选修3.docx

物质结构的探索无止境学习目标1.理解物质结构是决定物质性质的重要因素。2.了解研究化学反应的量子力学理论的重要意义，认识研究生命现象的化学机理的重要性。 对应学生用书P061一、研究物质的结构与性能的关系量子力学的建立和分析测试技术的进步，使人们对物质的结构、性能及物质的变化规律有了一定的认识。但物质的微观结构还有许多奥秘等待人们去揭示；环境科学、生命科学、材料科学的发展，需要对物质的微观领域作更深入的研究。物质结构是决定物质性质的重要因素。研究物质的结构与性能的关系对解决分子设计、合成新型材料等都具有十分重要的意义。二、研究化学反应的量子力学理论1.为了人类社会的可持续发展，化学家们非常期望解决的问题很多，例如：(1)在充分了解光合作用、固氮作用机理和催化理论的基础上，实现农业的工业化，在工厂中生产粮食和蛋白质。(2)建立零排放的、原子经济性的化工企业，倡导“绿色化学”。(3)在了解酶催化作用机理的基础上，模拟天然酶制造人工催化剂。实现在最温和条件下进行化学反应，控制反应的方向和产物的手性。2.量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中具有指导作用。为了更好地利用化学变化，通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的物质，化学家们需要回答更多的问题，需要发展量子力学，需要建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。3.随着化学反应的量子力学理论的建立和相关技术的进一步发展，人类将进入一个崭新的世界：合成氨不再需要高温、高压，光合作用不再是植物的专利，化工生产不再生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境污染。三、研究生命现象的化学机理1.研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用(1)化学键理论为现代分子生物学的建立奠定了基础。(2)探寻人类和生物的生命运动的化学机理是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，人们就能进行药物设计，有助于合成高效无毒副作用的药物；合成具有生物活性和生理活性的分子，可以帮助人类揭示生命的奥秘；了解活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”的目标能得以实现。2.手性分子的研究(1)手性药物：含有手性分子的药物称为手性药物。生物体内的大分子大多具有手性。人体里的氨基酸都是左旋的，只有用左旋的氨基酸才能合成蛋白质。(2)手性催化剂与手性合成。3.物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘化学作为一门实用的创造性科学，已经为人类认识物质世界和人类的文明进步作出了巨大的贡献。用化学方法合成了数以千万计的物质。化学创立了研究物质结构的理论、方法和实验手段，初步揭示了物质的结构与性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新药物提供了有效的方法和手段。1.结构与性质是两个不同的概念，因此，研究物质的结构对研究物质的性质毫无作用。上述说法正确吗？提示：不正确。物质的结构决定物质的性质，而物质的性质决定物质的用途，因此，研究物质的结构对于研究物质的性质、用途及寻找特殊化学物质等均有重要的意义。2.你认为化学如何更好地服务于人类社会？提示：通过化学反应实现物质的转化，为人类提供了丰富多彩的物质基础；开发新能源，为人类社会发展提供能量；通过环境化学，解决人类生活环境问题；倡导绿色化学，提高生产效率或优化产品效果的同时，能提高资源和能源的利用率，减轻污染程度，改善环境质量。教师点拨区对应学生用书P062一、研究物质的结构与性能的关系物质的结构包括构成物质的微粒(原子、分子、离子等)的结构以及微粒之间的相互作用(化学键、分子间作用力等)、分子的构型、手性等；物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和生理活性等。结构决定性质。性质反过来体现结构。(1)元素原子的结构决定元素的性质，这一点从元素周期表位、构、性的关系得以表现。例如：同周期，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。(2)分子式相同的同分异构体之间具有不同的性质。例如：C2H6O有两种不同的结构乙醇(C2H5OH)和甲醚(CH3OCH3)，二者在化学性质上有很大的不同。同分异构体的存在说明物质的结构是决定物质性质的重要因素。(3)分子组成不同，若结构相似，则其化学性质或物理性质有相似之处。等电子体的性质相似就说明了此问题。如CO和N2结构相似，某些物理性质也很相似。(4)不同类型晶体的组成微粒和作用力不同，其性质也不同。例如：金属晶体是电的良导体，具有延展性，具有良好的机械加工性能；离子晶体熔、沸点较高，难于挥发，一般具有较高硬度，难于压缩，但质脆，不易进行机械加工；离子晶体不导电，但熔融或溶于水时导电；原子晶体硬度大，熔、沸点高，不溶于一般溶剂，是电的不良导体；分子晶体一般熔点低，硬度小。练习与实践1.已知BN是一种新型的无机材料，由于BN与CC属于等电子体物质(等电子体是原子个数相等，价电子数也相等的物质)，其结构和性质有很大的相似性。BN有两种晶体，根据以上信息，对BN两种晶体的描述中不正确的是()A.其中一种晶体可用作耐磨材料B.其中一种晶体可用作润滑材料C.其中一种晶体键角为90D.其中一种晶体中存在六元环答案C解析BN与CC是等电子体，结构与性质相似，因此BN有两种晶体，一种是类似于石墨的层状结构，一种是类似于金刚石的空间网状结构。类似于金刚石的晶体可作耐磨材料，类似于石墨的晶体可作润滑材料，两种晶体中的键角一个是120一个是109.5，不是90。类似于石墨的晶体中存在平面六元环，类似于金刚石的晶体中存在立体六元环结构，因此只有C不正确。2.物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列叙述中正确的是()A.常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强B.常温下，“纳米铜”比铜片更易失电子C.常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同D.常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强答案C解析“纳米铜”与铜片都是铜单质，属于同种物质，化学性质相同。方法规律如何研究物质的性质物质的性质是由物质的结构决定的，确定物质的性质要紧抓结构进行突破。二、研究化学反应的量子力学理论1.化学服务于人类的重要方式利用已知化学反应的原理，通过操作实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的各种新材料是化学服务于人类的重要方式。2.化学反应所解决的问题两个或多个分子之间能否发生化学反应，能否生成预期的分子，需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应，如何指导控制化学反应，如何预测化学反应的速率及如何确定化学反应的途径等。也就是化学反应的发展趋势是如何让反应条件趋向于温和、产率高、速率快、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单的方向发展。3.量子力学理论揭示化学反应的实质随着化学反应的量子力学理论的建立和相关技术的进一步发展，人类将进入一个崭新的世界，研究量子力学理论可以更好地利用化学变化，使化学变化有目的地发生，生成预期的分子；利用催化剂可以让某些反应在温和的条件下进行；控制化学反应；预测化学反应的速率；确定化学反应的途径。练习与实践3.要达到绿色化学的理想境界，化学家们需要回答一系列问题：指定分子之间能否反应生成预期分子？需要什么催化剂？反应速率预期多大？如何控制反应？如何确定化学反应的途径等？最有希望解决这些问题的途径是()A.发展量子力学理论B.改进实验方法C.完善元素周期律理论D.研究质量守恒定律和能量守恒定律答案A解析量子力学是化学的根本理论。化学越发展，越要从物质结构的深层次去理解和掌握化学反应规律。4.下列不符合化学科学发展趋势的是()A.生命现象的化学机理B.微粒结构和性能的定量关系C.寻找物质新的合成方法D.化学反应中的质量守恒答案D解析A、B、C三项都需要化学家作不懈的努力，只有D是化学反应中的一条定律。方法规律绿色化学的主要原则(1)使用无毒、无害的原料或可再生资源。(2)原子经济性：生产中使用的反应物在反应中被充分利用，反应物中各元素的原子全部转入生成物中。(3)生产过程中使用的催化剂无毒、无害，使用的溶剂无毒、无害。(4)生产过程能耗要低，最好在常温常压下实现。(5)产品使用后要能降解成无害物质。三、研究生命现象的化学机理1.研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。有了这一基础，人们就能进行药物设计，有助于合成高效无毒副作用的药物。2.化学遗传学为哈佛大学化学教授所创建。他的小组合成某些小分子，使之与蛋白质结合，并改变蛋白质的功能，例如使某些蛋白酶的功能关闭。这使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化学蛋白质组学、化学基因组学(与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同)奠定了基础。3.搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草动物胃内的酶如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。4.人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。5.了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理，使创造“新陈代谢”的目标能得以实现。6.了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。使人工合成的“左右手”各半的手性药物得到抑制(或激发)，达到治疗疾病的目的。7.合成具有生物活性和生理活性的分子，可帮助人们揭示生命的奥秘。练习与实践5.泛素被称为“死亡之吻”，是一种由76个氨基酸组成的多肽，无用的蛋白质会被这种物质粘贴，被运送到细胞内的“垃圾处理厂”，在酶的作用下被切成含79个氨基酸的短肽。有关泛素的说法中，错误的是()A.泛素作用下的蛋白质“死亡”属于缩聚反应B.泛素既能与酸反应也能与碱反应C.泛素结构中含有CONH结构D.蛋白质遇重金属盐能发生变性答案A解析泛素作用下的蛋白质“死亡”属于水解反应，故A错误；由多肽的结构及性质可知B、C正确；蛋白质在遇重金属盐、加热等条件下会发生变性，D项正确。6.DNA分子的两条链之间通过氢键结合。DNA分子复制前首先将双链解开，则DNA分子复制前将双链解开的过程可视为()A.化学变化B.物理变化C.既有物理变化又有化学变化D.是一种特殊的生物变化答案B解析物质的变化有三种：物理变化、化学变化和核变化。氢键不属于化学键，双链解开的过程是破坏氢键的过程，此过程中既无旧化学键的断裂，也无新化学键的形成，因此属于物理变化。本课小结1.应用量子力学解决化学问题，即通过微观结构、微粒的研究解决人工光合作用、人工室温固氮、原子经济性、模拟天然酶制造人工催化剂、预测化学反应速率、反应途径等。2.探究人类和生物的生命运动的化学机理，主要研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理；研究食草动物胃内的酶如何把植物纤维分解为小分子的反应机理；合成具有生物活性和生理活性的分子；调控化学机理；研究化学遗传；研究如何实现生物分子到分子生命的飞跃；如何制造活的分子，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟；研究蛋白质和DNA理论等等。学习效果检测对应学生用书P0641.关于物质结构的认识正确的是()A.物质的结构反映物质的性质，物质的性质决定物质的结构B.物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子的构型、手性等C.物质的结构随着人们的认识或研究的程度经常发生一些小的变化D.物质的结构有宏观和微观两方面的认识，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B解析A项应该是“结构决定性质，性质反映结构”；C项，物质的结构不随人们的认识和外界的作用而发生变化，如果在外界的作用下，结构发生了变化，那么这种物质也就变成其他物质了，故C是错误的；D项，从微观上说，物质应该是由分子、原子、离子等构成的，故D是错误的。2.SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测不正确的是()A.SiCl4晶体是分子晶体B.常温、常压下SiCl4是气体C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子D.SiCl4的熔点高于CCl4答案B解析由于SiCl4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4，所以SiCl4的分子间作用力更大一些，熔、沸点更高一些。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。3.建立普遍适用的化学反应的量子力学理论，可以帮助化学家解决一系列问题，其中不属于化学反应的量子力学研究的问题的是()A.两个或多个分子之间能否发生化学反应B.需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应C.如何在理论指导下控制化学反应D.在化学反应过程中，原子能否分割与重新组合答案D解析化学反应是以原子为基础，属于原子层面的反应，反应过程中不涉及原子的分割，化学反应只是分子拆分成原子，原子重新结合成分子的过程。4.下列描述正确的是()A.用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳仍然会产生白色污染B.超临界流体是介于气态和液态之间的一种状态，故超临界流体CO2是合成的新物质C.澳大利亚开发出被称为第五形态的固体碳“纳米泡沫”，其形似海绵，密度极小且有磁性。可以预见，这种新材料的化学性质与金刚石完全不同D.由于氢键的影响，甲酸蒸气的密度在373 K时为1.335 gL1，在293 K时为2.5 gL1答案D解析A选项可降解塑料不会产生白色污染；B选项CO2的分子组成未变，只是状态变了，故超临界流体CO2不是新物质；C选项“纳米泡沫”和金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，化学性质是相似的；D选项甲酸蒸气随温度的降低，氢键被破坏的程度减小，分子间的作用力增大，所以密度增大。5.有效成分为手性分子的药物为手性药物。下列有关手性药物叙述正确的是()化学反应生成手性药物时一定是成对生成它们的手性异构体存在少量手性催化剂时可只生成或主要生成手性异构体中的一种手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别手性异构体的医药作用可能完全不同A. B. C. D.答案D解析如果没有手性催化剂，则生成的手性药物大多数是两种手性异构体，但在手性催化剂作用下，可以只生成或主要生成一种异构体；一对异构体化学性质几乎相同，但生物性质会截然不同，一种异构体有治病疗效，另一种可能没有疗效甚至有害。6.下列说法中不正确的是()A.分子生物学基础与化学键理论密切相关B.DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过共价键形成配对的C.修正变异配位小分子，有助于人类战胜疾病D.胚胎干细胞的分化是一种复杂的物理化学过程答案B解析DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过氢键配对的，B项错误。 课时作业对应学生用书P1071.科学家最近又发现一种新能源“可燃冰”，它的主要成分是甲烷与水分子的结晶水合物(CH4nH2O)。其形成过程是：埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，被厌氧性细菌分解，最后形成石油和天然气(石油气)，其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰”。又知甲烷同CO2一样也是温室气体。这种可燃冰的晶体类型是()A.离子晶体 B.分子晶体C.原子晶体 D.金属晶体答案B解析由CH4与CO2一样是温室气体可知其为分子晶体。2.航天员专用水必须保存原水中对人体有益的矿物质和微量元素，选择pH呈弱碱性、小分子团的健康水。一次饮用125 mL小分子团水，可维持人体6小时正常需水量。下列关于小分子团水的说法正确的是()A.水分子的化学性质改变B.水分中氧氢键键长缩短C.水分间作用力减小D.水分子间结构、物理性质改变答案D解析小分子团水的特点，说明水分子间的氢键发生了变化，随之物理性质也发生了变化，但化学性质不变，形成小分子团作用力增大，但OH键键长不变。3.邮票收藏爱好者把信封上的邮票剪下来浸在水中，能除去邮票背面的粘合剂，这是利用了该粘合剂具有很强亲水性的性能。该粘合剂的成分可能是()A.CH2 H2 B. C. D. 答案B解析根据题中该粘合剂具有很强亲水性的信息，可知该粘合剂中含有亲水的基团，B选项中的羟基(OH)具有亲水性，因为羟基可以与水分子间形成氢键，C选项中的氯原子和D选项中的甲基都不具有亲水性。4.在有机物分子中，当一个碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子被称为“手性碳原子”，如，其中带*号的碳原子是手性碳原子。莽草酸是合成抗禽流感病毒药“达菲”的关键原材料，其结构简式为，若该物质在一定条件下能够与H2发生加成反应，则加成前后的手性碳原子数分别为()A.3；2 B.4；4 C.3；4 D.4；6答案A解析加成前三个羟基所连三个碳原子都是手性碳原子，加成后，由于分子具有了对称性，只剩下其中的两个碳原子仍具手性，中间连有羟基的那个碳原子的手性消失。5.“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中各原子全部转化为欲得的产物，即原子利用率为100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率最高，还需要消耗的其他反应物有()A.CO B.CO2和H2OC.H2O和O2 D.CH3OH和O2答案A解析乙酸乙酯的化学式为C4H8O2，用C4H8O2减去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。6.方兴未艾的“克隆”技术的关键之一是找到一些特殊的酶，这些酶能激活普通体细胞，使之像生殖细胞一样发育成个体。下列有关酶的叙述中，错误的是()A.大多数酶是具有催化作用的蛋白质B.酶的催化作用具有专一性C.高温或重金属盐能降低酶的活性D.酶只有在强酸性或强碱性条件下才能起作用答案D解析大多数酶是具有催化作用的蛋白质，其催化作用具有专一性，所以A、B项都对；高温、重金属盐、强酸、强碱条件下都会使蛋白质变性失去酶的催化作用，所以C项对，D项错。7.六氟化硫分子呈正八面体，难以水解，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业有着广泛用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关SF6的推测正确的是()A.SF6易燃烧生成二氧化硫B.SF6中各原子均达到8电子稳定结构C.高温条件下，SF6微弱水解生成H2SO4和HFD.SF6是极性分子答案C解析A项，SF6中，F显1价，S显6价，且电负性FO，SF6不可能燃烧生成SO2；B项，S显6价，6612，因此S原子不满足8电子稳定结构；C项，SF6水解生成H2SO4和HF，S、F化合价均未变化，正确；D项，SF6分子结构对称，是非极性分子。8.具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n，其结构类似由硼和氢组成的硼烷，有关研究报告发表在最新出版的美国科学杂志上。最简单的氢铝化合物为Al2H6，它的熔点为150 ，燃烧热极高。Al2H6球棍模型如图。下列有关说法肯定不正确的是()A.Al2H6中H为1价，Al为3价B.Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水C.Al2H6分子是非极性分子D.氢铝化合物可能成为是未来的储氢材料和火箭燃料答案A解析由熔点可知，Al2H6为分子晶体。铝是金属元素，失电子能力强，无负价，A不正确。Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水，B正确。Al2H6空间构型对称，正负电荷重心重合，为非极性分子。Al2H6燃烧热极高，可以作为燃料。9.近年来高速发展的PDP(Plasma Display Panel)等离子显示器，可以制造出大屏幕挂彩色电视机。等离子显示屏PDP是一种利用等离子管作为发光元件，大量的等离子管排列在一起构成的屏幕。每个等离子管都是由透明玻璃制成的，管内充有低压的氖、氙气体，两端各有一个电极，在两个电极间加上高压后，封在管内的气体产生某种肉眼看不见的光谱，激发平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光，每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像。等离子管发光的微观机理是通过高压使低压氖、氙气体原子的_。外层电子受到激发而发光内层电子受到激发而发光等离子管发出的光谱，可以激发荧光粉发出可见光是利用该光谱的_。化学作用电离作用对上述问题的判断正确的是()A.； B.； C.； D.；答案A解析等离子管是利用稀薄气体在高压作用下发出的紫外线激发荧光粉而发光。紫外线是由原子外层电子受到激发后产生的，紫外线的作用是化学作用。10.长期以来一直认为氟的含氧酸不存在，但是1971年斯图杰尔和阿佩里曼(美)成功地合成了次氟酸后，这种论点被剧烈地动摇了。他们是在0 以下将氟化物从细冰末的上面通过，得到毫克量的次氟酸。(1)以下两种结构式，能正确表示次氟酸结构的是_，原因是_。A.HOF B.HFO(2)次氟酸中氧元素的化合价为_，次氟酸的电子式为_，次氟酸分子中共价键的键角_180(填“”或“”)。(3)下面给出了几个分子和基团中化学键的键能：化学键HHO OFFOHOFHFE(kJ/mol)432494155424220566请计算反应：2HOF 2HFO2的反应热(H)的近似值为_kJ/mol。请从计算结果预测次氟酸的一条化学性质：_。(4)次氟酸刹那间能被热水所分解，生成一种常见的物质M，该物质既表现有氧化性(对于碘化钠)，又表现有还原性(对于高锰酸钾)，则M的化学式为_，写出次氟酸与热水反应的化学方程式：_