2024-2025学年高中化学专题5物质结构的探索无止境教案苏教版选修3

PAGEPAGE14物质结构的探究无止境[核心素养发展目标]1.相识探讨物质结构与性质的关系对分子设计、合成新材料的重要意义，了解量子力学在物质转化、制备等领域的指导价值。2.体会探讨生命现象的化学机理对人类健康的重要作用，促进科学看法与社会责任学科核心素养的发展。一、探讨物质的结构与性能的关系1．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、性能及物质的变更规律有了肯定的相识。2．物质结构是确定物质性质的重要因素(1)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。(2)物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用、分子的构型等。(3)探讨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非常重要的意义。3．探讨镧系元素的结构和性质的关系，可以找寻到功能奇妙的光、电、磁等材料；探讨影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素，可以帮助人类相识生命运动的机理；探讨材料的结构和性能的关系，可以得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料。物质结构和性质的关系(1)元素原子结构确定其性质。元素周期表中的“位—构—性”关系规律。(2)分子组成相同，结构不同，其性质不同。如：乙醇和甲醚是同分异构体，同分异构体的存在说明物质的结构是确定其性质的重要因素。(3)分子组成不同，若结构相像，则其化学性质或物理性质相像。例如，等电子体的性质相像。(4)构成晶体的微粒不同，微粒的排列方式不同，微粒间的作用力不同，导致各类晶体有不同的性质。例1下列有关物质结构的相识正确的是()A．物质的结构反映物质的性质，物质的性质确定物质的结构B．物质的结构包括构成物质的微粒间的相互作用、分子的构型、手性等C．物质的结构随着人们的相识或探讨的程度常常发生一些小的变更D．物质的结构有宏观和微观两个方面的相识，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解析结构确定性质，性质反映结构，A错误；物质的结构不随人们的相识和外界的作用而发生变更，假如在外界的作用下，结构发生了变更，那么这种物质也就变成其他物质了，C错误；从微观上讲，物质是由分子、原子、离子等构成的，D错误。例2我国科学家胜利合成了3nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(反抗变形的实力)高、密度小(只有钢的eq\f(1,4))、熔点高、化学性质稳定性好的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是()A．它是制造飞机的志向材料B．它的主要组成元素是碳元素C．它的抗腐蚀实力强D．碳纤维复合材料不易导电答案D解析纳米材料有其独特的性能，我们都知道：一般飞机是用轻金属及其合金制造的，由于碳纤维的“强度高、刚度高、密度小”，它也可以作为制造飞机的志向材料；碳纤维复合材料的主要元素是碳元素；但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子。二、探讨化学反应的量子力学理论1．为了人类社会的可持续发展，化学家们期望解决的问题许多，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，提倡“绿色化学”。(3)在了解酶催化作用机理的基础上，模拟自然酶制造人工催化剂。实现在最温柔条件下进行化学反应，限制反应的方向和产物的手性。2．量子力学在物质转化、物质制备等探讨领域中具有指导作用。为了更好地利用化学变更，通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活和生产所须要的物质，化学家们须要回答更多的问题，须要发展量子力学，须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：合成氨不再须要高温、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。1利用化学反应的原理，通过化学反应实现物质的转化，制备人类生活和生产所须要的各种新材料，是化学服务于人类的重要方式。2人类社会的发展，就是科技的发展。为了实现人类社会的可持续发展，须要化学家们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化学发展的趋势是让反应条件趋向于温柔、产率高、速率快、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简洁等。例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探讨的问题的是()A．两个或多个分子之间能否发生化学反应B．须要什么催化剂才能在温柔条件下进行反应C．如何在理论指导下限制化学反应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。例490年头初，国际上提出了“预防污染”的绿色化学基本手段，下列各项中，符合绿色化学含义的是()A．回收废的物品B．生产绿色的产品C．不生产有毒物质D．进行无污染的化工生产答案D三、探讨生命现象的化学机理1．探讨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。探讨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奇妙；了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理，创建“新陈代谢”的目标能得以实现。2．手性分子的探讨(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．物质探讨的方法有助于探究物质世界的奇妙化学作为一门好用的创建性科学，已经为人类相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。化学创立了探讨物质结构的理论、方法和试验手段，初步揭示了物质的结构与性能之间的关系和规律，为设计具有各种特别功能的新物质供应了有效的方法和手段。1探寻人类和生物的生命运动的化学机理是新世纪各国所面临的重大课题。2对物质结构的探讨可以在药物制备、生命奇妙、人为调整等方面带来福音，并且可以进行人造器官的制造和医用高分子材料的研制和应用。例5DNA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分子复制将双链解开的过程可视为()A．化学变更B．物理变更C．既有物理变更又有化学变更D．是一种特别的生物变更答案B解析物质的变更有三种：物理变更、化学变更和核变更。氢键不属于化学键，双键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，因此不属于化学变更。生物体生长的过程是一个发生困难物理、化学变更的过程。1．据报道，德国INTEGRAL公司探讨出无辐射冷却技术(用水和冰组成的两相液体代替传统的氟利昂或氨)而荣获德国环境大奖。下列关于“新制冷剂”的叙述不正确的是()A．该制冷剂对环境不产生任何污染B．该制冷剂的作用原理与氨基本相同C．该制冷剂在水的凝固点旁边的温度下发挥作用D．该制冷剂是属于悬浊液的一种分散系答案D解析水和冰组成的两相液体制冷剂，不属于悬浊液分散系，因为分散系是混合物，而该制冷剂是纯净物。2.德俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，这种高聚氮的N—N键的键能为160kJ·mol－1(N2分子中的键能为942kJ·mol－1)，晶体结构如图所示。下列有关高聚氮的说法不正确的是()A．高聚氮晶体属于原子晶体B．高聚氮晶体中每个N原子和另外3个N原子相连C．高聚氮可能成为炸药D．高聚氮转变成氮气是氧化还原反应答案D3．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()①化学反应生成手性药物时肯定是成对生成它们的手性异构体②存在少量手性催化剂时可主要生成手性异构体中的一种③手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区分④手性异构体的医药作用可能完全不同A．①②B．①④C．②③D．②④答案D解析假如没有手性催化剂，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，但生物性质会迥然不同，一种异构体有治病疗效，另一种可能没有疗效甚至有害。4．在“绿色化学工艺”中，志向状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现这一原子最经济原则的是()①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应⑧缩聚反应A．①②⑤B．②⑤⑦C．⑦⑧D．只有⑦答案B解析化合反应、加成反应和加聚反应均只有一种产物，即反应物原子全部转化为欲制得产物，符合“绿色化学工艺”的要求。5．据报道，科研人员应用电子计算机模拟出了类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮试回答：(1)依据上述信息推断N60的结构特点(包括分子的空间构型、分子内的平面几何形态、化学键的类型和数目等)：________________________________________________________________________。(2)依据键能和物质化学变更中的能量变更原理计算，1molN60全部分解为N2所汲取或放出的能量(热量)为________kJ。(3)依据(2)的计算结论推断，下列N60的用途中正确的是________(填字母)。A．可用作高能炸药B．可用作高能燃料答案(1)分子的空间构型为球形，球面由五边形和六边形组成，化学键全部为氮氮单键，共90个(2)13230(3)AB解析(1)C60分子的空间结构为球形，N60分子的空间结构也是球形的。N原子有5个价电子，每个N原子又结合了3个N原子，全部的氮原子都具有最外层为8个电子的稳定结构，所以N60分子中的化学键只能是N—N键。每个N原子形成3个单键，每个单键由2个N原子共用，则N60分子中的单键数为60×eq\f(3,2)＝90。(2)1molN60分子含有90molN—N键，它分解生成30molN≡N键。1molN60分子中化学键拆开汲取的能量为90mol×167kJ·mol－1＝15030kJ。30molN2分子中化学键形成放出的能量为30mol×942kJ·mol－1＝28260kJ。放出的总能量比汲取的总能量多13230kJ，化学反应是放热反应。(3)由于N60的分解放出大量的热，因此N60用作高能炸药和高能燃料都是可以的。题组一探讨物质结构与性能1．据报道我国科学家最近研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述不正确的是()A．它耐高温抗氧化B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料答案B解析由该材料主要成分的性质可知其应具有耐高温抗氧化的性能，A项正确；题中给出信息“连续纤维增韧”航空材料，则说明该材料具有良好的韧性，B项错误；该材料是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成，属于混合物，没有固定的熔、沸点，C项正确；该材料由无机物复合而成，应为新型无机非金属材料，D项正确。2．下列说法不正确的是()A．化学反应有新物质生成，并遵循质量守恒定律和能量守恒定律B．原子汲取光谱仪可用于测定物质中的金属元素，红外光谱仪可用于测定化合物的官能团C．分子间作用力比化学键弱得多，但它对物质的熔点、沸点有较大的影响，而对溶解度无影响D．酶催化反应具有高效、专一、条件温柔等特点，化学模拟生物酶对绿色化学、环境爱护及节能减排具有重要意义答案C解析化学反应有新物质生成并且遵循质量守恒定律和能量守恒定律，光谱分析可以测定金属元素和官能团，酶具有高效、专一等性质，因此A、B、D正确；分子间作用力对物质的熔点、沸点、溶解度都有影响，因此C项错误。3．等电子体假说认为：凡原子数、总电子数均相等，并且结构相像，物理性质也相像的物质称为等电子体，如CO和N2。现有一种新型层状结构的无机材料BN的一种同分异构体α­BN，其平面结构如图所示，则关于该物质的结构、性质和用途叙述正确的是()A．α­BN是一种坚硬耐磨材料，可作钻具B．若层状结构中有n个B原子，则有n个六元环C．已知α­BN在水蒸气作用下能微弱水解，则水解产物为B2H6和HNO3D．α­BN晶体中各原子达到8电子稳定结构答案B解析依据信息α­BN和石墨结构相像，物理性质相像。结合α­BN的平面结构，类比石墨的物理性质，得知A错误；利用均摊法可以看出，每个硼原子被3个六边形共用，1个六边形实际拥有的硼原子个数为3×eq\f(1,3)＝1，则B正确；氮化硼(BN)中由于氮的电负性大，故氮为－3价，而硼为＋3价，若α­BN在水蒸气作用下能水解，水解产物为H3BO3和NH3，C错误；α­BN晶体中仅氮原子达到8电子稳定结构，而硼原子为6电子结构，D错误。4．氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的粒子间作用力与氮化硅熔化所克服的粒子间作用力都相同的是()A．硝石(主要成分KNO3)和金刚石B．晶体硅和水晶C．冰和干冰D．萘()和蒽()答案B解析由于氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质，从而可知其晶体类型属于原子晶体，因而与晶体硅和水晶属于同种类型的晶体，所以熔化时所克服的作用力相同。A选项中硝石不属于原子晶体，C、D选项中都是分子晶体，因而熔化时克服的粒子间作用力与氮化硅的不同。5．航天员专用水必需0是健康的，必需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125mL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．水分子的化学性质变更B．水分子中氧氢键键长缩短C．水分子间作用力减小D．水分子间结构、物理性质变更答案D解析同种分子化学性质不变，物理状态可变。题组二探讨化学反应的量子力学理论6．“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，志向状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率达到最高，还须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解析依据原子利用率为100%，甲烷和其他反应物的原子应全部变成乙酸乙酯，2molCH4和2molCO可合成1mol乙酸乙酯(C4H8O2)，并无副产物，而其余的都有副产物。7．要达到绿色化学的志向境界，化学家们须要回答一系列问题：指定分子之间能否反应生成预期分子？须要什么催化剂？反应速率预期多大？如何限制反应？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．改进试验方法C．完善元素周期律理论D．探讨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。化学更加展，越要从物质结构的深层去理解和驾驭化学反应规律。8．下列描述正确的是()A．2004年我国首创用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，但该塑料仍旧产生白色污染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，密度微小且有磁性。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373K时为1.335g·L－1，在293K时为2.5g·L－1答案D解析A项，可降解塑料不会产生白色污染；B项，CO2的分子组成未变，只是状态变更，故超临界流体CO2不是新物质；C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，化学性质是相像的；D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。题组三探讨生命现象的化学机理9．最近，医学界通过用放射性14C标记C60的羧酸衍生物在特定的条件下可断裂DNA杀死细胞，从而可用于抑制艾滋病毒。关于放射性14C的下列说法中，正确的是()A．与12C互为同位素B．是12C的同素异形体C．与14N所含中子数相同D．与C60中一般碳原子的化学性质不同答案A10．近日，专家否认了“味精致癌”的说法。试验表明味精在100℃时加热半小时，只有0.3%的味精(谷氨酸钠)生成焦谷氨酸钠，其对人体的影响甚微。对此下列相识正确的是()A．谷氨酸钠在加热条件下生成焦谷氨酸钠是物理变更B．试验是探讨问题的一种有效方法C．谷氨酸钠受热不分解D．大量食用味精有利于身体健康答案B11．方兴未艾的“克隆”技术的关键之一是找到一些特别的酶，这些酶能激活一般体细胞，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．酶是具有催化作用的蛋白质B．酶的催化作用具有选择性和专一性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解析酶是具有催化作用的蛋白质，其催化作用具有选择性和专一性，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而失去酶的催化作用，所以C项对，D项错。12．为了探究月球上是否有生命存在的痕迹，就要分析月球岩石中是否包含有碳氢化合物。科学家用氘盐酸(DCl)和重水(D2O)溶液处理月球岩石样品，对收集的气体加以分析，结果只发觉有一些气体状态的碳氘化合物。这个试验不能用一般盐酸，其理由是()A．一般盐酸酸性太强B．一般盐酸有强挥发性C．一般盐酸与月球岩石中的碳化物无法反应D．无法区分月球岩石中原来含有的是碳化物，还是碳氢化合物答案D解析利用氘盐酸(DCl)与重水(D2O)溶液处理月球岩石样品的目的是为了便于区分月球岩石中原来含有的是碳化物还是碳氢化合物。氘盐酸与一般盐酸的酸性与挥发性相同。13．有下列物质：①HCl、②Na2O2、③HClO、④NH4Cl、⑤Br2、⑥Fe，请填写下列空白：[第(1)～(5)小题填序号](1)只以非极性共价键结合的是________。(2)既存在离子键，又存在非极性共价键的是________。(3)具有极性共价键和离子键的是________。(4)相邻原子间以共价键结合，不稳定，易分解的是___________________________。(5)含有配位键的是________。(6)④中含有键的类型为____________________________________________。(7)⑥中存在________键。答案(1)⑤(2)②(3)④(4)③(5)④(6)离子键、极性共价键、配位键(7)金属14．探讨人员最近发觉，在肯定的试验条件下，给水施加一个弱电场，在20℃、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”。下图是水和“热冰”的计算机模拟图，图中球代表水分子中的原子。(1)图中较大的球代表________原子，其原子结构示意图为________________；水分子中氢氧原子间的化学键是__________(填“共价键”或“离子键”)。(2)用球棍模型表示的水分子结构是___________________________________(填字母)。(3)已知水分子中氧原子一端带部分负电荷，氢原子一端带部分正电荷，在外加电场作用下，水结成冰。上图中模拟“热冰”的示意图是__________(填“甲”或“乙”)，理由是______________________________________