蘇教版 化學 選修3 專題5物質結構的探索無止境

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歡迎進入化學課堂 專題5物質結構的探索無止境 學習目標1 了解人類探索物質結構的價值 2 認識在分子層次上研究物質的意義 課堂互動講練 探究整合應用 知能優(yōu)化訓練 專題5 課前自主學案 課前自主學案 一 研究物質結構與性能的關系1 物質的結構是決定 的重要因素 1 物質的結構包括 等 2 物質的性質包括物質的 和 和 等 物質性質 構成物質的微粒之間的相互作用 分子的構型 物理性質 化學性質 生物活性 生理活性 2 1 研究鑭系元素的結構與性質的關系 可以尋找到功能奇特的光 電 磁等材料 2 研究影響生物大分子的 和 的結構因素 可以幫助人類認識生命運動的機理 3 研究材料的結構與性能的關系 可以得到強度大 密度小 的合成材料 生物活性 生理活性 穩(wěn)定性好 耐腐蝕 思考感悟如何用微粒間作用力比較判斷物質性質 提示 微粒之間的作用力有 分子晶體中分子之間的作用力 范德華力和氫鍵 分子內部原子之間的共價鍵 離子晶體中陰離子和陽離子的靜電作用 離子鍵 金屬晶體中金屬陽離子和自由電子之間的相互作用 金屬鍵 原子晶體中原子之間的共價鍵 由于不同晶體中微粒之間的作用力多種多樣 大小也不盡相同 使形成的物質的性質也千差萬別 不同的晶體類型物質的物理性質差別較大 同一類型晶體的性質有一定的相似性和遞變性 其物理性質和化學性質的異同可用原子結構 分子的空間構型 化學鍵 范德華力 氫鍵等知識進行綜合分析 二 研究化學反應的量子力學理論1 通過化學反應實現(xiàn) 制備 所需要的物質 是化學服務于人類的重要方式之一 2 為了更好地利用化學變化 要求化學家建立精確有效而又普遍適用的 理論 三 研究生命現(xiàn)象的化學機理1 探尋人類和生物的生命運動的 無疑是21世紀化學科學亟待解決的重大課題之一 物質的轉化 人類生活和生產 化學反應的量子力學 化學機理 2 化學創(chuàng)立了研究物質結構的 和 初步揭示了物質的結構與性能之間的關系和規(guī)律 為設計具有各種特殊功能的新物質提供了有效的方法和手段 理論 方法 實驗手段 1 2000年諾貝爾化學獎是由日本筑波大學的白川英樹 美國賓夕法尼亞大學的艾倫 馬克迪爾米德和美國加利福尼亞大學的艾倫 黑格爾獲得 三位化學家在導電聚合物的開發(fā)和研究方面做出了突出貢獻 所謂導電聚合物是由某些聚合物 如聚乙炔 經化學或電化學摻雜后形成的 導電率可從絕緣體延伸到導體范圍的一類高分子材料 導電聚合物應屬于 A 氧化物B 氣態(tài)氫化物C 復鹽D 有機物 A 單體的結構為B 在一定條件下能發(fā)生加成反應C 在一定條件下能發(fā)生水解反應D 有固定的熔 沸點 解析 選BD 聚丙烯酸酯的結構簡式為 其單體為 聚丙烯酸酯分子中沒有不飽和鍵 不能發(fā)生加成反應 但含有酯基 COOR 可發(fā)生水解反應 聚丙烯酸酯為高分子化合物 沒有固定的熔 沸點 3 中國學者徐志博和美國科學家共同合成了世界上最大的碳氫分子 其中一個分子由1134個碳原子和1146個氫原子構成 關于此物質 下列說法肯定錯誤的是 A 屬高分子烴類化合物B 常溫下呈固態(tài)C 具有類似金剛石的硬度D 易被氧化解析 選C 由1134個碳原子和1146個氫原子組成的烴分子屬于分子晶體 硬度較金剛石要小 在常溫下應呈固態(tài) 課堂互動講練 物質的結構包括構成物質的微粒之間的相互作用 分子的構型 手性等 物質的性質包括物質的物理性質和化學性質 生物活性和生理活性等 辯證唯物主義告訴我們 結構決定性質 性質反過來體現(xiàn)結構 1 元素原子的結構決定元素的性質 這一點從元素周期表位 構 性的關系得以表現(xiàn) 例如 同周期 隨著原子序數(shù)的遞增 元素的非金屬性逐漸增強 金屬性逐漸減弱 2 不同類型晶體的組成微粒和作用力不同 其性質也不同 例如 離子晶體熔 沸點較高 難于揮發(fā) 一般具有較高硬度 難于壓縮 但質脆 不易進行機械加工 離子晶體不導電 但熔融或溶于水時導電 原子晶體硬度大 熔 沸點高 不溶于一般溶劑 是電的不良導體 分子晶體一般熔點低 硬度小 金屬晶體是電的良導體 具有延展性 具有良好的機械加工性能 3 分子式相同的同分異構體之間具有不同的性質 例如 C2H6O有兩種不同的結構 乙醇 C2H5OH 和甲醚 CH3OCH3 二者在化學性質上有很大的不同 同分異構體的存在說明物質的結構是決定物質性質的重要因素 4 分子組成不同 若結構相似 則其化學性質或物理性質有相似之處 等電子體的性質相似就說明了此問題 如苯 C6H6 和硼氮苯 B3N3H6 結構相似 其性質也很相似 再如分子空間構型相同的物質的極性相似 根據(jù)相似相溶規(guī)則 溶解性相似 特別提醒 物質的結構決定物質的性質 而物質的性質則決定物質的用途 因此 研究物質的結構對于研究物質的用途 尋找特殊化學物質有重要的意義 2011年河北保定一中高二檢測 制冷劑是一種易被壓縮 易液化的氣體 液化后在管內循環(huán) 蒸發(fā)時吸收熱量 使環(huán)境溫度降低 達到制冷的目的 人們曾采用過乙醚 CH3Cl等作制冷劑 但它們不是有毒 就是易燃 于是科學家根據(jù)元素性質的遞變規(guī)律來開發(fā)新的制冷劑 據(jù)現(xiàn)有知識 某些元素化合物的易燃性 毒性變化趨勢如下 1 氫化物的易燃性 第2周期 H2O HF 第3周期 SiH4 PH3 2 化合物的毒性 PH3 NH3 H2S 填 或 CO2 CCl4 CF4 于是科學家們開始把注意力集中在含F(xiàn) Cl的化合物上 3 已知CCl4的沸點為76 8 CF4的沸點為 128 新制冷劑的沸點范圍介于其間 經過較長時間反復試驗 一種新的制冷劑氟利昂CCl2F2終于誕生了 其他類似的還可以是 4 然而 這種制冷劑造成了當今的某一環(huán)境問題是 但求助于周期表中元素及其化合物的 填字母代號 變化趨勢來開發(fā)制冷劑的科學思維方法是值得借鑒的 毒性 沸點 易燃性 水溶性 顏色a b c 解析 本題結合實際應用 制冷劑的開發(fā)來創(chuàng)設情境 考查內容仍為元素周期律 微粒間作用力對物理性質和化學性質的影響 做題時要注意隨時根據(jù)題干尋找規(guī)律 然后利用此規(guī)律和已知規(guī)律解題 答案 1 CH4NH3H2SHCl 2 3 CFCl3 或CF3Cl 4 使大氣臭氧層出現(xiàn)空洞a 變式訓練1圖為元素周期表前4周期的一部分 下列有關R W X Y Z五種元素的敘述中 正確的是 A 常壓下五種元素的單質中Z單質的沸點最高B Y Z的陰離子電子層結構都與R原子的相同C W的氫化物沸點比X的氫化物的沸點高D Y元素的非金屬性比W元素的非金屬性強 解析 選D 本題通過元素在周期表中的位置推斷元素 同時進一步考查單質的沸點 元素原子結構 氫鍵及同周期元素金屬性大小判斷等知識 由R W X Y Z五種元素所在的位置看 它們分別是Ar P N S Br 它們形成的單質中常溫下P S為固體 Br2為液體 Ar N2為氣體 A錯 Br 的核外電子層比S2 Ar多一層 B錯 X的氫化物NH3分子間可形成氫鍵 沸點高 C錯 S與P位于同一周期 從左到右 非金屬性依次增強 D正確 故正確答案為D 利用量子力學理論 探討理想化的一些問題 最終使其成為現(xiàn)實 1 利用已知化學反應的原理 通過操作實現(xiàn)物質的轉化 制備人類生活和生產所需要的各種新材料 是化學服務于人類的重要方式 2 人類社會的發(fā)展 就是科技的發(fā)展 為了實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展 需要化學家們建立精確有效而又普遍適用的化學反應的量子力學理論 3 化學發(fā)展的趨勢是讓反應條件溫和 產率高 速率快 副反應少 排放少 污染少 價格低 生產流程簡單等 石墨和金剛石在一定條件下可相互轉化 石墨 金剛石 H 0 20世紀50年代 美國通用汽車公司在實驗室利用高溫 高壓將石墨轉化為金剛石后 1989年 日本科學家用炸藥和木炭粉 炸出 金剛石的消息引起人們的廣泛關注 他們將炸藥和木炭粉混合并用石蠟固化后裝入鋼制敞口容器 沉入一個直徑8m深約5m的混凝土水槽內 點火起爆 最后將容器里的水取出靜置 可獲得直徑為0 002 m 0 003 m的超細金剛石粉 1 從勒夏特列原理分析 上述兩種制取金剛石的方法都能獲得成功的原因是 填編號 A 金剛石比石墨熔點低B 金剛石的密度大于石墨C 金剛石硬度很大 D 合成金剛石是吸熱反應 2 為什么要在高壓下制取金剛石 3 日本科學家制得的金剛石可用于制作鉆石戒指嗎 解析 根據(jù)勒夏特列原理 升高溫度 平衡向吸熱方向移動 很容易判斷D選項正確 依據(jù)中學化學內容 改變壓強對沒有氣體參加或生成的可逆反應平衡移動無影響 為什么合成金剛石要采取高壓呢 實際上 改變壓強對沒有氣體參加或生成的可逆反應無影響是指在一定的范圍內改變壓強 超高壓對沒有氣體參加或生成的可逆反應的平衡移動的影響同樣符合勒夏特列原理 可從石墨密度小于金剛石理解 這就要求學生有一定的創(chuàng)新精神 必須注意試題要求回答 超細 金剛石粉的用途 故不可用來制作鉆石戒指 答案 1 BD 2 超高壓對沒有氣體參加的可逆反應同樣有影響 3 不可以 變式訓練2原子經濟性是在1991年由Trost首先提出的 即在化學反應過程中有多少原料的原子進入到所需的產品中 理想的原子經濟反應要求原料分子中的原子百分之百地轉變成產物 不產生副產物或廢物 實現(xiàn)廢物的 零排放 對于大宗基本有機原料的生產來說 選擇原子經濟反應十分重要 目前 在有機原料的生產中 有的已采用原子經濟反應 如丙烯氰甲?；贫∪?甲醇羰化制醋酸 乙烯或丙烯的聚合 丁二烯和氫氰酸合成己二腈等 還有一些基本有機原料的生產所采用的反應 已由過去的多步反應 改成較少幾步或協(xié)同一釜中同時完成的原子經濟反應 下列幾種生產乙苯的方法中 原子經濟性最好的是 反應均在一定條件下進行 解析 選C C項反應物中所有原子都轉變?yōu)楫a物 根據(jù)題干 此反應為理想的原子經濟反應 注意理論上全都反應和實際生產有一定差距 探尋人類和生物的生命運動的化學機理 無疑是21世紀化學科學亟待解決的重大課題之一 例如 研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理 人們就能進行藥物設計 有助于合成高效無毒副作用的藥物 搞清楚食草動物胃內的酶如何把植物纖維分解為小分子的反應機理 就能為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎 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 了解活體內信息分子的運動規(guī)律和生理調控的化學機理 創(chuàng)造 新陳代謝 的目標能得以實現(xiàn) 2011年揚州高二檢測 據(jù)諾貝爾獎官方網(wǎng)站報道 北京時間2004年10月6日 瑞典皇家科學院宣布 將2004年諾貝爾獎授予以色列科學家阿龍 切哈諾沃 阿夫拉姆 赫什科和美國科學家歐文 羅斯 以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調節(jié)的蛋白質降解 即他們突破性地發(fā)現(xiàn)了人類細胞通過泛素如何控制某種蛋白質的 死亡 機理 泛素是一個由76個氨基酸組成的多肽 因其廣泛分布于各類細胞而得名 人體細胞中的泛素通過給無用蛋白質 貼標簽 的方法 幫助人體將那些被貼上標記的蛋白質進行 廢物處理 另外泛素結合酶及其水解得到的氨基酸對帕金森等疾病的治療也有重要作用 1 泛素對無用蛋白質 貼標簽 進行 廢物處理 簡單地說就是蛋白質發(fā)生了 填編號 下同 A 酯化反應B 消去反應C 水解反應D 縮聚反應 2 科學研究證明 泛素結合酶可抵御在有氧化應激的疾病里吸附NO 從而提高人體對帕金森等疾病的抵御能力 下列有關NO的敘述不正確的是 A NO分子中有極性共價鍵B NO是造成光化學煙霧的因素之一C NO是汽車尾氣的有害成分之一D NO分子所含電子總數(shù)為偶數(shù) 3 已知被泛素標定的某蛋白質分解后可得到化學式為C4H9NO2的氨基酸 則該氨基酸的同分異構體 屬于氨基酸 可能有 A 2種B 3種C 4種D 5種 4 已知血液中有一種被泛素標定的含銅呈藍色的蛋白質分子 其相對分子質量為151000 已知該分子中銅的質量分數(shù)為0 34 則被標定的銅藍蛋白質分子中的銅原子數(shù)為 A 8B 6C 4D 2 解析 2 NO是由非金屬元素N和O通過極性共價鍵而形成的極性分子 NO是造成光化學煙霧的因素之一 它主要來自煤和石油燃料的燃燒 汽車尾氣及硝酸工業(yè)廢氣等 1個NO分子所含的電子總數(shù)為7 8 15 故D項錯 3 同分 答案 1 C 2 D 3 D 4 A 變式訓練3酶是具有特殊功能的蛋白質 因而酶有蛋白質的特性 到目前為止 在人體內已發(fā)現(xiàn)多種酶 酶又是生物制造出來的催化劑 在生命有機體的所有有機反應中發(fā)揮作用 如圖所示的溫度t與反應速率v的關系曲線中 有酶參加的是 解析 選D 要從兩個方面把握催化作用 一是在室溫下酶就能對某些有機反應充分發(fā)揮催化作用 二是酶作為蛋白質在稍高溫度下會發(fā)生變性而失去催化作用 A圖表示隨溫度升高反應速率持續(xù)加大 B圖表示隨溫度升高反應速率減少 常溫下反應速率沒有出現(xiàn)最佳狀態(tài) C圖表示在適宜的溫度下反應速率最小 均不符合題意 D圖表示在適宜的溫度下反應速率最大 超過適宜溫度 隨溫度升高反應速率減慢 符合酶的性質 故正確答案為D 如何解答有關環(huán)境 材料 能源 生命科學等方面的試題環(huán)境問題 能源問題 材料問題 生命科學等是當前世界面臨的重大課題 都需要對物質微觀結構進行探究 此類問題多以信息題形式出現(xiàn) 介紹物質結構探索與研究的新成果 然后設計問題加以考查 解決此類問題的方法是讀懂題目所給的信息以及按題目的要求進行答題 探究整合應用 最近 由鎂 鎳和碳三種元素組成的化合物引起了科學家的注意 1 寫出鎳原子基態(tài)的電子排布式 2 寫出一氧化碳的結構式 3 四羰基鎳 Ni CO 4 為無色揮發(fā)性劇毒液體 熔點 25 沸點43 不溶于水 易溶于乙醇 乙醚 苯 四氯化碳等有機溶劑 呈四面體構型 四羰基鎳的晶體類型是 鎳原子和羰基之間的作用力為 4 據(jù)報道 只含鎂 鎳和碳三種元素的晶體也具有超導性 鑒于這三種元素都是常見元素 從而引起廣泛關注 該晶體的結構可看作由鎂原子和鎳原子在一起進行面心立方最密堆積 如圖所示 試寫出該晶體的化學式 晶體中每個鎂原子周圍距離最近的鎳原子有 個 解析 由四羰基鎳熔 沸點低知其為分子晶體 晶體內鎳原子與羰基間靠配位鍵結合在一起的 由晶胞結構知 鎂位于8個頂點上 共8個 其中屬于該晶胞的有1個 鎳原子位于6個面上 屬于該晶胞的為3個 碳原子位于體心內 只有1個 故晶體化學式為MgCNi3 在左右取向 前后取向 水平面取向的三個平面中 每個平面內均有4個符合題設條件的鎳原子 共有12個 答案 1 1s22s22p63s23p63d84s2 2 C O 3 分子晶體配位鍵 4 MgCNi312 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全