2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專(zhuān)題5 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境學(xué)案（含解析）蘇教版選修3.doc

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物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無(wú)止境 [課標(biāo)要求] 1．了解人類(lèi)探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價(jià)值，認(rèn)同“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是無(wú)止境的”觀點(diǎn)。 2．認(rèn)識(shí)在分子等層次研究物質(zhì)的意義。 1.物質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。 2．物質(zhì)性質(zhì)包括物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、生物活性和生理活性等。 3．物質(zhì)結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用、分子的構(gòu)型等。 4．探尋人類(lèi)和生物的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理，是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一。 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索 1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的方向 量子力學(xué)的建立和分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，使人們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及物質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步要解決的問(wèn)題是： (1)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)還有許多奧秘等待著人們?nèi)ソ沂尽? (2)環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，需要我們對(duì)微觀領(lǐng)域作更深入的研究。 2．研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 物質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對(duì)解決分子設(shè)計(jì)、合成新型材料等都具有十分重要的意義。 3．研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論 為了更好地利用化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)家們需要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。 4．研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理 探尋人類(lèi)和生物生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題。 1．“綠色化學(xué)”是當(dāng)今社會(huì)提出的一個(gè)新概念。在“綠色化學(xué)工藝”中，理想狀態(tài)是反應(yīng)原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子利用率為100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率達(dá)到最高，還需要消耗的其他反應(yīng)物有(　　) A．CO　　　　　 　B．CO2和H2O C．H2O和O2 D．CH3OH和O2 解析：選A　乙酸乙酯的化學(xué)式為C4H8O2，用C4H8O2減去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。 2．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)、纖維素、蔗糖、PVC、淀粉都是高分子化合物 B．氫鍵在形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用 C．使用太陽(yáng)能熱水器、沼氣的利用、玉米制乙醇都涉及生物質(zhì)能的利用 D．石油、煤、天然氣、可燃冰、植物油都屬于化石燃料 解析：選B　A項(xiàng)，蔗糖分子式為C12H22O11，M＝342，不屬于高分子化合物；B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，太陽(yáng)能熱水器利用的是太陽(yáng)能，未涉及生物質(zhì)能的利用；D項(xiàng)，植物油不屬于化石燃料。 3．下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．化學(xué)反應(yīng)有新物質(zhì)生成，并遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律 B．原子吸收光譜儀可用于測(cè)定物質(zhì)中的金屬元素，紅外光譜儀可用于測(cè)定化合物的官能團(tuán) C．分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多，但它對(duì)物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有較大的影響，而對(duì)溶解度無(wú)影響 D．酶催化反應(yīng)具有高效、專(zhuān)一、條件溫和等特點(diǎn)，化學(xué)模擬生物酶對(duì)綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排具有重要意義 解析：選C　化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是有新物質(zhì)生成，化學(xué)變化過(guò)程中遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，A正確；原子吸收光譜儀可以測(cè)定物質(zhì)所含的金屬元素，紅外光譜儀可以測(cè)定化合物所含的官能團(tuán)，B正確；分子間作用力對(duì)物質(zhì)的溶解度有一定的影響，C錯(cuò)誤； D正確。 [專(zhuān)題過(guò)關(guān)檢測(cè)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)正確的是(　　) A．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)反映物質(zhì)的性質(zhì)，物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的結(jié)構(gòu) B．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成物質(zhì)的微粒間的相互作用、分子的構(gòu)型、手性等 C．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)隨著人們的認(rèn)識(shí)或研究的程度經(jīng)常發(fā)生一些小的變化 D．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有宏觀和微觀兩個(gè)方面的認(rèn)識(shí)，從宏觀上說(shuō)物質(zhì)是由元素組成的，從微觀上說(shuō)物質(zhì)是由分子構(gòu)成的 解析：選B　結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不隨人們的認(rèn)識(shí)和外界的作用而發(fā)生變化，如果在外界的作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，那么這種物質(zhì)也就變成其他物質(zhì)了，C錯(cuò)誤；從微觀上講，物質(zhì)是由分子、原子、離子等構(gòu)成的，D錯(cuò)誤。 2．建立普遍適用的化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論，可以幫助化學(xué)家解決一系列問(wèn)題，其中不屬于化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)研究的問(wèn)題的是(　　) A．兩個(gè)或多個(gè)分子之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng) B．需要什么催化劑才能在溫和條件下進(jìn)行反應(yīng) C．如何在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng) D．在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，原子能否分割與重新組合 解析：選D　化學(xué)反應(yīng)以原子為基礎(chǔ)，屬于原子層面的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中不涉及原子的分割，化學(xué)反應(yīng)只是分子拆分成原子，原子重新結(jié)合成分子的過(guò)程。 3.據(jù)報(bào)道，德國(guó)INTEGRAL公司研究出無(wú)輻射冷卻技術(shù)(用水和冰組成的兩相液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氟利昂或氨)而榮獲德國(guó)環(huán)境大獎(jiǎng)。關(guān)于“新致冷劑”，以下敘述不正確的是(　　) A．該致冷劑對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染 B．該致冷劑的作用原理與氨基本相同 C．該致冷劑在水的凝固點(diǎn)附近的溫度下發(fā)揮作用 D．該致冷劑是屬于懸濁液的一種分散系 解析：選D　用水和冰組成的兩相液體致冷劑，不屬于懸濁液分散系，因?yàn)榉稚⑾凳腔旌衔?，而該致冷劑是純凈物? 4．目前，科學(xué)界擬合成一種“二重構(gòu)造”的球型分子，即把“足球型”的C60分子溶進(jìn)“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子與里面的碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合。下列關(guān)于這種分子的說(shuō)法中，不正確的是(　　) A．該晶體是一種新型化合物 　B．該晶體屬于分子晶體 C．是兩種單質(zhì)組成的混合物 D．相對(duì)分子質(zhì)量為2 400 解析：選C　由題意知，球型分子的化學(xué)式為Si60C60，是一種化合物而不是混合物。Si60C60是一種分子，其相對(duì)分子質(zhì)量為2 400，其形成的晶體是分子晶體。 5．有效成分為手性分子的藥物稱(chēng)為手性藥物。下列有關(guān)手性藥物敘述正確的是(　　) ①化學(xué)反應(yīng)生成手性藥物時(shí)一定是成對(duì)生成它們的手性異構(gòu)體 ②存在少量手性催化劑時(shí)可只生成手性異構(gòu)體中的一種 ③手性藥物中兩種手性異構(gòu)體的醫(yī)藥作用幾乎沒(méi)有區(qū)別 ④手性異構(gòu)體的醫(yī)藥作用可能完全不同 A．①② B．②④ C．②③ D．③ 解析：選B　如果沒(méi)有手性催化劑則手性藥物大多數(shù)是兩種手性異構(gòu)體同時(shí)生成的，但在手性催化劑作用下，可以主要生成一種異構(gòu)體。一對(duì)手性異構(gòu)體化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，但生物性質(zhì)會(huì)截然不同，一種異構(gòu)體有治病療效，另一種可能沒(méi)有療效甚至有害。 6．中國(guó)學(xué)者徐志博和美國(guó)科學(xué)家共同合成了世界上最大的碳?xì)浠衔?，其一個(gè)分子由1 134個(gè)碳原子和1 146個(gè)氫原子構(gòu)成。關(guān)于此物質(zhì)，下列說(shuō)法肯定錯(cuò)誤的是(　　) A．屬于烴類(lèi)化合物 B．常溫下呈固態(tài) C．具有類(lèi)似金剛石的硬度 D．易被氧化 解析：選C　由1 134個(gè)碳原子和1 146個(gè)氫原子組成的烴分子，其形成的晶體是分子晶體，硬度較金剛石要小，在常溫下應(yīng)呈固態(tài)，該烴分子含有雙鍵或叁鍵，易被氧化。 7．據(jù)報(bào)道我國(guó)科學(xué)家最近研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。下列相關(guān)敘述不正確的是(　　) A．它耐高溫抗氧化 B．它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)地較脆 C．它沒(méi)有固定熔點(diǎn) D．它是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料 解析：選B　由該材料主要成分的性質(zhì)可知其應(yīng)具有耐高溫抗氧化的性能，A項(xiàng)正確；題中給出信息“連續(xù)纖維增韌”航空材料，則說(shuō)明該材料具有良好的韌性，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該材料是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成，屬于混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，C項(xiàng)正確；該材料由無(wú)機(jī)物復(fù)合而成，應(yīng)為新型無(wú)機(jī)非金屬材料，D項(xiàng)正確。 8．下列說(shuō)法中，正確的是(　　) A．光導(dǎo)纖維、棉花、油脂、ABS樹(shù)脂都是由高分子化合物組成的物質(zhì) B．開(kāi)發(fā)核能、太陽(yáng)能等新能源，推廣乙醇汽油，使用無(wú)磷洗滌劑都可直接降低碳排放 C．紅外光譜儀、核磁共振儀、質(zhì)譜儀都可用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析 D．陰極射線、α粒子散射現(xiàn)象及布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)都對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的建立作出了貢獻(xiàn) 解析：選C　光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2晶體，不屬于高分子化合物，A項(xiàng)不正確；B項(xiàng)中無(wú)磷洗滌劑與碳的排放無(wú)關(guān)；D項(xiàng)中布朗運(yùn)動(dòng)與原子結(jié)構(gòu)模型的建立無(wú)關(guān)。 9．下列描述正確的是(　　) A．2004年我國(guó)首創(chuàng)用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，該塑料仍然產(chǎn)生白色污染 B．超臨界流體是介于氣態(tài)和液態(tài)之間的一種狀態(tài)，故超臨界流體CO2是合成的新物質(zhì) C．澳大利亞開(kāi)發(fā)出被稱(chēng)為第五形態(tài)的固體碳——“納米泡沫”，其形似海綿，密度極小并有磁性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，這種新材料的化學(xué)性質(zhì)與金剛石完全不同 D．由于氫鍵影響，甲酸蒸氣的密度在373 K時(shí)為1.335 gL－1，在293 K時(shí)為2.5 gL－1 解析：選D　A選項(xiàng)，可降解塑料不會(huì)產(chǎn)生白色污染；B選項(xiàng)，CO2的分子組成未變只是狀態(tài)改變，沒(méi)有合成新物質(zhì)；C選項(xiàng)，“納米泡沫”和金剛石都是由碳元素組成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同；D選項(xiàng)，甲酸蒸氣隨溫度的降低，氫鍵被破壞的程度減小，分子間的作用力增大，所以密度增大。 10．綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應(yīng)提高原子利用率，原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，原子利用率最高的是(　　) 解析：選C　充分理解原子利用率的定義，可知只有得到一種有機(jī)物時(shí)原子利用率才 最高。 11．科學(xué)家最近又發(fā)現(xiàn)一種新能源——“可燃冰”，它的主要成分是甲烷與水分子的結(jié)晶水合物(CH4nH2O)。其形成過(guò)程是：埋于海底地層深處的大量有機(jī)質(zhì)在缺氧環(huán)境中，被厭氧性細(xì)菌分解，最后形成石油和天然氣(石油氣)，其中許多天然氣被包進(jìn)水分子中，在海底的低溫與高壓下形成了類(lèi)似冰的透明晶體，這就是“可燃冰”。又知甲烷同CO2一樣也是溫室氣體。這種可燃冰的晶體類(lèi)型是(　　) A．離子晶體 B．分子晶體 C．原子晶體 D．金屬晶體 解析：選B　由CH4與CO2一樣是溫室氣體及可燃冰的形成，過(guò)程可知，其為分子 晶體。 12．最近有人用一種稱(chēng)為“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反應(yīng)，使C60獲得一個(gè)質(zhì)子，得到一種新型離子化合物：[HC60]＋[CB11H6Cl6]－，這個(gè)反應(yīng)看起來(lái)很陌生，但反應(yīng)類(lèi)型卻跟下列化學(xué)反應(yīng)中的一個(gè)相似，該反應(yīng)是(　　) A．SO3＋H2O===H2SO4 B．NH3＋H2O===NH3H2O C．NH3＋HCl===NH4Cl D．H2O＋CH3COOHH3O＋＋CH3COO－ 解析：選C　從題意可知“超酸”與C60的反應(yīng)是酸給出一個(gè)質(zhì)子成為陰離子，C60分子接受一個(gè)質(zhì)子成為陽(yáng)離子，形成的陰、陽(yáng)離子再相互作用成為離子化合物。由此可以判斷反應(yīng)C符合上述特征。 13．有一種叫cyclopropenylidene的分子(分子式為C3H2)，該分子過(guò)去只是在星際空間被探測(cè)到，現(xiàn)在一個(gè)研究小組在實(shí)驗(yàn)室中制造出了這種穩(wěn)定的分子。cyclopropenylidene也許能幫助研究人員更好地了解含碳的分子如何在太空中形成，剛接觸到這個(gè)分子時(shí)，有人認(rèn)為是a、b兩種結(jié)構(gòu)中的某一種(如圖所示)，如果取cyclopropenylidene樣品繼續(xù)研究，你認(rèn)為下列推斷正確的是(　　) ①若能測(cè)定該分子是極性分子，則可確定為a結(jié)構(gòu) ②若用C3HD(D即2H)示蹤，燃燒后生成等物質(zhì)的量的H2O、D2O和HDO，可推測(cè)b正確 ③a、b兩物質(zhì)在一定條件下均能發(fā)生加成反應(yīng)、氧化反應(yīng)及加聚反應(yīng) ④a、b中的所有原子都應(yīng)處于同一平面 A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 解析：選C　a、b結(jié)構(gòu)均為平面形、極性分子，分子中的H原子都是等性H原子。分子 中 的存在決定了它們均可發(fā)生加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)。 14．麻醉劑的發(fā)現(xiàn)和使用是人類(lèi)醫(yī)療史上了不起的一項(xiàng)成就，它可使患者在接受治療時(shí)感覺(jué)不到疼痛。 (1)笑氣是人類(lèi)最早應(yīng)用于醫(yī)療的麻醉劑之一，它可由NH4NO3在微熱條件下分解產(chǎn)生，產(chǎn)物除N2O外還有一種，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)有關(guān)理論認(rèn)為N2O與CO2分子具有相似的結(jié)構(gòu)(包括電子式)，已知氧原子只和一個(gè)氮原子相連，則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_______，空間構(gòu)型呈________，為_(kāi)_______(填“極性”或“非極性”)分子。 解析：(1)由題意知，NH4NO3分解生成N2O和另一種物質(zhì)，根據(jù)原子守恒，從NH4NO3去掉N2O后得4個(gè)H原子和2個(gè)O原子，即2H2O，則分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NH4NO3N2O↑＋2H2O。 (2)已知氧原子只和一個(gè)氮原子相連，從等電子體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)關(guān)系可知N2O的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為N===N===O，空間構(gòu)型為直線形，氮氮雙鍵為非極性鍵，氮氧雙鍵為極性鍵，鍵的極性不能相抵消，可判斷N2O是極性分子。 答案：(1)NH4NO3N2O↑＋2H2O (2)N===N===O　直線形　極性 15．研究人員發(fā)現(xiàn)，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，給水施加一個(gè)弱電場(chǎng)，在20 ℃、1個(gè)大氣壓下，水可以結(jié)成冰，稱(chēng)為“熱冰”。下圖是水和“熱冰”的計(jì)算機(jī)模擬圖，圖中球代表水分子中的原子。 (1)圖中較大的球代表________原子，其原子結(jié)構(gòu)示意圖是________。水分子中氫氧原子間的化學(xué)鍵是________(填“共價(jià)鍵”或“離子鍵”)。 (2)已知水分子中氧原子一端帶部分負(fù)電荷，氫原子一端帶部分正電荷，在外加電場(chǎng)作用下，水結(jié)成熱冰。上圖中模擬“熱冰”的示意圖是________(填“甲”或“乙”)，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)用球棍模型表示的水分子結(jié)構(gòu)是________(填模型對(duì)應(yīng)字母)。 解析：氧原子比氫原子大，故大球代表氧原子。水分子中含極性共價(jià)鍵，兩個(gè)O—H鍵之間夾角為104.5，呈V形結(jié)構(gòu)。因水分子中氧原子一端帶負(fù)電荷，氫原子一端帶正電荷，在電場(chǎng)作用下，水分子應(yīng)呈有序排列，且氧原子一端吸引氫原子一端。 答案：(1)氧(或O) 共價(jià)鍵　(2)甲　在電場(chǎng)作用下水分子應(yīng)為有序排列， 且氧原子一端吸引氫原子一端　(3)B