同步蘇教化學選修三新突破講義：專題5 物質結構的探索無止境 Word版含答案

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1、 目標與素養(yǎng)：1.理解物質結構是決定物質性質的重要因素。(宏觀辨識與微觀探析)2.了解研究化學反應的量子力學理論的重要意義，認識研究生命現(xiàn)象的化學機理的重要性。 一、研究物質的結構與性能的關系 1．這里的物質結構指的是構成物質的微粒之間的相互作用、分子的構型等。 2．物質性質指的是物質的物理性質、化學性質、生物活性和生理活性等。 3．物質結構決定物質的性質，關注以下幾個問題： (1)研究鑭系元素結構與性質的關系，尋找功能奇特的光、電、磁等材料。 (2)研究影響生物大分子的生物活性和生理活性的結構因素，揭示人類生命運動的機理。 (3)研究材料結構與性能的關系，制得

2、強度大、密度小、穩(wěn)定性好、耐腐蝕的合成材料，如合成具有共價鍵強度的高分子纖維。 二、研究化學反應的量子力學理論 1．為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，化學家們非常期望解決的問題很多，例如： (1)在充分了解光合作用、固氮作用機理和催化理論的基礎上，實現(xiàn)農業(yè)的工業(yè)化，在工廠中生產糧食和蛋白質。 (2)建立零排放的、原子經濟性的化工企業(yè)，倡導“綠色化學”。 (3)在了解酶催化作用機理的基礎上，模擬天然酶制造人工催化劑。實現(xiàn)在最溫和條件下進行化學反應，控制反應的方向和產物的手性。 2．量子力學在物質轉化、物質制備等研究領域中具有指導作用。為了更好地利用化學變化，通過化學反應實現(xiàn)物質的轉化，制備人

3、類生活和生產所需要的物質，化學家們需要回答更多的問題，需要發(fā)展量子力學，需要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．隨著化學反應的量子力學理論的建立和相關技術的進一步發(fā)展，人類將進入一個嶄新的世界：合成氨不再需要高溫、高壓，光合作用不再是植物的專利，化工生產不再生成無實際用途的副產物，沒有能源危機，也沒有環(huán)境污染。 三、研究生命現(xiàn)象的化學機理 1．研究生命現(xiàn)象的化學機理對促進人類健康的重要作用 (1)化學鍵理論為現(xiàn)代分子生物學的建立奠定了基礎。 (2)探尋人類和生物的生命運動的化學機理，是21世紀化學科學亟待解決的重大課題之一。 研究配體小分子和受體生物大分子相互作

4、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；合成具有生物活性和生理活性的分子，可以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)。 2．手性分子的研究 (1)手性藥物：含有手性分子的藥物稱為手性藥物。生物體內的大分子大多具有手性。人體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質。 (2)手性催化劑與手性分子合成。 3．物質研究的方法有助于探索物質世界的奧秘 化學作為一門實用的創(chuàng)造性科學，已經為人類認識物質世界和人類的文明進步作出了巨大的貢獻。用化學方法合成了數以千萬計的物質?；瘜W創(chuàng)立了研究物質結

5、構的理論、方法和實驗手段，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。 結構決定性能 1.元素原子的結構決定元素的性質，這一點可以從元素周期表“位—構—性”的關系得以表現(xiàn)。同一周期中，隨著原子序數的遞增，原子核所帶電荷數逐漸增多，原子核對外層電子的引力逐漸增強，原子半徑逐漸減小，元素的非金屬性逐漸增強，得電子能力逐漸增強，失電子能力逐漸減弱。元素的最高價氧化物的水化物的酸性逐漸增強，堿性逐漸減弱。如Na、Mg、Al三種元素，原子半徑逐漸減小，金屬性逐漸減弱，還原性逐漸減弱。 2．不同的微粒靠不同的作用力構成不同類型的晶體，如離

6、子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體。離子晶體熔、沸點較高，難揮發(fā)，只有提供足夠高的能量才能使陰、陽離子克服離子鍵的作用，使晶體成為熔融態(tài)或氣態(tài)，少數熱穩(wěn)定性差的離子晶體受熱時易分解。離子晶體有較高的硬度；難于壓縮，但質脆，不宜進行機械加工。離子晶體不導電，但熔融或水溶液狀態(tài)下可以導電。原子晶體硬度大，金剛石是最硬的物質，熔、沸點都很高，不溶于常見的溶劑，一般是電的不良導體。分子晶體一般熔點低，硬度小。金屬晶體是電的良導體，有良好的機械加工性能等。這一切都是因其晶體的結構不同所致，即排列方式、構成物質的微粒、微粒間作用力不同等。 3．分子式相同的物質性質可能不同。如C2H6O有兩種不同的結構

7、——乙醇 (CH3CH2OH) 和甲醚(CH3—O—CH3)，前者與水互溶而后者不能。前者可與Na、乙酸反應，后者很難發(fā)生類似的反應。前者可發(fā)生消去反應生成乙烯，而甲醚不能發(fā)生消去反應。乙醇和甲醚的關系是同分異構體。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。結構決定性質，性質反過來體現(xiàn)結構。 【典例1】　下列說法不正確的是(　　) A．化學反應有新物質生成，并遵循質量守恒定律和能量守恒定律 B．原子吸收光譜儀可用于測定物質中的金屬元素，紅外光譜儀可用于測定化合物的官能團 C．分子間作用力比化學鍵弱得多，但它對物質的熔點、沸點有較大的影響，而對溶解度無影響 D．酶催化

8、反應具有高效、專一、條件溫和等特點，化學模擬生物酶對綠色化學、環(huán)境保護及節(jié)能減排具有重要意義 C　[化學反應有新物質生成并且遵循質量守恒定律和能量守恒定律，光譜分析可以測定金屬元素和官能團，酶具有高效、專一等性質，因此A、B、D正確；分子間作用力對物質的熔點、沸點、溶解度都有影響，因此C項錯誤。] 研究生命現(xiàn)象的化學機理 1.研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理，這是藥物設計的基礎。有了這一基礎，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。 2．化學遺傳學為哈佛大學化學教授所創(chuàng)建。他的小組合成某些小分子，使之與蛋白質結合，并改變蛋白質的功能，例如使某些蛋白酶的

9、功能關閉。這些方法使得研究者們不通過改變產生某一蛋白質的基因密碼就可以研究它們的功能，為開創(chuàng)化學蛋白質組學、化學基因組學(與生物學家以改變基因密碼來研究的方法不同)奠定了基礎。 3．搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等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，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎。 4．人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計算機。如何徹底了解大腦的結構和功能將是21世紀的腦科學、生物學、化學、物理學、信息和認知科學等交叉學科共同來解決的難題。 5．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，使創(chuàng)造“新陳代謝”的目標能得以實現(xiàn)。 6.了解

10、從化學進化到手性和生命起源的飛躍過程。使人工合成的“左右手”各半的手性藥物得到抑制(或激發(fā))，達到治療疾病的目的。 7．合成具有生物活性和生理活性的分子，可幫助人們揭示生命的奧秘。 【典例2】　(雙選)有效成分為手性分子的藥物為手性藥物。下列有關手性藥物敘述正確的是(　　) A．化學反應生成手性藥物時一定是成對生成它們的手性異構體 B．存在少量手性催化劑時可只生成手性異構體中的一種 C．手性藥物中兩種手性異構體的醫(yī)藥作用幾乎沒有區(qū)別 D．手性異構體的醫(yī)藥作用可能完全不同 BD　[如果沒有手性催化劑則生成的手性藥物大多數是兩種手性異構體同時生成的，但在手性催化劑作用下，可以主要生成

11、一種異構體。一對異構體化學性質幾乎相同，但生物性質會截然不同，一種異構體有治病療效，另一種可能沒有療效甚至有害。] 已知在水溶液中存在平衡：， 當與CH3CH2OH發(fā)生酯化反應時，不可能生成的產物是(　　) A． B． C．H2O D．HO B　[因乙酸在水溶液中存在平衡，故有兩種形式： 與乙醇、濃硫酸共熱時發(fā)生酯化反應： 故B不可能。] 1．郵票收藏愛好者把信封上的郵票剪下來浸在水中，能除去郵票背面的黏合劑，這是利用了該黏合劑具有很強親水性的性能。該黏合劑的成分可能是(　　) B　[根據題中該黏合劑具有很強親水性的信息，可知該黏合劑中含有親水的基團，B選

12、項中的羥基(—OH)具有親水性，因為羥基可以與水分子間形成氫鍵，C選項中的氯原子和D選項中的甲基都不具有親水性，所以正確答案為B。] 2．泛素被稱為“死亡之吻”，是一種由76個氨基酸組成的多肽，無用的蛋白質會被這種物質粘貼，被運送到細胞內的“垃圾處理廠”，在酶的作用下被切成含7～9個氨基酸的短肽。有關泛素的說法中，錯誤的是(　　) A．泛素作用下的蛋白質“死亡”屬于縮聚反應 B．泛素既能與酸反應也能與堿反應 C．泛素結構中含有結構 D．蛋白質遇重金屬鹽能發(fā)生變性 A　[多肽中含有氨基(—NH2)和羧基(—COOH)，多肽既能與酸反應，也能與堿反應，B正確；氨基酸脫水縮合形成肽鍵()

13、，C正確；重金屬鹽使蛋白質變性，D正確。] 3．關于物質結構的認識正確的是(　　) A．物質的結構反映物質的性質，物質的性質決定物質的結構 B．物質的結構包括構成物質的微粒之間的相互作用、分子的構型等 C．物質的結構隨著人們的認識或研究的程度經常發(fā)生一些小的變化 D．物質的結構有宏觀和微觀兩方面的認識，從宏觀上說物質是由元素組成的，從微觀上說物質是由分子構成的 B　[物質的結構決定物質的性質，A項錯誤；物質的結構指的是構成物質的微粒，微粒間的作用力及微粒的排列方式等，B項正確；物質的結構是自然存在的，只是人們認識物質結構的過程在逐步深入，C項錯誤；從微觀上說，構成物質的微粒有分子，

14、也有原子、離子等，D項錯誤。] 4．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，在生命有機體的有機反應中發(fā)揮作用。如下圖所示的溫度t與反應速率v的關系曲線中，有酶參加的是(　　) D　[要從兩個方面把握酶的催化作用：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小，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，以上三圖均不符合題意；D圖表示在適宜的溫度下反應速率最大，超過適宜溫度

15、，隨溫度升高反應速率減慢，符合酶的性質。故正確答案為D。] 5.(2019·全國Ⅱ卷)一種四方結構的超導化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如圖2所示。 圖1　　　　　　圖2 圖中F－和O2－共同占據晶胞的上下底面位置，若兩者的比例依次用x和1－x代表，則該化合物的化學式表示為____________________；通過測定密度ρ和晶胞參數，可以計算該物質的x值，完成它們關系表達式：ρ＝______________________g·cm－3。 以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數坐標，例如圖1中原子1的坐標為，則原子2和3的坐標分別為______________、________________。 [答案]　SmFeAsO1－xFx