苏教版 化学 选修3 专题5物质结构的探索无止境

欢迎进入化学课堂 专题5物质结构的探索无止境 学习目标1 了解人类探索物质结构的价值 2 认识在分子层次上研究物质的意义 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 专题5 课前自主学案 课前自主学案 一 研究物质结构与性能的关系1 物质的结构是决定 的重要因素 1 物质的结构包括 等 2 物质的性质包括物质的 和 和 等 物质性质 构成物质的微粒之间的相互作用 分子的构型 物理性质 化学性质 生物活性 生理活性 2 1 研究镧系元素的结构与性质的关系 可以寻找到功能奇特的光 电 磁等材料 2 研究影响生物大分子的 和 的结构因素 可以帮助人类认识生命运动的机理 3 研究材料的结构与性能的关系 可以得到强度大 密度小 的合成材料 生物活性 生理活性 稳定性好 耐腐蚀 思考感悟如何用微粒间作用力比较判断物质性质 提示 微粒之间的作用力有 分子晶体中分子之间的作用力 范德华力和氢键 分子内部原子之间的共价键 离子晶体中阴离子和阳离子的静电作用 离子键 金属晶体中金属阳离子和自由电子之间的相互作用 金属键 原子晶体中原子之间的共价键 由于不同晶体中微粒之间的作用力多种多样 大小也不尽相同 使形成的物质的性质也千差万别 不同的晶体类型物质的物理性质差别较大 同一类型晶体的性质有一定的相似性和递变性 其物理性质和化学性质的异同可用原子结构 分子的空间构型 化学键 范德华力 氢键等知识进行综合分析 二 研究化学反应的量子力学理论1 通过化学反应实现 制备 所需要的物质 是化学服务于人类的重要方式之一 2 为了更好地利用化学变化 要求化学家建立精确有效而又普遍适用的 理论 三 研究生命现象的化学机理1 探寻人类和生物的生命运动的 无疑是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一 物质的转化 人类生活和生产 化学反应的量子力学 化学机理 2 化学创立了研究物质结构的 和 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物质提供了有效的方法和手段 理论 方法 实验手段 1 2000年诺贝尔化学奖是由日本筑波大学的白川英树 美国宾夕法尼亚大学的艾伦 马克迪尔米德和美国加利福尼亚大学的艾伦 黑格尔获得 三位化学家在导电聚合物的开发和研究方面做出了突出贡献 所谓导电聚合物是由某些聚合物 如聚乙炔 经化学或电化学掺杂后形成的 导电率可从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料 导电聚合物应属于 A 氧化物B 气态氢化物C 复盐D 有机物 A 单体的结构为B 在一定条件下能发生加成反应C 在一定条件下能发生水解反应D 有固定的熔 沸点 解析 选BD 聚丙烯酸酯的结构简式为 其单体为 聚丙烯酸酯分子中没有不饱和键 不能发生加成反应 但含有酯基 COOR 可发生水解反应 聚丙烯酸酯为高分子化合物 没有固定的熔 沸点 3 中国学者徐志博和美国科学家共同合成了世界上最大的碳氢分子 其中一个分子由1134个碳原子和1146个氢原子构成 关于此物质 下列说法肯定错误的是 A 属高分子烃类化合物B 常温下呈固态C 具有类似金刚石的硬度D 易被氧化解析 选C 由1134个碳原子和1146个氢原子组成的烃分子属于分子晶体 硬度较金刚石要小 在常温下应呈固态 课堂互动讲练 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 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 辩证唯物主义告诉我们 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 元素的非金属性逐渐增强 金属性逐渐减弱 2 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 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 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 3 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 4 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 如苯 C6H6 和硼氮苯 B3N3H6 结构相似 其性质也很相似 再如分子空间构型相同的物质的极性相似 根据相似相溶规则 溶解性相似 特别提醒 物质的结构决定物质的性质 而物质的性质则决定物质的用途 因此 研究物质的结构对于研究物质的用途 寻找特殊化学物质有重要的意义 2011年河北保定一中高二检测 制冷剂是一种易被压缩 易液化的气体 液化后在管内循环 蒸发时吸收热量 使环境温度降低 达到制冷的目的 人们曾采用过乙醚 CH3Cl等作制冷剂 但它们不是有毒 就是易燃 于是科学家根据元素性质的递变规律来开发新的制冷剂 据现有知识 某些元素化合物的易燃性 毒性变化趋势如下 1 氢化物的易燃性 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 于是科学家们开始把注意力集中在含F Cl的化合物上 3 已知CCl4的沸点为76 8 CF4的沸点为 128 新制冷剂的沸点范围介于其间 经过较长时间反复试验 一种新的制冷剂氟利昂CCl2F2终于诞生了 其他类似的还可以是 4 然而 这种制冷剂造成了当今的某一环境问题是 但求助于周期表中元素及其化合物的 填字母代号 变化趋势来开发制冷剂的科学思维方法是值得借鉴的 毒性 沸点 易燃性 水溶性 颜色a b c 解析 本题结合实际应用 制冷剂的开发来创设情境 考查内容仍为元素周期律 微粒间作用力对物理性质和化学性质的影响 做题时要注意随时根据题干寻找规律 然后利用此规律和已知规律解题 答案 1 CH4NH3H2SHCl 2 3 CFCl3 或CF3Cl 4 使大气臭氧层出现空洞a 变式训练1图为元素周期表前4周期的一部分 下列有关R W X Y Z五种元素的叙述中 正确的是 A 常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高B Y Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同C W的氢化物沸点比X的氢化物的沸点高D Y元素的非金属性比W元素的非金属性强 解析 选D 本题通过元素在周期表中的位置推断元素 同时进一步考查单质的沸点 元素原子结构 氢键及同周期元素金属性大小判断等知识 由R W X Y Z五种元素所在的位置看 它们分别是Ar P N S Br 它们形成的单质中常温下P S为固体 Br2为液体 Ar N2为气体 A错 Br 的核外电子层比S2 Ar多一层 B错 X的氢化物NH3分子间可形成氢键 沸点高 C错 S与P位于同一周期 从左到右 非金属性依次增强 D正确 故正确答案为D 利用量子力学理论 探讨理想化的一些问题 最终使其成为现实 1 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 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 需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 生产流程简单等 石墨和金刚石在一定条件下可相互转化 石墨 金刚石 H 0 20世纪50年代 美国通用汽车公司在实验室利用高温 高压将石墨转化为金刚石后 1989年 日本科学家用炸药和木炭粉 炸出 金刚石的消息引起人们的广泛关注 他们将炸药和木炭粉混合并用石蜡固化后装入钢制敞口容器 沉入一个直径8m深约5m的混凝土水槽内 点火起爆 最后将容器里的水取出静置 可获得直径为0 002 m 0 003 m的超细金刚石粉 1 从勒夏特列原理分析 上述两种制取金刚石的方法都能获得成功的原因是 填编号 A 金刚石比石墨熔点低B 金刚石的密度大于石墨C 金刚石硬度很大 D 合成金刚石是吸热反应 2 为什么要在高压下制取金刚石 3 日本科学家制得的金刚石可用于制作钻石戒指吗 解析 根据勒夏特列原理 升高温度 平衡向吸热方向移动 很容易判断D选项正确 依据中学化学内容 改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应平衡移动无影响 为什么合成金刚石要采取高压呢 实际上 改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应无影响是指在一定的范围内改变压强 超高压对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动的影响同样符合勒夏特列原理 可从石墨密度小于金刚石理解 这就要求学生有一定的创新精神 必须注意试题要求回答 超细 金刚石粉的用途 故不可用来制作钻石戒指 答案 1 BD 2 超高压对没有气体参加的可逆反应同样有影响 3 不可以 变式训练2原子经济性是在1991年由Trost首先提出的 即在化学反应过程中有多少原料的原子进入到所需的产品中 理想的原子经济反应要求原料分子中的原子百分之百地转变成产物 不产生副产物或废物 实现废物的 零排放 对于大宗基本有机原料的生产来说 选择原子经济反应十分重要 目前 在有机原料的生产中 有的已采用原子经济反应 如丙烯氰甲酰化制丁醛 甲醇羰化制醋酸 乙烯或丙烯的聚合 丁二烯和氢氰酸合成己二腈等 还有一些基本有机原料的生产所采用的反应 已由过去的多步反应 改成较少几步或协同一釜中同时完成的原子经济反应 下列几种生产乙苯的方法中 原子经济性最好的是 反应均在一定条件下进行 解析 选C C项反应物中所有原子都转变为产物 根据题干 此反应为理想的原子经济反应 注意理论上全都反应和实际生产有一定差距 探寻人类和生物的生命运动的化学机理 无疑是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一 例如 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 搞清楚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 就能为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础 合成具有生物活性和生理活性的分子 可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 2011年扬州高二检测 据诺贝尔奖官方网站报道 北京时间2004年10月6日 瑞典皇家科学院宣布 将2004年诺贝尔奖授予以色列科学家阿龙 切哈诺沃 阿夫拉姆 赫什科和美国科学家欧文 罗斯 以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解 即他们突破性地发现了人类细胞通过泛素如何控制某种蛋白质的 死亡 机理 泛素是一个由76个氨基酸组成的多肽 因其广泛分布于各类细胞而得名 人体细胞中的泛素通过给无用蛋白质 贴标签 的方法 帮助人体将那些被贴上标记的蛋白质进行 废物处理 另外泛素结合酶及其水解得到的氨基酸对帕金森等疾病的治疗也有重要作用 1 泛素对无用蛋白质 贴标签 进行 废物处理 简单地说就是蛋白质发生了 填编号 下同 A 酯化反应B 消去反应C 水解反应D 缩聚反应 2 科学研究证明 泛素结合酶可抵御在有氧化应激的疾病里吸附NO 从而提高人体对帕金森等疾病的抵御能力 下列有关NO的叙述不正确的是 A NO分子中有极性共价键B NO是造成光化学烟雾的因素之一C NO是汽车尾气的有害成分之一D NO分子所含电子总数为偶数 3 已知被泛素标定的某蛋白质分解后可得到化学式为C4H9NO2的氨基酸 则该氨基酸的同分异构体 属于氨基酸 可能有 A 2种B 3种C 4种D 5种 4 已知血液中有一种被泛素标定的含铜呈蓝色的蛋白质分子 其相对分子质量为151000 已知该分子中铜的质量分数为0 34 则被标定的铜蓝蛋白质分子中的铜原子数为 A 8B 6C 4D 2 解析 2 NO是由非金属元素N和O通过极性共价键而形成的极性分子 NO是造成光化学烟雾的因素之一 它主要来自煤和石油燃料的燃烧 汽车尾气及硝酸工业废气等 1个NO分子所含的电子总数为7 8 15 故D项错 3 同分 答案 1 C 2 D 3 D 4 A 变式训练3酶是具有特殊功能的蛋白质 因而酶有蛋白质的特性 到目前为止 在人体内已发现多种酶 酶又是生物制造出来的催化剂 在生命有机体的所有有机反应中发挥作用 如图所示的温度t与反应速率v的关系曲线中 有酶参加的是 解析 选D 要从两个方面把握催化作用 一是在室温下酶就能对某些有机反应充分发挥催化作用 二是酶作为蛋白质在稍高温度下会发生变性而失去催化作用 A图表示随温度升高反应速率持续加大 B图表示随温度升高反应速率减少 常温下反应速率没有出现最佳状态 C图表示在适宜的温度下反应速率最小 均不符合题意 D图表示在适宜的温度下反应速率最大 超过适宜温度 随温度升高反应速率减慢 符合酶的性质 故正确答案为D 如何解答有关环境 材料 能源 生命科学等方面的试题环境问题 能源问题 材料问题 生命科学等是当前世界面临的重大课题 都需要对物质微观结构进行探究 此类问题多以信息题形式出现 介绍物质结构探索与研究的新成果 然后设计问题加以考查 解决此类问题的方法是读懂题目所给的信息以及按题目的要求进行答题 探究整合应用 最近 由镁 镍和碳三种元素组成的化合物引起了科学家的注意 1 写出镍原子基态的电子排布式 2 写出一氧化碳的结构式 3 四羰基镍 Ni CO 4 为无色挥发性剧毒液体 熔点 25 沸点43 不溶于水 易溶于乙醇 乙醚 苯 四氯化碳等有机溶剂 呈四面体构型 四羰基镍的晶体类型是 镍原子和羰基之间的作用力为 4 据报道 只含镁 镍和碳三种元素的晶体也具有超导性 鉴于这三种元素都是常见元素 从而引起广泛关注 该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行面心立方最密堆积 如图所示 试写出该晶体的化学式 晶体中每个镁原子周围距离最近的镍原子有 个 解析 由四羰基镍熔 沸点低知其为分子晶体 晶体内镍原子与羰基间靠配位键结合在一起的 由晶胞结构知 镁位于8个顶点上 共8个 其中属于该晶胞的有1个 镍原子位于6个面上 属于该晶胞的为3个 碳原子位于体心内 只有1个 故晶体化学式为MgCNi3 在左右取向 前后取向 水平面取向的三个平面中 每个平面内均有4个符合题设条件的镍原子 共有12个 答案 1 1s22s22p63s23p63d84s2 2 C O 3 分子晶体配位键 4 MgCNi312 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全