蘇教版 化學(xué) 選修3 專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 了解人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價值 2 認(rèn)識在分子層次上研究物質(zhì)的意義 課堂互動講練 探究整合應(yīng)用 知能優(yōu)化訓(xùn)練 專題5 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系1 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是決定 的重要因素 1 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括 等 2 物質(zhì)的性質(zhì)包括物質(zhì)的 和 和 等 物質(zhì)性質(zhì) 構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用 分子的構(gòu)型 物理性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 生物活性 生理活性 2 1 研究鑭系元素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)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(jié)構(gòu)因素 可以幫助人類認(rèn)識生命運動的機(jī)理 3 研究材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 可以得到強(qiáng)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(zhì)性質(zhì) 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(nèi)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(zhì)的性質(zhì)也千差萬別 不同的晶體類型物質(zhì)的物理性質(zhì)差別較大 同一類型晶體的性質(zhì)有一定的相似性和遞變性 其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的異同可用原子結(jié)構(gòu) 分子的空間構(gòu)型 化學(xué)鍵 范德華力 氫鍵等知識進(jìn)行綜合分析 二 研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論1 通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn) 制備 所需要的物質(zhì) 是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式之一 2 為了更好地利用化學(xué)變化 要求化學(xué)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(xué)機(jī)理1 探尋人類和生物的生命運動的 無疑是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一 物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 人類生活和生產(chǎn) 化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué) 化學(xué)機(jī)理 2 化學(xué)創(chuàng)立了研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的 和 初步揭示了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系和規(guī)律 為設(shè)計具有各種特殊功能的新物質(zhì)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(xué)獎是由日本筑波大學(xué)的白川英樹 美國賓夕法尼亞大學(xué)的艾倫 馬克迪爾米德和美國加利福尼亞大學(xué)的艾倫 黑格爾獲得 三位化學(xué)家在導(dǎo)電聚合物的開發(fā)和研究方面做出了突出貢獻(xiàn) 所謂導(dǎo)電聚合物是由某些聚合物 如聚乙炔 經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜后形成的 導(dǎo)電率可從絕緣體延伸到導(dǎo)體范圍的一類高分子材料 導(dǎo)電聚合物應(yīng)屬于 A 氧化物B 氣態(tài)氫化物C 復(fù)鹽D 有機(jī)物 A 單體的結(jié)構(gòu)為B 在一定條件下能發(fā)生加成反應(yīng)C 在一定條件下能發(fā)生水解反應(yīng)D 有固定的熔 沸點 解析 選BD 聚丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)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(yīng) 但含有酯基 COOR 可發(fā)生水解反應(yīng) 聚丙烯酸酯為高分子化合物 沒有固定的熔 沸點 3 中國學(xué)者徐志博和美國科學(xué)家共同合成了世界上最大的碳?xì)浞肿?其中一個分子由1134個碳原子和1146個氫原子構(gòu)成 關(guān)于此物質(zhì) 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(yīng)呈固態(tài) 課堂互動講練 物質(zhì)的結(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 手性等 物質(zhì)的性質(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 辯證唯物主義告訴我們 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 性質(zhì)反過來體現(xiàn)結(jié)構(gòu) 1 元素原子的結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì) 這一點從元素周期表位 構(gòu) 性的關(guān)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(qiáng) 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(zhì)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(zhì)脆 不易進(jìn)行機(jī)械加工 離子晶體不導(dǎo)電 但熔融或溶于水時導(dǎo)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(dǎo)體 分子晶體一般熔點低 硬度小 金屬晶體是電的良導(dǎo)體 具有延展性 具有良好的機(jī)械加工性能 3 分子式相同的同分異構(gòu)體之間具有不同的性質(zhì) 例如 C2H6O有兩種不同的結(jié)構(gòu) 乙醇 C2H5OH 和甲醚 CH3OCH3 二者在化學(xué)性質(zhì)上有很大的不同 同分異構(gòu)體的存在說明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素 4 分子組成不同 若結(jié)構(gòu)相似 則其化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì)有相似之處 等電子體的性質(zhì)相似就說明了此問題 如苯 C6H6 和硼氮苯 B3N3H6 結(jié)構(gòu)相似 其性質(zhì)也很相似 再如分子空間構(gòu)型相同的物質(zhì)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(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì) 而物質(zhì)的性質(zhì)則決定物質(zhì)的用途 因此 研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對于研究物質(zhì)的用途 尋找特殊化學(xué)物質(zhì)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(nèi)循環(huán) 蒸發(fā)時吸收熱量 使環(huán)境溫度降低 達(dá)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(xué)家根據(jù)元素性質(zhì)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(xué)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(jīng)過較長時間反復(fù)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(dāng)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(xué)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(jié)合實際應(yīng)用 制冷劑的開發(fā)來創(chuàng)設(shè)情境 考查內(nèi)容仍為元素周期律 微粒間作用力對物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)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(xùn)練1圖為元素周期表前4周期的一部分 下列有關(guān)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(zhì)中Z單質(zhì)的沸點最高B Y Z的陰離子電子層結(jié)構(gòu)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(qiáng) 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(jìn)一步考查單質(zhì)的沸點 元素原子結(jié)構(gòu) 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(zhì)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(qiáng) D正確 故正確答案為D 利用量子力學(xué)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(xué)反應(yīng)的原理 通過操作實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 制備人類生活和生產(chǎn)所需要的各種新材料 是化學(xué)服務(wù)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(xué)家們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 3 化學(xué)發(fā)展的趨勢是讓反應(yīng)條件溫和 產(chǎn)率高 速率快 副反應(yīng)少 排放少 污染少 價格低 生產(chǎn)流程簡單等 石墨和金剛石在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化 石墨 金剛石 H 0 20世紀(jì)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(zhuǎn)化為金剛石后 1989年 日本科學(xué)家用炸藥和木炭粉 炸出 金剛石的消息引起人們的廣泛關(guān)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(nèi) 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(xì)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(yīng) 2 為什么要在高壓下制取金剛石 3 日本科學(xué)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(xué)化學(xué)內(nèi)容 改變壓強(qiáng)對沒有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)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(qiáng)對沒有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)無影響是指在一定的范圍內(nèi)改變壓強(qiáng) 超高壓對沒有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)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(xué)生有一定的創(chuàng)新精神 必須注意試題要求回答 超細(xì) 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(yīng)同樣有影響 3 不可以 變式訓(xùn)練2原子經(jīng)濟(jì)性是在1991年由Trost首先提出的 即在化學(xué)反應(yīng)過程中有多少原料的原子進(jìn)入到所需的產(chǎn)品中 理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)要求原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物 實現(xiàn)廢物的 零排放 對于大宗基本有機(jī)原料的生產(chǎn)來說 選擇原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)十分重要 目前 在有機(jī)原料的生產(chǎn)中 有的已采用原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) 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(jī)原料的生產(chǎn)所采用的反應(yīng) 已由過去的多步反應(yīng) 改成較少幾步或協(xié)同一釜中同時完成的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) 下列幾種生產(chǎn)乙苯的方法中 原子經(jīng)濟(jì)性最好的是 反應(yīng)均在一定條件下進(jìn)行 解析 選C C項反應(yīng)物中所有原子都轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物 根據(jù)題干 此反應(yīng)為理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) 注意理論上全都反應(yīng)和實際生產(chǎn)有一定差距 探尋人類和生物的生命運動的化學(xué)機(jī)理 無疑是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)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(jī)理 人們就能進(jìn)行藥物設(shè)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(nèi)的酶如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機(jī)理 就能為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ) 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(nèi)信息分子的運動規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理 創(chuàng)造 新陳代謝 的目標(biāo)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(xué)院宣布 將2004年諾貝爾獎授予以色列科學(xué)家阿龍 切哈諾沃 阿夫拉姆 赫什科和美國科學(xué)家歐文 羅斯 以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解 即他們突破性地發(fā)現(xiàn)了人類細(xì)胞通過泛素如何控制某種蛋白質(zhì)的 死亡 機(jī)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(xì)胞而得名 人體細(xì)胞中的泛素通過給無用蛋白質(zhì) 貼標(biāo)簽 的方法 幫助人體將那些被貼上標(biāo)記的蛋白質(zhì)進(jìn)行 廢物處理 另外泛素結(jié)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(zhì) 貼標(biāo)簽 進(jìn)行 廢物處理 簡單地說就是蛋白質(zhì)發(fā)生了 填編號 下同 A 酯化反應(yīng)B 消去反應(yīng)C 水解反應(yīng)D 縮聚反應(yīng) 2 科學(xué)研究證明 泛素結(jié)合酶可抵御在有氧化應(yīng)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(guān)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(xué)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(biāo)定的某蛋白質(zhì)分解后可得到化學(xué)式為C4H9NO2的氨基酸 則該氨基酸的同分異構(gòu)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(biāo)定的含銅呈藍(lán)色的蛋白質(zhì)分子 其相對分子質(zhì)量為151000 已知該分子中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 34 則被標(biāo)定的銅藍(lán)蛋白質(zhì)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(xué)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(xùn)練3酶是具有特殊功能的蛋白質(zhì) 因而酶有蛋白質(zhì)的特性 到目前為止 在人體內(nèi)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(jī)體的所有有機(jī)反應(yīng)中發(fā)揮作用 如圖所示的溫度t與反應(yīng)速率v的關(guān)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(jī)反應(yīng)充分發(fā)揮催化作用 二是酶作為蛋白質(zhì)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(yīng)速率持續(xù)加大 B圖表示隨溫度升高反應(yīng)速率減少 常溫下反應(yīng)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(yīng)速率最小 均不符合題意 D圖表示在適宜的溫度下反應(yīng)速率最大 超過適宜溫度 隨溫度升高反應(yīng)速率減慢 符合酶的性質(zhì) 故正確答案為D 如何解答有關(guān)環(huán)境 材料 能源 生命科學(xué)等方面的試題環(huán)境問題 能源問題 材料問題 生命科學(xué)等是當(dāng)前世界面臨的重大課題 都需要對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究 此類問題多以信息題形式出現(xiàn) 介紹物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索與研究的新成果 然后設(shè)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(jìn)行答題 探究整合應(yīng)用 最近 由鎂 鎳和碳三種元素組成的化合物引起了科學(xué)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(jié)構(gòu)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(jī)溶劑 呈四面體構(gòu)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(dǎo)性 鑒于這三種元素都是常見元素 從而引起廣泛關(guān)注 該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原子和鎳原子在一起進(jìn)行面心立方最密堆積 如圖所示 試寫出該晶體的化學(xué)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(nèi)鎳原子與羰基間靠配位鍵結(jié)合在一起的 由晶胞結(jié)構(gòu)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(nèi) 只有1個 故晶體化學(xué)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(nèi)均有4個符合題設(shè)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(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全