2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境學(xué)案蘇教版選修3

PAGEPAGE2專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探究無止境1．相識探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對分子設(shè)計、合成新型材料的重要意義。2．了解量子力學(xué)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等探討領(lǐng)域中的指導(dǎo)作用。3．了解探討生命現(xiàn)象的化學(xué)機理對促進人類健康的重要作用。4．體會學(xué)習(xí)物質(zhì)探討的方法有助于探究物質(zhì)世界的奇妙。一、探討物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系1．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用,分子的構(gòu)型))2．物質(zhì)的性質(zhì)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(物理性質(zhì),化學(xué)性質(zhì),生物活性,生理活性))3．應(yīng)用eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(探討鑭系元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，可以找到功,能奇妙的光、電、磁等材料,探討影響生物大分子的生物活性和生理活性的結(jié),構(gòu)因素，可以幫助人類相識生命運動的機理,探討材料的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，可以得到強度大、,密度小、穩(wěn)定性好、耐腐蝕的合成材料))二、探討化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論1．化學(xué)反應(yīng)的意義：實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，制備人類生活和生產(chǎn)所須要的物質(zhì)。2．科學(xué)理論：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．探討方向eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(合成氨不再須要高溫、高壓,光合作用不再是植物的專利,化工生產(chǎn)不再生成無實際用途的副產(chǎn)物，沒有,能源危機，也沒有環(huán)境污染等))三、探討生命現(xiàn)象的化學(xué)機理1．探尋人類和生物的生命運動的化學(xué)機理，無疑是21世紀化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一。2．化學(xué)創(chuàng)立了探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論、方法和試驗手段，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)供應(yīng)了有效的方法和手段。1．關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的相識正確的是()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)確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)B．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的相互作用，分子的構(gòu)型、手性等C．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)隨著人們的相識或探討的程度常常發(fā)生一些小的變更D．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有宏觀和微觀兩方面的相識，從宏觀上說物質(zhì)是由元素組成的，從微觀上說物質(zhì)是由分子構(gòu)成的解析：選B。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)確定物質(zhì)的性質(zhì)，A項錯誤；物質(zhì)的結(jié)構(gòu)指的是構(gòu)成物質(zhì)的微粒，微粒間的相互作用及微粒的排列方式等，B項正確；物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是自然存在的，只是人們相識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程在逐步深化，C項錯誤；從微觀上說，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有分子，也有原子、離子等，D項錯誤。2．“綠色化學(xué)”是當(dāng)今社會提出的一個新概念。在“綠色化學(xué)工藝”中，志向狀態(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，欲使原子利用率達到最高，還須要消耗的其他反應(yīng)物有()A．CO B．CO2和H2OC．H2O和O2 D．CH3OH和O2解析：選A。乙酸乙酯的化學(xué)式為C4H8O2，要使原子利用率達到最高，用C4H8O2減去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。3．法國里昂的科學(xué)家最近發(fā)覺一種只由四個中子構(gòu)成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，也有人稱之為“零號元素”。下列有關(guān)“四中子”粒子的敘述不正確的是()A．該粒子不顯電性B．該粒子質(zhì)量數(shù)為4C．在周期表中與氫元素占同一位置D．該粒子質(zhì)量比氫原子大解析：選C。抓住關(guān)鍵字詞“只由四個中子構(gòu)成”，弄清晰原子中微粒的相互間數(shù)量關(guān)系。4．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)家解決一系列問題，其中不屬于化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)探討的問題的是()A．兩個或多個分子之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)B．須要什么催化劑才能在溫柔條件下進行反應(yīng)C．如何在理論指導(dǎo)下限制化學(xué)反應(yīng)D．在化學(xué)反應(yīng)過程中，原子能否分割與重新組合解析：選D?；瘜W(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)合成分子的過程。(1)前不久我國科學(xué)家勝利合成了3nm長的管狀納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度(反抗變形的實力)高、密度小(只有鋼的1/4)、熔點高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，因而被稱為“超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的是________。A．它是制造飛機的志向材料B．它的主要組成元素是碳C．它的抗腐蝕實力強D．碳纖維復(fù)合材料不易導(dǎo)電(2)有效成分為手性分子的藥物為手性藥物。下列有關(guān)手性藥物的敘述正確的是________。A．通過化學(xué)反應(yīng)生成手性藥物時肯定是等量地生成它們的手性異構(gòu)體B．存在少量手性催化劑時不行能只生成手性異構(gòu)體中的一種C．手性藥物中兩種手性異構(gòu)體的醫(yī)藥作用幾乎沒有區(qū)分D．手性異構(gòu)體的醫(yī)藥作用可能完全不同[解析](1)一般飛機是用鋼鐵制造的，由于碳纖維的“強度高、剛度高、密度小”，它也可以作為制造飛機的志向材料；碳纖維復(fù)合材料的主要組成元素是碳，但由于合成的是納米級材料，碳原子最外層有4個電子，也可以類似于石墨結(jié)構(gòu)，存在著自由電子，易導(dǎo)電。(2)互為手性異構(gòu)體的兩種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，但生物性質(zhì)可能會迥然不同，一種異構(gòu)體有治病療效，另一種可能沒有，甚至對人體有害。在沒有手性催化劑的作用下，生成的手性藥物大多數(shù)是兩種手性異構(gòu)體，但在手性催化劑作用下，可以主要生成一種異構(gòu)體。[答案](1)D(2)D物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系1．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)電率從絕緣體延長到導(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．協(xié)作物 D．有機物解析：選D。將乙炔加聚得到聚乙炔的反應(yīng)方程式：nCH≡CHeq\o(→,\s\up7(催化劑))CHCH，聚乙炔中存在單雙鍵交替的長鏈，這樣的長鏈型高聚物經(jīng)摻雜其他物質(zhì)后可成為導(dǎo)電塑料，從物質(zhì)的分類來看，應(yīng)屬于有機物。2．高分子分別膜可以讓某些物質(zhì)有選擇地通過而將物質(zhì)分別，下列應(yīng)用不屬于高分子分別膜的應(yīng)用范圍的是()A．分別工業(yè)廢水，回收廢液中的有用成分B．食品工業(yè)中，濃縮自然果汁、乳制品加工和釀酒C．將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，將熱能轉(zhuǎn)化成電能D．海水的淡化答案：C3．下列描述正確的是()A．運用可降解的聚二氧化碳塑料仍會產(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．澳大利亞開發(fā)出被稱為第五形態(tài)的固體碳——“納米泡沫”，其形似海綿，密度微小并有磁性?？梢灶A(yù)見，這種新材料的化學(xué)性質(zhì)與金剛石完全不同D．由于氫鍵的影響，甲酸蒸氣的密度在373K時為1．335g·L－1，在293K時為2．5g·L－1解析：選D。A項，該塑料可降解，將不再產(chǎn)生白色污染；B項，超臨界流體CO2只是CO2的一種新存在狀態(tài)，而并不是合成的新物質(zhì)；C項，同素異形體的化學(xué)性質(zhì)是相像的；D項，溫度上升時，分子間氫鍵遭到破壞，締結(jié)程度減小，所以密度減小。量子力學(xué)4．下列說法不正確的是()A．原子核外電子的排布盡量使原子處于最低能量狀態(tài)B．電子從2s軌道躍遷到3s軌道放出能量C．電子從能量高的軌道回到能量低的軌道時，放出能量D．光是電子釋放能量的主要形式解析：選B。原子核外電子盡量先排布能量最低的軌道，當(dāng)原子汲取能量后，電子從能量低的軌道躍遷到能量高的軌道；電子從能量高的軌道返回能量低的軌道時，將釋放能量，釋放能量時主要以光的形式表現(xiàn)。5．為量子力學(xué)的建立作出過重大貢獻的英國科學(xué)家狄拉克首先提出了反粒子存在的預(yù)言，反粒子與一般粒子的區(qū)分僅在于質(zhì)子和電子的電性顛倒。狄拉克誕辰100周年的2002年，人類合成了5萬個反氫原子，成為對狄拉克祭典的一份厚禮。反氫原子的組成為()A．由1個帶負電荷的質(zhì)子與一個帶正電荷的電子構(gòu)成B．由1個帶正電荷的質(zhì)子與一個帶負電荷的電子構(gòu)成C．由1個不帶電荷的中子與一個帶負電荷的電子構(gòu)成D．由1個帶負電荷的質(zhì)子與一個帶負電荷的電子構(gòu)成解析：選A。反粒子與一般粒子的區(qū)分僅是粒子的電荷相反。氫原子的原子核內(nèi)是反質(zhì)子，原子核外是正電子。探討生命現(xiàn)象的化學(xué)機理6．下列說法中不正確的是()A．分子生物學(xué)基礎(chǔ)與化學(xué)鍵理論親密相關(guān)B．DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是由兩條DNA大分子的堿基通過共價鍵形成配對的C．修正變異配位小分子，有助于人類戰(zhàn)勝疾病D．胚胎干細胞的分化是一種困難的物理化學(xué)過程解析：選B。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是由兩條DNA大分子的堿基通過氫鍵形成配對的，B項錯。7．麻醉劑的發(fā)覺和運用，是人類醫(yī)療史上了不得的一項成就，它可使患者在接受治療時感覺不到難受。(1)笑氣是人類最早應(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外還有一種物質(zhì)，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________。(2)有關(guān)理論認為N2O與CO2分子具有相像的結(jié)構(gòu)(包括電子式)，又知N2O分子中氧原子只與一個氮原子相連，則其空間構(gòu)型呈________，為________(填“極性”或“非極性”)分子。解析：(1)結(jié)合題給條件和氧化還原反應(yīng)配平方法即可完成。(2)從等電子體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)關(guān)系可知N2O和CO2一樣，是直線形分子，又因N2O中O原子只與一個N原子相連，由分子空間結(jié)構(gòu)可推斷N2O是極性分子。答案：(1)NH4NO3eq\o(=,\s\up7(△))N2O↑＋2H2O(2)直線形極性重難易錯提煉課后達標(biāo)檢測[基礎(chǔ)鞏固]1．據(jù)最新報道，科學(xué)家發(fā)覺了如下反應(yīng)：O2＋PtF6=O2(PtF6)，已知O2(PtF6)為離子化合物(其中Pt的化合價為＋5)，對于此反應(yīng)，下列說法正確的是()A．在O2(PtF6)中不存在共價鍵B．在此反應(yīng)中，O2是氧化劑，PtF6是還原劑C．在此反應(yīng)中，每生成1molO2(PtF6)，轉(zhuǎn)移1mol電子D．由O2(PtF6)形成的晶體為分子晶體解析：選C。O2(PtF6)為離子化合物，且Pt為＋5價，F(xiàn)為－1價。在O2(PtF6)中，Oeq\o\al(＋,2)與PtFeq\o\al(－,6)間存在離子鍵，Oeq\o\al(＋,2)中氧原子間存在共價鍵，所以O(shè)2(PtF6)形成的晶體為離子晶體，故A、D項均錯；由O2→Oeq\o\al(＋,2)，O原子失去1個電子，O2為還原劑，由PtF6→PtFeq\o\al(－,6)，Pt6＋得到1個電子，PtF6為氧化劑，故B項錯。2．據(jù)報道，德國INTEGRAL公司探討出無輻射冷卻技術(shù)(用水和冰組成的兩相液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氟利昂或氨)而榮獲德國環(huán)境大獎。關(guān)于“新制冷劑”，以下敘述不正確的是()A．該制冷劑對環(huán)境不產(chǎn)生任何污染B．該制冷劑的作用原理與氨基本相同C．該制冷劑在水的凝固點旁邊的溫度下發(fā)揮作用D．該制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制冷劑，不屬于懸濁液分散系，因為分散系是混合物，而該制冷劑是純凈物。3．在“綠色化學(xué)工藝”中，志向狀態(tài)是反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子利用率為100%。下列反應(yīng)類型能體現(xiàn)這一原子經(jīng)濟性原則的是()①置換反應(yīng)②化合反應(yīng)③分解反應(yīng)④取代反應(yīng)⑤加成反應(yīng)⑥消去反應(yīng)⑦加聚反應(yīng)⑧縮聚反應(yīng)A．①②⑤ B．②⑤⑦C．⑦⑧ D．只有⑦答案：B4．有一種合金當(dāng)環(huán)境溫度遠小于其轉(zhuǎn)變溫度時，可以隨意變更它的形態(tài)，當(dāng)達到轉(zhuǎn)變溫度時，會復(fù)原其原來面貌，具有這種效應(yīng)的合金為()A．超導(dǎo)金屬 B．形態(tài)記憶金屬C．儲氫金屬 D．光纖解析：選B。從題給信息可知該合金應(yīng)是形態(tài)記憶金屬。5．據(jù)報道我國科學(xué)家最近研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅、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．它沒有固定熔點D．它是一種新型無機非金屬材料解析：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項正確。題中給出信息“連續(xù)纖維增韌”航空材料，則說明該材料具有良好的韌性，B項錯誤。該材料是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成，屬于混合物，沒有固定的熔、沸點，C項正確。該材料由無機物復(fù)合而成，應(yīng)為新型無機非金屬材料，D項正確。6．下列具有特殊性質(zhì)的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是()A．半導(dǎo)體材料砷化鎵B．吸氫材料鑭鎳合金C．透亮陶瓷材料硒化鋅D．超導(dǎo)材料K3C60解析：選C。A、D項中的砷、鎵、鉀、碳均為主族元素，B項中的鑭、鎳均為副族元素，C項中硒為主族元素，鋅為副族元素。7．北京高校和中國科學(xué)院的化學(xué)工作者勝利研制出堿金屬與C60形成的球碳鹽K3C60(如圖所示)。試驗測知該物質(zhì)屬于離子晶體，具有良好的超導(dǎo)性。下列關(guān)于K3C60的組成和結(jié)構(gòu)的分析中正確的是()A．K3C60晶體中既有離子鍵又有極性鍵B．K3C60晶體的熔點比C60晶體的熔點低C．該晶體熔化時能導(dǎo)電D．C60分子中碳原子采納sp3雜化解析：選C。C60內(nèi)部為非極性鍵，A項錯。離子晶體K3C60比分子晶體C60的熔點高，B項錯。該晶體為離子晶體，故熔化時能導(dǎo)電，C項正確。C60中每個碳形成四個鍵，其中有一個為雙鍵，故應(yīng)為sp2雜化，D項錯。8．納米材料被譽為21世紀最有發(fā)展前景的新型材料。納米碳管是一種由碳原子構(gòu)成的直徑為幾納米(1nm＝10－9m)的空心管。下列說法錯誤的是()A．納米碳管是一種新型的有機化合物B．納米碳管在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定C．納米碳管材料假如完全燃燒，生成物是二氧化碳D．納米碳管材料管道多，表面積大，吸附實力強解析：選A。納米碳管屬于碳單質(zhì)中的一種，與金剛石、石墨等互為同素異形體。9．CO2的資源化利用是解決溫室效應(yīng)的重要途徑。以下是在肯定條件下用NH3捕獲CO2生成重要化工產(chǎn)品三聚氰酸的反應(yīng)：下列有關(guān)三聚氰酸的說法正確的是()A．分子式為C3H6N3O3B．分子中既含極性鍵，又含非極性鍵C．屬于共價化合物D．生成該物質(zhì)的上述反應(yīng)為中和反應(yīng)解析：選C。A．由三聚氰酸的結(jié)構(gòu)簡式可知其分子式為C3H3N3O3，A錯誤。B．分子中存在O—H、C—O、N—C、N=C鍵，都屬于極性鍵，所以分子中不存在非極性鍵，B錯誤。C．該化合物中只含有共價鍵，所以屬于共價化合物，C正確。D．該反應(yīng)不是酸與堿發(fā)生的反應(yīng)，所以不是中和反應(yīng)，D錯誤。10．太陽投射到地球上的能量是當(dāng)前全世界所耗能量總數(shù)的一萬倍。假如人類能利用0．1%的太陽能，就能滿意當(dāng)前全世界的能源需求。我們該如何利用太陽能？答案：利用太陽能發(fā)電；利用太陽能電解水以制氫氣；利用太陽能加熱水來滿意人們?nèi)粘Ｉ钪茫焕锰柲苌a(chǎn)更多的綠色食品等等。太陽能的有效利用主要依靠化學(xué)上所研制的新型材料。11．除了傳統(tǒng)的三大合成材料以外，又出現(xiàn)了高分子分別膜，具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料，醫(yī)用高分子材料，隱形材料和液晶高分子材料等很多新型有機高分子材料。試依據(jù)下列用途推斷新型有機高分子材料的種類。(1)用于海水和苦咸水的淡化方面：________________________________。(2)用于制造人工器官(如人工心臟)的材料：________________________。解析：高分子分別膜和醫(yī)用高分子材料是兩種重要的功能高分子材料。其中高分子分別膜廣泛用于生活污水及工業(yè)廢水等廢液處理及廢液中有用成分的回收，特殊是海水和苦咸水淡化方面已實現(xiàn)工業(yè)化；醫(yī)用高分子材料中的硅聚合物或聚氨酯類聚合物等因其優(yōu)異的生物相容性和很高的機械性能，可用來合成人工心臟。答案：(1)高分子分別膜(2)醫(yī)用高分子材料[實力提升]12．在納米級的空間中，水的結(jié)冰溫度是怎樣的呢？為此，科學(xué)家對不同直徑碳納米管中水的結(jié)冰溫度進行分析。如圖是四種不同直徑碳納米管中的冰柱結(jié)構(gòu)及結(jié)冰溫度，冰柱的大小取決于碳納米管的直徑。水在碳納米管中結(jié)冰的規(guī)律是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：由圖可以視察得出：碳納米管的直徑越大(小)，水結(jié)冰的溫度越低(高)。答案：碳納米管直徑越小(大)，水結(jié)冰溫度越高(低)13．據(jù)《新科學(xué)》雜志報道，科研人員在20℃、1個大氣壓和其他肯定的試驗條件下，給水施加一個弱電場，水就可以結(jié)成冰，稱為“熱冰”。下圖是水和“熱冰”微觀結(jié)構(gòu)的計算機模擬圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)以上信息體現(xiàn)了水分子具有________性，水分子中氧原子的雜化方式為________。(2)參照熱冰的圖示，以一個水分子為中心，畫出水分子間最基本的連接方式(用結(jié)構(gòu)式表示)。(3)固體二氧化碳外形似冰，受熱汽化無液體產(chǎn)生，俗稱“干冰”。依據(jù)如圖干冰的晶胞結(jié)構(gòu)回答下列問題：①一個晶胞中有________個二氧化碳分子，在二氧化碳分子中所含的化學(xué)鍵類型與數(shù)目是________________________________________________________________________，在干冰中CO2的配位數(shù)是________。②積累方式與干冰晶胞類型相同的金屬有________(答一種即可)。答案：(1)極sp3(2)(3)①42個σ鍵、2個π鍵12②銅(或金、銀)14．元素周期表是學(xué)習(xí)化學(xué)的工具，也為化學(xué)的進一步探究與探討供應(yīng)理論指導(dǎo)。試回答下列問題。(1)人們探討發(fā)覺在元素周期表短周期元素中有三對對角線元素，其性質(zhì)特別相像，它們分別為Li和Mg、Be和Al、B和Si。下列說法中正確的是________。A．將LiC