2018-2019學年高中化學 專題5 物質結構的探索無止境學案（含解析）蘇教版選修3.doc

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物質結構的探索無止境 [課標要求] 1．了解人類探索物質結構的價值，認同“物質結構的探索是無止境的”觀點。 2．認識在分子等層次研究物質的意義。 1.物質結構是決定物質性質的重要因素。 2．物質性質包括物質的物理性質和化學性質、生物活性和生理活性等。 3．物質結構包括構成物質的微粒之間的相互作用、分子的構型等。 4．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。 物質結構的探索 1．物質結構探索的方向 量子力學的建立和分析測試技術的進步，使人們對物質的結構、性能及物質的變化規(guī)律有了一定的認識，進一步要解決的問題是： (1)物質的微觀結構還有許多奧秘等待著人們?nèi)ソ沂尽? (2)環(huán)境科學、生命科學和材料科學的發(fā)展，需要我們對微觀領域作更深入的研究。 2．研究物質的結構與性能的關系 物質結構是決定物質性質的重要因素。研究物質的結構與性能的關系對解決分子設計、合成新型材料等都具有十分重要的意義。 3．研究化學反應的量子力學理論 為了更好地利用化學反應，化學家們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。 4．研究生命現(xiàn)象的化學機理 探尋人類和生物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。 1．“綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學工藝”中，理想狀態(tài)是反應原子全部轉化為欲制得的產(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，還需要消耗的其他反應物有(　　) A．CO　　　　　 　B．CO2和H2O C．H2O和O2 D．CH3OH和O2 解析：選A　乙酸乙酯的化學式為C4H8O2，用C4H8O2減去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。 2．下列說法正確的是(　　) A．蛋白質、纖維素、蔗糖、PVC、淀粉都是高分子化合物 B．氫鍵在形成蛋白質二級結構和DNA雙螺旋結構中起關鍵作用 C．使用太陽能熱水器、沼氣的利用、玉米制乙醇都涉及生物質能的利用 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，蔗糖分子式為C12H22O11，M＝342，不屬于高分子化合物；B項正確；C項，太陽能熱水器利用的是太陽能，未涉及生物質能的利用；D項，植物油不屬于化石燃料。 3．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 解析：選C　化學反應的本質是有新物質生成，化學變化過程中遵循質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定物質所含的金屬元素，紅外光譜儀可以測定化合物所含的官能團，B正確；分子間作用力對物質的溶解度有一定的影響，C錯誤； D正確。 [專題過關檢測]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．有關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間的相互作用、分子的構型、手性等 C．物質的結構隨著人們的認識或研究的程度經(jīng)常發(fā)生一些小的變化 D．物質的結構有宏觀和微觀兩個方面的認識，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 解析：選B　結構決定性質，性質反映結構，A錯誤；物質的結構不隨人們的認識和外界的作用而發(fā)生變化，如果在外界的作用下，結構發(fā)生了變化，那么這種物質也就變成其他物質了，C錯誤；從微觀上講，物質是由分子、原子、離子等構成的，D錯誤。 2．建立普遍適用的化學反應的量子力學理論，可以幫助化學家解決一系列問題，其中不屬于化學反應的量子力學研究的問題的是(　　) A．兩個或多個分子之間能否發(fā)生化學反應 B．需要什么催化劑才能在溫和條件下進行反應 C．如何在理論指導下控制化學反應 D．在化學反應過程中，原子能否分割與重新組合 解析：選D　化學反應以原子為基礎，屬于原子層面的反應，反應過程中不涉及原子的分割，化學反應只是分子拆分成原子，原子重新結合成分子的過程。 3.據(jù)報道，德國INTEGRAL公司研究出無輻射冷卻技術(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。關于“新致冷劑”，以下敘述不正確的是(　　) A．該致冷劑對環(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，因為分散系是混合物，而該致冷劑是純凈物。 4．目前，科學界擬合成一種“二重構造”的球型分子，即把“足球型”的C60分子溶進“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子與里面的碳原子以共價鍵結合。下列關于這種分子的說法中，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．是兩種單質組成的混合物 D．相對分子質量為2 400 解析：選C　由題意知，球型分子的化學式為Si60C60，是一種化合物而不是混合物。Si60C60是一種分子，其相對分子質量為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為手性藥物。下列有關手性藥物敘述正確的是(　　) ①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 ②存在少量手性催化劑時可只生成手性異構體中的一種 ③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 ④手性異構體的醫(yī)藥作用可能完全不同 A．①② B．②④ C．②③ D．③ 解析：選B　如果沒有手性催化劑則手性藥物大多數(shù)是兩種手性異構體同時生成的，但在手性催化劑作用下，可以主要生成一種異構體。一對手性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。 6．中國學者徐志博和美國科學家共同合成了世界上最大的碳氫化合物，其一個分子由1 134個碳原子和1 146個氫原子構成。關于此物質，下列說法肯定錯誤的是(　　) A．屬于烴類化合物 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1 134個碳原子和1 146個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，在常溫下應呈固態(tài)，該烴分子含有雙鍵或叁鍵，易被氧化。 7．據(jù)報道我國科學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、陶瓷和碳纖維復合而成。下列相關敘述不正確的是(　　) A．它耐高溫抗氧化 B．它比鋼鐵輕、硬，但質地較脆 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可知其應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、陶瓷和碳纖維復合而成，屬于混合物，沒有固定的熔點，C項正確；該材料由無機物復合而成，應為新型無機非金屬材料，D項正確。 8．下列說法中，正確的是(　　) A．光導纖維、棉花、油脂、ABS樹脂都是由高分子化合物組成的物質 B．開發(fā)核能、太陽能等新能源，推廣乙醇汽油，使用無磷洗滌劑都可直接降低碳排放 C．紅外光譜儀、核磁共振儀、質譜儀都可用于有機化合物結構的分析 D．陰極射線、α粒子散射現(xiàn)象及布朗運動的發(fā)現(xiàn)都對原子結構模型的建立作出了貢獻 解析：選C　光導纖維的主要成分為SiO2晶體，不屬于高分子化合物，A項不正確；B項中無磷洗滌劑與碳的排放無關；D項中布朗運動與原子結構模型的建立無關。 9．下列描述正確的是(　　) A．2004年我國首創(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 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，密度極小并有磁性。可以預見，這種新材料的化學性質與金剛石完全不同 D．由于氫鍵影響，甲酸蒸氣的密度在373 K時為1.335 gL－1，在293 K時為2.5 gL－1 解析：選D　A選項，可降解塑料不會產(chǎn)生白色污染；B選項，CO2的分子組成未變只是狀態(tài)改變，沒有合成新物質；C選項，“納米泡沫”和金剛石都是由碳元素組成的不同單質，互為同素異形體，化學性質幾乎完全相同；D選項，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．綠色化學提倡化工生產(chǎn)應提高原子利用率，原子利用率表示目標產(chǎn)物的質量與生成物的總質量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，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物時原子利用率才 最高。 11．科學家最近又發(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晶水合物(CH4nH2O)。其形成過程是：埋于海底地層深處的大量有機質在缺氧環(huán)境中，被厭氧性細菌分解，最后形成石油和天然氣(石油氣)，其中許多天然氣被包進水分子中，在海底的低溫與高壓下形成了類似冰的透明晶體，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，過程可知，其為分子 晶體。 12．最近有人用一種稱為“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反應，使C60獲得一個質子，得到一種新型離子化合物：[HC60]＋[CB11H6Cl6]－，這個反應看起來很陌生，但反應類型卻跟下列化學反應中的一個相似，該反應是(　　) 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的反應是酸給出一個質子成為陰離子，C60分子接受一個質子成為陽離子，形成的陰、陽離子再相互作用成為離子化合物。由此可以判斷反應C符合上述特征。 13．有一種叫cyclopropenylidene的分子(分子式為C3H2)，該分子過去只是在星際空間被探測到，現(xiàn)在一個研究小組在實驗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，剛接觸到這個分子時，有人認為是a、b兩種結構中的某一種(如圖所示)，如果取cyclopropenylidene樣品繼續(xù)研究，你認為下列推斷正確的是(　　) ①若能測定該分子是極性分子，則可確定為a結構 ②若用C3HD(D即2H)示蹤，燃燒后生成等物質的量的H2O、D2O和HDO，可推測b正確 ③a、b兩物質在一定條件下均能發(fā)生加成反應、氧化反應及加聚反應 ④a、b中的所有原子都應處于同一平面 A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 解析：選C　a、b結構均為平面形、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、加聚反應。 14．麻醉劑的發(fā)現(xiàn)和使用是人類醫(yī)療史上了不起的一項成就，它可使患者在接受治療時感覺不到疼痛。 (1)笑氣是人類最早應用于醫(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，此反應的化學方程式為___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)有關理論認為N2O與CO2分子具有相似的結構(包括電子式)，已知氧原子只和一個氮原子相連，則結構簡式為________，空間構型呈________，為________(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，根據(jù)原子守恒，從NH4NO3去掉N2O后得4個H原子和2個O原子，即2H2O，則分解反應的化學方程式為：NH4NO3N2O↑＋2H2O。 (2)已知氧原子只和一個氮原子相連，從等電子體的性質和結構關系可知N2O的結構簡式為N===N===O，空間構型為直線形，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)，在一定的實驗條件下，給水施加一個弱電場，在20 ℃、1個大氣壓下，水可以結成冰，稱為“熱冰”。下圖是水和“熱冰”的計算機模擬圖，圖中球代表水分子中的原子。 (1)圖中較大的球代表________原子，其原子結構示意圖是________。水分子中氫氧原子間的化學鍵是________(填“共價鍵”或“離子鍵”)。 (2)已知水分子中氧原子一端帶部分負電荷，氫原子一端帶部分正電荷，在外加電場作用下，水結成熱冰。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構是________(填模型對應字母)。 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鍵，兩個O—H鍵之間夾角為104.5，呈V形結構。因水分子中氧原子一端帶負電荷，氫原子一端帶正電荷，在電場作用下，水分子應呈有序排列，且氧原子一端吸引氫原子一端。 答案：(1)氧(或O) 共價鍵　(2)甲　在電場作用下水分子應為有序排列， 且氧原子一端吸引氫原子一端　(3)B