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

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1、物物質(zhì)質(zhì)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)包包括括構(gòu)構(gòu)成成物物質(zhì)質(zhì)的的微微粒粒之之間間的的相相互互作作用用、分分子子的的構(gòu)構(gòu)型型、手手性性等等；物物質(zhì)質(zhì)的的性性質(zhì)質(zhì)包包括括物物質(zhì)質(zhì)的的物物理理性性質(zhì)質(zhì)和和化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)、生生物物活活性性和和生生理理活活性性等等。辯辯證證唯唯物物主主義義告告訴訴我我們們：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反過來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)。決定性質(zhì)，性質(zhì)反過來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性能之間的關(guān)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性能之間的關(guān)系1元素原子的結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì)，這一點從元素原子的結(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：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

2、素的非金屬同周期，隨著原子序數(shù)的遞增，元素的非金屬性逐漸增強，金屬性逐漸減弱。性逐漸增強，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，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，但難于揮發(fā)，一般具有較高硬度，難于壓縮，但質(zhì)脆，不易進行機械加工；離子晶體不導(dǎo)電，質(zhì)脆，不易進行機械加工；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、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；沸點高，不溶于一般溶劑，是電的不良導(dǎo)體；分子晶體一般

3、熔點低，硬度小；分子晶體一般熔點低，硬度??；金屬晶體是電的良導(dǎo)體，具有延展性，具有良金屬晶體是電的良導(dǎo)體，具有延展性，具有良好的機械加工性能。好的機械加工性能。3分分子子式式相相同同的的同同分分異異構(gòu)構(gòu)體體之之間間具具有有不不同同的的性性質(zhì)質(zhì)。例例如如：C2H6O有有兩兩種種不不同同的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)乙乙醇醇(C2H5OH)和和甲甲醚醚(CH3OCH3)，二二者者在在化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)上上有有很很大大的的不不同同。同同分分異異構(gòu)構(gòu)體體的的存存在在說說明明物物質(zhì)質(zhì)的結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。的結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。4分分子子組組成成不不同同，若若結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相似似，則則其其化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)或或

4、物物理理性性質(zhì)質(zhì)有有相相似似之之處處。等等電電子子體體的的性性質(zhì)質(zhì)相相似似就說明了此問題就說明了此問題如苯如苯(C6H6)和硼氮苯和硼氮苯(B3N3H6)結(jié)構(gòu)相似，其性結(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。極性相似，根據(jù)相似相溶規(guī)則，溶解性相似。特特別別提提醒醒：物物質(zhì)質(zhì)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)決決定定物物質(zhì)質(zhì)的的性性質(zhì)質(zhì)，而而物物質(zhì)質(zhì)的的性性質(zhì)質(zhì)則則決決定定物物質(zhì)質(zhì)的的用用途途，因因此此，研研究究物物質(zhì)質(zhì)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)對對于于研研究究物物質(zhì)質(zhì)的的用用途途、尋尋找找特特殊殊化化學(xué)學(xué)物質(zhì)有重要的意義。物質(zhì)有重要的意

5、義。例例1圖圖為為元元素素周周期期表表前前4周周期期的的一一部部分分，下下列列有有關(guān)關(guān)R、W、X、Y、Z五五種種元元素素的的敘敘述述中中，正正確的是確的是()A常壓下五種元素的單質(zhì)中常壓下五種元素的單質(zhì)中Z單質(zhì)的沸點最高單質(zhì)的沸點最高BY、Z的陰離子電子層結(jié)構(gòu)的陰離子電子層結(jié)構(gòu)都與都與R原子的相同原子的相同CW的氫化物沸點比的氫化物沸點比X的氫化物的沸點高的氫化物的沸點高DY元素的非金屬性比元素的非金屬性比W元素的非金屬性強元素的非金屬性強解解析析：選選D。本本題題通通過過元元素素在在周周期期表表中中的的位位置置推推斷斷元元素素，同同時時進進一一步步考考查查單單質(zhì)質(zhì)的的沸沸點點、元元素素原原子

6、子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、氫氫鍵鍵及及同同周周期期元元素素金金屬屬性性大大小小判判斷斷等等知知識識。由由R、W、X、Y、Z五五種種元元素素所所在在的的位位置置看看，它它們們分分別別是是Ar、P、N、S、Br。它它們們形形成成的的單單質(zhì)質(zhì)中中常常溫溫下下P、S為為固固體體，Br2為為液液體體，Ar、N2為為氣氣體體，A錯錯；Br的的核核外外電電子子層層比比S2、Ar多多一一層層，B錯錯；X的的氫氫化化物物NH3分分子子間間可可形形成成氫氫鍵鍵，沸沸點點高高，C錯錯；S與與P位位于于同同一一周周期期，從從左左到到右右，非非金金屬屬性性依依次次增增強強，D正正確確。故故正正確確答案為答案為D。利利用用量量子子力力

7、學(xué)學(xué)理理論論，探探討討理理想想化化的的一一些些問問題題，最終使其成為現(xiàn)實。最終使其成為現(xiàn)實。1利利用用已已知知化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)的的原原理理，通通過過操操作作實實現(xiàn)現(xiàn)物物質(zhì)質(zhì)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化，制制備備人人類類生生活活和和生生產(chǎn)產(chǎn)所所需需要要的的各各種種新材料，是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式。新材料，是化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式。2人人類類社社會會的的發(fā)發(fā)展展，就就是是科科技技的的發(fā)發(fā)展展，為為了了實實現(xiàn)現(xiàn)人人類類社社會會的的可可持持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)展展，需需要要化化學(xué)學(xué)家家們們建建立立精精確確有有效效而而又又普普遍遍適適用用的的化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)的的量量子子力力學(xué)學(xué)理論。理論。研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論研究化學(xué)反應(yīng)

8、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、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、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。生產(chǎn)流程簡單等。例例2 石墨和金剛石在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化：石墨和金剛石在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化：石墨石墨金剛石；金剛石；H0。20世紀世紀50年代，美國年代，美國通用汽車公司在實驗室利用高溫、高壓將石墨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，轉(zhuǎn)化為金剛石后，1989年，日本科學(xué)家用炸藥年，日本科學(xué)家用炸藥和木炭粉和木炭粉“炸出炸出”金剛石的消息引起人們的廣金剛石的消息引起人們的廣泛關(guān)注

9、。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，沉入一個直徑制敞口容器，沉入一個直徑8 m深約深約5 m的混凝土的混凝土水槽內(nèi)，點火起爆，最后將容器里的水取出靜置，水槽內(nèi)，點火起爆，最后將容器里的水取出靜置，可獲得直徑為可獲得直徑為0.002 m0.003 m的超細金剛石的超細金剛石粉。粉。(1)從勒夏特列原理分析，上述兩種制取金剛石的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方法都能獲得成功的原因是_(填編號填編號)。A金剛石比石墨熔點低金剛石比石墨熔點低B金剛石的密度大于石墨金剛石的密度大于石墨C金剛石硬度很大

10、金剛石硬度很大 D合成金剛石是吸熱反應(yīng)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？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日本科學(xué)家制得的金剛石可用于制作鉆石戒指嗎？指嗎？【解解析析】根根據(jù)據(jù)勒勒夏夏特特列列原原理理：升升高高溫溫度度，平平衡衡向向吸吸熱熱方方向向移移動動，很很容容易易判判斷斷D選選項項正正確確。依依據(jù)據(jù)中中學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)內(nèi)內(nèi)容容，改改變變壓壓強強對對沒沒有有氣氣體體參參加加或或生生成成的的可可逆逆反反應(yīng)應(yīng)平平衡衡移移動動無無影影響響，為為什什么么合合成金剛石要采取高壓呢？成金剛石要采取高壓呢？實實際際上上，改改變變壓壓強強對對沒沒有有氣

11、氣體體參參加加或或生生成成的的可可逆逆反反應(yīng)應(yīng)無無影影響響是是指指在在一一定定的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)改改變變壓壓強強，超超高高壓壓對對沒沒有有氣氣體體參參加加或或生生成成的的可可逆逆反反應(yīng)應(yīng)的的平平衡衡移移動動的的影影響響同同樣樣符符合合勒勒夏夏特特列列原原理理，可可從從石石墨墨密密度度小小于于金金剛剛石石理理解解，這這就就要要求求學(xué)學(xué)生生有有一一定定的的創(chuàng)創(chuàng)新新精精神神。必必須須注注意意試試題題要要求求回回答答“超超細細”金剛石粉的用途，故不可用來制作鉆石戒指。金剛石粉的用途，故不可用來制作鉆石戒指?！敬鸫鸢赴浮?1)BD(2)超超高高壓壓對對沒沒有有氣氣體體參參加加的可逆反應(yīng)同樣有影響。的可逆反

12、應(yīng)同樣有影響。(3)不可以。不可以。例例3原原子子經(jīng)經(jīng)濟濟性性是是在在1991年年由由Trost首首先先提提出出的的，即即在在化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中有有多多少少原原料料的的原原子子進進入入到到所所需需的的產(chǎn)產(chǎn)品品中中。理理想想的的原原子子經(jīng)經(jīng)濟濟反反應(yīng)應(yīng)要要求求原原料料分分子子中中的的原原子子百百分分之之百百地地轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成產(chǎn)產(chǎn)物物，不不產(chǎn)產(chǎn)生生副副產(chǎn)產(chǎn)物物或或廢廢物物，實實現(xiàn)現(xiàn)廢廢物物的的“零零排排放放”。對對于于大大宗宗基基本本有有機機原原料料的的生生產(chǎn)產(chǎn)來來說說，選選擇擇原原子子經(jīng)經(jīng)濟濟反反應(yīng)應(yīng)十十分分重重要要。目目前前，在在有有機機原原料料的的生生產(chǎn)產(chǎn)中中，有有的的已已采采用用原

13、原子子經(jīng)經(jīng)濟濟反反應(yīng)應(yīng)，如如丙丙烯烯氰氰甲甲酰?；浦贫《∪┤?、甲甲醇醇羰羰化化制制醋醋酸酸、乙乙烯烯或或丙丙烯烯的的聚聚合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。還還有有一一些些基基本本有有機機原原料料的的生生產(chǎn)產(chǎn)所所采采用用的的反反應(yīng)應(yīng)，已已由由過過去去的的多多步步反反應(yīng)應(yīng)，改改成成較較少少幾幾步步或或協(xié)協(xié)同同一一釜釜中中同時完成的原子經(jīng)濟反應(yīng)。同時完成的原子經(jīng)濟反應(yīng)。下列幾種生產(chǎn)乙苯的方法中，原子經(jīng)濟性最好的下列幾種生產(chǎn)乙苯的方法中，原子經(jīng)濟性最好的是是(反應(yīng)均在一定條件下進行反應(yīng)均在一定條件下進行)()解解析析：選選C。C項項反反應(yīng)應(yīng)物物中中所所有有原原子子都都

14、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉楫a(chǎn)產(chǎn)物物。根根據(jù)據(jù)題題干干，此此反反應(yīng)應(yīng)為為理理想想的的原原子子經(jīng)經(jīng)濟濟反反應(yīng)應(yīng)。注注意意理論上全都反應(yīng)和實際生產(chǎn)有一定差距。理論上全都反應(yīng)和實際生產(chǎn)有一定差距。探探尋尋人人類類和和生生物物的的生生命命運運動動的的化化學(xué)學(xué)機機理理，無無疑疑是是21世世紀紀化化學(xué)學(xué)科科學(xué)學(xué)亟亟待待解解決決的的重重大大課課題題之之一一。例例如如，研研究究配配體體小小分分子子和和受受體體生生物物大大分分子子相相互互作作用用的的機機理理，人人們們就就能能進進行行藥藥物物設(shè)設(shè)計計，有有助助于于合合成成高高效效無無毒毒副副作作用用的的藥藥物物；搞搞清清楚楚食食草草動動物物胃胃內(nèi)內(nèi)的的酶酶如如何何把把植植物物纖

15、纖維維分分解解為為小小分分子子的的反反應(yīng)應(yīng)機機理理，就就能能為為充充分分利利用用自自然然界界豐豐富富的的植植物物纖纖維維資資源源打打下下基基礎(chǔ)礎(chǔ)；合合成成具具有有生生物物活活性性和和生生理理活活性性的的分分子子，可可幫幫助助人人類類揭揭示示生生命命的的奧奧秘秘；了了解解活活體體內(nèi)內(nèi)信信息息分分子子的的運運動動規(guī)規(guī)律律和和生生理理調(diào)調(diào)控控的的化化學(xué)學(xué)機機理，創(chuàng)造理，創(chuàng)造“新陳代謝新陳代謝”的目標能得以實現(xiàn)的目標能得以實現(xiàn) 研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機理研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機理例例4 據(jù)據(jù)諾諾貝貝爾爾獎獎官官方方網(wǎng)網(wǎng)站站報報道道，北北京京時時間間2004年年10月月6日日，瑞瑞典典皇皇家家科科學(xué)學(xué)院院宣宣布

16、布，將將2004年年諾諾貝貝爾爾獎獎授授予予以以色色列列科科學(xué)學(xué)家家阿阿龍龍切切哈哈諾諾沃沃、阿阿夫夫拉拉姆姆赫赫什什科科和和美美國國科科學(xué)學(xué)家家歐歐文文羅羅斯斯，以以表表彰彰他他們們發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了了泛泛素素調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)降降解解，即即他他們們突突破破性性地地發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了了人人類類細細胞胞通通過過泛泛素素如如何何控控制制某某種種蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的“死死亡亡”機機理理。泛泛素素是是一一個個由由76個個氨氨基基酸酸組組成成的的多多肽肽，因因其其廣廣泛泛分分布布于于各各類類細細胞胞而而得得名名，人人體體細細胞胞中中的的泛泛素素通通過過給給無無用用蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)“貼貼標標簽簽”的的方方法法，幫幫助助人

17、人體體將將那那些些被被貼貼上上標標記記的的蛋白質(zhì)進行蛋白質(zhì)進行“廢物處理廢物處理”。另另外外泛泛素素結(jié)結(jié)合合酶酶及及其其水水解解得得到到的的氨氨基基酸酸對對帕帕金金森等疾病的治療也有重要作用。森等疾病的治療也有重要作用。(1)泛素對無用蛋白質(zhì)泛素對無用蛋白質(zhì)“貼標簽貼標簽”進行進行“廢物處廢物處理理”，簡單地說就是蛋白質(zhì)發(fā)生了，簡單地說就是蛋白質(zhì)發(fā)生了_(填填編號，下同編號，下同)。A酯化反應(yīng)酯化反應(yīng) B消去反應(yīng)消去反應(yīng)C水解反應(yīng)水解反應(yīng) D縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)(2)科科學(xué)學(xué)研研究究證證明明，泛泛素素結(jié)結(jié)合合酶酶可可抵抵御御在在有有氧氧化化應(yīng)應(yīng)激激的的疾疾病病里里吸吸附附NO，從從而而提提高高人人

18、體體對對帕帕金金森森等等疾疾病病的的抵抵御御能能力力。下下列列有有關(guān)關(guān)NO的的敘敘述述不不正正確確的是的是_。ANO分子中有極性共價鍵分子中有極性共價鍵BNO是造成光化學(xué)煙霧的因素之一是造成光化學(xué)煙霧的因素之一CNO是汽車尾氣的有害成分之一是汽車尾氣的有害成分之一DNO分子所含電子總數(shù)為偶數(shù)分子所含電子總數(shù)為偶數(shù)(3)已知被泛素標定的某蛋白質(zhì)分解后可得到化已知被泛素標定的某蛋白質(zhì)分解后可得到化學(xué)式為學(xué)式為C4H9NO2的氨基酸，則該氨基酸的同分的氨基酸，則該氨基酸的同分異構(gòu)體異構(gòu)體(屬于氨基酸屬于氨基酸)可能有可能有_。A2種種 B3種種C4種種 D5種種(4)已知血液中有一種被泛素標定的含銅

19、呈藍色已知血液中有一種被泛素標定的含銅呈藍色的蛋白質(zhì)分子，其相對分子質(zhì)量為的蛋白質(zhì)分子，其相對分子質(zhì)量為151000。已。已知該分子中銅的質(zhì)量分數(shù)為知該分子中銅的質(zhì)量分數(shù)為0.34%，則被標定，則被標定的銅藍蛋白質(zhì)分子中的銅原子數(shù)為的銅藍蛋白質(zhì)分子中的銅原子數(shù)為_。A8 B6C4 D2【解析解析】(2)NO是由非金屬元素是由非金屬元素N和和O通過極通過極性共價鍵而形成的極性分子，性共價鍵而形成的極性分子，NO是造成光化學(xué)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，燃燒、汽車尾氣及硝酸工業(yè)廢氣等，1個個NO分分子所含

20、的電子總數(shù)為子所含的電子總數(shù)為7815，故，故D項錯。項錯。(3)同分同分【答案】【答案】(1)C(2)D(3)D(4)A例例4酶酶是是具具有有特特殊殊功功能能的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)，因因而而酶酶有有蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的特特性性。到到目目前前為為止止，在在人人體體內(nèi)內(nèi)已已發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)多多種種酶酶。酶酶又又是是生生物物制制造造出出來來的的催催化化劑劑，在在生生命命有有機機體體的的所所有有有有機機反反應(yīng)應(yīng)中中發(fā)發(fā)揮揮作作用用。如如圖圖所所示示的的溫溫度度t與與反反應(yīng)應(yīng)速速率率v的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線中中，有有酶酶參參加的是加的是()解析：解析：選選D。要從兩個方面把握催化作用：一。要從兩個方面把握催化作用：一是在

21、室溫下酶就能對某些有機反應(yīng)充分發(fā)揮催是在室溫下酶就能對某些有機反應(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)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。生變性而失去催化作用。A圖表示隨溫度升高圖表示隨溫度升高反應(yīng)速率持續(xù)加大；反應(yīng)速率持續(xù)加大；B圖表示隨溫度升高反應(yīng)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)；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，均不圖表示在適宜的溫度下反應(yīng)速率最小，均不符合題意。符合題意。D圖表示在適宜的溫度下反應(yīng)速率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)。故正確答案為慢，符合酶的性質(zhì)。故正確答案為D。