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1、专题5 5 物物质结构的探索无止境构的探索无止境2021/8/9 星期一1物物质质的的结结构构包包括括构构成成物物质质的的微微粒粒之之间间的的相相互互作作用用、分分子子的的构构型型、手手性性等等；物物质质的的性性质质包包括括物物质质的的物物理理性性质质和和化化学学性性质质、生生物物活活性性和和生生理理活活性性等等。辩辩证证唯唯物物主主义义告告诉诉我我们们：结结构构决定性质，性质反过来体现结构。决定性质，性质反过来体现结构。物质结构与物质性能之间的关系物质结构与物质性能之间的关系2021/8/9 星期一21元素原子的结构决定元素的性质，这一点从元素原子的结构决定元素的性质，这一点从元素周期表位、
2、构、性的关系得以表现。例如：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。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，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，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、但熔融或溶于水时导电；原子晶体硬度
3、大，熔、沸点高，不溶于一般溶剂，是电的不良导体；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；分子晶体一般熔点低，硬度小；2021/8/9 星期一3金属晶体是电的良导体，具有延展性，具有良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。好的机械加工性能。3分分子子式式相相同同的的同同分分异异构构体体之之间间具具有有不不同同的的性性质质。例例如如：C2H6O有有两两种种不不同同的的结结构构乙乙醇醇(C2H5OH)和和甲甲醚醚(CH3OCH3)，二二者者在在化化学学性性质质上上有有很很大大的的不不同同。同同分分异异构构体体的的存存在在说说明明物物质质的结构是决定物质
4、性质的重要因素。的结构是决定物质性质的重要因素。4分分子子组组成成不不同同，若若结结构构相相似似，则则其其化化学学性性质质或或物物理理性性质质有有相相似似之之处处。等等电电子子体体的的性性质质相相似似就说明了此问题就说明了此问题2021/8/9 星期一4如苯如苯(C6H6)和硼氮苯和硼氮苯(B3N3H6)结构相似，其性结构相似，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。极性相似，根据相似相溶规则，溶解性相似。特特别别提提醒醒：物物质质的的结结构构决决定定物物质质的的性性质质，而而物物质质的的性性质质则则决决定定物
5、物质质的的用用途途，因因此此，研研究究物物质质的的结结构构对对于于研研究究物物质质的的用用途途、寻寻找找特特殊殊化化学学物质有重要的意义。物质有重要的意义。2021/8/9 星期一5例例1图图为为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，下下列列有有关关R、W、X、Y、Z五五种种元元素素的的叙叙述述中中，正正确的是确的是()A常压下五种元素的单质中常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高单质的沸点最高BY、Z的阴离子电子层结构的阴离子电子层结构都与都与R原子的相同原子的相同CW的氢化物沸点比的氢化物沸点比X的氢化物的沸点高的氢化物的沸点高DY元素的非金属性比元素的非金属性比W元素的非金
6、属性强元素的非金属性强2021/8/9 星期一6解解析析：选选D。本本题题通通过过元元素素在在周周期期表表中中的的位位置置推推断断元元素素，同同时时进进一一步步考考查查单单质质的的沸沸点点、元元素素原原子子结结构构、氢氢键键及及同同周周期期元元素素金金属属性性大大小小判判断断等等知知识识。由由R、W、X、Y、Z五五种种元元素素所所在在的的位位置置看看，它它们们分分别别是是Ar、P、N、S、Br。它它们们形形成成的的单单质质中中常常温温下下P、S为为固固体体，Br2为为液液体体，Ar、N2为为气气体体，A错错；Br的的核核外外电电子子层层比比S2、Ar多多一一层层，B错错；X的的氢氢化化物物NH
7、3分分子子间间可可形形成成氢氢键键，沸沸点点高高，C错错；S与与P位位于于同同一一周周期期，从从左左到到右右，非非金金属属性性依依次次增增强强，D正正确确。故故正正确确答案为答案为D。2021/8/9 星期一7利利用用量量子子力力学学理理论论，探探讨讨理理想想化化的的一一些些问问题题，最终使其成为现实。最终使其成为现实。1利利用用已已知知化化学学反反应应的的原原理理，通通过过操操作作实实现现物物质质的的转转化化，制制备备人人类类生生活活和和生生产产所所需需要要的的各各种种新材料，是化学服务于人类的重要方式。新材料，是化学服务于人类的重要方式。2人人类类社社会会的的发发展展，就就是是科科技技的的
8、发发展展，为为了了实实现现人人类类社社会会的的可可持持续续发发展展，需需要要化化学学家家们们建建立立精精确确有有效效而而又又普普遍遍适适用用的的化化学学反反应应的的量量子子力力学学理论。理论。研究化学反应的量子力学理论研究化学反应的量子力学理论2021/8/9 星期一83化学发展的趋势是让反应条件温和、产率高、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、速率快、副反应少、排放少、污染少、价格低、生产流程简单等。生产流程简单等。例例2 石墨和金刚石在一定条件下可相互转化：石墨和金刚石在一定条件下可相互转化：石墨石墨金刚石；金刚石；H0。20世纪世纪50年代，
9、美国年代，美国通用汽车公司在实验室利用高温、高压将石墨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，转化为金刚石后，1989年，日本科学家用炸药年，日本科学家用炸药和木炭粉和木炭粉“炸出炸出”金刚石的消息引起人们的广金刚石的消息引起人们的广泛关注。泛关注。2021/8/9 星期一9他们将炸药和木炭粉混合并用石蜡固化后装入钢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，沉入一个直径制敞口容器，沉入一个直径8 m深约深约5 m的混凝土的混凝土水槽内，点火起爆，最后将容器里的水取出静置，水槽内，点火起爆，最后将容器里的水取出静置，可获得直径为可获得直径为0.002 m0.003 m
10、的超细金刚石的超细金刚石粉。粉。(1)从勒夏特列原理分析，上述两种制取金刚石的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方法都能获得成功的原因是_(填编号填编号)。A金刚石比石墨熔点低金刚石比石墨熔点低B金刚石的密度大于石墨金刚石的密度大于石墨C金刚石硬度很大金刚石硬度很大 2021/8/9 星期一10D合成金刚石是吸热反应合成金刚石是吸热反应(2)为什么要在高压下制取金刚石？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日本科学家制得的金刚石可用于制作钻石戒指吗？指吗？【解解析析】根根据据勒勒夏夏特特列列原原理理：升升高高温温度度，平平衡衡向向
11、吸吸热热方方向向移移动动，很很容容易易判判断断D选选项项正正确确。依依据据中中学学化化学学内内容容，改改变变压压强强对对没没有有气气体体参参加加或或生生成成的的可可逆逆反反应应平平衡衡移移动动无无影影响响，为为什什么么合合成金刚石要采取高压呢？成金刚石要采取高压呢？2021/8/9 星期一11实实际际上上，改改变变压压强强对对没没有有气气体体参参加加或或生生成成的的可可逆逆反反应应无无影影响响是是指指在在一一定定的的范范围围内内改改变变压压强强，超超高高压压对对没没有有气气体体参参加加或或生生成成的的可可逆逆反反应应的的平平衡衡移移动动的的影影响响同同样样符符合合勒勒夏夏特特列列原原理理，可可
12、从从石石墨墨密密度度小小于于金金刚刚石石理理解解，这这就就要要求求学学生生有有一一定定的的创创新新精精神神。必必须须注注意意试试题题要要求求回回答答“超超细细”金刚石粉的用途，故不可用来制作钻石戒指。金刚石粉的用途，故不可用来制作钻石戒指。【答答案案】(1)BD(2)超超高高压压对对没没有有气气体体参参加加的可逆反应同样有影响。的可逆反应同样有影响。(3)不可以。不可以。2021/8/9 星期一12例例3原原子子经经济济性性是是在在1991年年由由Trost首首先先提提出出的的，即即在在化化学学反反应应过过程程中中有有多多少少原原料料的的原原子子进进入入到到所所需需的的产产品品中中。理理想想的
13、的原原子子经经济济反反应应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转转变变成成产产物物，不不产产生生副副产产物物或或废废物物，实实现现废废物物的的“零零排排放放”。对对于于大大宗宗基基本本有有机机原原料料的的生生产产来来说说，选选择择原原子子经经济济反反应应十十分分重重要要。目目前前，在在有有机机原原料料的的生生产产中中，有有的的已已采采用用原原子子经经济济反反应应，如如丙丙烯烯氰氰甲甲酰酰化化制制丁丁醛醛、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、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。合、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。2021/8/9 星期一13还还有有一一些些基
14、基本本有有机机原原料料的的生生产产所所采采用用的的反反应应，已已由由过过去去的的多多步步反反应应，改改成成较较少少几几步步或或协协同同一一釜釜中中同时完成的原子经济反应。同时完成的原子经济反应。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是是(反应均在一定条件下进行反应均在一定条件下进行)()2021/8/9 星期一142021/8/9 星期一15解解析析：选选C。C项项反反应应物物中中所所有有原原子子都都转转变变为为产产物物。根根据据题题干干，此此反反应应为为理理想想的的原原子子经经济济反反应应。注注意意理论上全都反应和实际生产有一定差距。理论上全都反
15、应和实际生产有一定差距。2021/8/9 星期一16探探寻寻人人类类和和生生物物的的生生命命运运动动的的化化学学机机理理，无无疑疑是是21世世纪纪化化学学科科学学亟亟待待解解决决的的重重大大课课题题之之一一。例例如如，研研究究配配体体小小分分子子和和受受体体生生物物大大分分子子相相互互作作用用的的机机理理，人人们们就就能能进进行行药药物物设设计计，有有助助于于合合成成高高效效无无毒毒副副作作用用的的药药物物；搞搞清清楚楚食食草草动动物物胃胃内内的的酶酶如如何何把把植植物物纤纤维维分分解解为为小小分分子子的的反反应应机机理理，就就能能为为充充分分利利用用自自然然界界丰丰富富的的植植物物纤纤维维资
16、资源源打打下下基基础础；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，可可帮帮助助人人类类揭揭示示生生命命的的奥奥秘秘；了了解解活活体体内内信信息息分分子子的的运运动动规规律律和和生生理理调调控控的的化化学学机机理，创造理，创造“新陈代谢新陈代谢”的目标能得以实现的目标能得以实现 研究生命现象的化学机理研究生命现象的化学机理2021/8/9 星期一17例例4 据据诺诺贝贝尔尔奖奖官官方方网网站站报报道道，北北京京时时间间2004年年10月月6日日，瑞瑞典典皇皇家家科科学学院院宣宣布布，将将2004年年诺诺贝贝尔尔奖奖授授予予以以色色列列科科学学家家阿阿龙龙切切哈哈诺诺沃沃、
17、阿阿夫夫拉拉姆姆赫赫什什科科和和美美国国科科学学家家欧欧文文罗罗斯斯，以以表表彰彰他他们们发发现现了了泛泛素素调调节节的的蛋蛋白白质质降降解解，即即他他们们突突破破性性地地发发现现了了人人类类细细胞胞通通过过泛泛素素如如何何控控制制某某种种蛋蛋白白质质的的“死死亡亡”机机理理。泛泛素素是是一一个个由由76个个氨氨基基酸酸组组成成的的多多肽肽，因因其其广广泛泛分分布布于于各各类类细细胞胞而而得得名名，人人体体细细胞胞中中的的泛泛素素通通过过给给无无用用蛋蛋白白质质“贴贴标标签签”的的方方法法，帮帮助助人人体体将将那那些些被被贴贴上上标标记记的的蛋白质进行蛋白质进行“废物处理废物处理”。2021/
18、8/9 星期一18另另外外泛泛素素结结合合酶酶及及其其水水解解得得到到的的氨氨基基酸酸对对帕帕金金森等疾病的治疗也有重要作用。森等疾病的治疗也有重要作用。(1)泛素对无用蛋白质泛素对无用蛋白质“贴标签贴标签”进行进行“废物处废物处理理”，简单地说就是蛋白质发生了，简单地说就是蛋白质发生了_(填填编号，下同编号，下同)。A酯化反应酯化反应 B消去反应消去反应C水解反应水解反应 D缩聚反应缩聚反应2021/8/9 星期一19(2)科科学学研研究究证证明明，泛泛素素结结合合酶酶可可抵抵御御在在有有氧氧化化应应激激的的疾疾病病里里吸吸附附NO，从从而而提提高高人人体体对对帕帕金金森森等等疾疾病病的的抵
19、抵御御能能力力。下下列列有有关关NO的的叙叙述述不不正正确确的是的是_。ANO分子中有极性共价键分子中有极性共价键BNO是造成光化学烟雾的因素之一是造成光化学烟雾的因素之一CNO是汽车尾气的有害成分之一是汽车尾气的有害成分之一DNO分子所含电子总数为偶数分子所含电子总数为偶数2021/8/9 星期一20(3)已知被泛素标定的某蛋白质分解后可得到化已知被泛素标定的某蛋白质分解后可得到化学式为学式为C4H9NO2的氨基酸，则该氨基酸的同分的氨基酸，则该氨基酸的同分异构体异构体(属于氨基酸属于氨基酸)可能有可能有_。A2种种 B3种种C4种种 D5种种(4)已知血液中有一种被泛素标定的含铜呈蓝色已知
20、血液中有一种被泛素标定的含铜呈蓝色的蛋白质分子，其相对分子质量为的蛋白质分子，其相对分子质量为151000。已。已知该分子中铜的质量分数为知该分子中铜的质量分数为0.34%，则被标定，则被标定的铜蓝蛋白质分子中的铜原子数为的铜蓝蛋白质分子中的铜原子数为_。2021/8/9 星期一21A8 B6C4 D2【解析解析】(2)NO是由非金属元素是由非金属元素N和和O通过极通过极性共价键而形成的极性分子，性共价键而形成的极性分子，NO是造成光化学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，燃烧、汽车尾气及硝酸工业废气等，1
21、个个NO分分子所含的电子总数为子所含的电子总数为7815，故，故D项错。项错。2021/8/9 星期一22(3)同分同分2021/8/9 星期一23【答案】【答案】(1)C(2)D(3)D(4)A2021/8/9 星期一24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质质，因因而而酶酶有有蛋蛋白白质质的的特特性性。到到目目前前为为止止，在在人人体体内内已已发发现现多多种种酶酶。酶酶又又是是生生物物制制造造出出来来的的催催化化剂剂，在在生生命命有有机机体体的的所所有有有有机机反反应应中中发发挥挥作作用用。如如图图所所示示的的温温度度t与与反反应应速速率率v的的关关系系曲曲线线中中，有有酶酶
22、参参加的是加的是()2021/8/9 星期一25解析：解析：选选D。要从两个方面把握催化作用：一。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。生变性而失去催化作用。A图表示随温度升高图表示随温度升高反应速率持续加大；反应速率持续加大；B图表示随温度升高反应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；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，均不图表示在适宜的温度下反应速率最小，均不符合题意。符合题意。D图表示在适宜的温度下反应速率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。故正确答案为慢，符合酶的性质。故正确答案为D。2021/8/9 星期一26