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专题5物质结构的探索无止境1．认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新型材料的重要意义。2．了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导作用。3．了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。4．体会学习物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘。一、研究物质的结构与性能的关系1．物质的结构构成物质的微粒之间的相互作用分子的构型2．物质的性质物理性质化学性质生物活性生理活性3．应用研究镧系元素的结构和性质的关系，可以找到功能奇特的光、电、磁等材料研究影响生物大分子的生物活性和生理活性的结构因素，可以帮助人类认识生命运动的机理研究材料的结构和性能的关系，可以得到强度大、密度小、稳定性好、耐腐蚀的合成材料二、研究化学反应的量子力学理论1．化学反应的意义：实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的物质。2．科学理论：精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。3．研究方向合成氨不再需要高温、高压光合作用不再是植物的专利化工生产不再生成无实际用途的副产物，没有能源危机，也没有环境污染等三、研究生命现象的化学机理1．探寻人类和生物的生命运动的化学机理，无疑是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。2．化学创立了研究物质结构的理论、方法和实验手段，初步揭示了物质的结构与性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。1．关于物质结构的认识正确的是()A．物质的结构反映物质的性质，物质的性质决定物质的结构B．物质的结构包括构成物质的微粒之间的相互作用，分子的构型、手性等C．物质的结构随着人们的认识或研究的程度经常发生一些小的变化D．物质的结构有宏观和微观两方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的解析：选B。物质的结构决定物质的性质，A项错误；物质的结构指的是构成物质的微粒，微粒间的相互作用及微粒的排列方式等，B项正确；物质的结构是自然存在的，只是人们认识物质结构的过程在逐步深入，C项错误；从微观上说，构成物质的微粒有分子，也有原子、离子等，D项错误。2．“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率达到最高，还需要消耗的其他反应物有()A．COB．CO2和H2OC．H2O和O2D．CH3OH和O2解析：选A。乙酸乙酯的化学式为C4H8O2，要使原子利用率达到最高，用C4H8O2减去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。3．法国里昂的科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的叙述不正确的是()A．该粒子不显电性B．该粒子质量数为4C．在周期表中与氢元素占同一位置D．该粒子质量比氢原子大解析：选C。抓住关键字词“只由四个中子构成”，弄清楚原子中微粒的相互间数量关系。4．建立普遍适用的化学反应的量子力学理论，可以帮助化学家解决一系列问题，其中不属于化学反应的量子力学研究的问题的是()A．两个或多个分子之间能否发生化学反应B．需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应C．如何在理论指导下控制化学反应D．在化学反应过程中，原子能否分割与重新组合解析：选D。化学反应以原子为基础，属于原子层面的反应，反应过程中不涉及原子的分割，化学反应只是分子拆分成原子，原子重新结合成分子的过程。(1)前不久我国科学家成功合成了3nm长的管状纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是________。A．它是制造飞机的理想材料B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强D．碳纤维复合材料不易导电(2)有效成分为手性分子的药物为手性药物。下列有关手性药物的叙述正确的是________。A．通过化学反应生成手性药物时一定是等量地生成它们的手性异构体B．存在少量手性催化剂时不可能只生成手性异构体中的一种C．手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别D．手性异构体的医药作用可能完全不同[解析](1)一般飞机是用钢铁制造的，由于碳纤维的“强度高、刚度高、密度小”，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电。(2)互为手性异构体的两种物质的化学性质几乎相同，但生物性质可能会截然不同，一种异构体有治病疗效，另一种可能没有，甚至对人体有害。在没有手性催化剂的作用下，生成的手性药物大多数是两种手性异构体，但在手性催化剂作用下，可以主要生成一种异构体。[答案](1)D(2)D物质结构与性能的关系1．导电聚合物是由某些聚合物(如聚乙炔)经化学或电化学掺杂后形成的，导电率从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。导电聚合物应属于()A．氧化物B．气态氢化物C．配合物D．有机物解析：选D。将乙炔加聚得到聚乙炔的反应方程式：nCH≡CH――→催化剂CHCH聚乙炔中存在单双键交替的长链，这样的长链型高聚物经掺杂其他物质后可成为导电塑料，从物质的分类来看，应属于有机物。2．高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是()A．分离工业废水，回收废液中的有用成分B．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒C．将化学能转换成电能，将热能转化成电能D．海水的淡化答案：C3．下列描述正确的是()A．使用可降解的聚二氧化碳塑料仍会产生白色污染B．超临界流体是介于气态和液态之间的一种状态，故超临界流体CO2是合成的新物质C．澳大利亚开发出被称为第五形态的固体碳——“纳米泡沫”，其形似海绵，密度极小并有磁性。可以预见，这种新材料的化学性质与金刚石完全不同D．由于氢键的影响，甲酸蒸气的密度在373K时为1．335g·L－1，在293K时为2．5g·L－1解析：选D。A项，该塑料可降解，将不再产生白色污染；B项，超临界流体CO2只是CO2的一种新存在状态，而并不是合成的新物质；C项，同素异形体的化学性质是相似的；D项，温度升高时，分子间氢键遭到破坏，缔结程度减小，所以密度减小。量子力学4．下列说法不正确的是()A．原子核外电子的排布尽量使原子处于最低能量状态B．电子从2s轨道跃迁到3s轨道放出能量C．电子从能量高的轨道回到能量低的轨道时，放出能量D．光是电子释放能量的主要形式解析：选B。原子核外电子尽量先排布能量最低的轨道，当原子吸收能量后，电子从能量低的轨道跃迁到能量高的轨道；电子从能量高的轨道返回能量低的轨道时，将释放能量，释放能量时主要以光的形式表现。5．为量子力学的建立作出过重大贡献的英国科学家狄拉克首先提出了反粒子存在的预言，反粒子与普通粒子的区别仅在于质子和电子的电性颠倒。狄拉克诞辰100周年的2002年，人类合成了5万个反氢原子，成为对狄拉克祭典的一份厚礼。反氢原子的组成为()A．由1个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成B．由1个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成C．由1个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成D．由1个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：选A。反粒子与普通粒子的区别仅是粒子的电荷相反。氢原子的原子核内是反质子，原子核外是正电子。研究生命现象的化学机理6．下列说法中不正确的是()A．分子生物学基础与化学键理论密切相关B．DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过共价键形成配对的C．修正变异配位小分子，有助于人类战胜疾病D．胚胎干细胞的分化是一种复杂的物理化学过程解析：选B。DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过氢键形成配对的，B项错。7．麻醉剂的发现和使用，是人类医疗史上了不起的一项成就，它可使患者在接受治疗时感觉不到疼痛。(1)笑气是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一，它可由NH4NO3在微热条件下分解产生，产物除N2O外还有一种物质，此反应的化学方程式为____________________________________。(2)有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)，又知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则其空间构型呈________，为________(填“极性”或“非极性”)分子。解析：(1)结合题给条件和氧化还原反应配平方法即可完成。(2)从等电子体的性质和结构关系可知N2O和CO2一样，是直线形分子，又因N2O中O原子只与一个N原子相连，由分子空间结构可判断N2O是极性分子。答案：(1)NH4NO3=====△N2O↑＋2H2O(2)直线形极性重难易错提炼课后达标检测[基础巩固]1．据最新报道，科学家发现了如下反应：O2＋PtF6===O2(PtF6)，已知O2(PtF6)为离子化合物(其中Pt的化合价为＋5)，对于此反应，下列说法正确的是()A．在O2(PtF6)中不存在共价键B．在此反应中，O2是氧化剂，PtF6是还原剂C．在此反应中，每生成1molO2(PtF6)，转移1mol电子D．由O2(PtF6)形成的晶体为分子晶体解析：选C。O2(PtF6)为离子化合物，且Pt为＋5价，F为－1价。在O2(PtF6)中，O＋2与PtF－6间存在离子键，O＋2中氧原子间存在共价键，所以O2(PtF6)形成的晶体为离子晶体，故A、D项均错；由O2―→O＋2，O原子失去1个电子，O2为还原剂，由PtF6―→PtF－6，Pt6＋得到1个电子，PtF6为氧化剂，故B项错。2．据报道，德国INTEGRAL公司研究出无辐射冷却技术(用水和冰组成的两相液体代替传统的氟利昂或氨)而荣获德国环境大奖。关于“新制冷剂”，以下叙述不正确的是()A．该制冷剂对环境不产生任何污染B．该制冷剂的作用原理与氨基本相同C．该制冷剂在水的凝固点附近的温度下发挥作用D．该制冷剂是属于悬浊液的一种分散系解析：选D。用水和冰组成的两相液体制冷剂，不属于悬浊液分散系，因为分散系是混合物，而该制冷剂是纯净物。3．在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现这一原子经济性原则的是()①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应⑧缩聚反应A．①②⑤B．②⑤⑦C．⑦⑧D．只有⑦答案：B4．有一种合金当环境温度远小于其转变温度时，可以随便改变它的形状，当达到转变温度时，会恢复其原来面貌，具有这种效应的合金为()A．超导金属B．形状记忆金属C．储氢金属D．光纤解析：选B。从题给信息可知该合金应是形状记忆金属。5．据报道我国科学家最近研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述不正确的是()A．它耐高温抗氧化B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料解析：选B。由该材料主要成分的性质可知其应具有耐高温抗氧化的性能，A项正确。题中给出信息“连续纤维增韧”航空材料，则说明该材料具有良好的韧性，B项错误。该材料是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成，属于混合物，没有固定的熔、沸点，C项正确。该材料由无机物复合而成，应为新型无机非金属材料，D项正确。6．下列具有特殊性质的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是()A．半导体材料砷化镓B．吸氢材料镧镍合金C．透明陶瓷材料硒化锌D．超导材料K3C60解析：选C。A、D项中的砷、镓、钾、碳均为主族元素，B项中的镧、镍均为副族元素，C项中硒为主族元素，锌为副族元素。7．北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60(如图所示)。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析中正确的是()A．K3C60晶体中既有离子键又有极性键B．K3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低C．该晶体熔化时能导电D．