高中化學(xué)專題5物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境學(xué)案.docx

專題5 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境1.理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。2.了解研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論的重要意義。3.認(rèn)識研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理的重要性。物 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 的 探 究基礎(chǔ)初探教材整理1研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系1.這里的物質(zhì)結(jié)構(gòu)指的是構(gòu)成物質(zhì)的微粒間相互作用、分子構(gòu)型等。2.物質(zhì)性質(zhì)指的是物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物活性和生理活性等。3.物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，關(guān)注以下幾個問題：(1)研究鑭系元素結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，尋找功能奇特的光、電、磁材料。(2)研究影響生物大分子的生物活性和生理活性的結(jié)構(gòu)因素，揭示人類生命運(yùn)動的機(jī)理。(3)研究材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，制得強(qiáng)度大、密度小、穩(wěn)定性好、耐腐蝕的合成材料，如合成具有共價鍵強(qiáng)度的高分子纖維。教材整理2量子力學(xué)理論與研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理1.研究化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論(1)化學(xué)服務(wù)于人類的重要方式之一是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，制備人類生活與生產(chǎn)所需要的物質(zhì)。(2)化學(xué)家們要研究反應(yīng)條件、反應(yīng)途徑、催化劑選擇，在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng)，預(yù)測化學(xué)反應(yīng)速率，確定化學(xué)反應(yīng)的途徑等。要求化學(xué)家建立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。2.探尋人類和生物的生命運(yùn)動的化學(xué)機(jī)理，是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題。為了社會的可持續(xù)發(fā)展，化學(xué)家非常期望解決的問題有哪些？請列舉說明?！咎崾尽?1)在充分了解光合作用、固氮作用機(jī)理和催化理論的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的工業(yè)化。(2)建立零排放，原子經(jīng)濟(jì)性的化工企業(yè)。(3)實(shí)現(xiàn)在最溫和條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而控制反應(yīng)的方向和產(chǎn)物的手性等。核心突破1.結(jié)構(gòu)決定性能(1)元素原子的結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì)，這一點(diǎn)可以從元素周期表“位構(gòu)性”的關(guān)系得以表現(xiàn)。同一周期中，隨著原子序數(shù)的遞增，原子核所帶電荷數(shù)逐漸增多，原子核對外層電子的引力逐漸增強(qiáng)，原子半徑逐漸減小，元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸增強(qiáng)，失電子能力逐漸減弱。元素的最高價氧化物的水化物的酸性逐漸增強(qiáng)，堿性逐漸減弱。如Na、Mg、Al三種元素，原子半徑逐漸減小，金屬性逐漸減弱，還原性逐漸減弱。(2)不同的微?？坎煌淖饔昧?gòu)成不同類型的晶體，如離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體。離子晶體熔、沸點(diǎn)較高，難揮發(fā)，只有提供足夠高的能量才能使陰、陽離子克服離子鍵的作用，使晶體成為熔融態(tài)或氣態(tài)，少數(shù)熱穩(wěn)定性差的離子晶體受熱時易分解。離子晶體有較高的硬度；難于壓縮，但質(zhì)脆，不宜進(jìn)行機(jī)械加工。離子晶體不導(dǎo)電，但熔融或水溶液狀態(tài)下可以導(dǎo)電。原子晶體硬度大，金剛石是最硬的物質(zhì)，熔、沸點(diǎn)都很高，不溶于常見的溶劑，一般是電的不良導(dǎo)體。分子晶體一般熔點(diǎn)低，硬度小。金屬晶體是電的良導(dǎo)體，有良好的機(jī)械加工性能等。這一切都是因其晶體的結(jié)構(gòu)不同所致，即排列方式、構(gòu)成物質(zhì)的微粒、微粒間作用力不同等。(3)分子式相同的物質(zhì)性質(zhì)可能不同。如C2H6O有兩種不同的結(jié)構(gòu)乙醇 (CH3CH2OH) 和甲醚(CH3OCH3)，前者與水互溶而后者不能。前者可與Na、乙酸反應(yīng)，后者很難發(fā)生類似的反應(yīng)。前者可發(fā)生消去反應(yīng)生成乙烯，而甲醚不能發(fā)生消去反應(yīng)。乙醇和甲醚的關(guān)系是同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體的存在說明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反過來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)。2.研究生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理(1)研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機(jī)理，這是藥物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。有了這一基礎(chǔ)，人們就能進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)，有助于合成高效無毒副作用的藥物。(2)化學(xué)遺傳學(xué)為哈佛大學(xué)化學(xué)教授所創(chuàng)建。他的小組合成某些小分子，使之與蛋白質(zhì)結(jié)合，并改變蛋白質(zhì)的功能，例如使某些蛋白酶的功能關(guān)閉。這些方法使得研究者們不通過改變產(chǎn)生某一蛋白質(zhì)的基因密碼就可以研究它們的功能，為開創(chuàng)化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、化學(xué)基因組學(xué)(與生物學(xué)家以改變基因密碼來研究的方法不同)奠定了基礎(chǔ)。(3)搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草動物胃內(nèi)的酶如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機(jī)理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。(4)人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計(jì)算機(jī)。如何徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能將是21世紀(jì)的腦科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息和認(rèn)知科學(xué)等交叉學(xué)科共同來解決的難題。(5)了解活體內(nèi)信息分子的運(yùn)動規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理，使創(chuàng)造“新陳代謝”的目標(biāo)能得以實(shí)現(xiàn)。(6)了解從化學(xué)進(jìn)化到手性和生命起源的飛躍過程。使人工合成的“左右手”各半的手性藥物得到抑制(或激發(fā))，達(dá)到治療疾病的目的。(7)合成具有生物活性和生理活性的分子，可幫助人們揭示生命的奧秘。 題組沖關(guān)題組1物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系1.關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：61480053】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)決定物質(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)隨著人們的認(rèn)識或研究的程度經(jīng)常發(fā)生一些小的變化D.物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有宏觀和微觀兩方面的認(rèn)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】物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，A項(xiàng)錯誤；物質(zhì)的結(jié)構(gòu)指的是構(gòu)成物質(zhì)的微粒，微粒間的作用力及微粒的排列方式等，B項(xiàng)正確；物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是自然存在的，只是人們認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程在逐步深入，C項(xiàng)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(xiàng)錯誤?！敬鸢浮緽2.郵票收藏愛好者把信封上的郵票剪下來浸在水中，能除去郵票背面的黏合劑，這是利用了該黏合劑具有很強(qiáng)親水性的性能。該黏合劑的成分可能是()【解析】根據(jù)題中該黏合劑具有很強(qiáng)親水性的信息，可知該黏合劑中含有親水的基團(tuán)，B選項(xiàng)中的羥基(OH)具有親水性，因?yàn)榱u基可以與水分子間形成氫鍵，C選項(xiàng)中的氯原子和D選項(xiàng)中的甲基都不具有親水性，所以正確答案為B?！敬鸢浮緽3.2004年諾貝爾化學(xué)獎授予兩位以色列和一位美國科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了“泛素調(diào)節(jié)下的蛋白質(zhì)降解”。泛素被稱為“死亡之吻”，是一種由76個氨基酸組成的多肽，無用的蛋白質(zhì)會被這種物質(zhì)粘貼，被運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的“垃圾處理廠”，在酶的作用下被切成含79個氨基酸的短肽。有關(guān)泛素的說法中，錯誤的是()A.泛素作用下的蛋白質(zhì)“死亡”屬于縮聚反應(yīng)B.泛素既能與酸反應(yīng)也能與堿反應(yīng)C.泛素結(jié)構(gòu)中含有結(jié)構(gòu)D.蛋白質(zhì)遇重金屬鹽能發(fā)生變性【解析】多肽中含有氨基(NH2)和羧基(COOH)，多肽既能與酸反應(yīng)，也能與堿反應(yīng)，B正確；氨基酸脫水縮合形成肽鍵()，C正確；重金屬鹽使蛋白質(zhì)變性，D正確。【答案】A題組2化學(xué)反應(yīng)與生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理研究4.酶是具有特殊功能的蛋白質(zhì)，因而酶有蛋白質(zhì)的特性。到目前為止，在人體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多種酶。酶又是生物制造出來的催化劑，在生命有機(jī)體的所有有機(jī)反應(yīng)中發(fā)揮作用。如下圖所示的溫度t與反應(yīng)速率v的關(guān)系曲線中，有酶參加的是()【解析】要從兩個方面把握酶的催化作用：一是在室溫下酶就能對某些有機(jī)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)生變性而失去催化作用。A圖表示隨溫度升高反應(yīng)速率持續(xù)加大；B圖表示隨溫度升高反應(yīng)速率減小，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，以上三圖均不符合題意；D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)速率減慢，符合酶的性質(zhì)。故正確答案為D?！敬鸢浮緿5.(雙選)有效成分為手性分子的藥物為手性藥物。下列有關(guān)手性藥物敘述正確的是()A.化學(xué)反應(yīng)生成手性藥物時一定是成對生成它們的手性異構(gòu)體B.存在少量手性催化劑時可只生成手性異構(gòu)體中