2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題1第三單元 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義 學(xué)案

第三單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對各種性能的新物質(zhì)發(fā)現(xiàn)、設(shè)計與合成的重要意義。2.感受物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究對推動人類文明作出的巨大貢獻。3.建立“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境”的觀念，形成探索未知、崇尚真理的意識。一、促進了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展化學(xué)科學(xué)的發(fā)展離不開對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索和研究。1．1860年，國際化學(xué)界接受了50年前阿伏加德羅提出的分子假說，確立了“原子—分子論”。2．俄國化學(xué)家門捷列夫把似乎互不相干的化學(xué)元素，按照相對原子質(zhì)量的變化聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)了自然界的重要規(guī)律——元素周期律，從而把化學(xué)元素及相關(guān)知識納入一個自然序列變化的規(guī)律之中，有助于從理論上指導(dǎo)化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。3．19世紀中葉，碳原子的四價、有機物中碳原子成鍵的立體結(jié)構(gòu)、有機化合物分子中價鍵的飽和性等相繼發(fā)現(xiàn)，為有機立體化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對有機化學(xué)的進一步發(fā)展意義重大。4．從1900年至今，通過化學(xué)合成和分離手段得到的新物質(zhì)的數(shù)量急劇增加。研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠為設(shè)計與合成新物質(zhì)提供理論基礎(chǔ)，也可以幫助人們預(yù)測物質(zhì)的性能。(1)阿伏加德羅提出了分子的概念，認為氣體分子可以由幾個原子組成(√)(2)人們能用粒子高能加速器來人工制造化學(xué)元素(√)(3)現(xiàn)在有機合成從以前的單憑經(jīng)驗摸索已全部發(fā)展到“按圖索驥”(×)(4)合成或從自然界分離出更多的新物質(zhì)，能更好地滿足人類的生活和社會可持續(xù)發(fā)展的需要(√)(5)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和方法是研究材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的重要工具(√)1．人造骨是一種具有生理功能的新型無機非金屬材料。它有類似于人骨和天然牙齒的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。人造骨可以依靠人體的體液中的某些離子形成新骨，可在骨骼接合界面發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合，人造骨植入人體內(nèi)需要吸收人體中的下列哪些離子形成新骨()A．Ca2＋、PO B．Cl－、Na＋C．Na＋、Mg2＋ D．S2－、I－答案A解析因Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等無機鹽為骨骼的主要成分，所以人造骨植入人體內(nèi)需吸收人體中的Ca2＋和PO形成新骨。2．我國科學(xué)家利用蠟蟲腸道菌群，將塑料降解時間從500年縮減到24小時，并用同位素示蹤法證實了聚乙烯可降解為CO2。下列有關(guān)該過程說法不正確的是()A．一定發(fā)生了氧化反應(yīng)B．只涉及碳碳鍵的斷裂C．同位素示蹤法是從微觀角度識別物質(zhì)的變化D．該研究成果有利于緩解塑料垃圾引起的環(huán)境問題答案B解析有氧氣參加的反應(yīng)是氧化反應(yīng)，A正確；塑料降解過程中不僅涉及碳碳鍵的斷裂，還有碳氫鍵的斷裂，B錯誤；同位素示蹤法是從微觀角度識別物質(zhì)的變化，C正確；該研究成果有利于緩解塑料垃圾引起的白色污染，D正確。二、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索無止境1．探尋人類和其他生物生命運動的化學(xué)機理，是21世紀化學(xué)科學(xué)亟待解決的重大課題之一。(1)20世紀經(jīng)典生物學(xué)的最大突破是在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)，這一過程離不開對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。(2)研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理；合成具有生物活性和生理活性的分子；了解活體內(nèi)信息分子的運動規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機理等都需要物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與分析測試技術(shù)的支持。2．量子化學(xué)是結(jié)構(gòu)化學(xué)最重要的理論基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)化學(xué)是量子化學(xué)最直接的實驗基礎(chǔ)和推動力量。3．物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對于保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。4．在過去的100多年里，化學(xué)作為一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的科學(xué)，已經(jīng)為人類認識物質(zhì)世界和人類文明的進步作出巨大貢獻。(1)搞清楚食草動物胃內(nèi)的酶是如何把植物纖維分解為小分子的，有利于充分利用自然界豐富的植物纖維資源(√)(2)了解活體內(nèi)信息分子的運動規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機理，能實現(xiàn)創(chuàng)造“新陳代謝”的目標(√)(3)隨著化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論的發(fā)展和技術(shù)改善，合成氨不再需要高溫、高壓(√)1．由下列事實得出的結(jié)論錯誤的是()A．維勒利用無機物合成了尿素，突破了無機物與有機物的界限B．門捷列夫在前人工作的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了元素周期律，表明科學(xué)研究既要繼承又要創(chuàng)新C．C60是英國和美國化學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)的，體現(xiàn)了國際科技合作的重要性D．1998年，科恩和波普爾因理論化學(xué)方面的貢獻獲諾貝爾化學(xué)獎，意味著化學(xué)已成為以理論研究為主的學(xué)科答案D2．下列成果是因為創(chuàng)造新物質(zhì)而獲得諾貝爾化學(xué)獎的是()A．熒光成像顯微技術(shù) B．分子馬達C．生物分子冷凍電鏡 D．核磁共振答案B解析熒光成像顯微技術(shù)是技術(shù)的突破，無新物質(zhì)制造出來，A錯誤；分子馬達是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細胞內(nèi)的能源機制啟發(fā)下，制造出的一種分子馬達，又名分子發(fā)動機，是分布于細胞內(nèi)部或細胞表面的一類蛋白質(zhì)，有新物質(zhì)制造出，B正確；冷凍電鏡是用于掃描電鏡的超低溫冷凍制樣及傳輸技術(shù)，是技術(shù)的突破，無新物質(zhì)制造出，C錯誤；核磁共振是用于有機物中H原子種類和個數(shù)比的測定的技術(shù)，無新物質(zhì)制造出，D錯誤。3．2013年度諾貝爾化學(xué)獎再次授予計算化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家。以下基于結(jié)構(gòu)理論進行繁難計算得出的是()A．天然氣的熱值 B．合成氨的原子利用率C．尿素的含氮量 D．p軌道電子云的形狀答案D解析天然氣的熱值與原子結(jié)構(gòu)無關(guān)，故A錯誤；合成氨的原子利用率與原子結(jié)構(gòu)無關(guān)，故B錯誤；尿素的含氮量與原子結(jié)構(gòu)無關(guān)，故C錯誤；p軌道電子云的形狀與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，故D正確。1．我國科學(xué)家成功合成的3mm長的管狀定向碳納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度(抵抗變形的能力)大、密度小(只有鋼的四分之一)、熔點高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，因而被稱為“超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的是()A．它是制造飛機的理想材料B．它的主要組成元素是碳C．它的結(jié)構(gòu)與石墨不同D．碳纖維為一種高分子化合物答案D解析碳纖維顯然主要是由碳元素組成，B正確、D錯誤；由于碳纖維具有“強度高、剛度大、密度小、熔點高、化學(xué)穩(wěn)定性好”的特點，所以A正確；由于碳纖維的物理性質(zhì)不同于石墨，所以它們的結(jié)構(gòu)不同，C正確。2．歷史事實表明沒有新材料的出現(xiàn)，就沒有科技與生產(chǎn)發(fā)展的突破。信息高速公路的建立在于尋找新的信息材料。下列材料可作為信息材料的是()A．銅線 B．化纖C．橡膠 D．光導(dǎo)纖維答案D3．兩位美國科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，因為發(fā)現(xiàn)細胞膜水通道，以及對離子通道結(jié)構(gòu)和機理研究做出的開創(chuàng)性貢獻而獲得2003年諾貝爾化學(xué)獎。他們之所以獲得諾貝爾化學(xué)獎而不是生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎是因為()A．他們的研究和化學(xué)物質(zhì)水有關(guān)B．他們的研究有利于研制針對一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管疾病的藥物C．他們的研究深入到分子、原子的層次D．他們的研究深入到細胞的層次答案C解析細胞膜水通道的發(fā)現(xiàn)以及對離子通道結(jié)構(gòu)和機理的研究對化學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都有著重大意義，由于此項研究深入到了分子、原子的層次，所以做出開創(chuàng)性貢獻的兩位科學(xué)家得到了諾貝爾化學(xué)獎的殊榮。4．下列有關(guān)化學(xué)史知識錯誤的是()A．“原子—分子論”建立是近代化學(xué)發(fā)展的里程碑B．俄國科學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，編制了第一張元素周期表C．意大利科學(xué)家阿伏加德羅在總結(jié)氣體反應(yīng)體積比的基礎(chǔ)上提出了分子的概念D．英國科學(xué)家道爾頓首先發(fā)現(xiàn)了電子答案D解析英國科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。題組一物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究在化學(xué)科學(xué)發(fā)展中的促進作用1．1998年7月8日，全國科學(xué)技術(shù)名稱審定委員會公布了101～109號元素的中文定名。而早在1996年2月，德國達姆施塔特重離子研究所就合成出當時最重的人造元素，它是由Zn撞入一個A．111B．112C．113D．114答案B2．通過對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究，能夠解決許多問題。在生命科學(xué)領(lǐng)域，下列不能通過研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系加以解決的問題是()A．酶的催化機理B．手性生物分子與手性藥物的作用機制C．指甲的長短與手指的靈活性的關(guān)系D．抗癌藥物的設(shè)計與篩選答案C解析結(jié)構(gòu)是內(nèi)在的，而不是外在的，指甲可以改變，C項錯。3．為了進一步提高合成氨的生產(chǎn)效益，科研中最有開發(fā)價值的是()A．尋求H2的新來源B．研制耐高溫高壓的新材料合成塔C．研制低溫下活性較大的催化劑D．研制高溫下活性較大的催化劑答案C解析合成氨工業(yè)目前主要采取高溫、高壓、催化劑的生產(chǎn)條件。如果能找到低溫下活性高的催化劑，可以大大降低氨的合成成本，提高生產(chǎn)效益。4．2013年6月《自然》刊玻爾原子結(jié)構(gòu)模型100周年。玻爾在人類對原子結(jié)構(gòu)的認識的歷程上是非常重要的。以下關(guān)于人類對原子結(jié)構(gòu)的認識錯誤的是()A．倫琴發(fā)現(xiàn)X射線將人類對原子結(jié)構(gòu)的認識引入了新的歷程B．道爾頓認為“不同元素化合時，這些元素的原子按簡單整數(shù)比結(jié)合成化合物”C．湯姆生通過α粒子散射實驗總結(jié)出原子結(jié)構(gòu)行星模型D．法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性答案C解析1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，將人類對原子結(jié)構(gòu)的認識引入了新的歷程，故A正確；1803年提出原子論，其要點之一：不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合，故B正確；盧瑟福進行α粒子散射實驗后，認為原子是“行星模型”，故C錯誤；1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性，故D正確。5．(2020·大連市附中高一月考)化學(xué)科學(xué)史上每一次重大的發(fā)現(xiàn)都極大地推進了科學(xué)的發(fā)展，對于人類文明的進步發(fā)揮了巨大的推動作用，如合成氨技術(shù)，制造出能促進糧食增產(chǎn)的氮肥，使成千上萬的人免除饑餓的威脅。下列對化學(xué)史的描述不正確的是()A．侯德榜聯(lián)合制堿法中制得的堿是燒堿B．道爾頓提出了原子論C．阿伏加德羅提出了分子學(xué)說D．拉瓦錫提出了燃燒的氧化學(xué)說答案A解析侯德榜聯(lián)合制堿法利用反應(yīng)：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2=NaHCO3↓＋NH4Cl，先過濾出NaHCO3，將其煅燒得到Na2CO3，因此制得的堿為Na2CO3，名為純堿，A錯誤；英國科學(xué)家道爾頓提出了原子論，他認為物質(zhì)是由原子直接構(gòu)成的，原子是一個實心球體，不可再分割，創(chuàng)立了近現(xiàn)代原子論，B正確；阿伏加德羅在化學(xué)上的主要貢獻是提出了分子的概念，并創(chuàng)立了分子學(xué)說，C正確；法國化學(xué)家拉瓦錫建立燃燒現(xiàn)象的氧化學(xué)說，使近代化學(xué)取得了革命性的發(fā)展，D正確。題組二物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究在各領(lǐng)域的探索6．化學(xué)與材料科學(xué)息息相關(guān)，從一定意義上講，材料是科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)，沒有新材料的發(fā)展，就不可能使新的科學(xué)技術(shù)成為生產(chǎn)力。下列有關(guān)材料的說法不正確的是()A．材料是為人類社會所需要并能用于制造有用器物的物質(zhì)B．人類使用和制造材料有悠久的歷史，制造出的第一種材料是陶C．由于空氣的劇烈摩擦，飛機尖端的溫度較高，故航天飛機的保護層可以采用鎂鋁合金D．高分子分離膜是具有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能，又具有特殊分離功能的功能高分子材料制成的薄膜答案C解析當航天飛機返回地球大氣層時，由于空氣的劇烈摩擦，飛機尖端的溫度可達1000℃7．據(jù)報道我國科學(xué)家最近研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．它耐高溫抗氧化B．它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)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答案B解析由該材料主要成分的性質(zhì)可知其應(yīng)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(fù)合而成，屬于混合物，沒有固定的熔、沸點，C項正確；該材料由無機物復(fù)合而成，應(yīng)為新型無機非金屬材料，D項正確。8．據(jù)報道，德國INTEGRAL公司研究出無輻射冷卻技術(shù)(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。下列關(guān)于“新制冷劑”的敘述不正確的是()A．該制冷劑對環(huán)境不產(chǎn)生任何污染B．該制冷劑的作用原理與氨基本相同C．該制冷劑在水的凝固點附近的溫度下發(fā)揮作用D．該制冷劑是屬于懸濁液的一種分散系答案D解析水和冰組成的兩相液體制冷劑，不屬于懸濁液，因為分散系是混合物，而該制冷劑是純凈物。9．20世紀90年代初，國際上提出了“預(yù)防污染”的綠色化學(xué)基本手段，下列各項中符合綠色化學(xué)含義的是()A．回收廢棄的物品B．生產(chǎn)綠色的產(chǎn)品C．不生產(chǎn)有毒物質(zhì)D．進行無污染的化工生產(chǎn)答案D10．(2021·湖南高一月考)隨著科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科間的交叉和綜合越來越多，學(xué)科之間的界限越來越不明顯，“邊緣科學(xué)”代表了一個新名詞，說明了學(xué)科間的相互聯(lián)系。但目前的科學(xué)研究，學(xué)科間的分工依然存在，各自的研究領(lǐng)域仍有所不同。下列不屬于化學(xué)研究范疇的是()A．水稻、蘭花的太空育種B．“嫦娥五號”帶回的月球土壤成分研究C．新冠病毒肺炎疫苗藥物的研制D．高強度艦船用特種鋼的研發(fā)答案A解析太空育種屬于生物學(xué)研究的范疇，故選A。11．(2021·廈門高一期末)下列不屬于化學(xué)科學(xué)未來探索空間的是()A．阿伏加德羅定律B．超耐久性的超長碳納米管C．人工光合作用D．常溫常壓合成氨答案C解析阿伏加德羅定律屬于化學(xué)研究的范疇，故不選A；超耐久性的超長碳納米管屬于化學(xué)研究的范疇，故不選B；人工光合作用屬于生物學(xué)研究的范疇，故選C；常溫常壓合成氨屬于化學(xué)研究的范疇，故不選D。12．門捷列夫在描述元素周期表時，許多元素尚未發(fā)現(xiàn)，但他為第4周期的三種元素留下了空位，并對它們的一些性質(zhì)做了預(yù)測，X是其中的一種“類硅”元素，后來被德國化學(xué)家文克勒發(fā)現(xiàn)，并證實門捷列夫當時的預(yù)測相當準確。根據(jù)元素周期律，下列有關(guān)X性質(zhì)的描述錯誤的是()A．X單質(zhì)不易與水反應(yīng)B．XO2可被碳或氫氣還原為XC．XCl4的沸點比SiCl4的高D．XH4的穩(wěn)定性比SiH4的高答案D解析“類硅”元素和硅元素同為第ⅣA族元素，根據(jù)元素周期律，同主族元素隨著原子序數(shù)的遞增，非金屬性減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性減弱，D選項錯誤；其他選項可由硅的性質(zhì)進行類推。13．(2020·安徽宿州高一期中)2020年諾貝爾化學(xué)獎的獲獎研究成果是“基因剪刀——重寫生命密碼的工具”。兩位獲獎?wù)甙l(fā)現(xiàn)了“CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)”，研究人員能以極高精度改變動物、植物和微生物的DNA(脫氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期。下列說法不正確的是()A．現(xiàn)代化學(xué)與生命科學(xué)形成很強的交叉融合B．這一技術(shù)可能使治愈遺傳性疾病成為現(xiàn)實C．化學(xué)家們已能夠在微觀層面上操縱分子和原子D．通過化學(xué)方法可制造出使人長生不老的“仙丹”答案D解析2020年諾貝爾化學(xué)獎的獲獎?wù)甙l(fā)現(xiàn)了“CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)”，研究人員能以極高精度改變動物、植物和微生物的DNA(脫氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期，說明現(xiàn)代化學(xué)與生命科學(xué)形成很強的交叉融合，A正確；由于這一技術(shù)“能以極高精度改變動物、植物和微生物的DNA(脫氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期”，故這一技術(shù)可能使治愈遺傳性疾病成為現(xiàn)實，B正確；“基因剪刀”能識別病毒的DNA，對這種“剪刀”施加控制，就能在任何預(yù)先設(shè)定的位置上切割任何DNA分子，進而重寫生命密碼，說明化學(xué)家們已能夠在微觀層面上操縱分子和原子，C正確；使人長生不老的“仙丹”是不存在的，D錯誤。14．(2021·安徽高二月考)Zewail創(chuàng)立的飛秒(1fs＝10－15s)化學(xué)研究了極短時間內(nèi)的反應(yīng)歷程，巧妙地解決了如何確定反應(yīng)起點問題。例如HI與CO2的反應(yīng)過程片段為：H＋OCO→HOCOHO＋CO。下列有關(guān)說法正確的是()A．中間產(chǎn)物HOCO屬于有機化合物B．反應(yīng)起點為HI離解為H和I自由基，終點為HO自由基與I自由基結(jié)合C．HOCO經(jīng)1000fs離解為HO自由基和CO，說明HI與CO2的反應(yīng)速率極快D．飛秒化學(xué)展現(xiàn)的反應(yīng)歷程不能為“化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù)答案B解析中間產(chǎn)物HOCO為自由基，不屬于有機化合物，A錯誤；反應(yīng)起點為HI離解為H和I自由基，H＋OCO→HOCO，然后HOCOHO＋CO，最終為HO自由基與I自由基結(jié)合，B正確；HOCO經(jīng)1000fs離解為HO自由基和CO，這只能說明這個歷程快，不能說明整個反應(yīng)的速率，C錯誤；飛秒化學(xué)展現(xiàn)的反應(yīng)歷程中HI離解為H和I自由基以及HO自由基與I自由基結(jié)合等均為“化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成”提供有力證據(jù)，D錯誤。15．2020年12月，嫦娥五號返回器攜帶月球土壤樣品“月壤”在預(yù)定區(qū)域安全著陸，標志探月工程取得圓滿成功。下列有關(guān)說法正確的是()A．“月壤”中的He與地球上氦氣中的He是同素異形體B．組成“月壤”的礦物粉末主要是由無機物和多種有機物組成的復(fù)雜混合物C．“月壤”的“太空風化”與地球上在大氣、水和生物共同作用下的“地表風化”原理相