高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 物质结构研究的意义精品随堂练习题

第三单元　物质结构研究的意义

[核心素养发展目标]　

1.认识物质结构研究对各种性能的新物质发现、设计与合成的重要意义。

2.感受物质结构的研究对推动人类文明作出的巨大贡献。

3.建立“物质结构的探索无止境”的观念，形成探索未知、崇尚真理的意识。

一、促进了化学科学的发展

化学科学的发展离不开对物质结构的探索和研究。

1．1860年，国际化学界接受了50年前阿伏加德罗提出的分子假说，确立了“原子—分子论”。

2．俄国化学家门捷列夫把似乎互不相干的化学元素，按照相对原子质量的变化联系起来，发现了自然界的重要规律——元素周期律，从而把化学元素及相关知识纳入一个自然序列变化的规律之中，有助于从理论上指导化学元素的发现和应用。

3．19世纪中叶，碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子中价键的饱和性等相继发现，为有机立体化学的发展奠定了基础，对有机化学的进一步发展意义重大。

4．从1 900年至今，通过化学合成和分离手段得到的新物质的数量急剧增加。

研究物质结构，能够为设计与合成新物质提供理论基础，也可以帮助人们预测物质的性能。

(1)阿伏加德罗提出了分子的概念，认为气体分子可以由几个原子组成( √ )

(2)人们能用粒子高能加速器来人工制造化学元素( √ )

(3)现在有机合成从以前的单凭经验摸索已全部发展到“按图索骥”( × )

(4)合成或从自然界分离出更多的新物质，能更好地满足人类的生活和社会可持续发展的需要( √ )

(5)物质结构理论和方法是研究材料结构与性能关系的重要工具( √ )

1．人造骨是一种具有生理功能的新型无机非金属材料。它有类似于人骨和天然牙齿的性质和结构。人造骨可以依靠人体的体液中的某些离子形成新骨，可在骨骼接合界面发生反应，实现骨骼牢固结合，人造骨植入人体内需要吸收人体中的下列哪些离子形成新骨(　　)

A．Ca2＋、PO   B．Cl－、Na＋

C．Na＋、Mg2＋   D．S2－、I－

答案　A

解析　因Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2等无机盐为骨骼的主要成分，所以人造骨植入人体内需吸收人体中的

Ca2＋和PO形成新骨。

2．我国科学家利用蜡虫肠道菌群，将塑料降解时间从500年缩减到24小时，并用同位素示踪法证实了聚乙烯可降解为CO2。下列有关该过程说法不正确的是(　　)

A．一定发生了氧化反应

B．只涉及碳碳键的断裂

C．同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化

D．该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的环境问题

答案　B

解析　有氧气参加的反应是氧化反应， A正确；塑料降解过程中不仅涉及碳碳键的断裂，还有碳氢键的断裂，B错误；同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化，C正确；该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的白色污染，D正确。

二、物质结构的探索无止境

1．探寻人类和其他生物生命运动的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。

(1)20世纪经典生物学的最大突破是在分子水平上探索生命现象的本质，这一过程离不开对物质结构的研究。

(2)研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理；合成具有生物活性和生理活性的分子；了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理等都需要物质结构理论与分析测试技术的支持。

2．量子化学是结构化学最重要的理论基础，结构化学是量子化学最直接的实验基础和推动力量。

3．物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展具有重大意义。

4．在过去的100多年里，化学作为一门中心的、实用的、创造性的科学，已经为人类认识物质世界和人类文明的进步作出巨大贡献。

(1)搞清楚食草动物胃内的酶是如何把植物纤维分解为小分子的，有利于充分利用自然界丰富的植物纤维资源( √ )

(2)了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理，能实现创造“新陈代谢”的目标( √ )

(3)随着化学反应的量子力学理论的发展和技术改善，合成氨不再需要高温、高压( √ )

1．由下列事实得出的结论错误的是(　　)

A．维勒利用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限

B．门捷列夫在前人工作的基础上发现了元素周期律，表明科学研究既要继承又要创新

C．C60是英国和美国化学家共同发现的，体现了国际科技合作的重要性

D．1998年，科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化学已成为以理论研究为主的学科

答案　D

2．下列成果是因为创造新物质而获得诺贝尔化学奖的是(　　)

A．荧光成像显微技术   B．分子马达

C．生物分子冷冻电镜   D．核磁共振

答案　B

解析　荧光成像显微技术是技术的突破，无新物质制造出来，A错误；分子马达是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种分子马达，又名分子发动机，是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，有新物质制造出，B正确；冷冻电镜是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术，是技术的突破，无新物质制造出，C错误；核磁共振是用于有机物中H原子种类和个数比的测定的技术，无新物质制造出，D错误。

3．2013年度诺贝尔化学奖再次授予计算化学领域的科学家。以下基于结构理论进行繁难计算得出的是(　　)

A．天然气的热值   B．合成氨的原子利用率

C．尿素的含氮量   D．p轨道电子云的形状

答案　D

解析　天然气的热值与原子结构无关，故A错误；合成氨的原子利用率与原子结构无关，故B错误；尿素的含氮量与原子结构无关，故C错误；p轨道电子云的形状与原子结构有关，故D正确。

1．我国科学家成功合成的3 mm长的管状定向碳纳米管，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)大、密度小(只有钢的四分之一)、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．它的结构与石墨不同

D．碳纤维为一种高分子化合物

答案　D

解析　碳纤维显然主要是由碳元素组成，B正确、D错误；由于碳纤维具有“强度高、刚度大、密度小、熔点高、化学稳定性好”的特点，所以A正确；由于碳纤维的物理性质不同于石墨，所以它们的结构不同，C正确。

2．历史事实表明没有新材料的出现，就没有科技与生产发展的突破。信息高速公路的建立在于寻找新的信息材料。下列材料可作为信息材料的是(　　)

A．铜线   B．化纤

C．橡胶   D．光导纤维

答案　D

3．两位美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，因为发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究做出的开创性贡献而获得2003年诺贝尔化学奖。他们之所以获得诺贝尔化学奖而不是生理学或医学奖是因为(　　)

A．他们的研究和化学物质水有关

B．他们的研究有利于研制针对一些神经系统疾病和心血管疾病的药物

C．他们的研究深入到分子、原子的层次

D．他们的研究深入到细胞的层次

答案　C

解析　细胞膜水通道的发现以及对离子通道结构和机理的研究对化学、生理学、医学等科学领域都有着重大意义，由于此项研究深入到了分子、原子的层次，所以做出开创性贡献的两位科学家得到了诺贝尔化学奖的殊荣。

4．下列有关化学史知识错误的是(　　)

A．“原子—分子论”建立是近代化学发展的里程碑

B．俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律，编制了第一张元素周期表

C．意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上提出了分子的概念

D．英国科学家道尔顿首先发现了电子

答案　D

解析　英国科学家汤姆生发现了电子。

题组一　物质结构研究在化学科学发展中的促进作用

1．1998年7月8日，全国科学技术名称审定委员会公布了101～109号元素的中文定名。而早在1996年2月，德国达姆施塔特重离子研究所就合成出当时最重的人造元素，它是由Zn撞入一个Pb的原子核，并立即释放一个中子而产生的一种新元素的原子。该元素的原子序数是(　　)

A．111  B．112  C．113  D．114

答案　B

2．通过对物质结构与性质的研究，能够解决许多问题。在生命科学领域，下列不能通过研究结构与性质的关系加以解决的问题是(　　)

A．酶的催化机理

B．手性生物分子与手性药物的作用机制

C．指甲的长短与手指的灵活性的关系

D．抗癌药物的设计与筛选

答案　C

解析　结构是内在的，而不是外在的，指甲可以改变，C项错。

3．为了进一步提高合成氨的生产效益，科研中最有开发价值的是(　　)

A．寻求H2的新来源

B．研制耐高温高压的新材料合成塔

C．研制低温下活性较大的催化剂

D．研制高温下活性较大的催化剂

答案　C

解析　合成氨工业目前主要采取高温、高压、催化剂的生产条件。如果能找到低温下活性高的催化剂，可以大大降低氨的合成成本，提高生产效益。

4．2013年6月《自然》刊玻尔原子结构模型100周年。玻尔在人类对原子结构的认识的历程上是非常重要的。以下关于人类对原子结构的认识错误的是(　　)

A．伦琴发现X射线将人类对原子结构的认识引入了新的历程

B．道尔顿认为“不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物”

C．汤姆生通过α粒子散射实验总结出原子结构行星模型

D．法国物理学家贝克勒尔发现了铀的放射性

答案　C

解析　1895年，伦琴发现X射线，将人类对原子结构的认识引入了新的历程，故A正确；1803年提出原子论，其要点之一：不同元素化合时，原子以简单整数比结合，故B正确；卢瑟福进行α粒子散射实验后，认为原子是“行星模型”，故C错误；1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀的放射性，故D正确。

5．(2020·大连市附中高一月考)化学科学史上每一次重大的发现都极大地推进了科学的发展，对于人类文明的进步发挥了巨大的推动作用，如合成氨技术，制造出能促进粮食增产的氮肥，使成千上万的人免除饥饿的威胁。下列对化学史的描述不正确的是(　　)

A．侯德榜联合制碱法中制得的碱是烧碱

B．道尔顿提出了原子论

C．阿伏加德罗提出了分子学说

D．拉瓦锡提出了燃烧的氧化学说

答案　A

解析　侯德榜联合制碱法利用反应：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl，先过滤出NaHCO3，将其煅烧得到Na2CO3，因此制得的碱为Na2CO3，名为纯碱，A错误；英国科学家道尔顿提出了原子论，他认为物质是由原子直接构成的，原子是一个实心球体，不可再分割，创立了近现代原子论，B正确；阿伏加德罗在化学上的主要贡献是提出了分子的概念，并创立了分子学说，C正确；法国化学家拉瓦锡建立燃烧现象的氧化学说，使近代化学取得了革命性的发展，D正确。

题组二　物质结构研究在各领域的探索

6．化学与材料科学息息相关，从一定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，就不可能使新的科学技术成为生产力。下列有关材料的说法不正确的是(　　)

A．材料是为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质

B．人类使用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶

C．由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的保护层可以采用镁铝合金

D．高分子分离膜是具有传统高分子材料的机械性能，又具有特殊分离功能的功能高分子材料制成的薄膜

答案　C

解析　当航天飞机返回地球大气层时，由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1 000 ℃以上，镁铝合金是热的传导体，会造成飞机烧毁，一般采用耐高温的绝热材料，如碳纤维等。

7．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

答案　B

解析　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。

8．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。下列关于“新制冷剂”的叙述不正确的是(　　)

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

答案　D

解析　水和冰组成的两相液体制冷剂，不属于悬浊液，因为分散系是混合物，而该制冷剂是纯净物。

9．20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”的绿色化学基本手段，下列各项中符合绿色化学含义的是(　　)

A．回收废弃的物品

B．生产绿色的产品

C．不生产有毒物质

D．进行无污染的化工生产

答案　D

10．(2021·湖南高一月考)随着科学的发展，学科间的交叉和综合越来越多，学科之间的界限越来越不明显，“边缘科学”代表了一个新名词，说明了学科间的相互联系。但目前的科学研究，学科间的分工依然存在，各自的研究领域仍有所不同。下列不属于化学研究范畴的是(　　)

A．水稻、兰花的太空育种

B．“嫦娥五号”带回的月球土壤成分研究

C．新冠病毒肺炎疫苗药物的研制

D．高强度舰船用特种钢的研发

答案　A

解析　太空育种属于生物学研究的范畴，故选A。

11．(2021·厦门高一期末)下列不属于化学科学未来探索空间的是(　　)

A．阿伏加德罗定律

B．超耐久性的超长碳纳米管

C．人工光合作用

D．常温常压合成氨

答案　C

解析　阿伏加德罗定律属于化学研究的范畴，故不选A；超耐久性的超长碳纳米管属于化学研究的范畴，故不选B；人工光合作用属于生物学研究的范畴，故选C；常温常压合成氨属于化学研究的范畴，故不选D。

12．门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第4周期的三种元素留下了空位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律，下列有关X性质的描述错误的是(　　)

A．X单质不易与水反应

B．XO2可被碳或氢气还原为X

C．XCl4的沸点比SiCl4的高

D．XH4的稳定性比SiH4的高

答案　D

解析　“类硅”元素和硅元素同为第ⅣA族元素，根据元素周期律，同主族元素随着原子序数的递增，非金属性减弱，气态氢化物的稳定性减弱，D选项错误；其他选项可由硅的性质进行类推。

13．(2020·安徽宿州高一期中)2020年诺贝尔化学奖的获奖研究成果是“基因剪刀——重写生命密码的工具”。两位获奖者发现了“CRISPR/Cas9基因编辑技术”，研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA(脱氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期。下列说法不正确的是(　　)

A．现代化学与生命科学形成很强的交叉融合

B．这一技术可能使治愈遗传性疾病成为现实

C．化学家们已能够在微观层面上操纵分子和原子

D．通过化学方法可制造出使人长生不老的“仙丹”

答案　D

解析　2020年诺贝尔化学奖的获奖者发现了“CRISPR/Cas9基因编辑技术”，研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA(脱氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期，说明现代化学与生命科学形成很强的交叉融合，A正确；由于这一技术“能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA(脱氧核糖核酸)，并有望更改某些生物的生命周期”，故这一技术可能使治愈遗传性疾病成为现实，B正确；“基因剪刀”能识别病毒的DNA，对这种“剪刀”施加控制，就能在任何预先设定的位置上切割任何DNA分子，进而重写生命密码，说明化学家们已能够在微观层面上操纵分子和原子，C正确；使人长生不老的“仙丹”是不存在的，D错误。

14．(2021·安徽高二月考)Zewail创立的飞秒(1fs＝10－15 s)化学研究了极短时间内的反应历程，巧妙地解决了如何确定反应起点问题。例如HI与CO2的反应过程片段为：H＋OCO→HOCOHO＋CO。下列有关说法正确的是(　　)

A．中间产物HOCO属于有机化合物

B．反应起点为HI离解为H和I自由基，终点为HO自由基与I自由基结合

C．HOCO经1 000 fs离解为HO自由基和CO，说明HI与CO2的反应速率极快

D．飞秒化学展现的反应历程不能为“化学反应实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据

答案　B

解析　中间产物HOCO为自由基，不属于有机化合物，A错误；反应起点为HI离解为H和I自由基，H＋OCO→HOCO，然后HOCOHO＋CO，最终为HO自由基与I自由基结合，B正确；HOCO经1 000 fs离解为HO自由基和CO，这只能说明这个历程快，不能说明整个反应的速率，C错误；飞秒化学展现的反应历程中HI离解为H和I自由基以及HO自由基与I自由基结合等均为“化学反应实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据，D错误。

15．2020年12月，嫦娥五号返回器携带月球土壤样品“月壤”在预定区域安全着陆，标志探月工程取得圆满成功。下列有关说法正确的是(　　)

A．“月壤”中的He与地球上氦气中的He是同素异形体

B．组成“月壤”的矿物粉末主要是由无机物和多种有机物组成的复杂混合物

C．“月壤”的“太空风化”与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”原理相同

D．居里夫人用He原子核轰击Al原子核，得到核素Y：Al＋He→Y＋n，则Y为磷元素

答案　D

解析　“月壤”中的He与地球上氦气中的He是同位素，A项错误；“月壤”的矿物粉末主要是由无机物组成的，属于混合物，不含有机物，B项错误；月球上没有大气、水，所以“月壤”的“太空风化”与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”原理不同，C项错误；根据Al＋He―→Y＋n可以推测出，Y为Y，质子数为15，则Y为P元素，D项正确。

16．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。

(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是________(填字母，下同)。

A．处理废弃物   B．治理污染点

C．减少有毒产物   D．杜绝污染源

(2)在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是________。

A．建在西部干旱区可以脱贫致富

B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区

C．企业有权自主选择厂址

D．不宜建在人口稠密的居民区

(3)某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。

在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？________。应增加哪些措施防止污染？_____________________________________________________________________________。

答案　(1)D　(2)BD　(3)第③步　增加冷凝回收装置

解析　(1)根据题干描述“绿色化学是预防污染的根本手段”可知，“绿色化学”要求从“源头”上杜绝污染源。

(3)由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此操作③会造成环境污染。