专题5 物质结构的探索无止经境
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；物质的性质包括物质的物理性质和化学性质、生物活性和生理活性等。辩证唯物主义告诉我们：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
1．元素原子的结构决定元素的性质，这一点从元素周期表位、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、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；
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。
3．分子式相同的同分异构体之间具有不同的性质。例如：C2H6O有两种不同的结构——乙醇(C2H5OH)和甲醚(CH3OCH3)，二者在化学性质上有很大的不同。同分异构体的存在说明物质的结构是决定物质性质的重要因素。
4．分子组成不同，若结构相似，则其化学性质或物理性质有相似之处。等电子体的性质相似就说明了此问题．

如苯(C6H6)和硼氮苯(B3N3H6)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极性相似，根据相似相溶规则，溶解性相似。
特别提醒：：物质的结构决定物质的性质，而物质的性质则决定物质的用途，因此，研究物质的结构对于研究物质的用途、寻找特殊化学物质有重要的意义。

例1　图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是(　　)
A．常压下五种元素的单质中
Z单质的沸点最高
B．Y、Z的阴离子电子层结构
都与R原子的相同
C．W的氢化物沸点比X的氢化物的沸点高
D．Y元素的非金属性比W元素的非金属性强


解析：选D。本题通过元素在周期表中的位置推断元素，同时进一步考查单质的沸点、元素原子结构、氢键及同周期元素金属性大小判断等知识。由R、W、X、Y、Z五种元素所在的位置看，它们分别是Ar、P、N、S、Br。它们形成的单质中常温下P、S为固体，Br2为液体，Ar、N2为气体，A错；Br－的核外电子层比S2－、Ar多一层，B错；X的氢化物NH3分子间可形成氢键，沸点高，C错；S与P位于同一周期，从左到右，非金属性依次增强，D正确。故正确答案为D。

利用量子力学理论，探讨理想化的一些问题，最终使其成为现实。
1．利用已知化学反应的原理，通过操作实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的各种新材料，是化学服务于人类的重要方式。
2．人类社会的发展，就是科技的发展，为了实现人类社会的可持续发展，需要化学家们建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。
 研究化学反应的量子力学理论
3．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、生产流程简单等。
例2   石墨和金刚石在一定条件下可相互转化：石墨金刚石；ΔH＞0。20世纪50年代，美国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，1989年，日本科学家用炸药和木炭粉“炸出”金刚石的消息引起人们的广泛关注。
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8 m深约5 m的混凝土水槽内，点火起爆，最后将容器里的水取出静置，可获得直径为0.002 μm～0.003 μm的超细金刚石粉。
(1)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________(填编号)。
A．金刚石比石墨熔点低　　
B．金刚石的密度大于石墨
C．金刚石硬度很大 
D．合成金刚石是吸热反应
(2)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指吗？
【解析】　根据勒夏特列原理：升高温度，平衡向吸热方向移动，很容易判断D选项正确。依据中学化学内容，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应平衡移动无影响，为什么合成金刚石要采取高压呢？
实际上，改变压强对没有气体参加或生成的可逆反应无影响是指在一定的范围内改变压强，超高压对没有气体参加或生成的可逆反应的平衡移动的影响同样符合勒夏特列原理，可从石墨密度小于金刚石理解，这就要求学生有一定的创新精神。必须注意试题要求回答“超细”金刚石粉的用途，故不可用来制作钻石戒指。
【答案】　(1)BD　(2)超高压对没有气体参加的可逆反应同样有影响。　(3)不可以。

例3　原子经济性是在1991年由Trost首先提出的，即在化学反应过程中有多少原料的原子进入到所需的产品中。理想的原子经济反应要求原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。目前，在有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如丙烯氰甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。
还有一些基本有机原料的生产所采用的反应，已由过去的多步反应，改成较少几步或协同一釜中同时完成的原子经济反应。
下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)(　　)

解析：选C。C项反应物中所有原子都转变为产物。根据题干，此反应为理想的原子经济反应。注意理论上全都反应和实际生产有一定差距。
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。例如，研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，人们就能进行药物设计，有助于合成高效无毒副作用的药物；搞清楚食草动物胃内的酶如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，就能为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础；合成具有生物活性和生理活性的分子，可帮助人类揭示生命的奥秘；了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理，创造“新陈代谢”的目标能得以实现……
     研究生命现象的化学机理
例4  据诺贝尔奖官方网站报道，北京时间2004年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2004年诺贝尔奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解，即他们突破性地发现了人类细胞通过泛素如何控制某种蛋白质的“死亡”机理。泛素是一个由76个氨基酸组成的多肽，因其广泛分布于各类细胞而得名，人体细胞中的泛素通过给无用蛋白质“贴标签”的方法，帮助人体将那些被贴上标记的蛋白质进行“废物处理”。
另外泛素结合酶及其水解得到的氨基酸对帕金森等疾病的治疗也有重要作用。
(1)泛素对无用蛋白质“贴标签”进行“废物处理”，简单地说就是蛋白质发生了________(填编号，下同)。
A．酯化反应          B．消去反应
C．水解反应          D．缩聚反应

(2)科学研究证明，泛素结合酶可抵御在有氧化应激的疾病里吸附NO，从而提高人体对帕金森等疾病的抵御能力。下列有关NO的叙述不正确的是________。
A．NO分子中有极性共价键
B．NO是造成光化学烟雾的因素之一
C．NO是汽车尾气的有害成分之一
D．NO分子所含电子总数为偶数

(3)已知被泛素标定的某蛋白质分解后可得到化学式为C4H9NO2的氨基酸，则该氨基酸的同分异构体(属于氨基酸)可能有________。
A．2种              B．3种
C．4种              D．5种
(4)已知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151000。已知该分子中铜的质量分数为0.34%，则被标定的铜蓝蛋白质分子中的铜原子数为________。
A．8              B．6
C．4              D．2
【解析】　(2)NO是由非金属元素N和O通过极性共价键而形成的极性分子，NO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燃烧、汽车尾气及硝酸工业废气等，1个NO分子所含的电子总数为7＋8＝15，故D项错。

(3)同分
【答案】　(1)C　(2)D　(3)D　(4)A
例4　酶是具有特殊功能的蛋白质，因而酶有蛋白质的特性。到目前为止，在人体内已发现多种酶。酶又是生物制造出来的催化剂，在生命有机体的所有有机反应中发挥作用。如图所示的温度t与反应速率v的关系曲线中，有酶参加的是(　　)

解析：选D。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。A图表示随温度升高反应速率持续加大；B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；C图表示在适宜的温度下反应速率最小，均不符合题意。D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慢，符合酶的性质。故正确答案为D。