(讲义)专题1 第3单元 物质结构研究的意义-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修2(苏教版2019)

第三单元　物质结构研究的意义 学习任务 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 1．化学科学的发展离不开对物质结构的探索和研究。研究物质结构，既能够为设计与合成新物质提供理论基础，也可以帮助我们预测物质的性能。 2．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，有助于信息材料、纳米材料、新型合金、超导材料、可降解高分子材料等诸多新型材料的研制和应用。 　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)我国科学家成功合成结晶牛胰岛素，在世界上首次实现了蛋白质的人工合成。 (√) (2)研发可降解高分子材料，可以减少“白色污染”。 (√) (3)中国科学技术大学设计出一种“松果结构”的铂金属催化剂，催化剂的结构会影响催化效果。 (√) (4)大型客机机身表面含有耐紫外线的物质PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PMMA属于有机高分子化合物。 (√) 二、物质结构的探索无止境 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，这些研究都需要物质结构理论与分析测试技术的支持。 2．化学家利用化学反应实现物质转化，要研究反应条件、反应途径、催化剂的选择，在理论指导下控制化学反应，预测化学反应速率。这需要化学家建立精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。 3．随着化学反应的量子力学理论的进一步发展和技术的改善，人类将进入一个崭新的世界：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。 　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在化学发展的历史进程中，德国化学家维勒通过蒸发氰酸铵的水溶液得到了尿素，尿素的合成揭开了人工合成有机化合物的序幕。维勒的这个发现推翻了当时阻碍化学发展的“生命力论”。 (√) (2)光缆在信息产业中有广泛应用，制造光缆的主要材料是单质硅。 (×) (3)纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞。 (√) (4)我国科学家在合成氨反应机理研究中取得新进展，首次报道了LiH­3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理，即低温下合成氨，能提高原料转化率。 (√) 物质结构研究促进了化学科学的发展 材料一　2015年10月，我国科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔奖评选委员会的颁奖词中写道：“屠呦呦发现了青蒿素，这种药品有效降低了疟疾患者的死亡率”“对全球的影响及对人类福祉的改善是无可估量的”。在青蒿素的发现、提纯、组成与结构测定、合成与修饰及实际应用过程中，各个环节都有赖于化学科学的支持，饱含着一大批化学工作者的辛勤付出。 材料二　我国研究人员从1973年初开始测定青蒿素的组成与结构。首先，研究人员利用高分辨质谱仪测定出青蒿素的相对分子质量为282.33。结合元素分析，确定其分子式为C15H22O5。然后，研究人员经过一系列复杂的氧化还原反应实验，推测青蒿素具有含过氧基因的倍半萜内酯结构。红外光谱实验结果表明，青蒿素分子中确实含有酯基和过氧基团。结合核磁共振谱图提供的关于碳、氢原子的种类和数量的信息，研究人员推定了青蒿素中甲基、过氧基团、带有酯基的六元环等部分结构片段。然而，单纯依靠这些研究方法还不能精确判断青蒿素分子中所有碳原子和氧原子以何种方式连接形成骨架。1975年，研究人员采用晶体X射线衍射的方法，确定了青蒿素的分子结构。 [问题1]　在探究青蒿素分子组成和结构的过程中，科研人员使用了哪些测定方法？通过这些测定方法分别可以得到哪些关于分子组成和结构的信息？ [提示]　 测定方法 获得的分子组成和结构的信息 质谱仪 相对分子质量为282.33 元素分析 确定分子式为C15H22O5 化学反应测定方法 含有过氧基团的倍半萜内酯结构 红外光谱 确认含有酯基和过氧基团 核磁共振谱图 甲基、带有酯基的六元环、过氧基团 [问题2]　测定青蒿素分子结构时，科研人员遇到了什么困难？ [提示]　不论是常规的实验方法还是质谱、红外光谱等仪器的测定手段，都只能帮助我们认识分子的官能团等的结构特点。 [问题3]　为什么用一般的测定方法无法准确地测定青蒿素分子的空间结构？ [提示]　因为一般方法只能测定简单分子的官能团以及分子结构，但是对于青蒿素这种复杂的分子的结构，一般方法难以进行精准判断。 [问题4]　如何测定青蒿素分子的空间结构？ [提示]　晶体X射线衍射法。 1．研究化学反应的量子力学理论 (1)化学服务于人类的重要方式 利用已知化学反应的原理，通过操作实现