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专题5 物质结构的探索无止境
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专题5
物质结构的探索无止境
ZHUAN TI WU
专题5 物质结构的探索无止境
1．认识研究物质结构与性能的关系对分子设计、合成新型材料的重要意义。 2．了解量子力学在物质转化、物质制备等研究领域中的指导作用。 3．了解研究生命现象的化学机理对促进人类健康的重要作用。 4．体会学习物质研究的方法有助于探索物质世界的奥秘。
一、研究物质的结构与性能的关系
1．物质的结构
2．物质的性质
3．应用
二、研究化学反应的量子力学理论
1．化学反应的意义：实现物质的转化，制备人类生活和生产所需要的物质。
2．科学理论：精确有效而又普遍适用的化学反应的量子力学理论。
3．研究方向
三、研究生命现象的化学机理
1．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。
2．化学创立了研究物质结构的理论、方法和实验手段，初步揭示了物质的结构与性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。
1．关于物质结构的认识正确的是( )
A．物质的结构反映物质的性质，物质的性质决定物质的结构
B．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
C．物质的结构随着人们的认识或研究的程度经常发生一些小的变化
D．物质的结构有宏观和微观两方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的
解析：选B。物质的结构决定物质的性质，A项错误；物质的结构指的是构成物质的微粒，微粒间的相互作用及微粒的排列方式等，B项正确；物质的结构是自然存在的，只是人们认识物质结构的过程在逐步深入，C项错误；从微观上说，构成物质的微粒有分子，也有原子、离子等，D项错误。
2．“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。用甲烷合成乙酸乙酯，欲使原子利用率达到最高，还需要消耗的其他反应物有( )
A．CO B．CO2和H2O
C．H2O和O2 D．CH3OH和O2
解析：选A。乙酸乙酯的化学式为C4H8O2，要使原子利用率达到最高，用C4H8O2减去2分子CH4得C2O2，即2分子CO。
3．法国里昂的科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的叙述不正确的是( )
A．该粒子不显电性
B．该粒子质量数为4
C．在周期表中与氢元素占同一位置
D．该粒子质量比氢原子大
解析：选C。抓住关键字词“只由四个中子构成”，弄清楚原子中微粒的相互间数量关系。
4．建立普遍适用的化学反应的量子力学理论，可以帮助化学家解决一系列问题，其中不属于化学反应的量子力学研究的问题的是( )
A．两个或多个分子之间能否发生化学反应
B．需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应
C．如何在理论指导下控制化学反应
D．在化学反应过程中，原子能否分割与重新组合
解析：选D。化学反应以原子为基础，属于原子层面的反应，反应过程中不涉及原子的分割，化学反应只是分子拆分成原子，原子重新结合成分子的过程。
(1)前不久我国科学家成功合成了3 nm长的管状纳米管，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)高、密度小(只有钢的1/4)、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．它的抗腐蚀能力强
D．碳纤维复合材料不易导电
(2)有效成分为手性分子的药物为手性药物。下列有关手性药物的叙述正确的是________。
A．通过化学反应生成手性药物时一定是等量地生成它们的手性异构体
B．存在少量手性催化剂时不可能只生成手性异构体中的一种
C．手性药物中两种手性异构体的医药作用几乎没有区别
D．手性异构体的医药作用可能完全不同
[解析] (1)一般飞机是用钢铁制造的，由于碳纤维的“强度高、刚度高、密度小”，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电。
(2)互为手性异构体的两种物质的化学性质几乎相同，但生物性质可能会截然不同，一种异构体有治病疗效，另一种可能没有，甚至对人体有害。在没有手性催化剂的作用下，生成的手性药物大多数是两种手性异构体，但在手性催化剂作用下，可以主要生成一种异构体。
[答案] (1)D (2)D
物质结构与性能的关系
1．导电聚合物是由某些聚合物(如聚乙炔)经化学或电化学掺杂后形成的，导电率从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。导电聚合物应属于( )
A．氧化物 B．气态氢化物
C．配合物 D．有机物
解析：选D。将乙炔加聚得到聚乙炔的反应方程式：nCH≡CH?CHCH?，聚乙炔中存在单双键交替的长链，这样的长链型高聚物经掺杂其他物质后可成为导电塑料，从物质的分类来看，应属于有机物。
2．高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是( )
A．分离工业废水，回收废液中的有用成分
B．食品工业中，浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒
C．将化学能转换成电能，将热能转化成电能
D．海水的淡化
答案：C
3．下列描述正确的是( )
A．使用可降解的聚二氧化碳塑料仍会产生白色污染
B．超临界流体是介于气态和液态之间的一种状态，故超临界流体CO2 是合成的新物质
C．澳大利亚开发出被称为第五形态的固体碳——“纳米泡沫”，其形似海绵，密度极小并有磁性。可以预见，这种新材料的化学性质与金刚石完全不同
D．由于氢键的影响，甲酸蒸气的密度在373 K时为1．335 g·L－1，在293 K时为2．5 g·L－1
解析：选D。A项，该塑料可降解，将不再产生白色污染；B项，超临界流体CO2只是CO2的一种新存在状态，而并不是合成的新物质；C项，同素异形体的化学性质是相似的；D项，温度升高时，分子间氢键遭到破坏，缔结程度减小，所以密度减小。
量子力学
4．下列说法不正确的是( )
A．原子核外电子的排布尽量使原子处于最低能量状态
B．电子从2s轨道跃迁到3s轨道放出能量
C．电子从能量高的轨道回到能量低的轨道时，放出能量
D．光是电子释放能量的主要形式
解析：选B。原子核外电子尽量先排布能量最低的轨道，当原子吸收能量后，电子从能量低的轨道跃迁到能量高的轨道；电子从能量高的轨道返回能量低的轨道时，将释放能量，释放能量时主要以光的形式表现。
5．为量子力学的建立作出过重大贡献的英国科学家狄拉克首先提出了反粒子存在的预言，反粒子与普通粒子的区别仅在于质子和电子的电性颠倒。狄拉克诞辰100周年的2002年，人类合成了5万个反氢原子，成为对狄拉克祭典的一份厚礼。反氢原子的组成为( )
A．由1个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
B．由1个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
C．由1个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成
D．由1个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
解析：选A。反粒子与普通粒子的区别仅是粒子的电荷相反。氢原子的原子核内是反质子，原子核外是正电子。
研究生命现象的化学机理
6．下列说法中不正确的是( )
A．分子生物学基础与化学键理论密切相关
B．DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过共价键形成配对的
C．修正变异配位小分子，有助于人类战胜疾病
D．胚胎干细胞的分化是一种复杂的物理化学过程
解析：选B。DNA的双螺旋结构是由两条DNA大分子的碱基通过氢键形成配对的，B项错。
7．麻醉剂的发现和使用，是人类医疗史上了不起的一项成就，它可使患者在接受治疗时感觉不到疼痛。
(1)笑气是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一，它可由NH4NO3在微热条件下分解产生，产物除N2O外还有一种物质，此反应的化学方程式为____________________________________。
(2)有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)，又知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则其空间构型呈________，为________(填“极性”或“非极性”)分子。
解析：(1)结合题给条件和氧化还原反应配平方法即可完
成。(2)从等电子体的性质和结构关系可知N2O和CO2一样，是直线形分子，又因N2O中O原子只与一个N原子相连，由分子空间结构可判断N2O是极性分子。
答案：(1)NH4NO3N2O↑＋2H2O (2)直线形 极性
重难易错提炼
课后达标检测
[基础巩固]
1．据最新报道，科学家发现了如下反应：O2＋PtF6===O2(PtF6)，已知O2(PtF6)为离子化合物(其中Pt的化合价为＋5)，对于此反应，下列说法正确的是( )
A．在O2(PtF6)中不存在共价键
B．在此反应中，O2是氧化剂，PtF6是还原剂
C．在此反应中，每生成1 mol O2(PtF6)，转移1 mol电子
D．由O2(PtF6)形成的晶体为分子晶体
解析：选C。O2(PtF6)为离子化合物，且Pt为＋5价，F为－1价。在O2(PtF6)中，O与PtF间存在离子键，O中氧原子间存在共价键，所以O2(PtF6)形成的晶体为离子晶体，故A、D项均错；由O2―→O，O原子失去1个电子，O2为还原剂，由PtF6―→PtF，Pt6＋得到1个电子，PtF6为氧化剂，故B项错。
2．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。关于“新制冷剂”，以下叙述不正确的是( )
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
解析：选D。用水和冰组成的两相液体制冷剂，不属于悬浊液分散系，因为分散系是混合物，而该制冷剂是纯净物。
3．在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现这一原子经济性原则的是( )
①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥消去反应 ⑦加聚反应 ⑧缩聚反应
A．①②⑤ B．②⑤⑦
C．⑦⑧ D．只有⑦
答案：B
4．有一种合金当环境温度远小于其转变温度时，可以随便改变它的形状，当达到转变温度时，会恢复其原来面貌，具有这种效应的合金为( )
A．超导金属 B．形状记忆金属
C．储氢金属 D．光纤
解析：选B。从题给信息可知该合金应是形状记忆金属。
5．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
解析：选B。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。
6．下列具有特殊性质的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是( )
A．半导体材料砷化镓
B．吸氢材料镧镍合金
C．透明陶瓷材料硒化锌
D．超导材料K3C60
解析：选C。A、D项中的砷、镓、钾、碳均为主族元素，B项中的镧、镍均为副族元素，C项中硒为主族元素，锌为副族元素。
7．北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60(如图所示)。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析中正确的是( )
A．K3C60晶体中既有离子键又有极性键
B．K3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低
C．该晶体熔化时能导电
D．C60分子中碳原子采用sp3杂化
解析：选C。C60内部为非极性键，A项错。离子晶体K3C60比分子晶体C60的熔点高，B项错。该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，C项正确。C60中每个碳形成四个键，其中有一个为双键，故应为sp2杂化，D项错。
8．纳米材料被誉为21世纪最有发展前景的新型材料。纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为几纳米(1 nm＝10－9 m)的空心管。下列说法错误的是( )
A．纳米碳管是一种新型的有机化合物
B．纳米碳管在常温下化学性质稳定
C．纳米碳管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳
D．纳米碳管材料管道多，表面积大，吸附能力强
解析：选A。纳米碳管属于碳单质中的一种，与金刚石、石墨等互为同素异形体。
9．CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸的反应：
下列有关三聚氰酸的说法正确的是( )
A．分子式为C3H6N3O3
B．分子中既含极性键，又含非极性键
C．属于共价化合物
D．生成该物质的上述反应为中和反应
解析：选C。A．由三聚氰酸的结构简式可知其分子式为C3H3N3O3，A错误。B．分子中存在O—H、C—O、N—C、N===C 键，都属于极性键，所以分子中不存在非极性键，B错误。C．该化合物中只含有共价键，所以属于共价化合物，C正确。D．该反应不是酸与碱发生的反应，所以不是中和反应，D错误。
10．太阳投射到地球上的能量是当前全世界所耗能量总数的一万倍。如果人类能利用0．1%的太阳能，就能满足当前全世界的能源需求。我们该如何利用太阳能？
答案：利用太阳能发电；利用太阳能电解水以制氢气；利用太阳能加热水来满足人们日常生活之用；利用太阳能生产更多的绿色食品等等。太阳能的有效利用主要依靠化学上所研制的新型材料。
11．除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子分离膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，医用高分子材料，隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。
(1)用于海水和苦咸水的淡化方面：________________________________。
(2)用于制造人工器官(如人工心脏)的材料：________________________。
解析：高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理及废液中有用成分的回收，特别是海水和苦咸水淡化方面已实现工业化；医用高分子材料中的硅聚合物或聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和很高的机械性能，可用来合成人工心脏。
答案：(1)高分子分离膜
(2)医用高分子材料
[能力提升]
12．在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。如图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：由图可以观察得出：碳纳米管的直径越大(小)，水结冰的温度越低(高)。
答案：碳纳米管直径越小(大)，水结冰温度越高(低)
13．据《新科学》杂志报道，科研人员在20 ℃、1个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。下图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。回答下列问题：
(1)以上信息体现了水分子具有________性，水分子中氧原子的杂化方式为________。
(2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。
(3)固体二氧化碳外形似冰，受热汽化无液体产生，俗称“干冰”。根据如图干冰的晶胞结构回答下列问题：
①一个晶胞中有________个二氧化碳分子，在二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目是________________________________________________________________________，
在干冰中CO2的配位数是________。
②堆积方式与干冰晶胞类型相同的金属有________(答一种即可)。
答案：(1)极 sp3
(2)
(3)①4 2个σ键、2个π键 12 ②铜(或金、银)
14．元素周期表是学习化学的工具，也为化学的进一步探究与研究提供理论指导。试回答下列问题。
(1)人们研究发现在元素周期表短周期元素中有三对对角线元素，其性质非常相似，它们分别为Li和Mg、Be和Al、B和Si。下列说法中正确的是________。
A．将LiCl溶液蒸干并灼烧，得到LiCl固体
B．BeO、Be(OH)2既能与酸反应，又能与碱反应
C．晶体硼属于原子晶体
D．以Li片和Al片作电极，以稀盐酸作电解质溶液组成的原电池，铝是负极
(2)人们研究发现第1周期和第2周期中一些元素的性质与同族元素的性质共性很少。
①一些氢化物的沸点有反常现象，如图是第2周期锂、碳、氧、氮四种元素氢化物的沸点示意图。
请写出相应四种元素氢化物的化学式：
a________、b________、c________、d________。
②晶体氦以图A方式堆积，其余稀有气体的晶体均以图B方式堆积。
根据上图推得，1个氦晶胞平均占有氦原子__________个；1个氩晶胞平均占有氩原子________个。
解析：(1)因MgCl2溶液蒸干并灼烧得到的产物为MgO，知A不正确；铍为与铝相似的元素，其氧化物和氢氧化物具有两性，B正确；硼的熔点较高(2 300 ℃)，硬度大(摩氏硬度为9．5)，为原子晶体，C正确；在原电池中，较活泼的发生氧化反应的金属为电池的负极，活泼性由对角线关系知锂与镁相似，所以强于铝，D不正确。
(2)①四种物质氢化物中，氢化锂为离子晶体，其余三种为分子晶体，所以其沸点最高，因此a为LiH，由于H2O与NH3均形成氢键，使沸点升高，所以CH4的沸点最低，d为CH4，H2O的沸点高于NH3，所以b为H2O，c为NH3。
②分析图A，在氦晶胞中，顶点上有12个原子，各为6个晶胞共用，上下面各有1个原子，为两个晶胞共用，内部有3个原子，完全属于该晶胞，所以1个氦晶胞的原子数为12×＋2×＋3＝6(个)；分析图B，在氩晶胞中，顶点上有8个原子，为8个晶胞共用，面上有6个原子，为2个晶胞共用，所以一个氩晶胞的原子数为8×＋6×＝4(个)。
答案：(1)BC (2)①LiH H2O NH3 CH4 ②6 4
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专题综合检测(五)
(时间：60分钟，满分：100分)
一、选择题(本题包括15小题，每小题3分，共45分，每小题只有一个选项符合题意)
1．人工转变元素的核反应是N＋He―→O＋H，下列叙述正确的是( )
A．O原子核内有9个质子
B．H原子核内有1个中子
C．O2和O3互为同位素
D．通常情况下，He和N2化学性质都很稳定
解析：选D。根据原子结构内各微粒数的关系知A、B项错误；O2和O3互为同素异形体，C项错误。
2．已知BN是一种新型的无机材料，由于 与 属于等电子体物质(等电子体是原子个数相等，价电子数也相等的物质)，其结构和性质有很大的相似性。BN有两种晶体，根据以上信息，对BN两种晶体的描述中不正确的是( )
A．其中一种晶体可用作耐磨材料
B．其中一种晶体可用作润滑材料
C．其中一种晶体键角为90°
D．其中一种晶体中存在六元环
解析：选C。与 是等电子体，结构与性质相似，因此BN有两种晶体，一种是类似于石墨的层状结构，一种是类似于金刚石的空间网状结构，类似于石墨的晶体可作润滑材料，类似于金刚石的晶体可作耐磨材料。两种晶体中的键角一个是120°，一个是109．5°，不是90°。类似石墨的晶体中存在平面六元环，类似金刚石的晶体中存在立体六元环结构，因此C不正确。
3．近年来用红外激光技术研究液氢，发现分子间作用力也可引起微粒间的反应。在液氢中有氢分子和质子形成的H，其空间构型是等边三角形，属于二电子三中心离子，同时H可进一步形成H，下列判断正确的是( )
A．H的电子式是
B．H可在液氢中形成H、H、H
C．H可在液氢中形成H、H、H
D．H可广泛存在于固态、液态和气态氢中
解析：选C。由题中信息“在液氢中存在氢分子和质子形成的H”，要想使形成的H带一个单位正电荷，H只能与H2进一步结合，形成H、H、H……即n只能为奇数，不能为偶数。
4．美国科学家发现“超级原子Al13”，Al13显示一个碘原子的性质。下列说法正确的是( )
A．该超级原子微粒含有169个价电子
B．镁能和Al13作用生成Mg(Al13)2
C．等质量的超级原子Al13和普通铝中含有的铝原子的个数之比为1∶13
D．超级原子Al13能形成(Al13)3分子而不能形成(Al13)2分子
答案：B
5．美国Lawrece Liermore国家实验室的V·Lota·C·S·Yoo和H·Cynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2 结构的原子晶体，下列关于CO2的原子晶体说法中正确的是( )
A．CO2的原子晶体和分子晶体互为同分异构体
B．在一定条件下，CO2原子晶体转化为分子晶体是物理变化
C．CO2的原子晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D．在CO2的原子晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个C原子
解析：选D。此处CO2为原子晶体，类似SiO2 结构。
6．用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，同时用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜，这种化合物比金刚石更坚硬，其原因可能是( )
A．碳、氮原子构成空间网状结构的晶体
B．碳、氮的单质化学性质均不活泼
C．碳、氮键比金刚石中的碳碳键长
D．氮原子最外层电子数比碳原子多
解析：选A。碳氮化合物薄膜比金刚石更坚硬，说明此薄膜属于原子晶体；此原子晶体中共价键的键长(原子半径和)比金刚石中的C—C键的键长短。
7．据报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述不正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属分子晶体
C．该物质分子中C60被包裹在Si60里面
D．该物质的相对分子质量为2 400
解析：选A。由题意可知C60Si60是分子晶体，且Si60应该在外层，通过C—Si共价键连接为双层结构。
8．由解放军总装备部军事医学研究所研制的小分子团水，解决了医务人员工作时的入厕难题。新型小分子团水，具有饮用量少、渗透力强、生物利用度高、在人体内储留时间长、排放量少的特点。一次饮用125 mL小分子团水，可维持人体6小时正常需水量。下列关于小分子团水的说法正确的是( )
A．水分子的化学性质改变
B．水分子中氧氢键键长缩短
C．水分子间作用力减小
D．水分子的物理性质改变
解析：选D。小分子团水是由水分子构成的，则A、B、C选项不正确；小分子团水与普通水的物理性质不同，D正确。
9．“绿色化学”提倡化工生产中应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是( )
解析：选C。充分理解原子利用率的定义，得出结论：只有得到一种目标产物时原子利用率才最高。
10．20世纪80年代后，人们发现并证实了碳的另一类单质，它们是由一系列偶数个碳原子构成的分子，其中C60(足球烯，分子中含有30个双键)最具代表性。如图所示为n个C60连接而成的物质X。下列有关物质X的说法不正确的是( )
A．X难溶于水
B．一定条件下X可与H2发生加成反应
C．X的摩尔质量为720n
D．X是碳的一种同素异形体
解析：选C。X是由n个C60连接形成的物质，难溶于水，所以A正确；在C60中碳原子没有达到饱和结构，在一定条件下可以和H2发生加成反应，所以B正确；摩尔质量是有单位的，所以X的摩尔质量为720n g·mol－1，所以C不正确；X是由碳原子构成的一种单质，所以和金刚石、石墨等都是碳的同素异形体，所以D正确。
11．中国学者徐志博和美国科学家共同合成了世界上最大的碳氢分子，其中一个分子由1 134个碳原子和1 146个氢原子构成。关于此物质，下列说法错误的是( )
A．属烃类化合物
B．常温下呈固态
C．具有类似金刚石的硬度
D．易被氧化
解析：选C。由1 134个碳原子和1 146个氢原子组成的分子属于分子晶体，属烃类化合物，硬度较金刚石要小，在常温下应呈固态，易被氧化。
12．二氯化二硫(S2Cl2)是广泛用于橡胶工业的硫化剂，其分子结构如图所示。常温下S2Cl2是一种橙黄色的液体，遇水易水解，并产生能使品红溶液褪色的气体。下列说法错误的是( )
A．S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl
B．S2Cl2中含有σ键和π键
C．S2Br2与S2Cl2结构相似，熔、沸点：S2Br2>S2Cl2
D．S2Cl2与H2O反应的化学方程式为2S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl
解析：选B。从分子结构看，A项正确；分子中全为单键，故无π键，B项错误；S2Br2与S2Cl2结构相似，均为分子晶体，又因为相对分子质量S2Br2大于S2Cl2，故S2Br2熔、沸点高，C项正确；S2Cl2遇水生成使品红溶液褪色的气体，即为SO2，从化合价变化看，显然还有S生成，D项正确。
13．最近有人用一种称为“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反应，使C60获得一个质子，得到一种新型离子化合物：[HC60]＋[CB11H5Cl6]－，这个反应看起来很陌生，但反应类型却跟下列化学反应中的一个相似，该反应是( )
A．SO3＋H2O===H2SO4
B．NH3＋H2O===NH3·H2O
C．NH3＋HCl===NH4Cl
D．H2O＋CH3COOHH3O＋＋CH3COO－
解析：选C。从题意可知“超酸”与C60的反应是酸给出一个质子成为阴离子，C60分子接受一个质子成为阳离子，形成的阴、阳离子再相互作用成为离子化合物。由此可以判断反应C符合上述特征。
14．PPA是一种常用的抗感冒药，但服用该药品能引发头昏、头痛、血压升高、甚至中风、肾功能衰竭等病症。因此，包括我国在内的许多国家已发布了停用含PPA感冒药的通知。已知PPA由原子序数均小于10的四种元素构成，其比例模型如图所示。
下列有关PPA的说法中正确的是( )
A．PPA的分子式为C9H13NO
B．一个PPA分子中含有1个手性碳原子
C．PPA分子中所有碳原子都采用sp2杂化
D．PPA分子中所有碳原子一定在同一平面上
解析：选A。本题的要点在于知道碳为四价，氮为三价，氧为二价，氢为一价，从而准确判断其分子式为C9H13NO，A项正确。一个PPA分子中含有2个手性碳原子，B项错误。PPA分子中，苯环上的碳原子都采用sp2杂化，其他碳原子都采用sp3杂化，C项错误。由于分子中含有苯环，苯环上的所有碳原子以及与之相连的第一个碳原子必然在同一平面上，但另外两个碳原子则不一定在此平面上，D项错误。
15．为了探索月球上是否有生命存在的痕迹，就要分析月球岩石中是否包含有碳氢化合物(当然这仅仅是探索的第一步)。科学家用氘盐酸(DCl)和重水(D2O)溶液处理月球岩石样品，对收集的气体加以分析，结果只发现有一些气体状态的碳氘化合物。这个实验不能用普通盐酸，其理由是( )
A．普通盐酸酸性太强
B．普通盐酸有强挥发性
C．普通盐酸与月球岩石中的碳化物无法反应
D．无法区别月球岩石中原来含有的是碳化物，还是碳氢化合物
解析：选D。利用氘盐酸(DCl)与重水(D2O)溶液处理月球岩石样品的目的是为了便于区别月球岩石中原含有的是碳化物还是碳氢化合物。氘盐酸与普通盐酸的酸性与挥发性相同。
二、非选择题(本题包括4小题，共55分)
16．(10分)研究人员最近发现，在一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，在20 ℃、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”。下图是水和“热冰”的计算机模拟图，图中球代表水分子中的原子。
(1)图中较大的球代表________原子，其原子结构示意图是________。水分子中氢氧原子间的化学键是________(填“共价键”或“离子键”)。
(2)用球棍模型表示的水分子结构是________。
解析：氧原子比氢原子大，故大球代表氧原子。水分子中含极性共价键，两个O—H键之间夹角为104．5°，呈V形结构。
答案：(1)氧(或O) 共价键 (2)B
17．(12分)纳米技术正日益受到各国科学家的关注。请回答下列问题：
(1)纳米是________单位，1 nm等于________m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1～100 nm范围内材料的性质与应用。它与________分散质粒子大小一样。
(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如图所示，这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
①该图是马达分子的________(填“球棍”或“比例”)模型。
②该分子中含有的组成环的原子是________元素的原子，分子中共有________个该原子。
解析：题图中模型为马达分子的球棍模型，黑点表示的原子显四价，为碳原子，分子中存在双键或苯环。
答案：(1)长度 10－9 胶体 (2)①球棍 ②碳 30
18．(16分)近年来乳酸()成为人们研究的热点之一。乳酸可以用化学方法合成，也可以由淀粉通过生物发酵制备。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物兼容性，而且在哺乳动物体内或自然环境下最终降解成为二氧化碳和水。乳酸还有其他很多用途。
(1)在剧烈运动时，人体如果由ATP提供的能量不足，一般利用肝糖原在________(填“有氧”或“无氧”)情况下提供能量，产生的乳酸使人有肌肉酸软无力的感觉，但稍加休息便会消失。
(2)乳酸可以与精制铁粉制备一种药物，写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
这种药物可以治疗哪种疾病？________________。
(3)利用乳酸合成高分子材料，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
这种高分子材料对于环境有什么重要意义？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：人体中肝糖原在有氧条件下生成二氧化碳和水，释放能量；在无氧条件下生成乳酸，提供能量。乳酸的结构简式为，既有羧基又有羟基，可以与金属反应生成盐和氢气，也可以自身发生缩聚反应。
答案：(1)无氧 (2)2CH3CH(OH)COOH＋Fe―→[CH3CH(OH)COO]2Fe＋H2↑ 缺铁性贫血
(3)nCH3CH(OH)COOH―→＋nH2O
这种高分子材料可以降解，参与碳元素的循环，对环境无污染
19．(17分)“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，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。试回答下列问题：
(1)在我国中西部大开发中，某省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．建在中西部干旱山区可以脱贫致富
B．应建在水资源丰富和交通方便的远离城市的郊区
C．企业有权自主选择厂址
D．不宜建在人口稠密的居民区
(2)对聚丙烯酸废弃物(白色污染物中的一种)的降解，国际上最新采用了热聚门冬氨酸或其盐(TPA)，它有效、廉价且自身可被生物降解。废弃物自身被生物降解的意义是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)美国罗姆斯公司的G．L．Willingham等人研制出对环境安全的船舶防垢剂——“海洋9号”而获得了美国“总统绿色化学挑战奖”。“海洋9号”的结构简式如图所示：。
试回答下列问题：
①“海洋9号”的化学式为________________________________________________________________________。
②能在一定条件下与H2发生加成反应的碳原子是________位的碳原子(用1、2、3、4、5 等数字填写)。
③4、5位碳原子上连接的两个氯原子能否发生取代反应？________(填“能”或“不能”)，如能发生，请举一例，用化学方程式表示：________________________________________________________________________。
解析：“绿色化学”的具体内涵主要集中体现在以下5点：①减量，即减少用量，减少“三废”排放；②重复使用，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成本和减废的需要；③回收，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；④再生，是变废为宝，省资源、省能源、减成本、少污染的有效途径；⑤拒用，指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料拒绝在化学过程中使用。这是杜绝污染的最根本办法。第(3)小题，4、5号位上连接的氯原子具有卤代烃性质，可发生碱性水解。
答案：(1)BD
(2)防止废弃物对土壤和水造成污染
(3)①C11H17ONSCl2 ②3、4、5 ③能
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