福建江合佩
2010年10月6日,瑞典皇家科学院授予美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章2010年度诺贝尔化学奖,表彰他们在有机物合成过程中钯催化交叉偶联取得的巨大成就.化学奖评审委员会说,三人的研究成果向化学家们提供精致工具,大大提升合成复杂化学物质的可能性.1972年赫克率先发现借助钯催化,不用高温和高压,碳原子间可以相互接近至可以发生反应的距离,1977年根岸英一和1979年铃木章分别对这一理论作出补充,把研究范围扩大到更多有机分子,三位科学家创制了迄今所能使用的最复杂工具之一.
碳原子化学性质不活泼,不愿相互结合.怎么让这些懒洋洋的碳原子活跃起来,好将它们凑作一堆?一百多年前人们已经想到办法,法国科学家格林尼亚发明了一种试剂,利用镁原子强行塞给碳原子2个电子,使碳原子变得活跃.但这样的方法在合成复杂大分子的时候有很大局限,人们不能控制活跃的碳原子的行为,反应会产生一些无用的副产物.在制造大分子的过程中,副产物生成得非常多,反应效率低下.赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现,用钯作为催化剂可以解决这个问题.钯原子就像媒人一样,把不同的碳原子吸引到自己身边,使碳原子之间的距离变得很近,容易结合也就是偶联,而钯原子本身不参与结合.这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度,副产物比较少,更加精确而高效.这一技术让化学家们能够精确有效地制造他们需要的复杂化合物.目前钯催化交叉偶联反应技术已在全球的科研、医药生产和电子工业等领域得到广泛应用.
作为一个发展中的大国,我们必须清醒地认识到:21世纪国与国之间的竞争说到底还是人才之间的竞争,而对于一个国家来说创新人才的培养至关重要.因此应该好好抓住诺贝尔化学奖这个非常好的教学资源,帮助学生拓宽视野,开阔思路,激发学生的创造愿望,培养学生的创新能力.基于此,设计了如下几
道习题:
1考查化学反应速率和化学平衡
例1美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章获得2010年度诺贝尔化学奖,表彰他们在有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用做出的杰出贡献.我国清华大学李耀华教授利用其原理发现如下有机反应:
CH3
CH3
COH
CH3
CH3
CC
C
X
C
CH+
BrXPd(PPh2)2Cl2/PPh2/CuI
N(C2H5)3
OH
(该反应为放热反应,且所有反应物和产物都为液态)
下列措施可以提高反应速率的是().升温,增大压强,增大生成物的浓度,增加催化剂的活性,减小反应物的浓度,增大反应物接触面积.
A !;B !;C !;
D !
本题主要是考查影响化学反应速率的因素.
升温、增加催化剂的活性的实质都是增加单
位体积活化分子百分数,增加碰撞几率,可以提高化学反应速率;增大反应物接触面积既可以增加活化分子的碰撞几率,也可以提高化学反应速率;增大压强,主要针对的是气体参加的反应,对液体和固态反应没有任何影响.
答案B.
例2日本科学家Suzuki因为发现有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用获得2010年度诺贝尔化学奖,其反应方程式为:
Sucuki偶联反应:
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陶行知
在劳力上劳心,是一切发明之母.事事在劳力上劳心,变可得事物之真理.
科学前沿
出评价,通过计算可知Q (已知在某反应中R为CH3,R为CH2CH3,X为 Cl,该反应为放热反应,150时放出热量为Q) 该工艺中,其主反应在超声波并有催化剂存在下进行: (1)该反应所用的催化剂是称),该反应150时的平衡常数的平衡常数(填大于小于或等于). (2)已知CH3Cl(g)+CH3CH2B(OH)2(l)CH3CH2CH3(g)+BCl(OH)2(l);H=-QkJmol-1,该热化学反应方程式的意义是 (3)该反应达到平衡的标志是(). Av(CH3Cl)正=v(CH3CH2CH3)逆; B容器中气体的平均分子量不随时间而变化;C容器中气体的密度不随时间而变化;D容器中气体的分子总数不随时间而变化(4)在一个固定容积为10L的密闭容器中充入020molCH3Cl和020molCH3CH2B(OH)2,1min后达到平衡,测得容器中含CH3CH2CH3018mol,则v(CH3Cl)= molL-1min-1. 若继续通入020molCH3Cl和020molCH3CH2B(OH)2,则平衡移动(填向正反应方向、向逆反应方向或不). (1)通过题目提供的信息可知,该反应所用的催化剂是钯;该反应为放热反应,因此升 高温度,平衡向吸热反应方向移动即逆反应方向移动,平衡常数K减小,因此150时的平衡常数大于200时的平衡常数;(2)在本题中热化学方程式表示的意义是在150时,1molCH3Cl气体和1molCH3CH2B(OH)2液体完全反应生成1molCH3CH2CH3气体和1molBCl(OH)2液体时放出的热量为QkJ;(3)对于一个反应,判断其是否达到化学平衡,主要看各组分的浓度是否变化,B、D就是其具体表现形式;(4)本题可以通过3步法求出CH3CI达到平衡时的浓度,然后根据单位时间的浓度变化求出其反应速率,因此本题答案为3310-5;判断平衡向哪个方向移动,可以通过比较Q与K的大小来做 64 鲁迅 例3我国清华大学教授李耀华根据2010年诺贝尔化学奖获得者美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章的钯催化交叉偶联发现了一种重要的有机化合物分子M,M的结构为: HO(CH3)2CCC OCH3 (填写名200时 有关该有机物的下列说法中,不正确的是(). AM的分子式为C12H14O2; B1molM可以和1mol金属钠反应产生224 L氢气; C1molM可以和6mol氢气发生加成反应;DM可以和乙酸发生酯化反应 本题考查的是有机物分子式的书写以及官 能团的反应特点.M只有1个羟基,因此 1molM可以和1mol金属钠反应生成05mol氢气. 答案B. 例4美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章获得2010年度诺贝尔化学奖,表彰他们在有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用作出的杰出贡献,利用其原理可合成M,结构为: HO(CH3)2CCC F .下列叙述正确的是(). AM的相对分子质量是179; B1molM最多能与2molBr2发生反应;CM与足量的乙酸溶液发生反应时,所得有机产物的化学式为C13H14O2F; D1molM中C、H、O质量比为1321116 本题主要考查有机化学基础知识.通过分析 可知,M的相对分子质量为190;M有1个碳碳三键和4个邻位,因此可以和6mol发生反应;M与足量的乙酸溶液发生反应时,所得有机产物的化学式为C14H14O2F;1molM中C、H、O质量比为1321116. 答案D. (作者单位:福建省厦门市湖滨中学) 人生的旅途,前途很远,也很暗.然而不要怕,不怕的人的面前才有路. 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容