褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用
Hee Sook Kim，Choul-Gyun Lee and Eun Yeol Lee
摘要褐藻胶是一种线性多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸（G）通过1，4糖苷键连接形成不同的结构。褐藻酸裂解酶因其高粘度及凝胶作用可作为一种食品添加剂来改善食品的质地。该酶可以通过β-消除机制裂解糖苷键来降解褐藻胶，产生一个具有非还原末端的结构。褐藻寡糖已被发现具有促进人内皮细胞生长以及巨噬细胞细胞因子释放的作用。褐藻胶可以通过褐藻酸裂解酶的内切及外切作用，降解为含有不饱和键的单糖。因此，在不久的将来，褐藻酸裂解酶有潜力作为生物催化剂，以褐藻胶作为可再生资源生产生化试剂及生物燃料。本文介绍了不同的褐藻酸裂解酶的结构、功能并对褐藻酸裂解酶的应用前景进行了讨论。
关键词褐藻胶；褐藻酸裂解酶；褐藻寡糖；不饱和单糖
1 介绍
褐藻胶是一种线性多糖，其中其中β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸(G)通过1.4糖苷键按照不同顺序连接而成，其中α-L-古洛糖醛酸是β-D-甘露糖醛酸的C5异构体。这两种糖醛酸可以形成聚甘露糖醛酸和聚古洛糖醛酸以及甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的随机聚合物。褐藻胶在自然界存量丰富，其作为藻类植物的组成成分，占到了藻类植物干重的44%。一些细菌也可以合成褐藻胶。目前，褐藻胶主要用作食品添加剂来改变食物的质感，也被用作固定细胞及组织的介质。商品级的褐藻胶可通过从海洋大型藻类中提取的方式生产。
褐藻酸裂解酶通过β-切割糖苷键来降解褐藻胶，生产多种以不饱和糖醛酸作为非还原末端的寡糖以及不饱和糖醛酸单体。多种褐藻酸裂解酶已从海藻、海洋无脊椎动物、海洋及部分土壤微生物中分离得到。褐藻酸裂解酶可以依据底物特异性分为PM特异性、PG特异性、PMG特异性。对于相应的底物特异性，褐藻酸裂解酶具有内切酶与外切酶两种活性。
褐藻寡糖已经显现出许多引人注目的生物活性，它可以促进人内皮细胞的生长以及巨噬细胞细胞因子的释放。因此，褐藻酸裂解酶作为制备功能性褐藻寡糖的生物催化剂引起了人们的注意。褐藻酸裂解酶自身也可作为药物增强抗生素对铜绿假单胞菌的杀菌功效来治疗囊胞性纤维症。不饱和的褐藻寡糖及不饱和糖醛酸单体可由褐藻酸裂解酶催化裂解得到。本文讨论了褐藻酸裂解酶及其应用，特别是分析与对比了不同褐藻酸裂解酶的结构和功能，也讨论了褐藻胶及褐藻酸裂解酶在未来的应用前景。
图1褐藻胶的化学结构。褐藻胶是一种由β-D-甘露糖醛酸与其C5异构体α-L-古洛糖醛酸通过β-1.4糖苷键按照不同顺序连接形成的直链多糖。
2 褐藻胶
褐藻胶是一种带有阴离子的多糖，由PM、PG、PMG组成，pKa 1.5~3.5。褐藻胶的生物功能主要是作为藻类的结构支撑物，其机械强度及弹性受到古洛糖醛酸单体含量的影响。随着古洛糖醛酸单体含量的增加，胶体强度逐渐增大。较低的古洛糖醛酸单体含量会使褐藻胶更有弹性。商品级的褐藻胶可从海藻中提取出来，广泛用于食品工业和生物技术。褐藻胶可作为凝胶剂生产凝胶状食品，增加冰淇淋的粘度，也可作为化妆品的增稠剂。褐藻胶也可用作减肥食品的配料，因为它不能被胃肠道消化，不能作为能量来源。
褐藻胶可以结合二价阴离子，如钙离子和镁离子，产生凝胶作用。由于褐藻胶凝胶能力不受温度影响并具有生物相容性，因而在许多生物技术的应用中，它被用于固定细胞。一般来说，高含量的古洛糖醛酸可以形成强胶体粘度。溶剂的pH对凝胶的形成影响显著，因为不同的pH可改变糖醛酸上离子的排布。
褐藻胶在医学中应用广泛。它可作为治疗消化不良药物的制剂辅料，可用于烧伤和创伤的敷料，因为它可以消除或较小疼痛。褐藻胶也可用作牙科的矫形材料。褐藻胶还有许多其他方面的应用，例如作为螯合剂消除人体内的重金属及放射性毒素。由于不与染料发生反应，它还可以作为增稠剂用于活性染料的染色过程。
3 褐藻酸裂解酶
3.1 褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物合成与生物降解中的功能
多种褐藻酸裂解酶已从海洋交足类生物、褐藻、小球藻病毒、海洋及土壤微生物中发现并被克隆和表征。褐藻酸裂解酶在不合成褐藻胶与合成褐藻胶的生物中都被发现，在不合成褐藻胶的生物中，褐藻酸裂解酶在同化褐藻胶作为碳源的过程中起着重要作用。海洋及土壤微生物具有多于一种的褐藻酸裂解酶来降解结构复杂的褐藻胶。一些海洋动物在其消化道内也存在褐藻酸裂解酶来降解褐藻胶并将其作为碳源。在能够合成褐藻胶的微生物中，褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物
合成与生物降解中都起着重要作用。对于产酶微生物的遗传研究已经揭示了褐藻酸裂解酶的基因位于其他褐藻胶合成酶基因的片段上，在褐藻胶的生物合成中，褐藻酸裂解酶似乎对于控制聚合物长度与优化聚合反应起到一定作用。在合成褐藻胶的铜绿假单胞菌的粘膜上，褐藻酸裂解酶可以通过降解生物膜上的褐藻胶来促进细菌的扩散。固氮菌产生的褐藻酸裂解酶可能与其孢子萌发有关。在细胞休眠期，凝胶形式的褐藻胶是胞囊外被保护层的一部分，在萌发期，褐藻酸裂解酶对于胞囊的破坏是必要的。
一些微生物可以使用褐藻胶作为碳源。此条件下，微生物可依靠褐藻酸裂解酶对β-1.4糖苷键的裂解作用降解褐藻胶，产生具有非还原末端结构的寡糖。褐藻胶聚合物通过内切酶的作用降解为具有非还原末端的糖醛酸，内切型褐藻酸裂解酶具有降解PM、PG、PMG的多种活性。褐藻寡糖可以通过外切型褐藻酸裂解酶的作用进一步降解为单糖。这些单糖可在无酶催化的条件下生产DEH，然后转化为KDG，通过依赖NADPH的KDE转化酶的作用，将KDG转化为KDPG。之后，KDPG被KDPG醛缩酶分解为丙酮酸与3-磷酸甘油醛这一糖酵解途径的重要中间体。
一般来讲，依靠褐藻胶生长的微生物使用胞外的褐藻酸裂解酶降解褐藻胶，然后将裂解产物转运至细胞质中，并通过细胞代谢来吸收它们。例如鞘脂单胞菌等一些细菌可使用细胞周质中的ABC超家族转运系统直接吸收褐藻胶聚合物。负责吸收褐藻胶的外膜蛋白被证实在其表面有一个凹陷。整个转运系统包括三个部分，在细胞表面一个直径0.02～0.1μm的凹陷，细胞质间隙的褐藻胶结合蛋白以及在细胞膜上的ABC超家族转运系统。当褐藻胶被运转至细胞质内之后，它被胞浆中的内切型与外切型褐藻胶裂解酶降解，在鞘脂单胞菌中，多种褐藻酸裂解酶存在于胞浆中。而对于棕色固氮菌，褐藻酸裂解酶存在于细胞周质表面。
图2褐藻胶被内切型与外切型褐藻酸裂解酶通过β-消除机制降解。不饱和单糖可由外切型
褐藻酸裂解酶降解褐藻胶或褐藻寡糖的方式得到，这种单糖可在没有酶催化的条件下转化为4-脱氧-L-赤-5-己酮糖糖醛酸。箭头所指为相应的褐藻酸裂解酶的酶切位点。
3.2褐藻酸裂解酶的结构
褐藻酸裂解酶是多糖裂解酶系的一种，多糖裂解酶系可归类为22个家族，依据对其初级结构疏水区域的分析，褐藻酸裂解酶属于七个家族，PL-5、PL-6、PL-7、PL-14、PL-15、PL-17、PL-18。大多数细菌所产的褐藻酸裂解酶属于PL-5与PL-7家族，两种外切型褐藻酸裂解酶A1-IV （来源于鞘脂单胞菌）以及Atu3025（来源于根瘤农杆菌）被归类为PL-15家族。依据基因克隆及测序分析，PL-5与PL-7序列的相似性得到了对比。基因序列的对比揭示了PL-5与PL-7序列的相似性相对较低。然而，精氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、组氨酸、酪氨酸等对催化作用的有重要影响的氨基酸在酶的活性中心大量存在。A1-Ⅲ、A1-Ⅱ、AL Y-1、Atu3025的三维结构已通过X射线衍射晶体分析技术探明。来源于鞘脂单胞菌的A1-Ⅲ酶包含351个氨基酸残基。该酶具有PG特异性。在研究该酶的三维结构时发现，其结构几乎全部有α-螺旋以及一个位于（α-α）6-管道部位的通道式缝隙组成。这种（α-α）6-管道结构的特征与在葡萄糖淀粉酶和纤维素酶中发现的结构类似。与A1-Ⅲ相比，PL-7家族的褐藻酸裂解酶含有大量的β-串联并在β-折叠区有一个深的缝隙。这种折叠与β-葡聚糖酶中的类似。来源于鞘脂单胞菌的A1-Ⅱ被进一步进行了突变分析，与ALY-1相似，A1-Ⅱ也有大量的夹层状的β-折叠，这些氢键网络与在活性中心的三个毗连的β-折叠形成的结合部分已被证明对控制酶的活性具有重要作用。通过定点突变技术，发现在褐藻酸裂解酶A1-Ⅲ、A1-Ⅱ、AL Y-1的催化位点上，酪氨酸、组氨酸、天冬酰胺及谷氨酰胺、精氨酸的含量很高。据推测，这些氨基酸形成了酶的催化活性中心。
最近，PL-15家族的外切型褐藻酸裂解酶Atu3025的结构已被查明。Atu3025可从分子外部降解褐藻胶、低聚糖形成不饱和单糖。Atu3025含有一个（α-α）6-管状的结构中心，反向平行的β-折叠层作为其基本支架。一个长度较短的α-螺旋位于管道结构上。在中心结构域与C端结构域连接处的一个构象变化被证明对于外切降解作用非常重要。
图3 PL-5与PL-7褐藻酸裂解酶的多序列对比。红框表示位于活性位点的重要氨基酸，如精氨酸、天冬酰胺/谷氨酰胺、组氨酸和酪氨酸。
图4来源于铜绿假单胞菌的褐藻酸裂解酶A1-III、A1-II的三维结构以及与三糖底物结合的活性位点。A1-III结构几乎全部有α-螺旋以及一个位于（α-α）6-管道部位的通道式缝隙组成。但是A1-II含有大量的β-串联并在夹层状的β-折叠区有一个深的缝隙。两者的活性中心都含有酪氨酸、组氨酸、天冬酰胺及精氨酸。其蛋白结构已被Phyton Molecular Viewer显示出来。
3.3 褐藻酸裂解酶的性质
褐藻酸裂解酶具有不同的底物特异性，其底物特异性被酶分子的氨基酸序列以及底物中单糖的排布所决定。褐藻胶有四种不同的类型连接构成，分别是M-M、M-G、G-G、G-M，每种连接方式都可具有不同的长度。褐藻酸裂解酶可以根据他们的底物特异性分类。PG特异性的裂解酶优先降解PG结构，而PM 特异性的裂解酶优先降解PM结构。一些褐藻酸裂解酶已被证实具有PMG特异性。迄今为止，大多数的褐藻酸裂解酶表现出PM特异性。虽然褐藻酸裂解酶可被归类为PG裂解酶、PM裂解酶、PMG裂解酶，但他们通常对另一种糖醛酸聚合物表现出较低的活性。一些褐藻酸裂解酶表现出PM、PG双重活性。从酶切方式上来看，褐藻酸裂解酶可分为内切型酶与外切型酶。多数褐藻酸裂解酶具有内切酶活性。最近，一些外切型褐藻酸裂解酶的例子已被报道并表征。
各类褐藻酸裂解酶的催化中心已被分析，一种可能的催化机理也已被提出。第一步，羧基上的负电荷被精氨酸与天冬酰胺所中和。接下来，C5上的质子经氨基酸残基通过自由基催化机制分离出来。结果是氨基酸增加了二价羧基盐阴离子的稳定性。最后一步，酪氨酸提供的一个质子在C4与C5之间形成双键，糖苷键断裂，形成具有非还原末端的寡糖链中的不饱和单糖。为使人理解并依据特定的寡糖来控制褐藻酸裂解酶的催化方式，更详细的作用机制还需被说明。
图5来源于根癌农杆菌的PL-15家族褐藻酸裂解酶H531A突变体的三维结构以及结合于三
糖底物的活性位点。中心处的α/α-管状结构以及反向平行的β-薄层构成了Atu3025的骨架结构。
图6内切型与外切型褐藻酸裂解酶的活性位点。A1-III与AL Y-1催化活性位点的关键氨基酸（A）。通过使用RasMol软件，可看出A1-III的精氨酸239、天冬酰胺191、组氨酸192、酪氨酸246与结合在三糖底物上的AL Y-1的精氨酸72、谷氨酰胺117、组氨酸119及酪氨酸195相互叠加。(B)Atu3025的催化活性位点。显示了有催化作用的重要氨基酸围绕着与三糖底物结合的不饱和非还原末端。通过CPK染色（碳原子和氧原子分别被染成灰色和红色），底物分子可显现出来。
4 褐藻酸裂解酶的应用前景
4.1 制备功能性褐藻寡糖
包含3～7个单体直至20～25个单体的褐藻胶降解产物通常被叫做褐藻寡糖。据报道，褐藻酸裂解酶降解褐藻胶生成的褐藻寡糖具有多种生物活性。褐藻寡糖已在体内表现出益生素的特性。当被饲喂不饱和的褐藻寡糖之后，大鼠体内的双歧杆菌与乳杆菌的比例从2.5增加到了5。由链霉菌产生的PG特异性褐藻酸裂解酶可促进香蕉海棠离体新梢、红苋菜及其他植物的生长。
褐藻寡糖具有多种生物活性，可用于医疗与生物技术。褐藻寡糖可以促进人巨噬细胞细胞因子释放，可促进血管内皮细胞介导的人内皮细胞的生长及迁移。被注射了褐藻寡糖的小鼠，其粒细胞集落刺激因子数目增加，聚合度为3～9的寡糖可以增加巨噬细胞TNF-α的表达量，其表达量为注射褐藻胶的10倍。聚合度为7和8的褐藻寡糖混合物表现出增加免疫细胞ROS表达量的效果。对褐藻寡糖生物活性的研究已经发现其活性大小与其组成、分子大小以及寡糖链的结构有关。褐藻寡糖的作用机制还需要进一步阐释。
4.2 褐藻酸裂解酶的医学应用
细胞膜胞外多糖是一种对引起肺部感染的致病菌具有重要杀菌功效的因子。
由铜绿假单胞菌合成的微生物褐藻胶，甘露糖醛酸残基上C2或C3被α-乙酰化。这种α-乙酰化使得该类褐藻胶不易被褐藻酸裂解酶降解。因此铜绿假单胞菌可抵抗巨噬细胞的吞噬与抗生素的作用。
在呼吸道中，褐藻酸裂解酶可增加抗生素的功效，因为褐藻酸裂解酶可消除铜绿假单胞菌胞外的褐藻胶。最近，褐藻酸裂解酶配合抗生素对囊胞性纤维症的潜在作用已被研究。当褐藻酸裂解酶与庆大霉素等抗生素合用时，对于呼吸道中产黏蛋白的铜绿假单胞菌的杀菌效果有所增强。因此，如果褐藻酸裂解酶的抗原性被降低，它有可能成为一种有效的蛋白类生物药物来治疗细菌粘液引起的疾病。
4.3 褐藻酸裂解酶酶解单糖作为生物燃料与生化试剂的潜力
最近，藻类可作为生产生物氢、生物乙醇、生物柴油的原材料，其生物量备受关注。藻类中储存的脂类与碳水化合物可以分别用来生产生物柴油和生物乙醇。藻类具有作为可再生资源来生产生物燃料与生化试剂的潜力。褐藻胶占到了褐藻干重的40%，表明使用褐藻胶生产生物燃料和生化试剂的技术具备发展潜力。为使褐藻胶成为可再生资源，提高褐藻胶糖化技术效率最为关键。依本文所述，通过使用内切型与外切型褐藻酸裂解酶，褐藻胶可被转化为不饱和的单糖。这些不饱和单糖可被分解为丙酮酸与3-磷酸甘油醛，然后可利用代谢工程的技术将丙酮酸转化为多种生物燃料与生化试剂。为评估其可行性，相关的代谢途径与分解褐藻胶的相关酶系需要被阐明。
5 结论
食品工业对褐藻胶的需求被认为趋于饱和。为了在专用化学品市场扩大褐藻胶的应用范围，需大量生产专用的褐藻胶与不同聚合度的褐藻寡糖及其单体。为了让褐藻胶作为可再生糖类资源生产生物燃料与生化试剂，必须发展高效的糖化技术，并使用不发酵的褐藻胶的代谢工程细胞工厂。实现这些目标的关键步骤是理解褐藻酸裂解酶结构和功能的关系，包括确切的分子催化机制以及识别特异性底物的结构因素。在不久的将来，褐藻酸裂解酶的进一步发展与表征可以推动褐
藻胶进入专用化学品市场。
致谢
感谢韩国政府国土资源与运输海事部对该海洋生物能源项目的资助。
02 原子的结构和性质 【2.1】氢原子光谱可见波段相邻4条谱线的波长分别为656.47、486.27、434.17和410.29nm ，试通过数学处理将谱线的波数归纳成为下式表示，并求出常数R 及整数n 1、n 2的数值。 2212 11 ( )R n n ν=-% 解：将各波长换算成波数： 1656.47nm λ= 1115233v cm - -= 2486.27nm λ= 1220565v cm - -= 3434.17nm λ= 1323032v cm - -= 4410.29nm λ= 1424373v cm - -= 由于这些谱线相邻，可令1n m =，21,2,n m m =++……。列出下列4式： ()2 2152331R R m m = - + ()22205652R R m m =- + ()2 2230323R R m m = - + ()2 2243734R R m m =- + (1)÷(2)得： ()()()2 3212152330.7407252056541m m m ++==+ 用尝试法得m=2（任意两式计算，结果皆同）。将m=2带入上列4式中任意一式，得： 1109678R cm -= 因而，氢原子可见光谱（Balmer 线系）各谱线的波数可归纳为下式： 221211v R n n - ??=- ? ?? 式中， 1 12109678,2,3,4,5,6R cm n n -===。 【2.2】按Bohr 模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径（分别用原子的折合质量和电子的质量计算并精确到5位有效数字）和线速度。 解：根据Bohr 提出的氢原子结构模型，当电子稳定地绕核做圆周运动时，其向心力与核和电子间的库仑引力大小相等，即：
第二讲分子结构与性质 考点一共价键 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)共价键的成键原子只能是非金属原子。() (2)在所有分子中都存在化学键。() (3)H2分子中的共价键不具有方向性。() (4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。() (5)σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。() 2．在下列物质中：①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、 ⑨CO2、⑩C2H4。 (1)只存在非极性键的分子是__________；既存在非极性键又存在极性键的分子是__________；只存在极性键的分子是__________。 (2)只存在单键的分子是__________，存在三键的分子是__________，只存在双键的分子是__________，既存在单键又存在双键的分子是__________。 (3)只存在σ键的分子是__________，既存在σ键又存在π键的分子是__________。 (4)不存在化学键的是__________。 (5)既存在离子键又存在极性键的是__________；既存在离子键又存在非极性键的是__________。3 3.(1)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,1 mol该配合物中含有σ键的数目为________。 (2)CaC2中C2－2与O2＋2互为等电子体，O2＋2的电子式可表示为________；1 mol O2＋2中含有的π键数目为________。 (3)下列物质中： A．N2B．CO2C．CH2Cl2 D．C2H4E．C2H6F．CaCl2G．NH4Cl ①只含有极性键的分子是__________； ②既含离子键又含共价键的化合物是________； ③只存在σ键的分子是________； ④同时存在σ键和π键的分子是________。 4．(2016·佛山高三月考)下列关于共价键的说法正确的是() A．一般来说σ键键能小于π键键能 B．原子形成双键的数目等于基态原子的未成对电子数 C．相同原子间的双键键能是单键键能的两倍 D．所有不同元素的原子间的化学键至少具有弱极性 5.(教材改编)下列说法中正确的是() A．分子的键长越长，键能越高，分子越稳定 B．元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180° D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8 kJ 考点二分子的立体构型 1．判断下列物质中中心原子的杂化轨道类型。 BF3______；PF3______；SO3______；SO2______；H2S______。 答案：sp2sp3sp2sp2sp3
第二章分子结构与性质 一．共价键 1.特点：具有性和性（无方向性） 2.分类：（按原子轨道的重叠方式） （1）δ键：（以“”重叠形式） a.特征： b.种类：S-S δ键. S-P δ键. P-Pδ键 （2）π键：（以“”重叠形式），特征： 3.判断共价键类型的一般规律是： 共价单键中共价双键中共价三键中 【练习】1.下列说法正确的是（） A. π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成 B. δ键是镜面对称，而π键是轴对称 C. 乙烷分子中的键全为δ键而乙烯分子中含δ键和π键 D. H2分子中含δ键而Cl2分子中含π键 2. 下列说法正确的是（） A. 共价化合物中可能含有离子键 B. 非金属元素之间不能形成离子键 C. 气体分子单质中一定存在非极性共价键 D. 离子化合物中可能含有共价键 二.键参数 1.键能的定义： 2.键长与共价键的稳定性的关系：键长越短，往往键能，这表明共价键。 3. 决定共价键的稳定性，是决定分子的立体构型的重要参数。 【练习】1.关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（） A.键角是描述分子立体结构的重要参数 B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C.键能越大，键长越长，共价化合物越稳定 D.键角的大小与键长、键能的大小无关 2.下列说法正确的是（） A.键能越大，表示该分子越容易受热分解 B.共价键都具有方向性 C.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长 D.H-Cl的键能为431.8kJ/mol ，H-Br的键能为366 kJ/mol 这说明HCl比HBr分子稳定 3.已知H-H键能为436 kJ/mol ，H-N键能为391 kJ/mol ，根据化学方程式 高温、高压 N2+3H22NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4 kj/mol ，则N —N的催化剂 键能是（） A.431 kJ/mol B.945.6 kJ/mol C.649 kJj/mol D.896 kJ/mol 三.等电子体 相同和相同的粒子具有相似的化学键特征和相同的空间构型 【练习】人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是（） A.CH4和NH4+是等电子体，键角均为60° B.NO3+和CO32-是等电子体，均为平面正三角形结构 C.H2O+和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D.B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 四.价层电子对互斥理论 1.价层电子对数= 2.孤对电子数的计算方法： 3.VSEPR模型和分子的立体构形的推测 例：H2O 孤对电子数为，δ键数，价层电子对数为，VSEPR模型，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤对电子，因而H2O分子呈形。 【练习】1.下列分子构形为正四面体型的是（） ①P4②NH3 ③CCl4④CH4⑤H2S ⑥CO2 A.①③④⑤ B.①③④⑤⑥ C.①③④ D.④⑤
第三章《晶体结构与性质》《晶体的常识》教学设计 一、教学目标 1、知识与技能 （1）知道获得晶体的几种途径 （2）理解晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别 （3）初步学会确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 2、过程与方法 （1）收集生活素材，结合已有知识和生活经验对晶体与非晶体进行分类 （2）学生通过观察、实验等方法获取信息 （3）学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工 3、情感态度与价值观 （1）培养学生科学探究的方法 （2）培养学生的动手能力、观察能力、自主学习的能力，保持对生活中化学的好奇心和探知欲，增强学生学习化学的兴趣。 二、教学重点 1、晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别 2、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 三、教学难点 1、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 四、教学用品 课前学生收集的各种固体物质、玛瑙耳坠和水晶项链、蜂巢、晶胞实物模型、乒乓球、铁架台、酒精灯、蒸发皿、圆底烧瓶、碘、水、多媒体等 五、教学过程 １．新课导入： ［教师］上课前，我已经请同学们收集了一些身边的固体物质，大家都带来了吗？（学生：带来了）你们都带来了哪些固体呢？（学生七嘴八舌，并展示各自的固体）［教师］同学们带来的固体物质可真是琳琅满目啊！但是，我们每个人可能只带了几样，想知道别人收集了哪些固体物质吗？（学生：想）下面我们请前后四个同学组成一个小组，然后互相交流一下收集的各种固体物质，并讨论如何将这些固体物质进行分类呢？ ［分组讨论］互相交流各自所带的物品，并分类（教师进行巡视） ［教师］：请这组同学将你们带来的固体和交流的结果汇报一下。 ［学生汇报］：（我们讨论后觉得将粗盐、明矾、樟脑丸分为一类；塑料、玻璃片、橡胶分为另一类。教师追问：你们为什么会这样分呢？生：根据这些有规则的几何外形，而另一些没有。） ［教师总结］这组同学收集的物品很丰富，并通过组内讨论确定了分类依据，然后进行了恰当的分类。其实，同学们也许没有留心观察，我们身边还有许多美丽的固体，当然也有的可能是我们日常生活中不易接触到的。下面，我们就一起欣赏一下这些美丽的固体。 ［视频投影］雪花放大后的形状、烟水晶、石膏、毒砂、绿柱石、云母等晶体实物（并配以相应的解说，给学生了解到这些固态物质都有规则的几何外形。） ［教师讲述］我们就将这些有规则几何外形的固体称之为晶体，而另一些没有规则几何外形的固体称之为非晶体。 ［板书］一、晶体与非晶体 设计意图：课前请同学收集身边的固态物质，然后在课堂上展示，并分组交流讨论，最后进行分类，并在课堂上汇报。这样从学生身边的固体入手，直观、简洁地引入课题，潜移默化
海带裂解工艺选择 1、概述 海带（Laminaria japonica ），又名纶布、昆布、江白菜，是多年生大型食用藻类。藻体为长条扁平叶状体，褐绿色，有两条纵沟贯穿于叶片中部，形成中部带，一般长1.5～3 m ，宽15～25 cm ，最长者可达6 m ，宽可达50 cm 。海带生于海边低潮线下2 m 深度的岩石上，人工养殖生长在绳索或竹材上，是我国、日本、朝鲜等东方人喜欢食用的经 济藻类。我国海带养殖已发展成大规模产业，从辽宁一直到广东沿海，产量约占世界海藻的50％，居世界第一位。 2、海带主要成分 海带中各类元素和化合物的含量根据种属的不同，生长地的不同，季节变化而不同。 表2.1列出了在一般情况下，海带主要有机物成分的范围。从表2.1中可以看出，海带不含木质素，易降解碳水化合物含量高，主要为葡聚糖（褐藻淀粉、纤维素）、甘露醇和褐藻酸。 3 、海藻主要裂解方法 海藻（海带） 酶解 微波裂解 （酸）水解 还原糖等 生物油、焦炭等 破坏藻体 的细胞壁、 海带多糖、 海藻肥等 细胞生长 厌氧发酵
现阶段关于海藻（海带）的裂解方法的研究主要集中在酶解、微波裂解和（酸）水解等。 3.1微波裂解 目前报道的对海藻热裂解技术大都集中于微波裂解。由于微波裂解具有高效快速、 节能省电、选择性、无污染和易控制等优点，而使其成为目前最有发展潜力的热裂解技术，因而是生物质热裂解技术研究发展的一个重要方向。 海藻的裂解过程大致可以分成3个阶段：脱水和干燥阶段，快速裂解阶段和缓慢裂解阶段。在热解升温过程的开始有一干燥和初挥发阶段，水分和少量的小分子物质从海藻中逸出；随着温度的继续升高，海藻开始发生分解反应，导致剧烈失重；当反应温度高于650 ℃左右，热分解反应己基本完成，剩余物质开始炭化，进入缓慢失重阶段。 总体趋势是，随着微波功率的增大，物料的转化率增大，固体剩余物减少，气体和液体产物量增大。 3.2酶解 由于海带细胞壁的结构特性，通过添加纤维素酶，纤维素酶能有效地破坏藻体的细胞壁，使其有效成分如褐藻多糖得以容易溶出，以便被后续工艺中发酵菌等菌种有效地吸收利用。 酶解法可针对多糖的分布部位，充分破坏细胞结构，条件温和，在最大限度地提高多糖得率的同时保持有效物质的结构和活性，但耗时较长。 3.3（酸）水解 稀硫酸水解生物质的化学方法被认为是比较简单、高效的方法，用硫酸水解海带不仅可提高还原糖的水解效率，同时还会降低海带水解液的黏度，有助于细胞生长和生物海藻（海带） 晾干 粉碎过筛 微波裂解 固体 液体 气体 海藻（海带） 晾干 粉碎过筛 酶解 海藻多糖等 海带粉溶液 纤维素酶等 细胞生长 后续发酵 海藻肥等
第二章 化学键和分子结构 一.选择题 1. 下列分子或离子中，键角最小的是( ) A. HgCl 2 B. H 2O C. NH 3 D. PH 3 2. 关于原子轨道的说法正确的是( ) A.凡中心原子采取sp 3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体； B. CH 4分子中的sp 3杂化轨道是由4个H 原子的1s 轨道和C 原子的2p 轨道混 合起来而形成的 ； C. sp 3 杂化轨道是由同一原子中能量相近的s 轨道和p 轨道混合起来形成的一 组能量相等的新轨道； D. 凡AB 3型的共价化合物,其中心原子A 均采用sp 3杂化轨道成键。 3. 下列化合物中氢键最强的是( ) A. CH 3OH B. HF C. H 2O D. NH 3 4. 对羟基苯甲醛比邻羟基苯甲醛的熔沸点高的原因是( ) A. 前者不能形成氢键，后者可以； B. 前者能形成氢键，后者不能； C. 前者形成分子间氢键，后者形成分子内氢键； D. 前者形成分子内氢键，后者形成分子间氢键。 5. 下列各组物质沸点高低顺序中正确的是( ) A. HI>HBr>HCl>HF B. H 2Te>H 2Se>H 2S>H 2O C. NH 3>AsH 3>PH 3 D. CH 4>GeH 4>SiH 4 6. I 2的CCl 4溶液中分子间主要存在的作用力是( ) A. 色散力 B. 取向力 C. 取向力、诱导力、色散力 D. 氢键、诱导力、色散力 7. 下列分子中偶极矩为零的是( ) A. NF 3 B. NO 2 C. PCl 3 D. BCl 3 8. 下列分子是极性分子的是( ) A. BCl 3 B. SiCl 4 C. CHCl 3 D.. BeCl 2 9. 下列离子或分子有顺磁性的是( ) A. O 2 B. O 22- C. N 2 D. CO 10. 下列分子中心原子是sp 2杂化的是( ) A. PBr 3 B. CH 4 C. BF 3 D. H 2O 11. SO 42-离子的空间构型是( ) A. 平面正方形 B. 三角锥形 C. 四面体 D. 八面体 12. 下列各物质分子其中心原子以sp 2杂化的是( )
第二讲分子结构与性质 (时间：45分钟满分：100分) 一、选择题( 题意) 1．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是()。 ①HCl②H2O③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2 A．①②③B．③④⑤⑥ C．①③⑥D．③⑤⑥ 解析单键一定是σ键，双键或三键中有一个σ键，其余均是π键。 答案 D 2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()。 A．SO3与SO2B．BF3与NH3 C．BeCl2与SCl2D．H2O与SO2 解析SO3、SO2中心原子都是sp2杂化，A正确；BF3、NH3中心原子一个是sp2杂化，一个是sp3杂化，B错误；BeCl2中，Be原子采取sp杂化，而SCl2中S原子采取sp3杂化，C错误；H2O中氧原子采取sp3杂化，而SO2中S原子采取sp2杂化。 答案 A 3．下列有关σ键和π键的说法错误的是 ()。 A．在某些分子中，化学键可能只有π键而没有σ键 B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键，配位键都是σ键C．σ键的特征是轴对称，π键的特征是镜面对称
D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 解析在某些分子中，可能只有σ键，而没有π键，A错误；由于π键的键能小于σ键的键能，所以在化学反应中容易断裂。 答案 A 4．关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是()。 A．键角是描述分子立体结构的重要参数 B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定 D．键角的大小与键长、键能的大小无关 解析键能越大，键长越短，共价化合物越稳定。 答案 C 5．下列叙述中正确的是()。 A．NH3、CO、CO2都是极性分子 B．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子 C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强 D．CS2、H2O、C2H2都是直线形分子 解析A中CO2为非极性分子；B说法正确；当然根据分子的极性也可以判断它的空间结构，像D中水为极性分子，空间结构不是直线形，属于V形结构；选项C中HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱。 答案 B 6．在硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及不同层分子间的主要作用力分别是()。 A．sp，范德华力B．sp2，范德华力 C．sp2，氢键D．sp3，氢键 解析由于该晶体具有和石墨相似的层状结构，所以B原子采取sp2杂化，同层分子间的作用力是范德华力，由于“在硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连”虽然三个B—O都在一个平面上，但σ单键能够旋转，使O—H 键位于两个平面之间，因而能够形成氢键，从而使晶体的能量最低，达到稳定状态。
第二章分子结构与性质单元测试 一、选择题（本题包括18小题，每小题4分，共72分，每小题有一个或两个选项符合题意, 选错不得分，如果有两个正确选项，选对一个得 2分） 1?有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是（ ） C ?每个碳原子都有两个未杂化的 2p 轨道形成n 键 D.两个碳原子形成两个 n 键 2?膦（PH 3）又称膦化氢，在常温下是一种无色、有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常 含有膦化氢。它的分子构型是三角锥形。以下关于 PH 3的叙述正确的是（ ） A. PH 3分子中有未成键的孤对电子 B PH 3是非极性分子 C. PH 3是一种强氧化剂 D. PH 3分子的P — H 键是非极性键 3?实现下列变化时，需要克服相同类型作用力的是（ ） A.水晶和干冰的熔化 B.食盐和醋酸钠的熔化 C.液溴和液汞的汽化 D.HCl 和NaCI 溶于水 4. 下列指定粒子的个数比为 2: 1的是（ ） A.Be 2+中的质子数 B.I 2H 原子中的中子和质子 C.NaHCQ 晶体中的阳离子和阴离子 D.BaQ （过氧化钡）晶体中的阴离子和阳离子 5. 在有机物分子中，当碳原子连有 4个不同的原子或原子团时，这 种碳原子称为“手性碳原 子”,凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。例如下图表示的有机物中含有一 个手性碳原子，具有光学活性。当发生下列变化时，生成的有机物无光学活性的是（ ） A.与新制的银铵溶液共热 B.与甲酸酯化 C.与金属钠发生置换反应 D.与 H 2加成 6. 关于氢键的下列说 法中正确的是（ ） A.每个水分子内含有两个氢键 B.在水蒸气、水、冰中都含有氢键 C 分子间能形成氢键使物质的熔沸点升高 D.HF 的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键 7. 下列说法正确的是（ ） A.n 键是由两个p 电子“头碰头”重叠形成的 B y 键是镜像对称，而 n 键是轴对称 C 乙烷分子中的键全是 y 键，而乙烯分子中含 y 键和n 键 D.H 2分子中含y 键，而C 2分子中还含有n 键 8. 在BrCH=CHBr 分子中，C — Br 键采用的成键轨道是（ ） 2 2 3 A.sp —p B.sp — s C.sp — p D.sp — p 9. 下列物质的杂化方式不是 sp 3杂化的是（ ） A.CO 2 B.CH C.NH 3 D.H 2O O O CHb — C —O -CH -C -H CH2OH
高中化学选修3知识点全部归纳(物质的结 构与性质)
高中化学选修3知识点全部归纳（物质的结构与性质） 第一章原子结构与性质. 一、认识原子核外电子运动状态，了解电子云、电子层（能层）、原子轨道（能级）的含义. 1.电子云：用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小. 电子层（能层）：根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q. 原子轨道（能级）：处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7。 2.(构造原理） 了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示1～36号元素原子核外电子的排布. (1).原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道和自旋方向来进行描述.在含有多个核外电子的原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子. (2).原子核外电子排布原理. ①.能量最低原理:电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道. ②.泡利不相容原理:每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子. ③.洪特规则：在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同. 洪特规则的特例：在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时(p0、d0、f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1. (3).掌握能级交错图和1-36号元素的核外电子排布式. 3.元素电离能和元素电负性 第一电离能：气态电中性基态原子失去1个电子，转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。常用符号I1表示，单位为kJ/mol。 (1).原子核外电子排布的周期性. 随着原子序数的增加,元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化:每隔一定数目的元素，元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化. (2).元素第一电离能的周期性变化. 随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈周期性变化: ★同周期从左到右，第一电离能有逐渐增大的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小； ★同主族从上到下，第一电离能有逐渐减小的趋势. 说明： ①同周期元素，从左往右第一电离能呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第ⅡA 族、第ⅤA 族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。Be、N、Mg、P ②.元素电离能的运用： a. 用来比较元素的金属性的强弱. I1越小，金属性越强，表征原子失电子能力强弱. b .电离能是原子核外电子分层排布的实验验证. 分析原子核外电子层结构，如某元素的I n＋1?I n，则该元素的最外层电子数为n。 (3).元素电负性的周期性变化. 元素的电负性：元素的原子在分子中吸引电子对的能力叫做该元素的电负性。 随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化：同周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同一主族从上到下，元素电负性呈现减小的趋势.
第二章化学键和分子结构 一.选择题 1.下列分子或离子中，键角最小的是( ) A. HgCl2 B. H2O C. NH3 D. PH3 2.关于原子轨道的说法正确的是( ) A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体； B. CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混 合起来而形成的； C. sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一 组能量相等的新轨道； D. 凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。 3.下列化合物中氢键最强的是( ) A. CH3OH B. HF C. H2O D. NH3 4.对羟基苯甲醛比邻羟基苯甲醛的熔沸点高的原因是( ) A. 前者不能形成氢键，后者可以； B. 前者能形成氢键，后者不能； C. 前者形成分子间氢键，后者形成分子内氢键； D. 前者形成分子内氢键，后者形成分子间氢键。 5.下列各组物质沸点高低顺序中正确的是( ) A. HI>HBr>HCl>HF B. H2Te>H2Se>H2S>H2O C. NH3>AsH3>PH3 D. CH4>GeH4>SiH4 6.I2的CCl4溶液中分子间主要存在的作用力是( ) A. 色散力 B. 取向力 C. 取向力、诱导力、色散力 D. 氢键、诱导力、色散力 7.下列分子中偶极矩为零的是( ) A. NF3 B. NO2 C. PCl3 D. BCl3 8.下列分子是极性分子的是( ) A. BCl3 B. SiCl4 C. CHCl3 D.. BeCl2 9.下列离子或分子有顺磁性的是( ) A. O2 B. O22- C. N2 D. CO 10.下列分子中心原子是sp2杂化的是( ) A. PBr3 B. CH4 C. BF3 D. H2O 11.SO42-离子的空间构型是( ) A. 平面正方形 B. 三角锥形 C. 四面体 D. 八面体 12.下列各物质分子其中心原子以sp2杂化的是( ) A. H2O B. NO2 C. SCl2 D. CS2
第二章分子结构与性质 教材分析 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第一课时 教学目标： 1．复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。 2．知道共价键的主要类型δ键和π键。 3．说出δ键和π键的明显差别和一般规律。 教学重点、难点： 价层电子对互斥模型 教学过程： [复习引入] NaCl、HCl的形成过程 [设问] 前面学习了电子云和轨道理论，对于HCl中H、Cl原子形成共价键时，电子云如何重叠？例：H2的形成 [讲解、小结] [板书] 1．δ键：（以“头碰头”重叠形式） a．特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的图形不变，轴对称图形。
b．种类：S-Sδ键 S-Pδ键 P-Pδ键 [过渡] P电子和P电子除能形成δ键外，还能形成π键 [板书] 2．π键 [讲解] a.特征：每个π键的电子云有两块组成，分别位于有两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。 3．δ键和π键比较 ①重叠方式 δ键：头碰头 π键：肩并肩 ②δ键比π键的强度较大 ②成键电子：δ键 S-S S-P P-P π键 P-P δ键成单键 π键成双键、叁键 ４．共价键的特征 饱和性、方向性 [科学探究] 讲解 [小结] 生归纳本节重点，老师小结 [补充练习] 1．下列关于化学键的说法不正确的是（） A．化学键是一种作用力
B．化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力 C．化学键存在于分子内部 D．化学键存在于分子之间 2．对δ键的认识不正确的是（） A．δ键不属于共价键，是另一种化学键 B．S-Sδ键与S-Pδ键的对称性相同 C．分子中含有共价键，则至少含有一个δ键 D．含有π键的化合物与只含δ键的化合物的化学性质不同 3．下列物质中，属于共价化合物的是（） A．I2 B．BaCl2 C．H2SO4 D．NaOH 4．下列化合物中，属于离子化合物的是（） A．KNO3 B．BeCl C．KO2 D．H2O2 5．写出下列物质的电子式。 H2、N2、HCl、H2O ６．用电子式表示下列化合物的形成过程 HCl、NaBr、MgF2、Na2S、CO2 [答案] 1．D 2．Ａ３．Ｃ４．ＡＣ５．略６．略 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第二课时 ［教学目标］： １．认识键能、键长、键角等键参数的概念 ２．能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质 ３．知道等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用” ［教学难点、重点］： 键参数的概念，等电子原理 ［教学过程］： ［创设问题情境］ Ｎ２与Ｈ２在常温下很难反应，必须在高温下才能发生反应，而Ｆ２与Ｈ２在冷暗处就能发生化学反应，为什么？ ［学生讨论］ ［小结］引入键能的定义 ［板书］ 二、键参数 １．键能 ①概念：气态基态原子形成１mol化学键所释放出的最低能量。
勿忘初心方得始终 第三章晶体结构与性质 第一节晶体的常识 【知识点梳理】 一、晶体与非晶体 1、晶体与非晶体 ① 晶体：是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成 的物质。 ② 非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。 2、晶体的特征 （1）晶体的基本性质 晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。 ① 自范性： a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。 b．“自发”过程的实现，需要一定的条件。晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速 率适当。 ② 均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 ③ 各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体 的性质也随方向的不同而有所差异。 ④ 对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的对称 性。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。 ⑤ 最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比 较，其内能最小。 ⑥ 稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 ⑦ 有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。 ⑧能使 X 射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现 象。 X 射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X 射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。非晶体物质没有周期性 结构，不能使 X 射线产生衍射，只有散射效应。 （2）晶体 SiO 2与非晶体 SiO2的区别 ①晶体 SiO2 有规则的几何外形，而非晶体SiO 2无规则的几何外形。 ②晶体 SiO2 的外形和内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO 2内部质点排列无序。 ③晶体 SiO2 具有固定的熔沸点，而非晶体SiO 2无固定的熔沸点。 ④晶体 SiO2 能使 X 射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X 射线产生衍射，只有散射效应。 3、区分晶体与非晶体的方法 （1）考查固体的某些性质 晶体的熔点较固定，而非晶体无固定的熔点。考察固体的熔点，可间接地确定某一固体 是否为晶体。晶体的许多物理性质表现出各向异性，而非晶体则表现出各向同性。 （2）对固体进行 X —射线衍射实验。这是区分晶体与非晶体最可靠的科学方法。 二、晶胞 1、定义：晶体结构的基本单元叫晶胞。
褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用 Hee Sook Kim，Choul-Gyun Lee and Eun Yeol Lee 摘要褐藻胶是一种线性多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸（G）通过1，4糖苷键连接形成不同的结构。褐藻酸裂解酶因其高粘度及凝胶作用可作为一种食品添加剂来改善食品的质地。该酶可以通过β-消除机制裂解糖苷键来降解褐藻胶，产生一个具有非还原末端的结构。褐藻寡糖已被发现具有促进人内皮细胞生长以及巨噬细胞细胞因子释放的作用。褐藻胶可以通过褐藻酸裂解酶的内切及外切作用，降解为含有不饱和键的单糖。因此，在不久的将来，褐藻酸裂解酶有潜力作为生物催化剂，以褐藻胶作为可再生资源生产生化试剂及生物燃料。本文介绍了不同的褐藻酸裂解酶的结构、功能并对褐藻酸裂解酶的应用前景进行了讨论。 关键词褐藻胶；褐藻酸裂解酶；褐藻寡糖；不饱和单糖 1 介绍 褐藻胶是一种线性多糖，其中其中β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸(G)通过1.4糖苷键按照不同顺序连接而成，其中α-L-古洛糖醛酸是β-D-甘露糖醛酸的C5异构体。这两种糖醛酸可以形成聚甘露糖醛酸和聚古洛糖醛酸以及甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的随机聚合物。褐藻胶在自然界存量丰富，其作为藻类植物的组成成分，占到了藻类植物干重的44%。一些细菌也可以合成褐藻胶。目前，褐藻胶主要用作食品添加剂来改变食物的质感，也被用作固定细胞及组织的介质。商品级的褐藻胶可通过从海洋大型藻类中提取的方式生产。 褐藻酸裂解酶通过β-切割糖苷键来降解褐藻胶，生产多种以不饱和糖醛酸作为非还原末端的寡糖以及不饱和糖醛酸单体。多种褐藻酸裂解酶已从海藻、海洋无脊椎动物、海洋及部分土壤微生物中分离得到。褐藻酸裂解酶可以依据底物特异性分为PM特异性、PG特异性、PMG特异性。对于相应的底物特异性，褐藻酸裂解酶具有内切酶与外切酶两种活性。 褐藻寡糖已经显现出许多引人注目的生物活性，它可以促进人内皮细胞的生长以及巨噬细胞细胞因子的释放。因此，褐藻酸裂解酶作为制备功能性褐藻寡糖的生物催化剂引起了人们的注意。褐藻酸裂解酶自身也可作为药物增强抗生素对铜绿假单胞菌的杀菌功效来治疗囊胞性纤维症。不饱和的褐藻寡糖及不饱和糖醛酸单体可由褐藻酸裂解酶催化裂解得到。本文讨论了褐藻酸裂解酶及其应用，特别是分析与对比了不同褐藻酸裂解酶的结构和功能，也讨论了褐藻胶及褐藻酸裂解酶在未来的应用前景。
人教版-选修3-第二章分子结构与性质全章教案 第二章分子结构与性质 教材分析 本章比较系统的介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。首先，在第一章有关电子云和原子轨道的基础上，介绍了共价键的主要类型σ键和π键，以及键参数——键能、键长、键角；接着，在共价键概念的基础上，介绍了分子的立体结构，并根据价层电子对互斥模型 和杂化轨道理论对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释。最后介绍了极性分子和 非极性分子、分子间作用力、氢键等概念，以及它们对物质性质的影响，并从分子结构的角 度说明了“相似相溶”规则、无机含氧酸分子的酸性等。 化学2已介绍了共价键的概念，并用电子式的方式描述了原子间形成共价键的过程。本章第一节“共价键”是在化学2已有知识的基础上，运用的第一章学过的电子云和原子轨道的概 念进一步认识和理解共价键，通过电子云图象的方式很形象、生动的引出了共价键的主要类 型σ键和π键，以及它们的差别，并用一个“科学探究”让学生自主的进一步认识σ键和π键。 在第二节“分子的立体结构”中，首先按分子中所含的原子数直间给出了三原子、四原子和五原子分子的立体结构，并配有立体结构模型图。为什么这些分子具有如此的立体结构呢？ 教科书在本节安排了“价层电子对互斥模型”和“杂化轨道理论”来判断简单分子和离子的 立体结构。在介绍这两个理论时要求比较低，文字叙述比较简洁并配有图示。还设计了“思考与交流”、“科学探究”等内容让学生自主去理解和运用这两个理论。 在第三节分子的性质中，介绍了六个问题，即分子的极性、分子间作用力及其对物质性质的 影响、氢键及其对物质性质的影响、溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性。除分子的手性 外，对其它五个问题进行的阐述都运用了前面的已有知识，如根据共价键的概念介绍了键的 极性和分子的极性；根据化学键、分子的极性等概念介绍了范德华力的特点及其对物质性质 的影响；根据电负性的概念介绍了氢键的特点及其对物质性质的影响；根据极性分子与非非 极性分子的概念介绍了“相似相溶”规则；根据分子中电子的偏移解释了无机含氧酸分子的 酸性强弱等；对于手性教科书通过图示简单介绍了手性分子的概念以及手性分子在生命科学 和生产手性药物方面的应用 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第一课时
第二讲分子结构与性质 1．有X、Y、Z三种元素，其中X原子的价电子构型为2s22p2，Y原子的L电子层中有三个未成对电子，且无空轨道，Z的＋1价离子是一个质子。试回答下列问题： (1)ZXY分子中的三个原子除Z原子外均为8电子构型，写出该分子的结构式：____________，根据电子云重叠方式的不同，分子里共价键的类型有________。 (2)常温下，YZ3呈气态，但易被液化，且极易溶于水，其原因是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)液态的YZ3是一种重要的溶剂，其性质与H2O相似，可以与活泼金属反应，写出Na 与液态YZ3反应的化学方程式：_______ _____________________________________________________。 解析：由“X原子的价电子构型为2s22p2”可推知X是C；“Y原子的L电子层中有三个未成对电子，且无空轨道”可推知Y是N；Z是H。(1)ZXY分子为HCN，其结构式为H—C≡N，分子中含有的共价键为σ键和π键。(2)YZ3分子为NH3，易液化；NH3和H2O都是极性分子，且二者能形成氢键，NH3又能与H2O发生化学反应，使得NH3极易溶于水。(3)由2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑可类推出：2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑。 答案：(1)H—C≡N σ键、π键(2)NH3和H2O都是极性分子，且二者能形成氢键，NH3又能与H2O发生化学反应，使得NH3极易溶于水(3)2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑2．硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示： (1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_______，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为__________形。 (2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是__________。 (3)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_________________________________________ _____________________________________________________。
第二章《分子结构与性质》单元测试题一、单选题（每小题只有一个正确答案） 1．下列叙述正确的是（） 32- 中硫原子的杂化方式为sp 2 B 2 2 分子中含有 3个σ键和 2 个π键 A． SO．C H C． H2O分子中氧原子的杂化方式为sp2D． BF3分子空间构型呈三角锥形 2．氯的含氧酸根离子有ClO ---- 等，关于它们的说法不正确的是、 ClO 2、 ClO 3、 ClO 4 （） A． ClO4-是 sp3 杂化B． ClO3-的空间构型为三角锥形 C． ClO2-的空间构型为直线形D． ClO-中 Cl 显 +1价 3．下列描述中正确的是（） 2 V 形的极性分子 A． CS 为空间构型为 B．双原子或多原子形成的气体单质中，一定有σ 键，可能有π 键 C．氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子 2﹣3 杂化 D． HCN、SiF 4和 SO3的中心原子均为 sp 4．水是生命之源，下列关于水的说法正确的是（） A．水是弱电解质B．可燃冰是可以燃烧的水 C．氢氧两种元素只能组成水D．0℃时冰的密度比液态水的密度大 5．电子数相等的微粒叫做等电子体，下列各组微粒属于等电子体是（）A． CO和 CO2B． NO和 CO C ． CH4和 NH3D． OH-和 S2- 6．下列分子或离子中， VSEPR模型为四面体且空间构型为V 形的是 A． H2S B ． SO2 2-C ． CO2 D ． SO4 7．下列分子中只存在σ键的是 () A． CO2B．CH4C．C2H4D．C2H2 8． HBr 气体的热分解温度比HI 热分解温度高的原因是（） A． HBr 分子中的键长比HI 分子中的键长短，键能大 B． HBr 分子中的键长比HI 分子中的键长长，键能小 C． HBr 的相对分子质量比HI 的相对分子质量小 D． HBr 分子间作用力比HI 分子间作用力大 9．表述 1 正确，且能用表述 2 加以正确解释的选项是（） 表述1表述2 A在水中，NaCl 的溶解度比I 2的溶解度大NaCl晶体中Cl ﹣与Na+间的作用力
第一单元 金属键 金属晶体 金 属 键 与 金 属 特 性 [基础·初探] 1.金属键 (1)概念：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。 (2)特征：无饱和性也无方向性。 (3)金属键的强弱 ①主要影响因素：金属元素的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。 ②与金属键强弱有关的性质：金属的硬度、熔点、沸点等(至少列举三种物理性质)。 2.金属特性 特性 解释 导电性 在外电场作用下，自由电子在金属内部发生定向移动，形成电流 导热性 通过自由电子的运动把能量从温度高的区域传 到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的 温度 延展性 由于金属键无方向性，在外力作用下，金属原 子之间发生相对滑动时，各层金属原子之间仍 保持金属键的作用 [核心·突破] 1.金属键????? 成键粒子：金属离子和自由电子 成键本质：金属离子和自由电子间 的静电作用 成键特征：没有饱和性和方向性存在于：金属和合金中
2.金属晶体的性质 3.金属键的强弱对金属物理性质的影响 (1)金属键的强弱比较：金属键的强度主要取决于金属元素的原子半径和外围电子数，原子半径越大，外围电子数越少，金属键越弱。 (2)金属键对金属性质的影响 ①金属键越强，金属熔、沸点越高。 ②金属键越强，金属硬度越大。 ③金属键越强，金属越难失电子。如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 【温馨提醒】 1.并非所有金属的熔点都较高，如汞在常温下为液体，熔点很低，为－38.9 ℃；碱金属元素的熔点都较低，K-Na合金在常温下为液态。 2.合金的熔点低于其成分金属。 3.金属晶体中有阳离子，无阴离子。 4.主族金属元素原子单位体积内自由电子数多少，可通过价电子数的多少进行比较。
1. S F4分子具有( )[ID: 881] A B C D 2. 下列哪种分子的偶极矩不等于零？( )[ID: 909] A B C D 3. 下列化合物中哪种分子偶极矩为零？( )[ID: 910] A B C D 4. 下列哪一种分子或原子在固态时是范德华力所维持的？( )[ID: 911] A
B C D 5. 下列化合物中哪个不具有孤对电子？( )[ID: 912] A B C D 6. O F2分子的电子结构是哪种杂化？( )[ID: 913] A B C D 7. 下列化合物中哪一个氢键表现最强？( )[ID: 914] A B C D 8. 用价电子对互斥理论推测下列分子构型：PCl5、HOCl 、XeF2、ICl4－、IF5分别属于( )[ID: 915]
A B C D 9. 指出下列化合物中，哪一个化合物的化学键极性最小？( )[ID: 916] A B C D 10. 要组成有效分子轨道需满足成键哪三原则？( )[ID: 917] A B C D 11. 由分子轨道理论可知( )[ID: 918] A B C D
12. 指出下列化合物中，哪个化合物的化学键极性最大？( )[ID: 919] A B C D 13. 下列分子中，两个相邻共价键间夹角最小的是( )[ID: 920] A B C D 14. 下列说法中正确的是( )[ID: 921] A B C D 15. 下列化学键中，极性最弱的是( )[ID: 922] A B C
D 16. 下列说法中不正确的是 ( )[ID: 923] A B C D 17. 下列原子轨道中各有一个自旋方向相反的不成对电子，则沿x 轴方向可形成 σ键的是 ( )[ID: 924] A B C D 18. 下列分子或离子中，键角最大的是 ( )[ID: 925] A B C D 19. 下列说法中，正确的是 ( )[ID: 926] A