诺贝尔奖下,试题何为?

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  2011年10月5日,瑞典首都斯德哥尔摩瑞典皇家科学院宣布,以色列科学家丹尼尔·舍特曼独获2011年诺贝尔化学奖。舍特曼的贡献在于其1982年发现了准晶体,这一发现从根本上改变了化学家们看待固体物质的方式,即改变科学家的“物质观”。
  准晶体,亦称为拟晶,是一种介于晶体和非晶体之间的固体。原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体,原子呈无序排列的叫做非晶体。
  准晶体材料硬度很高,同时具有一定弹性,不易损,使用寿命长。鉴于其“强化”特性,准晶体已被开发为有用的材料。准晶体材料可用于制造眼外科手术微细针头、刀刃等硬度较高的工具。此外,准晶体材料无黏着力并且导热性较差,其应用范围还包括制造不粘锅锅具、柴油发动机等,应用前景广阔。
  【教材链接】以此材料为背景,可联系晶体的结构、性质和新材料特性及其应用命题,也可以联系准晶体组成的元素种类、性质以及元素在周期表中的位置等命题,还可以以准晶体样品为载体设计实验检验准晶体样品的成分。
  【题型演练】
  题型1 准晶体性质的判断
  目前已制得的准晶体有Al65Cu23Fe12、Al70Pd21Mn9、Cd57Yb10等,晶体有Al60Pd25Mn15等。下列对已知的准晶体、晶体的判断不正确的是( )
  A. 准晶体至少由两种金属组成,且硬度大于组成金属的硬度
  B. 准晶体的组成元素可以是主族元素,也可以是副族元素
  C. 目前发现的准晶体能耐酸碱腐蚀,这些准晶体都属于金属混合物
  D. 组成金属相同,可以控制质量比例制得准晶体和晶体
  【精析】可根据题中给出的几个准晶体例子分析解题。依题意,目前发现的准晶体都是金属化合物,至少由两种金属组成,合金的硬度大于组成合金的金属的硬度,A项正确;上述准晶体,铝为主族元素,而铜、铁、锰、钯等是副族元素,B项正确;准晶体属于金属化合物,组成固定,不是混合物,C项错误;Al70Pd21Mn9是准晶体,Al60Pd25Mn15是晶体,它们的组成元素相同,但各元素物质的量之比不同,D项正确。
  答案:C
  准晶体Al65Cu23Fe12十分耐磨,被开发为高温电弧喷嘴的镀层。下列四组物质的熔点、硬度与其最相似的是( )
  A. 氮化硅、碳化硅、二氧化硅
  B. 冰、干冰、碘晶体
  C. 金刚石、氯化钠、氮化硼
  D. 硝酸钾、硼晶体、石墨烯
  【精析】依题意,准晶体的硬度大,熔点高。A项,氮化硅、碳化硅、二氧化硅都是原子晶體,熔点高、硬度大,与准晶体性质相似,A项正确;B项,冰、干冰、碘晶体属于分子晶体,熔点低,硬度小;C项,氯化钠属于离子晶体,熔点较高,硬度较大,氮化硼是原子晶体;D项,硝酸钾是离子晶体,硼晶体是原子晶体。
  答案:A
  【知识拓展】准晶体的性质类似于原子晶体。一般地,熔点:原子晶体>离子晶体、金属晶体>分子晶体。常见的原子晶体有金刚石、硅晶体、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼、硼晶体等。
  准晶体的性质类似于金属合金,其组成固定,属于纯净物。一般的,准金属的性质并不是它各成分金属的总和。准金属的硬度比各成分金属的硬度都大,导电、导热性能比各组分金属的差。
  题型2 准晶体成分的检验
  某同学查阅资料知,某准晶体X可能含有铝、铜和铁,不含其他杂质。他设计如下实验方案检验X的成分,其中不合理的是( )
  【精析】在铜、铝和铁中,只有铝能溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠,偏铝酸钠与盐酸反应生成白色氢氧化铝沉淀,继续加盐酸,沉淀溶解,则能证明X中含有铝,A项正确; +2价铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化,溶液褪色或颜色变浅,B项正确;X溶于稀硫酸,只可能生成+2价铁离子,直接滴加KSCN溶液不会显色,若继续滴加氯水,溶液呈血红色,则说明X中含有铁,C项错误;铜不溶于稀硫酸,溶于稀硝酸,生成蓝色硫酸铜溶液,能证明样品含有铜,D项正确。
  答案:C
  题型3 设计实验探究准晶体的组成
  某校化学兴趣小组在2011年诺贝尔化学奖揭晓之后,上网查阅相关资料获知:2000年之前已有人制得由铁、铜、铝组成的准金属。科学研究发现,三种金属或两种金属都可以组成准晶体。现有铁、铜和铝组成的准金属样品M,该小组欲设计实验检验其组成。
  【实验目的】探究准晶体M的成分。
  【提出假设】猜想1:M的成分是铁和铜;猜想2:M的成分是铁和铝;猜想3:M的成分是铜和铝;猜想4:。
  【设计实验】取两份等质量(mg)的M样品,按下列实验1(如图1所示)和实验2(如图2所示)装置进行实验。
  实验前后条件都是常温、常压,待样品M完全溶解,按图1、图2实验方案都能顺利完成实验,并测得气体体积分别为V1mL和V2mL(所测定的气体体积已折合成标准状况下的体积)。
  (1)写出实验1中可能发生的离子方程式:
  ;写出实验2中可能发生的化学方程式:。
  
  
  (2)实验1的装置中,小试管的作用是 ;实验2的装置中,a导管的作用是。
  (3)对于实验1,在读数前需要上下移动量筒调平B与C的液面,其理由是 。对于实验2,读数前调平B、C装置液面的方法是,其目的是。
  (4)进行实验1前,B瓶中的水没有装满,使测得的气体体积 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。若拆去实验2中的导管a,将会使测得的气体体积 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
  (5)若V1≠0,则推测上述猜想(填“1”、“2”、“3”或“4”)一定不成立;若猜想3成立,则V1V2(填“>”、“<”或“=”)。
  【精析】据题意,M只含铁、铝、铜三种金属中的两种或三种,其中铝既能与强酸反应,又能与强碱反应;铁只能溶于强酸,不溶于强碱;铜既不溶于氢氧化钠,也不溶于稀硫酸。
  (1)实验1中氢氧化钠溶液只与铝反应,而实验2中稀硫酸既能与铝反应,也能与铁反应。
  (2)见答案。
  (3)气体体积与压强、温度有关。由于P(内)= P(外)+ρg ·△h(其中△h等于B、C液面差),△h = 0时(B、C液面相平),收集气体的压强等于实验时的外界大气压。实验2中,上下移动C量气管,使B、C液面相平,其目的是使B管收集的气体压强等于外界大气压。
  (4)如果实验前B瓶液体没有装满水,不影响实验结果,因为理论上B管收集的气体体积等于排入C管里液体的体积。若拆去导管a,加入液体时,排出锥形瓶中部分空气,导致测定的气体体积偏大。
  (5)若实验1测出有气体产生,说明一定有铝与氢氧化钠反应,猜想1不成立。因为铁和铜都不能与氢氧化钠反应。若M为铜和铝,实验1和实验2使用的样品M质量相等,铜不参与反应,产生的气体体积相等。
  答案:(1)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑ 2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑,Fe+H2SO4FeSO4+H2↑ (2)起液封作用,避免氢气从长颈漏斗中逸出;控制加液量,调节化学反应速率;节省药品 平衡分液漏斗与锥形瓶内气压,使液体顺利下流 (3)调平B、C管液面致△h=0,使B管内气压等于外界大气压 上下缓慢移动量气管C 使B管内气压等于外界大气压(4)无影响 偏大 (5)1 =
  生物
  瑞典卡罗琳医学院2011年10月3日宣布,将2011年诺贝尔生理学或医学奖授予美国人布鲁斯·巴特勒(Bruce A. Beutler)、卢森堡人朱尔斯·霍夫曼(Jules A. Hoffmann)(先天免疫激活方面的发现)以及加拿大人拉尔夫·斯坦曼(Ralph M. Steinman)(树枝状细胞及其在获得性免疫中的作用的发现),以表彰他们在人体免疫系统研究领域所作的贡献。
  卡罗琳医学院说,获奖者发现了免疫系统激活的关键原理,这使人们对人体免疫系统的认识有了革命性的改变。据介绍,无论是研发针对传染病的“治疗性疫苗”,还是开发对抗癌症的新方法,这三位科学家的研究成果都有重要的意义。
  【教材链接】以上材料主要涉及免疫系统相关知识。高中生物课本中,有关免疫的考点主要有:①免疫器官与免疫细胞的知识;②抗原与抗体的概念,抗体的种类与存在部位,淋巴因子的产生与作用;③特异性免疫与非特异性免疫的关系,体液免疫的过程;④免疫失调,如过敏反应、肌无力产生的原因及艾滋病的相关知识;⑤单克隆抗体的制备与免疫。
  试题多以非选择题进行考查,如可以以文字、表格、曲线、实验设计等形式出现。近年来高考以实验的形式对免疫调节进行考查的比例增加。如证明胸腺与特异性免疫的关系,探究器官移植对动物的影响,证明抗体具有专一性、血清抗体有治疗作用等。这种形式有一定的综合性。
  【题型演练】
  题型1 以选择题形式考查特异性免疫与非特异性免疫
  关于特异性免疫和非特异性免疫的叙述中,不正确的是( )
  A. 发生非特异性免疫的结构主要是皮肤、黏膜、吞噬细胞等,发生特异性免疫的结构是机体的免疫系统
  B. 非特异性免疫先天就有,作用范围广;特异性免疫是后天形成的,作用范围小,针对性强
  C. 特异性免疫是在非特异性免疫的基础上形成的
  D. 非特异性免疫是在特异性免疫的基础上形成的
  【精析】解答此题需要明确相关的知识:①非特异性免疫是机体免疫的基础,没有非特异性免疫,特异性免疫将难以形成,对机体的保护也难以实现;②非特异性免疫是机体的一个非常重要的功能,它通过皮肤、黏膜、杀菌物质、吞噬细胞等构成了第一、二道防线,有效地抵御了进入机体的各种病原体或其他有害异体物质,对机体起到重要保护作用。但是,对一些致病能力强的抗原,还是要靠特异性免疫系统的免疫作用予以消灭。
  答案:D
  题型2 以图表的形式考查体液免疫
  图3代表人体体液免疫的过程。相关叙述正确的是 ( )
  
  A. 图3中的免疫活性物质是抗体、淋巴因子、溶菌酶
  B. 在①和⑨所在的階段中,可能有吞噬细胞参与
  C. 免疫过程⑥比⑦要慢,免疫效应⑥比⑦要强
  D. 细胞I和细胞Ⅱ均能识别抗原
  【精析】细胞I是B细胞,细胞Ⅱ是记忆细胞,细胞III是效应B细胞。图中免疫活性物质是抗体,而抗体与抗原的识别过程无吞噬细胞参与。免疫效应⑥比⑦要慢,因⑦是二次免疫,强度大速度快。
  答案:D
  题型3 以填空题的形式考查免疫失调
  回答下列有关免疫的问题:
  (1)重症肌无力是自身免疫病,其病因是患者免疫系统把神经递质(Ach)受体当作抗原,使被激活而增殖、分化,产生神经递质(Ach)受体抗体。Ach受体抗体与Ach受体特异性结合,造成Ach不能与Ach受体正常结合,导致信号向信号转换的过程受阻。临床上可采用胸腺切除法治疗重症肌无力的重度患者,目的是抑制发育成T细胞,不能产生淋巴因子,从而抑制(体液/细胞)免疫的应答。
  (2)以下关于艾滋病(AIDS)的叙述,错误的是( )
  ①AIDS患者出现病症的直接原因是其他病原体的感染 ②HIV攻击人体免疫系统,特别是B细胞 ③HIV侵入人体后存在潜伏期,原因是潜伏期 HIV复制能力较弱 ④感染HIV的人称为AIDS患者,应尽快治疗 ⑤目前还没有根治AIDS的特效药
  A. ②③⑤B. ①④⑤C. ②③④D. ①②③
  【精析】(1)抗体是由效应B细胞产生的,因此使B细胞被激活而增殖。突触释放递质,被突触后膜上的相应受体识别,从而将化学信号转化为电信号,导致肌膜电位变化,因此重症肌无力是化学信号到电信号的转换过程受阻。
  造血干细胞在胸腺处生成T细胞,T细胞产生淋巴因子。由于题中体现的是抗体参与的免疫反应,因此是抑制体液免疫应答。
  (2)艾滋病病毒在人体内攻击T淋巴细胞,使人体的免疫系统遭到破坏,导致其他病原体乘虚而入。在HIV侵入人体后的潜伏期内,由于免疫系统的作用,暂时不会发病,但这时HIV的繁殖速度已非常快。根据资料分析,诊断为艾滋病患者的仅仅是HIV感染者中的一小部分,携带HIV的人不能都称为AIDS患者。
  答案:(1)B细胞 化学 电 造血干细胞 体液 (2)C
  题型4 以实验题的形式进行综合考查
  机体的免疫系统对核辐射损伤很敏感,主要表现在核辐射会诱导免疫细胞凋亡。人体白细胞介素18 (IL-18)能促进免疫细胞的增殖和分化,提高机体免疫功能。某科研小组开展了“IL-18对核辐射诱导小鼠脾细胞凋亡的抑制作用”的研究。
  选取若干实验小鼠,随机分成三组:①组无辐射损伤;②组辐射损伤(60Co照射,下同);③组先辐射损伤,1天后注射IL-18。14天后分别取各组小鼠脾细胞进行体外培养,在培养了0 h、12 h、24 h、48 h后,进行细胞凋亡检测,得到的细胞凋亡相对值如下表:
  (1)选择脾细胞作为本实验材料,是因为脾脏是肌体重要的器官。已知IL-18是一种淋巴因子,淋巴因子与都属于免疫活性物质。
  
  
  (2)细胞凋亡是由遗传机制决定的死亡。从表中数据可知,细胞凋亡相对值越小,发生凋亡的脾细胞数目越;从(组别)两组数据可知,IL-18能够抑制脾细胞凋亡。
  (3)科研小组还设置了第④组实验,方法是先注射IL-18,3天后进行辐射损伤,14天后的实验操作同前三组。与第③组相比,设置第④组的目的是。
  【精析】(1)人体的免疫器官包括骨髓、胸腺、脾、淋巴结、扁桃体等。脾脏是肌体重要的免疫器官。免疫活性物质包括抗体、淋巴因子、溶菌酶等。
  (2)细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,由于细胞凋亡受到遗传机制的程序性调控,因此也称之为细胞编程性死亡。从表中可以看出,无辐射损伤的一组与②、③相比,细胞凋亡相对值较小,说明发生凋亡的脾细胞数目少 。而②、③ 组相比较,③ 组在辐射损伤之后又加上白细胞介素18(IL-18)进行处理,从表中数据可知③组细胞凋亡相对值较小,说明IL-18能够抑制脾细胞凋亡。
  (3)第④组与第③组的区别在于在辐射损伤前后分别进行IL-18处理,目的是对比分析核辐射前后分别注射IL-18对抑制脾细胞凋亡的影响。
  答案:(1)免疫 抗体(溶菌酶)
  (2)编程性(程序性)少 ②③
  (3)对比分析核辐射前后分别注射IL-18对抑制脾细胞凋亡的影响
  
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