以近十年諾貝爾獎為背景的化學原創(chuàng)題賞析

楊倫平

諾貝爾化學獎是諾貝爾獎的一個獎項，由瑞典皇家科學院從1901年開始負責頒發(fā).每年于12月10日，即阿爾弗雷德·諾貝爾逝世周年紀念日頒發(fā).諾貝爾化學獎是為了表彰前一年中在化學領域有最重要的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人.以“諾貝爾獎”為載體的習題在近幾年的高考中經(jīng)常出現(xiàn)，這類題目往往是起點高，陌生度高，落點低.解答時學生常常被“新”的信息所迷惑，因而只有透過現(xiàn)象，抓住問題的實質，充分挖掘隱含信息，問題才會迎刃而解.現(xiàn)將近幾十年出現(xiàn)的“諾貝爾獎”試題及相關信息總結如下.

一、2006年，美國科學家羅杰-科恩伯格因在“真核轉錄的分子基礎”研究領域做出貢獻而獲獎.

例1 2006年10月4日，美國科學家羅杰-科恩伯格因為發(fā)現(xiàn)了真核轉錄的分子基礎而被授予諾貝爾化學獎.轉錄是在細胞核內進行的，它是指以DNA的一條鏈為模塊，按照堿基互補配對原則（含氮堿基通過氫鍵連接成堿基對）合成RNA的過程，DNA和RNA都與蛋白質有關.下列能使蛋白質變性的物質是（ ）.

①硫酸銨 ②甲醛 ③氯化鉀 ④硝酸汞 ⑤硫酸鎂 ⑥氫氧化鈉

A.②④⑥ B.①③⑤ C.①②③ D.①⑤⑥

解析 可使蛋白質變性的方法有：加熱，紫外線、X射線、強酸、強堿，鉛、銅、汞等重金屬鹽類，有機化合物（如甲醛、酒精、苯甲酸等）作用.答案：A.

二、2007年，德國科學家格哈德·埃特爾因在表面化學研究領域做出開拓性貢獻而獲獎.

例2 2007年度諾貝爾化學獎授予德國化學家吉哈德·艾爾特，以表彰他在固體表面化學研究領域所做出的貢獻，接觸表面的化學反應在很多工業(yè)操作中起著很大作用.工業(yè)上用接觸法合成硫酸，采用下列措施：①硫鐵礦粉碎后加入沸騰爐；②空氣進入口在沸騰爐的下部，硫鐵礦進入口在下部；③進入接觸室的爐氣先要進行凈化和干燥處理；④在接觸室里，催化劑分上下兩層；⑤在接觸室里使用熱交換器；⑥吸收塔里SO3從下部通入，濃硫酸從上部噴下.其中，為了提高固體與氣體接觸面積的是（ ）.

A.③⑤⑥ B.②④⑥ C.①②④ D.①②⑤⑥

解析 本題強調增大固體與氣體接觸面積，而⑥是為了增大液體與氣體接觸面積.只有①硫鐵礦粉碎后加入沸騰爐；②空氣進入口在沸騰爐的下部，硫鐵礦進入口在下部；④在接觸室里，催化劑分上下兩層是為了增大液體與氣體接觸面積.③進入接觸室的爐氣先要進行凈化和干燥處理是為了防止催化劑中毒和腐蝕設備；⑤在接觸室里使用熱交換器是為了冷卻反應生成的氣體和預熱反應氣.答案：C.

三、2008年，美國科學家錢永健、美國科學家馬丁-沙爾菲和日本科學家下村修共同獲得諾貝爾化學獎.他們因在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出突出貢獻而獲得該獎.

例3 2008年，美國科學家錢永健、美國科學家馬丁-沙爾菲和日本科學家下村修共同獲得諾貝爾化學獎.他們因在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出突出貢獻而獲得該獎.蛋白質是生命的基石，下列關于蛋白質的敘述中，不正確的是（ ）.

A.往蛋白質溶液中加入飽和硫酸銨溶液，蛋白質析出，再加水也不溶解

B.人工合成的具有生命活性的蛋白質-結晶牛胰島素是我國科學家在1956年9月首次合成的

C.重金屬鹽能使蛋白質凝聚，所以誤食重金屬鹽會中毒

D.濃硝酸濺到皮膚上，使皮膚呈黃色是由于濃硝酸和蛋白質發(fā)生了顏色反應

解析 往蛋白質溶液中加入飽和硫酸銨溶液，蛋白質發(fā)生鹽析，再加水可以溶解.答案：A.

四、2009年，英國科學家文卡特拉曼-拉馬克里希南、美國科學家托馬斯-施泰茨和以色列科學家阿達-約納特因在核糖體的結構和功能研究中做出突出貢獻而獲得該獎項.

圖1例4 2009年，英國科學家文卡特拉曼-拉馬克里希南、美國科學家托馬斯-施泰茨和以色列科學家阿達-約納特因在核糖體的結構和功能研究中做出突出貢獻而獲得該獎項.核酸有兩種：含核糖的是核糖核酸（RNA），含脫氧核糖的是脫氧核糖核酸（DNA），人們的基因組通過從細胞核里的DNA向蛋白質的合成機制發(fā)出生產(chǎn)蛋白質的指令運作，這些指令通過mRNA傳送.核糖是合成核酸的原料，常見的兩種核糖結構簡式為：D-核糖（結構如圖1所示）、戊醛糖：CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO.下列關于核糖的敘述不正確的是（ ）.

A.戊醛糖和D-核糖互為同分異構體

B.它們都能發(fā)生酯化反應

C.戊醛糖屬于單糖

D.由戊醛糖→脫氧核糖（CH2OH-CHOH-CHOH-CH2-CHO）可看成是一個氧化過程

解析 A項，它們的分子式相同，都為C5H10O5，但結構不同，故互為同分異構體；B項，分子結構中都含有羥基，能發(fā)生酯化反應；C項，戊醛糖不能再水解，屬于單糖；D項，戊醛糖（C5H10O5）→脫氧核糖（C5H10O4），少了一個氧原子，應為還原過程.答案：D.

五、2010年，美國科學家理查德·赫克、日本科學家根岸榮一和鈴木章因在有機合成領域中鈀催化交叉偶聯(lián)反應方面的卓越研究而獲得諾貝爾化學獎.

例5 20世紀60年代末至70年代初，美國科學家理查德·赫克研究出了后來被稱為“赫克反應”的方法，利用稱為烯烴的有機小分子在鈀催化作用下合成大分子.1977年，日本科學家根岸英一用鋅原子將碳原子運送到鈀原子上，實現(xiàn)“根岸反應”.兩年后，日本科學家鈴木章用硼元素取代鋅，實現(xiàn)類似的效果，并且毒性更低，適宜規(guī)?；a(chǎn)，這就是“鈴木反應”.這三位科學家因此獲得2010年諾貝爾化學獎.這些反應被廣泛應用于有機合成方面.乙酸苯甲酯對花香和果香的香韻具有提升作用，故常用于化妝品工業(yè)和食品工業(yè).乙酸苯甲酯可以用下面的設計方案合成.

ACl2，光照①B稀堿溶液②

（C7H7Cl）

CCH3COOH，濃H2SO4，△③CH2OOCCH3

D（乙酸苯甲酯）

（1）寫出A、C的結構簡式：A

，C：

（2）D有很多同分異構體，含有酯基和～取代苯結構的同分異構體有五個，其中三個的結構簡式是：

COCH2CH3OCH2COCH3OCH2CH2OCHO

請寫出另外兩個同分異構體的結構簡式：

解析 本題可采用逆推的方法，根據(jù)D的結構，結合反應條件可推得C為CH2OH，B為CH2Cl，A為CH3.

答案：（1）

A：CH3 C：CH2OH

（2）OCCH2CH3OCH2OCCH3O

六、2011年以色列科學家丹尼爾·舍特曼獲得該獎項，其貢獻在于發(fā)現(xiàn)了準晶體

例6 北京時間2011年10月5日晚間消息，以色列科學家丹尼爾·舍特曼獲得了2011年諾貝爾化學獎.其貢獻在于發(fā)現(xiàn)了準晶體.（按：準晶有5重旋轉對稱軸，即沿z軸旋轉72度和原來相同，但沒有一般晶體所具有的平移對稱性）.晶體和準晶體的結構一直是科學研究的熱點，許多科學家為此付出了艱辛的努力.（1）下列是鈉、碘、金剛石、干冰、氯化鈉晶體的晶胞圖（未按順序排序）.與冰的晶體類型相同的是（請用相應的編號填寫）

.

（2）在冰晶體中，每個水分子與相鄰的4個水

圖2分子形成氫鍵（如圖2所示）， 已知冰的升華熱是51 kJ/mol，除氫鍵外，水分子間還存在范德華力（11 kJ/mol），則冰晶體中氫鍵的“鍵能”是

kJ/mol.

（3）將白色的無水CuSO4溶解于水中溶液呈藍色，是因為生成了一種呈藍色的配離子，已知此配離子中含有4個H2O.請寫出生成此配離子的離子方程式：

解析 本題以2011年“諾貝爾化學獎”為背景，考查晶體相關知識，起點高落點低，重點在于讀懂題目信息.（1）冰的晶體類型為分子晶體，與其晶體類型相同的是碘和干冰.（2）根據(jù)圖2所示可知1個H2O中含有2個氫鍵，所以冰晶體中氫鍵的“鍵能”是：（51 kJ/mol-11 kJ/mol）/2=20kJ/mol.（3）根據(jù)所給信息可知生成此配離子的離子方程式：Cu2++4H2O[Cu（H2O）4]2+.

答案：（1）BC （2）20 （3）Cu2++4H2O[Cu（H2O）4]2+.

七、2012年，兩位美國科學家羅伯特·萊夫科維茨和布萊恩·克比爾卡因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”獲得諾貝爾化學獎.

例7 下列關與蛋白質分子結構與功能的敘述，錯誤的是（ ）.

A.不同蛋白質含有的氨基酸數(shù)量不盡相同

B.有些結構不同的蛋白質具有相似的功能

C.組成蛋白質的氨基酸可按不同的排列順序脫水縮合

D.組成蛋白質的氨基酸之間可按不同的方式脫水縮合

解析 組成蛋白質的氨基酸之間脫水縮合的方式是一樣的，都是一個氨基酸的氨基和一個氨基酸的羧基通過脫去一分子水成肽鍵.

八、2013年，馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特和阿里耶·瓦謝勒分享800萬瑞士克朗獎金.20世紀70年代，這三位科學家結合經(jīng)典和量子物理學，設計出這種多尺度模型，將傳統(tǒng)的化學實驗搬到了網(wǎng)絡世界.

例8 2013年10月9日，瑞典皇家科學院宣布將2013年諾貝爾化學獎授予三名美國科學家，以表彰他們在開發(fā)多尺度復雜化學系統(tǒng)模型方面所做的貢獻.三名科學家分別為：馬丁·卡普拉斯、邁克爾·賴韋特和阿列·沃什爾.今年諾貝爾化學獎獎金共800萬瑞典克朗（約合120萬美元），將由三位獲獎者平分.皇家科學院說，3人使借助電腦描繪神秘的化學過程成為可能，深入了解化學過程，可以使催化劑發(fā)揮最大效用，他們的方法已被廣泛應用.下列關于催化劑的說法正確的是（ ）.

A.催化劑可以改變化學反應速率和化學平衡

B.催化劑只改變化學反應速率不改變化學平衡

C.催化劑只改變化學平衡不改變化學反應速率

D.催化劑不參加化學反應

解析 加催化劑，可以加快反應速率，但平衡不移動；催化劑參加化學反應.答案：B

九、2014年，諾貝爾化學獎授予了美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾，以表彰他們?yōu)榘l(fā)展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻.

例9 2014年，諾貝爾化學獎授予了美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾，以表彰他們?yōu)榘l(fā)展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻.利用超分辨率熒光顯微鏡可以看到那些在帕金森癥、阿茨海默癥等疾病的萌發(fā)中起到關鍵作用的微小蛋白質粒子，還能夠跟蹤胚胎分裂時單個蛋白質分子的運動軌跡.蛋白質水解可得到多肽，多肽進一步水解，最終產(chǎn)物為氨基酸.今有一個多肽分子，其化學式為C55H70O19N10，將其完全水解后得到下列四種氨基酸：甘氨酸（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、苯丙氨酸（C9H11O2N）和谷氨酸（C5H9O4N）.則一個該多肽分子完全水解后所得谷氨酸的分子數(shù)是（ ）.

A.1 B.2 C.3 D.4

解析 由N原子守恒可知一個多肽分子完全水解后得到四種氨基酸分子數(shù)共10個，故完全水解需要H2O共9個，所以10個四種氨基酸分子應含有19+9=28個氧原子，由于甘氨酸（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、苯丙氨酸（C9H11O2N）均含有2個氧原子，而谷氨酸（C2H5O2N）含有4個氧原子，故谷氨酸的分子數(shù)是4.答案：D.

十、2015年，托馬斯·林達爾、保羅·莫德里奇和阿齊茲·桑賈爾獲得諾貝爾化學獎，以表彰他們在DNA修復的細胞機制方面的研究.

例10 2015年，托馬斯·林達爾、保羅·莫德里奇和阿齊茲·桑賈爾獲得諾貝爾化學獎，以表彰他們在DNA修復的細胞機制方面的研究.DNA又稱脫氧核糖核酸，核糖是合成核酸的重要原料，結構簡式為：CH2OHCHOHCHOHCHOHCHO

下列關于核糖的敘述中正確的是（ ）.

A.與葡萄糖互為同分異構體

B.可以與銀氨溶液反應形成銀鏡

C.可以與氯化鐵溶液發(fā)生顯色反應

D.可以使紫色石蕊試液變紅

解析 葡萄糖為六碳醛糖，其分子式為C6H12O6，而核糖為五碳醛糖，其分子式為C5H10O5，二者不是同分異構體，A錯誤；核糖分子中含有醛基，能發(fā)生銀鏡反應，B正確；核糖分子中沒有“酚羥基”的結構，不能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應，C錯誤；核糖分子中不含羧基，其中的羥基也不活潑，不能電離出H+，故不能使紫色石蕊試液變紅，D錯誤.答案：B

（收稿日期：2015-10-13）