北京化工大学聚合物结构与性能考试2012复习习题答案
快乐学习，天天向上，哦耶!
1.通过人类五次产业革命的学习给予了我们哪些启发？
人类五次产业革命分别是：(1)石器时代：300,000 BC — 3,500 BC，人类开始出现文明；
(2)青铜器时代：3,000 BC —十六世纪，生产力大大提升；(3)蒸汽机时代：1600AD-20世纪，科学技术的发展，影响到社会的方方面面，人类文明得到飞速发展；(4)化学工业兴起时代：20世纪，化学工业的兴起，使得化学材料进入人们的生活，成为不可或缺的一部分；(5)电气和微电子产业时代：20世纪下，生产的自动化程度，提高了劳动生产率。
总之，五次产业革命给我们的启示总结如下：
启示一：低级向高级发展
从历次产业革命演进规律来看，技术由低级向高级发展，产业也同样由低级向高级演进，其实质是解决人类生命体生存与延续。如果说前几次产业革命是满足人类生命体本身的维持需求，那么新一次产业革命，将主要满足延长生命体周期的需求。未来的产业革命，也仍然是围绕着维持与延长生命体的物质与精神需求，不断向高级发展。
2启示二：科技与产业之间的关系
科技与产业之间的关系：科学技术化，技术科学化。
从过去五次产业革命的过程来看，科学对产业革命起到了先驱的作用。
当大量的理论科学积累到一定的程度，带来生产技术的重大突破，一旦主导产业的生产技术得到革命性的突破，就会带来产业体系的变革。
3启示三：飞跃式发展
人类社会文明的飞跃式进步。每一次产业革命的爆发，都伴随着一些国家的上升，我们应该抓住新的产业革命的机会，以科技发展为先导，完成产业结构的合理化调整和变革，促进生产力的发展，实现跨越式发展。
2.通过对21世纪人类所面临的八大领域问题的了解，你对人类未来前景有什么看法？
八大领域包含：生命科学与生物技术、信息科学与工程、材料科学与工程、新型能源科学、环境科学、海洋科学、宇航科学、安全科学。
生命科学与生物未来前景：
技术人类对生命现象的认识更加清晰；实现基因修复，避免一些因为基因缺陷而造成的先天性疾病；征服各种疾病；生物芯片广泛应用，使得基因诊断，药物筛选等效率大大提高。
信息科学与工程未来前景：
全球都处于一种信息网络之中，信息网络覆盖我们生活的方方面面电子技术的发展，使得我们生活的许多物品被电子产品取代，另外许多物品都被添加了电子功能。自动化从生产普及到生活中，遥感技术得到发展和广泛应用
材料科学与工程前景
高性能，功能化，环境友好型的材料不断取代传统材料。各种具有特殊性能的和功能化的材料的研究不断取得突破，为生命科学、信息科学、能源科学、环境科学、海洋科学、宇航科学以及安全科学的发展奠定坚实的基础。
新型能源科学前景
太阳能，风能，潮汐等能源得到合理的开发和利用。安全的利用核能，煤石油等不可再生资源被各种可再生的环境友好的新型能源所取代。人类不用再担心能源的枯竭，实现可持续发展。
环境科学前景：
建立具有复杂功能的生态系统乃至生物圈，实现循环发展，绿色发展，新材料和新技术的开发应用，使得现有的环境污染问题得到有效的遏制和解决，沙漠化得到遏制，沙漠得到有效利用，气候变化趋于正常
海洋科学前景：
进入新世纪以来，随着共同面临的人口、资源和环境问题的不断加重，人类对海洋的青睐和倚重更加凸显。沿海各国纷纷调整和制定新的海洋战略和政策，一个以权益为核心，资源和环境为载体的全球范围的“蓝色圈地”运动正在深入、广泛地展开。深海远海开发的技术取得突破和发展，海洋资源得到充分的开发和利用，海洋开始取代陆地成为人们获取资源的宝库，甚至生活居住的家园。
宇航科学前景：
21世纪国家对航天能力的依赖可与19-20世纪国家对电力和石油的依赖相比拟。空间技术高度发展，利用空间技术对地球的认识和探索更为全面科学。对宇宙认识进入到更深入的层面，探索其他星球可供利用的资源，太空旅游更加安全便捷
安全科学前景：
更加方便有效的食品安全检测技术出现，和相关法律法规的出台，以及监督惩罚机制的健全，使得未来人们的食品安全问题能够得到有效的保障。食品、药品、医用材料的安全问题越来越受到人们的重视，中医药学重新焕发生机。
3.为什么说新型材料科学与工程是发展八大领域的先导？
材料是现代科学技术的支柱之一，新型材料和八大领域技术彼此相互联系，渗透交叉，整个科技群体构成了协同发展的复杂世界。首先，八大领域先进技术的发展无不建立在新型材料科学与工程的发展。比如，生命科学与生物技术与生物材料的发展息息相关；信息科学的发展离不开电子信息材料的开发；环境科学的发展需要开发新型环境友好型材料；高强超韧材料的研发可以为我国的海洋开发、海洋利用和海洋保护提供先进的技术和手段；能源生产与节能先进技术中再生能源（特别是太阳能）的利用虽然诱人，但材料是瓶颈，只有研发新材料才能有效发展能源科学；航天器的发展必须以高性能材料的发展为基础，有极轻的重量和极高的强度，从而使它们性能先进、有效载荷大和耐航性长……其次，八大领域的发展也会带动与之相应的新型材料科学与工程的发展，新技术的产生和发展往往是“连锁反应”，全面爆发，相互激发，形成技术的“群体革命”。
新型材料科学的发展更会带动八大领域相关材料的发展，最终还是为了进一步发展人类进步，为人类的优质生存服务，因此新型材料是发展的先导。
△4.四大材料各自的特征及不同功能，请用材料中电子的行为来论述其的内在机理。
答：四大材料分类：金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料；
（1）金属材料
金属原子的原子核较重，核外电子云较多，原子最外层电子较少，处于自由运动状态，当金属原子相互靠近而产生相互作用时，都易失去最外层电子而成为离子。每个电子可和若干个电子随时作用形成金属键，三维空间有序排列，从而形成金属材料，其具有以下主要特性：1金属光泽，当可见光照到金属表面时，价电子吸收光子的能量发生跃迁，光子不能通过金属，使其表现为不透明，宏观上表现为金属光泽。2导电性，由于自由电子的存在，且金属的价带导带重叠，电子很容易受到激发从价带跃迁到导带，因而金属是很好的导体。3导热性，离子的振动和电子的运动使之具有导热性。4机械性能：a 高强度，由于金属键的存在，使金属具有较高的强度。b 塑性，金属晶格中位错的运动使之具有良好的延展性和抗冲击性。
（2）高分子材料
高分子材料由多个重复结构单元连接而成，主要有塑料、橡胶、纤维、涂料四大类。其主要特性有：1原子由共价键相连，分子量大，具有高度饱和性。聚合物中没有可以自由流动的电子，更没有传递电子的离子，故而具有绝缘性。2键的位置不能随意移动，较易断裂，分子间范德华力作用强度较低，拉伸时可以改变链的构象，当外力撤除时可以回复到稳定构象，具有多弹性。3熔融时分子链互相缠结，致使分子链段运动困难，因而粘度很高。4结构规整的聚合物分子链可以在适当条件下结晶，远程序差，存在熔限。
（3）无机非金属材料
非金属材料就是我们平时所说的陶瓷材料，陶瓷材料多以共价键、离子键或共价离子混合键连接。共价键具有高度的方向性和饱和性，离子键形成正负离子相互作用。正是由于化学键与显微结构的不同，陶瓷材料具有金属难以比拟的优点：1熔点高、耐热性好、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化，弹性模量、硬度、高温强度高。2电的绝缘体和半导体，具有各种各样的磁性能和介电性能。3抗变形能力好。但陶瓷材料塑性变形能力差，韧性低，不易加工成型。
（4）复合材料
复合材料是指把两种以上宏观上不同的材料，合理地进行复合而制得的一种材料，复合材料是多相材料，包括基体和增强相。复合材料的突出特点是：典型的复合材料是在一个特定的基体中（matrix），填充有一种或多种填充体（filler）；既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能；可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。
1比强度和比模量高。比强度是抗拉强度与密度之比，比强度高的材料能够承受高的应力；比模量是弹性模量与密度之比，比模量高说明材料轻而且刚性大。2通过纤维的抹除和断裂吸收能量使其具有优异的力学性能。3耐化学腐蚀性好，电性能热性能好。4层次强度低，易分层破坏，属脆性材料。5具备各向异性的性能及与之相关性能的可设计性。
5.四大材料如何相互促进发展？有哪些主要途径，你在这方面有什么创新思想。
答：四大材料的发展密不可分，他们既相互竞争、取代，又紧密联系、复合使用，起到了相互促进发展的作用。主要途径有：一、相互取代：比如骨科修复材料，随着光固化技术的发展，光固化高分子骨科修复正逐步取代过去用的金属材料。再比如，航空材料的主要求是耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本，复合材料因其多功能化、复合化、
精细化正部分取代了金属合金；二、相互改良：随着科学的进步和现实的需要，单一材料已经不能满足人们的需要，因而在今后一段或者是很长的时间里，材料终将会以多元复合作为主导，以达到各种性能的组合最佳状态。从而保证材料在各个方面的应用。复合材料是最好的例子，炭黑增强橡胶，玻璃纤维增强树脂。三、配合使用：金属材料需要与高分子材料涂料配合使用来到防腐的目的。
复合材料研究是主流
随着科学的进步和现实的需要，单一材料已经不能满足人们的需要，因而在今后一段或者是很长的时间里，材料终将会以多元复合作为主导，以达到各种性能的组合最佳状态。从而保证材料在各个方面的应用。
梯度材料是一个全新发展方向
梯度功能材料（functional gradient materials）是指材料的组成和结构从材料的某一方位一维二维或者三维）向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型的功能性材料．从材料的结构角度来看，梯度功能材料与均一材料、复合材料不同。它是选用两种（或多种）性能不同的材料，通过连续地改变这两种（或多种）材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度功能材料。FGM研究除了在设计、合成与性能评价三方面不断改进、创新之外，更重要的是：（1）将FGM 技术与纳米技术结合起来研究；（2）将FGM技术与智能材料系统有机地结合，是本世纪材料科学发展的主导方向之一。
有机-无机杂化应该得到重视
兼顾有机材料的优点又具有无机材料的特性还平添一些特有的全新功能，如说POSS。
重点突出，全面进步是必然
（1）在以复合材料的合成与应用为主题的今天，我们除了要在既定的聚合物中添加既有复合，也应该同时合成更多的聚合物以及不同结构和官能团的添加小分子，以健全材料体系的完备性。（2）学科间、领域间相互渗透相互促进更加有利于整体科学水平的提高。（3）科学应该紧跟数学步伐，朝着科学的量化、定理化，而非当今主要的经验式的、表述性的科学。
极限化的含义是指在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限，而使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压条件下用石墨可合成金刚石，在超高真空中、制备新型的半导体器件和高度集成的芯片。
6.通过学习四大材料对我们有哪些主要启发，结合自己研究方向谈自己的设想和研究路线。
答：启示一材料结构决定性能，性能反映其结构进而决定其用途；启示二今后几十年内,仍然是金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四分天下的局面，只是由过去的以天然为主走向以合成为主。今后的重点是新材料的研究特别是新型功能材料的研究。在新材料的研究发展过程中，四大材料将相互促进发展。新材料的出现会对整个材料领域起到很大的促进作用；启示三材料的发展越来越倾向综合发展。当今社会，材料科学与工程的发展越来越倾向于吸收各种材料的优点，一些梯度材料将会迅速发展起来，将金属与非金属，金属与高分子等结合起来，增加他们的结合力，达到四大材料的并合。
我的课题是……
7. 为什么说中国古代“易经八卦圆形”是立体空间的“一四三八”规律的最全面的描述，是把立方体展开形成平面化的典型方式？你认为图中“鱼眼”及“鱼尾”怎样摆是最合理的？
答：物质世界的普遍规律——一四三八规律，一: 即一个对立统一体；四: 形成两个极端和两个过渡体；三：根据自然界最佳黄金分割原理出现三联体；八：由于3、3规律的存在必然有八个相畴。
从八卦图的最外圈看共有八个符号（
，
），而每一个符号中由三个
三个的爻线组成，故称“83”；在这里只要把—用○+来表示，--用○－来表示，那么八卦符号
完全变成下面立体空间的八个相畴的表述；至于八卦中的“鱼头鱼尾”的两个大区( ， )
，每一个大区中还包含对方的小鱼眼区(
， )，以示“你中有我”，“我中有你”的四个分区，称“4”，这样又与上述立体空间某方向的切面所呈现的四个平面区一致。最终太极图用一根线来把对立的两大区加以统一在一起代表数“1”，这样《易经》实际上代表着立体空间8341的形象。
8. 一个立方体的八个相畴中哪些是符合左旋，哪些是符合右旋法则的？这说明什么问题？在什么情况下是全对称？在什么情况下变得对称破缺？
八 个 卦 限
八
个 相 畴
＋＋＋ －－－ －＋＋ ＋－－ ＋＋－ －－＋ ＋－＋
－＋－
答：符合右手定则的空间象限为右旋：将右手除拇指外的四个Array手指指向x轴，再向y轴弯曲，如果拇指指向为z轴方向此象限即
符合右旋规律。如图1第一象限为右旋。
符合左手定则的空间象限为左旋。根据这个规律，得出8个象
限的左旋右旋性右旋：一、三、六、八象限；左旋：二、四、五、
七象限。
可得，根据负负为正，叠加各相畴的三个正负号，一个立方体中的八个相畴为正号的右
旋，负号为左旋法则。
9.请举例说明自然界最佳黄金分割原理的客观存在。你在研究工作中将如何应用这个原理现来促进自己研究的思路？
答：自然界中的黄金分割点存在的例子：
1、人体中，肚脐刚好就是整个人体的黄金分割点，喉头刚好是头顶到肚脐的黄金分割点，膝关节是肚脐到脚的黄金分割点，肘关节是手指到肩部的黄金分割点；
2、树枝的叉点通常是黄金分割点正因为如此, 它才给人以茂盛、壮美之感。
3、不少四肢动物的前肢, 也近似处于全身的黄金分割点上, 从而给人一种匀称和坚定的感觉。
4、蝴蝶身长与双翅开展后的长度也都接近0.618
5、一棵小树如果始终保持着幼时增高和长粗的比例，那么最终会因为自己的“细高个子”而倒下。为了能在大自然的风霜雨雪中生存下来，它选择了长高和长粗的最佳比例，即“黄金比率”0.618。
6、在小麦或水稻的茎节上，可以看到其相邻两节之比为1：1.618，这又是一个“黄金比
率”。
10.为什么一切生命体的密码子最多有64个，其内在的原因在哪里？请用四种碱基结构的电荷分布来讲述三联体密码子产生的机制。
答：人类遗传基因密码子由碱基三三组成，碱基有四种，每三个碱基决定一个氨基酸。
从理论上分析碱基的组合有43=64种，64种碱基的组合即64种密码子三联体密码子的形成（AGC, TGC……），所有密码子共有64种组合。
四个碱基：鸟嘌呤（G）正电性最强；胞嘧啶（C）负电性最强；腺嘌呤（A）正电为
主；胸腺（尿）嘧啶（T（U））负电为主。通过电性相互作用全方位、立体化形成三联体，
以三个坐标轴为代表：
11. 你认为原子核外电子的运动是否像太阳系行星一样转圆运动？如果不是，为什么？
答：关于电子的核外运动，历史上有：道尔顿的实心球体模型，汤姆森的枣糕模型，卢瑟福的行星模型，玻尔的电子固定轨道模型。
由于，核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。无确定的轨道，无法描画其运动轨迹。不能同时准确测定电子在某一时刻所处的位置和运动的速度，只能指出其在核外空间某处出现的几率。所以，提出了现代原子结构学说：电子云模型。电子云分布规律可以用薛定谔方程中的波函数来描述。基于薛定谔电子云模型的提出及量子力学的建立，人们相继发展了原子轨道（主要描述电子云轮廓）、分子轨道（主要解释立体化学）等重要的结构理论，并成为了今天人们普遍接受的物质的微观结构的学说。
△12. 请推导二阶偏微分型薛定谔方程，其对哪些体系有用，请指出H φ=E φ各项的物理意义。为什么以前觉得这个方程很难理解？通过学习你对波函数有了什么样的新认识？
答：
2...........(0).........................(1)2. (2)
2......................(3)(3)(2). (4)
2(4)(1)X x y z
x
x
x x
x
x x H T V V r
T m
h
X
h X e Z
T T
T P T P P ππλ
λ
-
+
=+==++==
?=?
?
=?动能位能H 为哈米尔顿算符
，位能动能入，代入，得在方向，得2
22
,
2x h P T ?==
量子力学中，哈密顿算符（英语：Hamiltonian，缩写符号：H）为一个可观测量，对应于系统的总能量。一如其他所有算符，哈密顿算符的谱为测量系统总能时所有可能结果的集合。如同其他自伴算符，哈密顿算符的谱可以透过谱测度（spectral measure）被分解，成为纯点（pure point）、绝对连续（absolutely continuous）、奇点（singular）三种部分。纯点谱与本征矢量相应，而后者又对应到系统的束缚态（bound states）。绝对连续谱则对应到自由态(free states)。奇点谱则很有趣地由物理学上不可能的结果所组成。举例来说，考虑有限深方形阱的情形，其许可了具有离散负能量的束缚态，以及具有连续正能量的自由态。
哈密顿算符产生了量子态的时间演化。若为在时间t 的系统状态，
。
其中为约化普朗克常数。此方程为薛定谔方程。（其与哈密顿-雅可比方程具有相同形式，也因为此，H 冠有哈密顿之名。）若给定系统在某一初始时间（t = 0）的状态，我们可以积分得到接下来任何时间的系统状态。其中特别的是，若H 与时间无关，则
对薛定谔方程的新认识：
这是一个二阶偏微分方程，它的解是一系列的波函数ψ的具体函数表达式，即每一个波函数都是描述原子核外电子运动的一种状态的数学表达式。解薛定谔方程的目的，就是求微观粒子运动的状态函数，以及微观粒子在该状态下的能量E。由薛定谔方程可以看出，随着环境的不同，同一电子在该环境下的运动规律不同。波函数ψ是描述核外电子运动状态的数学表达式，电子运动的规律受它控制。波函数的平方ψ2 则代表空间上某一点电子出现的概率密度。并非所有的解都是合理的，只有附加一定的限定条件所得到的解才是合理的。
1、薛定谔方程是量子力学的基本方程，它揭示了微观物理世界物质运动的基本规律，就像牛顿定律在经典力学中所起的作用一样，它是原子物理学中处理一切非相对论问题的有力工具，在原子、分子、固体物理、核物理、化学等领域中被广泛应用。
2、薛定谔方程是用来确定微观粒子运动基本特征的工具，它是量子物理的一个基本假定，是不能由其他理论推导的产物。
3、薛定谔建立他的方程的过程主要依据平面简谐光波的波函数和自由电子的相对论能
量和动量关系式推导的。
4、薛定谔方程主要分为自由粒子的薛定谔方程，力场中粒子的薛定谔方程，定态薛定谔方程，一维无限深势阱中粒子的谔定谔方程这几块。薛定谔方程是量子物理的基础，它的应用范围非常广泛，如：主量子数，角量子数，磁量子数，原子中电子的概率分布全是由它确定的。
13.根据角量子数l=0,1,2，请画出双叶，四叶轨道形状。并指出s，p，d轨道只能分别有1、3、5种轨道，着重指出出现dz2轨道的原因？
（1）当l=0时，只与n有关电子作球面运动，叫S轨道，容纳两个电子；
（2）当n固定（r不变），l=1时
①cosθ
②sin θ
③cosΦ
4).sinΦ
④sinΦ
（3）当n 固定（r 不变），l=2时
（3）当l=2
（3）当n 固定（r 不变），l=2时
（3）当
l=2
①cos2θ
④sin2Φ ⑤ cos2θ ⑥sin2θ
②cos2Φ ③ cos2θ d
zy
d
zx 、d
x
2
-y
2以及d
zy
三张图中d
zx
、d
zy
Z轴重合、同时为了保留d
x
2
-y
2轨道电子云，所
以d
zx 、d
zy
组成d
z
2轨道
dzx dzy dx2-y2
dz2
二烯烃、烯烃易和d
z2
轨道结合成为高分子链的活性增长中心（定向聚合过程）14.化学键的形成为什么一定要遵循对称原理。请举例说明形成σ键，π键，络合配位的原因？用举例说明金属键，离子键，共价键的差别。
答：原子轨道在不同的区域有不同的符号，符号相同的重叠，能有效的成键，符号不同的不能有效的成键。这是因为符号不同的两部分正好互相抵消，不利于成键。所以，只有很好地复合对称性原则，才能形成稳定的化学键。
σ键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，电子云密度饶键轴（原子核之间的连线）对称. 形象地称为“头碰头”.
π键：重叠轨道的电子云对通过键轴的一个节面呈反对称性。形象地称为“肩并肩”.
配位键（共价键里的一种特殊形式），形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道.
离子键的本质是静电作用力，特点是没有方向性和饱和性。没有方向性是指由于离子的电荷是球形对称分布的，它可以在空间任何方向吸引带相反电荷的离子，不存在在某一特定方向上吸引力更强的问题。没有饱和性是指在空间条件允许的情况下，每一个离子可吸引尽可能多的带相反电荷的离子，这个数目与正负离子半径的大小和所带电荷多少有关。
价键理论认为共价键的形成条件为：键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠，能量最低原理。共价键的本质是电性的，具有饱和
性（是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定的），具有方向性（是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向）。
金属键的改性共价键理论，“失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中。”可以看成是高度离域的共价键。金属键的本质是金属中的自由电子把金属正离子吸引并约束在一起。（ppt第三章）
15.从门捷列夫元素周期表里我们学习到什么方法论？你有什么体会？
答：元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它将元素按照原子序数的大小进行有序排列，给元素构建模型，让我们能够比较轻松地看到“元素家族”中的成员，为我们预测未知元素、推断未知元素的性质提供了便利。
门捷列夫元素周期表对我们的学习的启迪如下：
一、事物的发展，需要有一定的基础：元素周期并不是由门捷列夫一人独创的，它经过了几代人的努力。
二、科学研究工作，需要付出艰辛的劳动：门捷列夫立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的功夫，才终于在1869年发表了《元素周期律》
三、只有建构模型，工作效率才会大幅提高
四、科学在不断发展，观念需不断更新
五、系统性归纳、找规律
16.从各种元素的特征中你看出了哪些规律？
答：（1）元素周期表中元素及其化合物的递变规律
○1原子半径
A 除第一周期外，其他周期元素（惰性气体除外）的原子半径随原子序数的递增而减小。
B 同一族的元素从上到下，随电子层数的增多，原子半径增大。
○2单质的熔点
A 同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点递减。
B 同一族元素从上到下，元素组成的金属单质的熔点递减，非金属单质的熔点递增。
○3元素的金属性与非金属性
A 同一周期的元素从左到右金属性递减，非金属性递增。
B 同一主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减。
○4元素化合价
A 除第一周期外，同周期从左到右，元素最高正价由碱金属+1递增到+7，非金属元素负价从碳族-4递增到-1（氟无正价，氧无+6价，除外）。
B 同一主族的元素的最高正价、负价均相同。
○5非金属气态氢化物
元素非金属性越强，气态氢化物越稳定。同周期非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液一般酸性越强；同主族非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性
越弱。
○6最高价氧化物和水化物的酸碱性
元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越强；元素的非金属性越强，最高价氧化物得水化物的酸性越强。
○7单质的氧化性和还原性
一般元素的金属性越强，其单质的还原性越强，其氧化物的阳离子氧化性越弱；元素的非金属性越强，其但值得氧化性越强，其氧化物的阴离子还原性越弱。
（2）“三角形”规律
所谓“三角形”，即A、B处于同周期，A、C处于同主族的位置，可排列出三者原子结构、性质方面的规律。如原子序数Z(C)> Z(B) >Z(A);原子半径r(C)> r(B) >r(A).
（3）“对角线”规则
有些元素在周期表中虽然既非同周期，又非同主族，但其单质与同类化合物的化学性质却很相似，如Li和Mg，B与Si等。这一规律称为“对角线”规律，应用此规律可根据已知元素及其化合物的性质，推导未知元素及其化合物的性质
（4）相似规律
所谓相似规律是指：○1同族元素性质相似○2对角线上元素性质相似○3相邻元素性质相似○4同位素的化学性质相似
（5）两性规律
元素的周期数等于主族族序数的元素具有两性，由此可推断元素及其化合物的性质
17.生命起源中起最初催化,激活动力作用的元素有哪些？为什么？
答：如含d轨道的一些过渡元素群：
生命的本质就是DNA的不断复制，DNA的复制是靠带有金属离子的解旋酶来进行的，生物酶活性中心的某些极微量的金属离子从根本上推动了DNA、RNA、蛋白质、各种激素的合成。归根到底，一切生物高分子是通过生命起源中起最初催化,激活动力作用的元素的含水络合离子作为生物酶的催化、激活中心来合成的。
18.水的结构与“灵感”性何来？
答: 水的结构两个氢原子和一个氧原子所组成的，三个原子排列成以两个氢原子为底，以氧原予为顶的等腰三角形。分子正负电荷中心相互分离，其偶极矩μ很大，μ=6.14X10-30C·m，因此水分子具有很强的极性。
气态水的结构：以单水分子(H2O)、双水分子([H2O]2)和三水分子([H2O]3)存在；单水分子(H2O)的键角是104o31’，O-H键的键长是0.96?。
固态水的结构（冰）：水分子通过氢键与另外四个水分子连结，具有较为完整的正四面体结构形态；键角增为109o28’，键长增为 1.01?，故其密度较低。
液态水的结构：水在液态不是以单个分子形式存在的。液态水的结构较复杂，目前广泛
接受的是“闪动簇团”模型。把液态水看成以氢键结合的水分子的闪动簇团，在略为“自由”的水中游泳的一种液态体系，这些簇团的尺寸较小，且处于不断转化成“闪动”的状态，因而整个液体是均匀的，稳定流动的。液态水的结构既包含有水分子的缔合体（簇团），又包含着水分子的微粒，此二者在液态温度0-100℃的条件下共居共存，且处于连续的转化“闪动”中。
可以认为是水把我们的初始作用（作用方式有：声波和光波等形式）给“存储”起来，之后适时适地地传递给人，从而产生相应的心理感受。这种存储过程，其实就是：对于“看”，水“感受”的是光波的作用，而“听”，则感受的是声波，不同的波长（频率），对水分子间的氢键组合产生不同的影响，从而外在表现出不同的晶型。是为水的灵感。
我认为，整个世间处处是充满爱的成分，只是我们没有主观的感觉。而水仅仅是具有代表性的一种媒介，此外还有万物：雨点，空气，土壤等等！因而爱的思绪与情感便可以无限期被万物珍存，或许在你呼吸的每一片空气里，或许在落到你身上的每一点雨滴里，或许在你生活的每一寸土地里，它随着宇宙的广褒而得以地久天长。
水的“灵感”性：水是生命之源，人类须臾也离不开水；哲学家对水的感悟：“天下之柔莫过于水。”昼夜不舍的滴坠去赋予水无穷的力量。因渺小而被忽视，因忽视而暗中积攒着力量，直到将万年磐石一点点磨蚀，在世人惊叹的注目中有了穿石的壮举。
音乐家由水而来的创作：贝多芬在静寂的世界中，用心灵演奏了命运交响曲的豪壮，有了水刚柔相济的力量，这世上多了几份执著，几份坚持。
科学家由水而得的感悟：水教人执著，正如那穿石得滴水，下坠，下坠，最终拥有成功的欢悦。明白了持之以恒，竺可桢数十年如一日，观察记录天气情况，终成举世著名的气象学家。
19.生命科学中有哪些重大发现？
答：细胞学说：1665年，英国的列文虎克用自己设计并制造的显微镜观察栎树软木塞切片时发现其中有许多小室，状如蜂窝，这是人类第一次发现细胞，此后荷兰的列文胡克清晰地观察了活动的细胞，证实了细胞是所有生命的结构基础。19 世纪,由施来登(M. J . Schleiden ,1838 年) 和施旺( T. Schwann ,1839 年) 在分别研究植物和动物体结构的基础上，提出了“一切生物都是由细胞和细胞产物所构成的”重要学说。细胞学说的产生对细胞生物学、遗传学特别是遗传信息的传递和表达等重要学科分支的产生起到了奠基作用。
生物进化论：在《物种起源》一书中达尔文首次提出了进化论的观点。他根据自己在1830年代环球科学考察中积累的资料，认为遗传变异和自然选择是生物进化的原因和条件,生物在自然选择中适者生存,客观进化
孟德尔遗传定律：1865年奥地利的传教士孟德尔通过豌豆实验阐明了生物遗传最基本最经典的规律，揭示出遗传学的两个基本规律——分离规律和自由组合规律。这两个重要规律的发现和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础。
DNA双螺旋模型：1953年，科学家沃森和克里克提出遗传物质DNA分子结构的双螺旋模型，该模型合理地解释了DNA分子的复制、转录等过程。这一重大发现是分子生物学形成的一个重要标志,揭开了生命科学的新篇章。此后的生物学研究从细胞水平进入了分子水平
人类基因组计划：20世纪80年代提出，由美、英、日、中、德、法等国参加并于2001年完成的针对人体23对染色体序列进行排序，对大约25 000基因进行染色体定位，构建人类基因组遗传图谱和物理图谱的国际合作研究计划
△20.在化学反应领域里判断反应反应方向有哪几种方法，对此你有什么样的认识？请把作业的习题作出来！
答：1.判断反应方向
（1）从热力学角度：化学为的表达为：△G=△H-T△S，根据热力学第二定律当△G<0时，反应才能进行。
特点为：○1体系放热△H<0：利于反应进行；熵增△S>0：也利于反应进行，温度T越高，越有利反应进行；②当△H>0时，就要看T△S的大小了，T△S越大越有利于反应进行，△H 和T△S是相互竞争的关系。
（2）从原子质量角度
例如：一个容器中有CH4、CH2O、O2、H2O四种分子，请问它们之间如何反应？
a CH4 +
b CH2O +
c O2 +
d H2O≡0
4a+2b+0c+2d=0
a+b+0c+0d=0
0a+b+2c+d=0
b = -a
c = a
d = -a
a CH4 -a CH2O + a O2 -a H2O≡0
CH4 - CH2O + O2 - H2O≡0
CH4+ O2→ CH2O + H2O
从量子法角度看，其特点是：○1分子量向平均的方向变化○2分子结构向多原子化物
质转变：即耗散原理，即耗散结构理论，是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构。自然界都遵循这个原理。
2.作业合成
○1原子向量表
作业：合成C 3H 7O 2N
因为aNH 3 + bCH 3OH + cCH 2O + dO 2 + eH 2 + f HCN+ g C 3H 7O 2N = 0得
可解得
所以反应为：2CH 2O+H 2+HCN=C 3H 7O 2N
合成C 4H 6ON 2 解之得 得
2137
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e d c b a 01246011100022000101210140103)(≡??????????
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e d c b a
所以反应为：O 2+8H 2+8HCN= 2C 4H 6ON 2+4NH 3
21. 物质世界总趋势是熵增加的方向还是prigogine 耗散减少熵的过程？请用自然界的种种实例来说明自然界的有序化和无序化竞争的过程，人类应负什么样的责任？
答：“对于孤立体系，系统的熵只能向着熵增加的方向运动”。这就是著名的熵增原理。热力学第二定律说明的是一个孤立系统朝着均匀．无序．简单，趋向平衡态的方向演化。这实际上是一种退化的方向。克劳修斯把这一理论推广到全宇宙，就得出了“宇宙热寂说”的悲观结论。而生物学描述的却是系统从无序到有序，由简单到复杂，由低级到高级，由无功能到有功能．多功能的有组织的方向发展，这是一个进化的方向。在生物界和人类社会中这种进化的现象最为明显。于是产生了一个克劳修斯和达尔文的矛盾，退化和进化的矛盾，似乎生物界包括人类社会遵循着与物理世界完全不同的规律，有着迥然不同的演化方向。普利高津指出，形成耗散结构至少需要以下四个条件。
第一．系统必须是一个开放系统。根据热力学第二定律，一个孤立系统的熵自发地趋于极大，随着熵的增加，非平衡总是趋于平衡态，有序状态会逐步变为无序状态。而对于开放系统来说，熵(Ｓ)的变化则可以分为两部分，一部分是系统本身由于不可逆过程（例如热传导．扩散．化学反应等）引起的熵的增加，即熵产生（ｄｉｓ），这一项永远是正的；另一部分是系统与外界交换物质和能量引起的熵流（ｄｅｓ），这一项可正可负，整个系统熵的变化ｄｓ就是这两项之和： ｄｓ＝ｄｅｓ＋ｄｉｓ根据熵增加原理，ｄｉｓ>=0(平衡态dis=0)而des 可以大于或小于零。如果ｄｅｓ小于零，其绝对值又大于dis,则ｄｓ＝ｄｅｓ＋ｄｉｓ〈０
这表明只要从外界流入的负熵流足够大，就可以抵消系统自身的熵产生，使系统的总熵减少，逐步从无序向新的有序方向发展，形成并维持一个低熵的非平衡态的有序结构。这样，普利高津在不违反热力学第二定律的条件下，通过引入负熵流来抵消熵产生，说明了开放系统可能从混沌无序状态向新的有序状态转化，从而解决了克劳修斯和达尔文的矛盾，回答了科学上这个似是而非的问题。他把热力学和进化论统一起来，把物理世界的规律和生物世界的规律统一起来，为用物理学．化学方法研究生物学开辟了道路。
g f e d c b a ?????????
? ??---=?????????? ??881004
第二．系统应当远离平衡态。
第三．系统内部各要素之间存在非线性的相互作用。
第四．系统从无序向有序演化是通过随机的涨落来实现的。
生命起源是一个极其复杂的问题。蛋白质是构成生物的基本成分，它的聚合物大分子链是由许许多多小单元高度有规律的组织起来的.?各类单元有特定的功能并处于特定的部位.生物体内这种高度的组织性如果发生一点混乱都将引起严重后果。我们可以把这种特定的排列作为这些集合体的各种可能排列的一种，假如各种排列的概率相同，那么这种特定排列出现的概率几乎等于零只有经过宇宙年令那样长的时间才会出现一次。这就是法国生物学家莫诺(Monon) 为什么说生命的产生是绝无仅有的偶然事件的原因。普利高津等人运用耗散结构理论来讨论时指出，这种生物大分子链的出现并不仅仅是概率的结果，而是在远离平衡态的条件下，系统内部的自我组织，协调一致产生的。因此它是地球长期演化的必然产物,?而并不是纯粹的偶然事件。
普利高津认为城市也是一种耗散结构，城市每天要输入食品原料．燃料，同时要输出产品和废物，这样才可能生存下去，保持一定有序状态，否则就会趋于混乱乃至消亡。
22. 从<
色散内聚能密度
极性内聚能密度
氢键内聚能密度
其中Fd 、Fp 、Fh 分别为基团的色散、极性、氢键作用力参数；V 为克分子
体积，是由基团或原子贡献体积加和而得。
??? ??∑=???? ??=V F E d V 2
d d
e ??? ??∑=???? ??=V F E p V 22
P P e ??? ??∑=???? ??=V F E h V 2
h h e
物质一：e d=401.67 e p=52.55 e h=111.34
物质二：
∑F d=F d (NH2-) +F d (CH) + 2F d (-CH2-) + 2F d(-COOH)=280+80+2*270+2*530=1960 V=V(NH2-)+V(CH)+2V(-CH2-)+2V( -CO-)+2V(-OH)
=16.7+15.3+2*21.3+2*22.7+2*14.1=148.2
e d=174.9
同理，得e p=16.06 e h=191.6
△23.你是如何理解四种化学键存在的客观性和必然性？
答：化学键是原子间较近距离聚集的相互作用力的统称，一个体系中的原子之间都有相互作用力，但是强度不一样，分子中的这种聚集相互作用力交分子之间的相互作用力和氢键等非成分子（超分子不是分子）的作用力要强很多，这种原子间聚集力产生了许多相互间有很大区别的物质（也就是性质不同的物质），所以我们有必要研究它，并为方便研究的叙述，取名为化学键。共价键的σ、π：电子共用的方式；离子键：完全交出/得到电子，通过，静电相互作用；金属键：自由电子的高速运动；配位键：d、f轨道的络合。这种四种较强的相互作用当然是存在的，不然就不可能有丰富的物质种类存在。
根据耗散理论，物质世界的总趋势是向着有规律、有秩序的方向发展，因此原子都有和其它原子形成原子的趋势，因而化学键的存在具有客观性。各种原子原子核的质量和核外电子的数目不同，原子和原子之间的距离不同，形成了四种不同的化学键。
因此，原子的存在是必然的，所以四种化学键的产生也是必然的
△24.你是怎样理解四种分子间作用力？为什么越高等级的动植物DNA中氢键作用占优势？
答：分子间力
⑴色散力/团聚力
①多半是非极性的分子之间体现的作用力
②电子转动到不同位置时，电子与原子核之间距离变小，它们之间产生色散力，当电子离开该位置时，该作用力消失，所以是瞬时的力
②色散力没有方向性，长时间观察测出的是平均的力值
④色散力的值有高度的加和值，因此大大加强了凝聚体分子间的作用力，是凝聚体之间强度大大加强了
⑤色散力是一团分子与另一团分子团聚的力量，与汽化的力量无关
⑥色散力是有固定作用距离的，力值对距离更敏感，α=6~7；相反的，对温度不敏感，温度对其印象不大，温度的作用只是使分子之间运动开来，使分子和分子间作用距离改变，影响f
⑦色散力是范德华力，是某一电子与另一个原子核之间的力，不是分子间的力，所以温度的影响是间接的，而不是直接的
⑧色散力的作用地位很高：生物中DNA、RNA病毒作用的力为色散力，色散力是不规律的，因此，病毒会有很多的变化，用疫苗杀死病毒的困难很大
⑵极性力
①正电荷中心与负电荷中心之间的力，与正负离子的作用力有本质区别，因为电子在核外排布不均匀才显示出正电性或负电性，而不是离子键
③极性力是一对一的正负作用，有饱和性和方向性
④该作用力值是一个空间上的统计平均值
④在空间上排列开来，会显示出极大的极性力（水分子与水分子之间排列的极性力很大）
⑤受温度影响很大，因为正负电荷中心之间的距离会变化，中心在分子团中的位置随温度改变，而且分子内部也会受温度影响
⑥在生物中起较大作用，细胞核中不同区域里由于极性介质不同，对细胞核中DNA、RNA有很大影响，有些能起促进的好的作用，有的起不好的作用
⑶诱导力
①是极性分子与非极性分子之间的瞬时作用力②极性分子使它周围的非极性分子受影响而变形，这种变形是瞬时的③受温度的影响很大④诱导力强度与极性分子的极性相关。
⑷氢键力
①是一切生物活动中最重要的作用力
②人所有的DNA、RNA之所以高级是人类的DNA、RNA比一般生物更善于利用氢键
②需要两个条件：1）必须有氢原子，2）还要有带有孤对电子的原子
④原则上说，氢键随时形成，随时破坏，实际上，就是分子之间靠这个力排列起来，其排列程度与物体的历史有关系
⑤氢键受历史效应影响非常大，水分子之间的排列就是通过历史效应的氢键来排列的
⑥这种作用是很多材料在熔体中为结晶进做好的准备，若在熔融的熔体中氢键被破坏，结晶的结果就不大相同
为什么越高等级的动植物DNA中氢键作用占优势？
因为越是高等的动植物，就含有越复杂的DNA结构。以人类为例说明：人体含有四个碱基：鸟嘌呤（G）正电性最强；胞嘧啶（C）负电性最强；腺嘌呤（A）正电为主；胸腺（尿）嘧啶（T（U））负电为主。通过电性相互作用全方位、立体化形成三联体。碱基的配对依靠的就是氢键的作用，伴随着DNA的结构复杂性增加，碱基对数增加，所有重要的细胞进程的复杂性都增加，涉及到氢键，如DNA的复制、转录、翻译、蛋白质的折叠、信号转导、细胞凋亡通路、激素调节等。因而氢键作用相对优势加强。
25.为什么均聚物的加成聚合中存在连锁和逐步聚合两种，其内在根本原因何在？
答：○1按单体和聚合物在反应前后组成和结构的变化，可将聚合反应分为加聚和缩聚。A单体通过相互加成而成聚合物的反应成为加聚反应。B带有多个可相互反应的官能团的单