高三化学化学与物理生物学科间的综合知识精讲通用版

高三化学化学与物理生物学科间的综合知识精讲通用版【本讲主要内容】化学与物理生物学科间的综合1. 化学与物理学科的综合2. 化学与生物学科的综合【考点突破】【考点指要】“3+X”考试，突出了对考生综合能力的考查，许多省市都采用理科综合试卷，其中不仅考查学科内知识的综合能力，还考查学科间知识的综合能力，化学与物理学、生物学之间的综合为理科综合的内容。虽然理科综合试卷大多为“拼盘”式，但有时也出现在一道试题中，同时应用化学与物理或生物知识解题，这无疑对考生提出了更高的要求，解题中，要对知识进行再现、重组、应用，体现出知识的大容量和思维的高密度。化学学科既运用了物理学中的原理、定律，同时又是生物学的基础，因此也就决定了化学在理科综合中的中心地位。【知识点精析及典型例题分析】一. 化学与物理学科的综合常见的学科间知识的综合化学： 物理：1. 同位素的概念与应用 放射性元素和衰变知识、质能方程2. 有关阿伏加德罗常数的计算 气态方程、计算分子的质量3. 化学反应中的能量变化 有关能量的转化与守恒4. 化学平衡原理及应用 压强、体积、分子数等5. 化学反应速率 压强、温度对化学反应速率的影响6. 强、弱电解质的概念及应用 导电能力的本质7. 电化学知识 电能与化学能之间的转化关系8. 氨等气体的喷泉实验 压强原理9. 二氧化碳的性质 温室效应的形成机理10. 碱金属及化合物 光电管、导热剂、原子反应堆等11. 环境污染 核污染、光污染、紫外线等12. 有机推断 光谱、核磁共振13. 能源问题 能量守恒14. 化学计算 气态方程、密度等在复习中，应多注意理论知识在实际中的应用。例1（2020年全国）本题中用大写字母代表原子核。E经衰变成为F，再经衰变成为G，再经衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：EFGH另一系列衰变如下： PQRS。已知P是F的同位素，则（ ）A. Q是G的同位素，R是H的同位素B. R是E的同位素，S是F的同位素C. R是G的同位素，S是H的同位素D. Q是E的同位素，R是F的同位素解析：此题涉及到同位素的概念及物理中衰变和衰变的知识。衰变是释放出一个氦核（）的反应，每发生一次衰变，元素原子的核电荷数减少2。衰变是释放出一个电子的反应，每发生一次衰变，元素的原子在失去一个电子的同时，核电荷数增加1，质子数不变。在题干中给出的衰变过程中，若设F的核电荷数为n，可得到其它元素原子的核电荷数分别为，E：n+2；G：n+1；H：n1。由于P是F的同位素，所以，P的核电荷数也为n，由从P到S的衰变过程，可得到各元素原子的核电荷数分别为，Q：n+1；R：n+2；S：n。根据同位素的概念，我们可以根据质子数是否相同，确定出互为同位素的元素：质子数为n的是P、F、S；n+1的是：G、Q；n+2的是E、R，只有H为n1。答案：选B。例2 有一种化学式为R（NO3）xnH2O的硝酸盐晶体，现取此晶体6.05 g溶于水配制500 mL溶液，用石磨棒作电极对此溶液进行电解，当通过电流强度为5 A的电流16.05 min时，溶液中的金属离子已全部放电，且其中一极增重1.60 g（已知此晶体的摩尔质量为246 g/mol），则：（1）x为 ；（2）R的相对原子质量为 ；（3）n= ；（4）若反应前后体积保持不变，反应后溶液的pH= 。解析：此题电解过程涉及物理学中的电化学问题，是化学与物理知识的综合题。（1）根据物理知识，电量Q =I t = N（电子数）e-（e-为一个电子所带电量），再由得到转移电子的物质的量，所转移电子的物质的量就是金属离子所得电子的物质的量。Q =I t =5Cs116.0560 s=4.815103C。根据一个电子的电量为1.61019 C，可得电子的物质的量=0.05 mol。又因为n(硝酸盐)=0.025 mol，则0.025 mol金属离子电解过程中得到电子0.05 mol，此金属为+2价，即x=2。（2）另有一极质量增加1.60 g，此极必为阴极，且质量的增加即为析出金属的质量，所以，R的摩尔质量M（R）=64 g/mol，即R的相对原子质量为64。（3）由246=64+642+18n，得n =3。（4）根据2R（NO3）2+2H2O=2 R+ O2+ 4HNO3知，生成HNO3的物质的量=2n（R）=20.025 mol=0.05 mol，所以pH=lgc（H+）=lg=1。答案：略。从以上解题过程可见，物理知识在解题中起了桥梁作用。例3 喷泉实验是中学化学的一个重要性质实验，也是一种自然现象。根据下图回答相关问题：（1）在图A的烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是（ ）A. HCl和H2O B. NH3和H2OC. CO2和NaOH溶液 D. Cl2和饱和NaCl溶液（2）在图B的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是（ ）A. Cu和稀盐酸 B. NaHCO3与NaOH溶液C. NH4HCO3和稀盐酸 D. AgNO3和KCl溶液（3）在图B的锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水，再加入足量的下列物质，结果也产生喷泉。水槽中加入的物质不可能是（ ）A. 生石灰 B. 硝酸铵 C. 浓硫酸 D. 氢氧化钠解析：本题源于课本，需要结合物理知识解答。我们知道，产生喷泉的原因是存在压强差，当烧瓶内压强与外部压强差大于长导管中液柱产生的压强时，喷泉即会形成。要注意到，压强差不仅可以是烧瓶内压强减小引起，也可以是长导管下端压强增大所引起。亦即是说，这两种情况对于形成喷泉来说是等效的。（1）答案为D。显而易见，HCl、NH3都极易溶于水，CO2也容易与NaOH溶液反应，其结果是烧瓶内压强减小。大气压将液体压入烧瓶，形成喷泉。（2）中A选项Cu和稀盐酸不发生反应；B选项反应后无气体产生，不会对压强造成影响；C选项中NH4HCO3和稀盐酸反应生成气体，增大了锥形瓶中气体压强，导致液体上喷。D选项虽然AgNO3和KCl溶液发生反应，但没有气体产生。答案为C。（3）题中要求产生喷泉，应使酒精挥发，即增大了长导管下端的压强，使液体上喷，水槽中加入的试剂必须是与水作用放出热量的试剂，只有硝酸铵溶于水时吸热，答案是B。二. 化学与生物学科的综合化学： 生物：1. 元素、原子、离子的概念 微量元素与人体健康、离子交换吸附2. 同位素的概念 同位素在光合作用等过程中的应用3. 化学反应中的能量变化 绿色植物光合作用的计算4. 化学平衡原理及应用 呼吸作用和光合作用的相关知识5. 化学反应速率 酶的催化6. 强、弱电解质概念与应用 体液、血液的pH等7. 盐类水解平衡的应用 血液中的酸碱平衡8. 氮的固定 氮循环9. 磷及化合物的性质 ATP与ADP的转化及能量变化10. 二氧化碳的性质 碳循环、光合作用、呼吸作用11. 环境污染 生物污染、生态平衡12. 铁及化合物性质 微量元素在人体中的作用13. 糖类的结构、性质、用途 有氧呼吸、无氧呼吸、糖类代谢等14. 酶 酶的特性、新陈代谢与酶15. 化学计算 ATP等有机分子式的计算等 例4（2000年全国）尿素是第一个人工合成的有机物，下列关于尿素的叙述不正确的是（ ）A. 尿素是一种氮肥 B. 尿素是人体新陈代谢的一种产物C. 尿素能发生水解反应 D. 尿素是一种酸性物质解析：尿素是1982年合成的第一个不用人和动物器官，仅用加热无机化合物氰酸铵的水溶液而得到的有机物，在生物代谢活动中有重要作用。尿素含氮量很高，在土壤中受微生物作用，与水反应生成碳酸铵或碳酸氢铵，易被作物吸收利用，所以是常用的氮肥，其产量约占我国氮肥总产量的40。A选项正确。在生物课上学习了物质代谢的内容，蛋白质在肠道内分解成氨基酸，其中一种变化是脱氨基作用，氨基可以转变为尿素排出体外，B选项正确。尿素是碳酸的酰胺，酰胺键可以发生水解，水溶液呈中性反应。答案：选D。本题虽属容易题，但错选C项的学生高达22.1%，表现出对酰胺水解的知识不会迁移，学科间知识的综合能力不够。例5（2000年全国）填空：（1）试写出纤维素与硝酸反应制取纤维素硝酸酯的化学方程式 。（2）磷酸三丁酵酯是一种常用苯取剂，试写出制备它的化学方程式 。（3）核糖是一种五碳糖，它的衍生物腺苷也可与磷酸成酯如三磷酸腺苷，后者的分子简式为 。（4）三磷酸腺苷释放能量的表示式是 。解析：此题综合考查了中学化学和生物学中有关酯的知识。在化学课上，我们学习了纤维素与硝酸反应制取纤维素硝酸酯的反应，还学习了硝酸跟醇起作用生成硝酸酯和水的反应，在此基础上，第（2）问要求写出磷酸参与成酯的一个反应，由于磷酸是三元酸，可以形成3个酯。纤维素是多官能团化合物，参加酯化的是羟基官能团。与此类似，核糖是五碳糖，其衍生物腺苷与磷酸成酯得腺苷三磷酸（ATP）。题目并没有要求写出这个酯化反应，只是要求写出分子简式APPP。ATP是生命活动所需能量的直接来源，三磷酸腺苷释放能量的表示式是生物课程的内容，若从化学知识来分析，实质上是酯的水解反应，再由能量释放的过程中，有磷酸生成，即高能磷酸键的水解。答案：（1）C6H7O2(OH)3n+3nHNO3C6H7O2(ONO2)3n+3nH2O（2）3C4H9OHH3PO4(C4H9O)3PO3H2O（3）APPP（4）ATPADPPi（磷酸）能量例6（2001年全国）在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度逐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程，回答以下问题：（1）该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是 。（2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 。（3）经测定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其它发酵产物，其余1.5%则是用于 。（4）请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反应方程式。（5）如果酵母菌消耗的糖（设为麦芽糖，其分子量为342）有98.5%（质量分数）形成了酒精（分子量为46.0）和其他发酵产物。设有500t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为8.00%，发酵后最多能生产酒糟浓度为3.20%（质量分数）的啤酒多少吨？解析：该题是以实际问题立意的试题，涉及的知识主要有化学中有机物分子式和利用化学方程式的计算，生物的新陈代谢、生殖等内容。答题时要综合化学和生物两学科的知识。（1）答题时应想到生物的异化作用是指生物体在同化作用的基础上，分解自身的原生质，释放能量，把其中产生的代谢废物排出体外的过程。异化作用方式有两种类型，一是必须不断地从外界环境中摄取氧气来氧化分解自身的组成物质，释放能量，并排出CO2，这种异化类型称为有氧呼吸型；另一种是在缺氧的条件下，依靠酶的作用使有机物分解，这种异化类型称为无氧呼吸型。试题所给信息指出“将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫”，可见酵母菌在有氧的环境中，消耗了有机物并迅速繁殖，表明此期的异化作用为有氧呼吸型；信息又指出，当氧气耗尽后，“糖度加速降低，酒精浓度逐渐上升，泡沫不断增多”，分解有机物的过程不但没有停止，反而加快，同时开始产生酒精，表明异化作用的无氧呼吸型在加强。第（2）问相对比较简单，酵母菌可以通过出芽生殖迅速繁殖。（3）应理解异化作用和同化作用的关系。在异化作用分解有机物的过程中，一部分产物成为终产物排出体外，还有一部分中间产物在异化作用所释放能量的推动下，用于自身物质的合成（同化作用），使自身生长和繁殖。（4）、（5）两小题由化学知识解答。麦芽糖是二糖，用酸水解或麦芽酶水解得到两分子葡萄糖，葡萄糖可在酶的作用下分解得到乙醇和CO2。将题设数据代入方程式列出比例式，可算出酒精的质量（或将数据组成方程式计算）。应注意，啤酒中酒精的质量分数仅为3.20%。答案：（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸（2）出芽生殖（3）酵母菌自身的生长和繁殖（4）C12H22O11+H2O2C6H12O6 C6H12O62C2H5OH+2CO2（5）C2H5OH的分子量为46.0500t8.00%98.5%662 t例7 某学生在玻璃温室里进行杂交水稻栽培实验，为此他们对室内空气中CO2的含量进行24小时的测定，下图中正确表示其测定结果的是（ ）解析：此题利用图像考查有关知识。玻璃温室里空气中CO2的含量，由光和作用进行的程度决定，白天，光合作用时消耗CO2，放出O2，正午，阳光最充足，光合作用的结果使得CO2的浓度最小，而夜间，植物不能进行光合作用，会呼出CO2，所以CO2的浓度最大。对照图示，B图符合以上分析结果。答案：选B。【综合测试】1. 钍核经过6次衰变和4次衰变后变成铅核，则（ ）A. 铅核的符号为，它比少8个中子B. 铅核的符号为，它比少16个中子C. 铅核的符号为，它比少16个中子D. 铅核的符号为，它比少12个中子2. 以石墨作电极电解氯化铜溶液，电流强度为a A，t min后阴极质量增加W g，在阳极得V L标准状况下的纯净气体，则阿伏加德罗常数NA的表达式是（1个电子电量为q C，铜的相对原子质量为M）（ ）A. B. C. D. 无法列式3. 请据图回答，经数小时后，U型管A、B两处的液面会出现下列哪种情况（实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响）A. A处下降，B处上升 B. A、B两处都下降C. A处上升，B处下降 D. A、B两处都不变4. 科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能（ ） 加强呼吸作用 加强光合作用 改良碱性土壤、调节pH值 加强植物蒸腾作用A. B. C. D. 5. 如果用硫酸铵溶液培养植物，溶液的pH会（ ）A. 逐渐上升 B. 逐渐下降 C. 不变 D. 无规律6. 糖类、脂肪和蛋白质是维持人体生命活动所必需的三大营养物质。以下叙述正确的是（ ）A. 植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色B. 葡萄糖能发生氧化反应和水解反应C. 淀粉水解的最终产物是葡萄糖D. 蛋白质溶液遇硫酸铜后产生的沉淀能重新溶于水7. 下图是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图。其中A、B是两块纯铜片，插在CuSO4稀溶液中，铜片与引出导线相连，引出端分别为x、y。（1）当以I0.21A的电流电解60分钟后，测得铜片A的 质量增加了0.25 g ，则图中装置的x端应与直流电的 极相连，它是电解池的 极。（2）电解后铜片B的质量 。（答增加、减少或不变）（3）列式计算实验测得的阿伏加德罗常数NA。（已知电子电量e1.601019C）8. 大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要影响。制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。（1）写出实验室制取氨气的化学方程式： 。（2）收集氨气应使用 法，要得到干燥的氨气可选用 做干燥剂。（3）用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是 。该实验的原理是 。（4）如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法。 图1 图29. 1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇宙不守恒，并由吴健婷用放射源进行了实验验证。次年，李、杨二人为此获得诺贝尔物理奖，的衰变方程是。其中是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零。（1）CO与Fe同周期，它应在周期表的第_周期。的核外电子数为_。在上述衰变方程中，衰变产物的质量数A是_，核电荷数Z是_。（2）在衰变前核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和e，那么衰变过程将违背_守恒定律。（3）无水CoCl2为深蓝色，吸水后变为粉红色的水合物，水合物受热后又变成无水CoCl2，故常在实验室中用作吸湿剂和空气温度指示剂。现有无水CoCl265g，吸水后变成CoCl2xH2O119 g，水合物中x的值是_。10. 为了尽可能地减轻由碰撞引起的伤害，汽车装备了安全气囊系统，这个系统包括传感器、充气器、折叠气囊、点火器、固体颗粒等。其中固体颗粒的核心成分是NaN3、NaNO3、Fe2O3、SiO2等的混合物，当汽车前方受到高速碰撞时，装在车前端的_ 将碰撞信号传给 ，从而引发NaN3分解生成Na，并释放出大量的单质气体，使折叠气囊迅速膨胀。起到了阻止人体前冲的作用。该反应的化学方程式是： 。11. 自然界中的铀和钴都有同位素。（1）铀主要以三种同位素的形式存在，三种同位素的原子百分含量分别为U 0.005、U 0.72、U 99.275。请列出计算U元素近似原子量的计算式（不必算出具体数值）： 。（2）放射性同位素60Co能够产生射线。高速运动的射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生 ，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种。此外用射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为射线能 、 。在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体防护。操作完毕后，人体 （可以、不可以）直接触摸射线处理过的材料。12. 放射性同位素的测定也是生物学研究的一种常用的手段。科学家曾利用14C对河姆渡遗址遗存稻谷的年代进行测定。稻谷中仅由C、H、O三种元素组成的有机物是脂肪和 ，因而可对它们进行14C测定。放射性同位素在遗传学研究上应用的一个典型事例是 实验，在该实验中，科学家利用了放射性的35S和32P，从而得到了 的直接证据。13. 铁路提速为鲜活水产品、新鲜水果和蔬菜的运输提供了有利条件。在鲜活鱼的长途运输中，必须考虑以下几点：水中需要保持适量的O2；及时除去鱼排出的CO2；防止细菌的大量繁殖。现有两种在水中能起供氧灭菌作用的物质，其性能如下：过氧化钠（Na2O2）：易溶于水，与水反应生成NaOH和O2；过氧化钙（CaO2）：微溶于水，与水反应生成Ca(OH)2（微溶）和O2。根据以上介绍，你认为运输鲜活水产品时应选择 加入水中。原因是 。在不通风场所，苹果会散发 的气味，时间久了会腐烂；马铃薯块茎通过 呼吸产生乳酸。铁路提速可减少鲜果和蔬菜在运输过程中的损耗。14. 磷是存在于自然界和生物体内的重要元素，回答下列与磷及其化合物有关的问题。（1）磷在叶绿体的构成和光合作用中有何作用？ 。 。 。 。（2）有机磷农药“乐果”的结构简式是：其中所含的双键有 个。15. 人类的不恰当活动，常造成严重的水质污染，从而破坏了水体环境。图3、图4及表格是黄河中游某支流一水文站的实测结果。据此回答：不同温度下DO（溶解氧）饱和值表水温（）25262729313234DO饱和值（毫克/升）8.158.007.857.657.437.307.20（1）该河月均流量最低值