化学式与化合价的练习

化学式与化合价的练习（精选8篇）

化学式与化合价的练习 第1篇

化学式与化合价同步练习题的内容

1、下列符号只有微观意义，而无宏观意义的是（ ）

A、H B、N2 C、CO2 D、2H2O

2、水的化学式为H2O，过氧化氢的化学式为H2O2。关于它们的组成叙述正确的是 （ ）

A、都含有氢气 B、都含有1个氢分子

C、组成元素的种类相同 D、都由氢原子和氧原子构成

3、下列说法正确的是（ ）

A、在化合物中原子正负化合价代数和等于零 B、单质的化合价为零

C、单质分子的化合价为零 D、单质里元素的化合价为零

4、下列说法正确的是（ ）

A、在同一种化合物中，同一种元素的`化合价一定相同

B、在所有的化合物中，金属元素一定显正价，非金属元素一定显负价

C、一种元素在不同的化合物中可能表现不同的化合价

D、在化合物中，氧元素通常显-2价，氢通常显+1价，原子团中各元素的化合价代数和为零

化学式与化合价的练习 第2篇

A．+2价  B．+3价  C．-2价 D．-3价

2．下列物质的化学式，书写错误的是（  ）

A．氯化亚铁FeCl3  B．氢氧化钠NaOHC．氧化镁MgOD．碳酸钠NaCO3

3．某元素氧化物的化学式为M2O3(M化合价没有变化)，则下列化学式中错误的是（  ）

A．MCl3  B．MSO4C．M2(SO4)3  D．M(OH)3

4．下列说法正确的是（  ）

A．元素的化合价数值等于一个原子得失电子的数目

B．铁的化合价为零

C．水中氢气的化合价为零

D．单质铜中铜元素化合价为零，化合物中铜元素化合价为+1或+2价

5．下列化学式中正确的是（  ）

A．ZnCl3 B．Ca(NO3)2  C．K2OHD．AlCl2

6．某金属元素M的氯化物的化学式为MCl2，其氧化物的化学式为（  ）

A．MO2B．M2O C．MO D．M2O3

7．某元素的相对原子质量为27，化合价为+3，则其氧化物中含氧的质量分数为（  ）

A．47．1％ B．26．5％C．77．1％  D．72％

8.下列各个化学变化前后,同种元素的化合价数值变化最大的是（  ）

A．CCO2  B．KClO3KCl C．KMnO4K2MnO4D．NH3NH4Cl

9．下列各组物质中氮元素的化合价由低到高的排列顺序是（  ）

A．N2 、NH3、NO2  B．NH3、N2O5、NO2  C．N2、N2O3、NH3 D．NH3、N2、N2O3

10．X、Y 、Z三种元素组成的化合物里，Y为+2价，Z为+5价，X为-2价。X、Z 两元素在化合物里组成的原子团为-3价，且有5个原子。则此化合物的化学式为  。

11．下列化学符号①2CO  ②2Ag  ③Mg  ④BaO⑤H2O中的数字“2”表示(填序号) +?2

(1)离子个数的是  ；(2)离子所带电荷数值的是。

(3)分子个数的是  ；(4)元素化合价数值的是  。

化学式与化合价的练习 第3篇

建构主义认为, 知识不是通过教师传授得到的, 而是学习者在一定的情境中, 借助他人的帮助, 利用必要的学习条件, 通过意义建构的方式而获得的。

化学用语是学生学习化学的启蒙阶段, 教师通过引导学生在头脑中对化学用语形成“宏观、微观、符号”三重表征, 构建完整的化学式意义, 通过各种方式策略归纳化合价的规律并让学生学会应用。

二、教学目标

1. 了解化学式的意义, 知道一些常见元素和根的化合价。

2. 能用化学式表示某些物质的组成, 利用化合价推算化学式。

3. 通过展示铁、水、氯化钠三种物质的宏观实物和微观构成的图片, 体验用图表来表述信息的方法, 自主构建化学式的意义。

三、教学过程设计

1. 情境导入。

[教师提问]日语的水叫“みず”, 英语写作“water”, 法语写作De l'eau, 没有一定语言基础的人, 看到符号很迷茫。然而化学家利用化学用语就可以彼此交流交换信息。在化学里水用什么来表示呢?———H2O。我们把这样的符号就化学式。

【设计意图】通过各国语言, 激发学生学习兴趣, 自然过渡到下一阶段的学习。

2. 构建、探析。

[展示图表]

[学生分析讨论纳化学式的定义、读法和写法]铁由无数个铁原子堆集而成, 所有的金属都是由金属的原子堆集的, 科学上规定就用金属的元素符号来表示这种组成;由分子直接构成的物质是由无数个构成该物质的相同分子聚集在一起形成的, 该类物质化学式可以用一个分子表示。氯化钠是由钠离子与氯离子重复堆集而成, 且钠离子与氯离子的个数比是1∶1。可用每种元素原子个数的最简比来表示物质的组成。

[教师提问]以”H2O”为例, 你能从这个化学式中得到哪些信息?

[小组讨论]从宏观、微观、符号三个维度对”H2O”表示的意义进行构建。

[总结]化学式表示的意义。

[模仿练习]学生对CO2的意义进行模仿练习。

【设计意图】化学式意义建构建立起来后, 有关化学式的意义、读法、写法都可以从化学式建构过程中推导出来, 因此, 这部分内容不是教师讲授的, 而是在教师的引导下, 由学生一项项推导讨论得出, 调动了学生主动思维的积极性。

3. 深化、升华。

[提问]H2可以表示一个氢分子, 那么, H2O中是否也含有氢分子?

[模拟分子表演]一个女生代表一个氢原子, 一个男生代表一个氧原子。 (氢分子为两个女生手挽手, 水分子1个男生站中间, 2名女生站左右肩并肩)

[展示图片]说明水分子中不含氢分子。

[小组合作]用肢体, 合作摆出2H、H2、2H2?

【设计意图】把抽象的东西形象化, 让学生在情景剧中明白水分子中不含氢分子。学生很感兴趣。

[提出疑问]观察下列物质的化学式, CO, CO2为什么两种物质由同种元素组成, 但化学式中原子个数比却不同?

[讲述]元素相互化合时, 其原子都有固定的个数比, 我们用“化合价”来表示元素在形成化合物时的这种性质。以商品的等价交换为例说明元素化合价也是原子相互结合时的一种“价位”, 引出不同元素的原子在相互形成物质时的个数比是规律的。

[阅读]课本表4-2一些常见元素和根的化合价。总结化合价的特点。

[观察]观察表格中的信息, 思考:化合物中正负化合价之间有何关系?

[应用]根据物质的化学式, 会求出物质中某可变元素的化合价。

[讲述]很多情况下原子还会结合在一起, 形成一个小联盟, 他们常作为一个整体参加反应, 如OH、CO3、NO3、SO4。我们管这个小联盟叫做原子团, 也叫做根。

[观看微课]如何根据化合价正确书写化学式。

[小组活动]用给定的两组卡片 (分别标有常见元素的正、负化合价) , 背后标有化合价, 在给定的时间内, 比一比哪个小组写出的化学式更快更正确。

【设计意图】通过对新知识的归纳整理得出化合价的规律, 采用微课的方式让学生学习如何利用化合价来书写化学式, 让学生易于接受。通过小组活动, 给定的卡片, 让学生在交流中互相启发, 相互激励。

4. 小结。通过本课的学习与探究, 你收获了什么?还有哪些疑问呢?

四、教学反思

1. 精心设计, 理解化学式的意义。

Taber对常见的化学符号学习研究发现, 只有当学生对“符号很熟悉, 很好理解符号表征的假设性概念原理”, 相当熟悉符号表征所借鉴的范例与参照的时候, 学生才能理解并使用符号。化学式对学生的学习是很大的挑战, 笔者通过铁、水、氯化钠三种物质的微观宏观符号三重表征, 让学生建立起多重联系, 提高学生灵活的提取和应用化学用语去分析和解决问题的能力。

2. 综合利用资源, 焕发课堂活力。

为了更好激发学生兴趣, 本节课充分运用资源, 通过学生表演情景剧, 令课堂轻松愉悦, 并在轻松的情境中达到良好的教学效果, 通过提前录制微课程突破了难点。在小组合作中, 利用卡片写出化学式的比拼, 学生的积极性被充分调动起来。

对于这种看似枯燥的化学用语的教学, 虽没实验可做, 但还是可以通过教师的积极的引导构建, 对学生思维进行引导, 创设各种活动, 充分利用多媒体资源, 激发兴趣, 激活课堂, 让课堂充满挑战与活力。

参考文献

[1]何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础[J].学科教育.1998, (3) :29-31.

[2]陈倍倍, 谢祥林, 余丽琼.“化学式”意义构建教学设计[J].化学教育, 2014 (9) :34-35.

化学式与化合价的练习 第4篇

【关键词】高中化学 化学解题 解题效率 积极作用

【中图分类号】G4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）34-0046-02

前言：

化合价是高中化学学习中非常重要的概念，其内容与化学相关知识的学习联系紧密，并通过其合理的应用能够提升解题的效率和质量。作为一名高中生，我们在进行化学学习的过程中，应当对此问题予以高度重视，通过“化合价”的巧用，达到提升学习水平的效果。同时，我们还必须做好相应的创新研究，力争在传统学习方式下开创符合自己方式的学习方式和解题途径。

一、运用化合价升降法配平化学方程式

化合价在配平化学方程式方面的应用效果较为显著，但是其需要以氧化还原反应中得失电子相等为依据，也就是说配平升降相等的化合价。

化合价在配平方程式中的应用首先需要对方程式中的化合价变化进行分析，找出最佳的变化单位，之后再找出相应的变化单位的最小公倍数，也就是电子转移数。之后再通过电子得失树木相等与质量守恒定律进行配平。

比如，我们在进行NaIO3+NaHSO3-NaHSO4+Na2SO4+I2+H2O程式配平过程中，可以发现化合价发生变化的是+5价的碘原子，+4价的硫原子。其中碘原子从+5价降为0价，碘原子从+4价升+6价，5个单位和2个单位的变化，其最小公倍数为10，通过能量守恒定律的应用，可以得出相应的氧化还原反应方程配平公式为2NaIO3+5NaHSO3=3NaHSO4+2Na2SO4+I2+H2O。

通过这道例题我们可以探求到化合价在配平方程式中的作用，对化合价的灵活掌握可以让我们的配平方程式学习、解题更加高效、高质。

二、已知化合物中各元素质量比求出其元素化合价

高中階段，化学元素的学习同样是我们进行化学学习非常重要的内容，通过化合价的应用同样可以对此部分内容予以深化，在进行此类型题型解答的过程中，通过化合价的应用也可以提升做题的效率和正确率。我们通过例1来对此问题予以研究。

例1，我们知道在铁的氧化物中，铁元素和氧元素的比值为7：3，那么此氧化物的化合价为多少？

在对此类问题进行分析解答的时候，我们首先需要做的便是对此氧化物进行“假设”，我们设此氧化物为FexOy，依照7：3所给出的条件，可以得出相应的x、y的比值，也就是x：y=2：3，那么此题目的解答也就非常容易，其化学式则为Fe2O3，那么依照化学式所得出的化合价则为+3价。

针对此类问题，我们可以非常明显的发现，化合价知识的利用对于解决此类问题具有非常大的帮助，其可以让我们更加高效、快速地解决相关的问题，也为我们进行相关问题的解答提供了可靠途径。化合价在化学问题解答中的作用也更加明显和突出。

三、根据化学式求导化学价

通过化学式可以求导化学式，通过化学式也可以求导化学价，两者的“互通性”，能够让相关问题的解决更加容易，我们在化学学习的过程中，也需要在进行题目解答过程中做好两者之间的“互换”，从而让题目的解答更加简便、快捷。我们通过例2的形式，对化学价的求解过程中进行分析。

例2：通过研究发现，以YmOn、BaCO3和CuO为原料经研磨烧结后可以合成一种高温超导物质，其化学方程式可以写成Y2Ba4Cu6O13，在合成的过程中，各个元素的化学价没有变化。那么高温超导物Y2Ba4Cu6O13其中的元素Y其化合价为多少？

通过对本题所进行的分析，我们可以了解到其化合物中的正负化合价为零，加上题目中的关键条件：高温化合物的化学原料为YmOn、BaCO3和CuO，那么就可以得出其中的相关元素并没有发生改变，这样就可以得出Ba、Cu均为+2价，Y的化合价设为a，依照元素化合价代数和为0的原则，我么可以得出2×a+（+2）×4+（+2）×6+（-2）×13=0，通过求解，a=+3

这样一道简单的例题，却充分反映出了化合价与化学式之间的关系，只有对两者进行精准把握，才能够对此问题予以正确解答，才能够避免因为摸不着头绪而此问题予以随便解决。

结语：

通过相关问题的研究和讨论，我们也能够认识到化合价在化学学习中的重要性，能够通过多种方式窥探到化合价在解题过程中所发挥的重要作用。因此，我们需要对此知识点予以深入研究和探索，对相关问题进行解题思维的培养，耐心听取老师的指导和讲解，不断进行探索钻研，以及经验的总结，真正提高我们的思维过程，让我们的解题效率得到提升，让我们的解题能力得到优化，我们成绩的提高、能力的提升做好准备。

参考文献：

[1]唐庆. 巧用化合价提高高中化学解题效率[J]. 中学化学教学参考，2015，24：70.

[2]陈华. 试分析化合价对提高高中化学解题效率的作用[J]. 考试周刊，2016，70：145.

化学式与化合价的练习 第5篇

1.下列有关“三废”的处理不正确的是 A.硫酸工业用氨水吸收尾气中的SO2 B.废水中的酸碱可以用中和法除去,重金属离子可以用沉淀法除去 C.黄铁矿矿渣无任何用途,可以作为垃圾处理掉

D.现代化工应追求绿色化学工艺,使用无毒无污染的原料和溶剂

提示:硫酸工业尾气中含有少量SO2,用氨水吸收,使其生成(NH32SO3,然后用硫酸处理,便生成SO2和(NH32SO4,这样得到的SO2气体含量较高,可返回车间作生产硫酸的原料,或作他用;同时得到的(NH32SO4作肥料。

2.治理“三废”,保护环境,最主要的方法是 A.减少污染严重的工厂 B.把“三废”深埋 C.提高认识

D.变废为宝,综合利用

3.化工厂厂址选择是一个复杂的问题,涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环

境保护等诸多因素的制约。硫酸厂应建在

①靠近原料产地远离消费中心;②靠近消费中心,稍偏离原料产地;③交通便利,人口稠密的居民

区;④建在环保要求高的地区,便于“三废”的治理

A.①②③④ B.①③④ C.①②④ D.只有②

提示:硫酸是一种腐蚀性液体,不能像普通固体化工产品那样可以较多地储存,需要随产随销。硫酸的运输费用比较高,这就决定了硫酸厂靠近消费中心比靠近原料产地更为有利,因此。考虑到综合经济。硫酸厂厂址离硫酸消费中心不能太远。

4.接触法生产H2SO4过程,对废气、废水、废渣、“废热”的处理正确的是 ①尾气用氨水处理;②污水用石灰乳处理;③废渣用来造水泥,炼铁;④设置“废热”锅炉产生蒸气,供热或发电 A.只有①② B.只有①③④ C.只有①②③ D.全部

提示:从环境保护,有效利用能源的角度思考。

5.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁,各种污染数不胜数,下列各词与环境污染无关的是

①温室效应②赤潮③酸雨④光化学污染 ⑤臭氧空洞⑥水俣病⑦潮汐⑧大脖子病 ⑨水华

A.②⑨ B.②⑤⑦ C.⑥⑦⑧ D.⑦⑧

提示:温室效应与空气中二氧化碳、烃等物质的排放量有关;②赤潮、水华、水俣病(甲基汞与水体污染有关。光化学污染是与空气中氮氧化物、CO、O3等有害气体有关。潮汐是自然现象,大脖子病与人体缺碘有关。

6.大气污染是环境的一个重要方面,常见的大气污染物分一次污染物和二次污染物。二次污染物是排

入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化,或与环境中的其他物质发生反应,生成新的污染物。如2NO+O2===2NO2,NO2就是二次污染物,由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列物质①SO2②NO③NO2④HCl⑤CO2不易导致二次污染的是

A.①②③④⑤ B.①③⑤ C.④⑤ D.只有④

7.近年来,光化学烟雾污染问题已引起人们的注意,下列哪种气体是造成光化学烟雾的主要因素

A.NO2 B.SO2

C.CO D.CH4 提示:造成光化学烟雾的主要因素是NO2,在太阳光的照射下,发生一系列反应产生有害气体。

8.下列有关于能量的利用不正确的是

A.许多化学反应是放热反应,反应热可通过热交换加以利用,如预热反应物 B.对于既有放热反应,又有吸热反应的化工生产,可通过反应物投料比例的控制来达到能量的平衡

C.在化工生产中,只要有放热反应存在,就可以建立一个发电厂

D.工业硫酸时,在接触室中设热交换器,利用SO2氧化为SO3时放出的能量预热即将反应的SO2 和O2 提示:考虑利用能量的综合经济效益。

9.下列物质不属于“城市空气质量日报”报导的是 A.二氧化硫 B.氮氧化物 C.二氧化碳 D.悬浮颗粒

10.为减轻或消除二氧化硫对大气的污染,又充分利用SO2来制化肥,应采用的吸收剂是

A.98.3%硫酸 B.NaOH溶液 C.氨水 D.石灰水

11.下列说法中不正确...的是

A.硫酸工业的尾气必须回收、净化处理,主要为了充分利用原料 B.“酸雨”中主要含有硫的氧化物以及所形成的硫酸及硫酸盐 C.大气中,大量的SO2来源于煤和石油燃烧、金属矿石的冶炼 D.消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放 12.下列关于化工厂生产规模和厂址的选择的说法不正确的是

A.扩大生产规模一般可降低生产成本,但生产规模应根据化工产品的市场需求量、现有技术水平

和可投入的资金来决定

B.从原料的供应和成品的销售来看应遵循原料供应就近,交通运输方便 C.经济是基础,因此化工厂厂址的选择一切从经济效益出发,可以忽略其它问题 D.化工厂厂址的选择从能源这个角度看应遵循土地供应充足、水源丰富、电力能源充足

提示:考虑建厂的综合经济效益,保护环境。

13.为了降低硫的氧化物造成的污染,可采用的一种方法就是在含硫的燃料煤中加入生石灰,此方法

称为“钙基固硫”。采用此方法在燃料燃烧过程中“固硫”的反应为 A.2CaO+2S===2CaS+O2↑ B.S+O2===SO2 C.CaO+SO2===CaSO3 D.2CaSO3+O2===2CaSO4 14.下列反应能用勒沙特列原理解释的是 A.由SO2和O2反应制SO3时需使用催化剂 B.燃烧粉碎的黄铁矿石有利于SO2的生成

C.硫酸生产中用98.3%的硫酸吸收SO3,而不用水或稀硫酸吸收SO3 D.用N2和H2合成氨需采用高压

提示:勒沙特列原理解释的是有关化学平衡的问题。

15.在接触法生产硫酸中,对于SO2的接触氧化反应下面有4个图,其中正确的是 A

.B

.C

.D.提示:在接触法生产硫酸中,对于SO2的接触氧化反应是一个放热的可逆反应,升高温度有利于增大化学反应速率,节约达到平衡的时间,但是平衡逆向移动,SO2的转化率降低。

16.下列工业制法中不存在氧化还原反应的是 A.用石灰石、纯碱和石英制玻璃 B.用黄铁矿、空气和水制硫酸 C.用铁矿石、焦碳和空气炼铁 D.电解饱和氯化钠溶液制氯气

17.已知金属钠和氯化钾在一定的温度下,可制得金属钾。试根据下表数据结合平衡移动原理推测反

应适宜的温度 K Na KCl NaCl

熔点/℃63.65 97.8 770 801 沸点/℃

774 882.9 1500(升华 1413 A.97.8℃~770℃ B.770℃~774℃ C.约850℃ D.1413℃~1500℃

18.绿色化学对反应提出了“原子经济性”的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的

原子全部转变成所需的产物,实现零排放。一下反应中符合绿色化学原理的是 A.乙烯与氧气在银的催化作用下生成环氧乙烷 B.乙烷和氯气制备氯乙烷

C.以苯和乙醇为原料在一定条件下生产乙苯 D.乙醇和浓硫酸共热制备乙烯

19.“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念.在“绿色化学工艺中,理想状态是反应中原子

全部转化为欲制的产物,即原子利用率为100%。在用丙炔合成-甲基丙烯酸甲酯(的过程中,欲使原子利用率达最高,还需要其他的反应物是

A.CO 和OH CH 3 B.2CO 和O H 2 C.2H 和2CO

D.OH CH 3和2H 20.“绿色化学”(Green Chemistry 的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料,最大限度地节约

能源,在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。下列各项属于“绿色化学”的是

A.处理废弃物 B.治理污染点 C.减少有毒物质 D.杜绝污染源

21.大气污染是环境污染的一个重要方面,常见的大气污染分一次污染物和二次污染物。二次污染物

在物理、化学因素或生物作用下发生变化,或与环境中的其它物质发生反应,生成新的污染物。如2NO +O 2=2NO 2,则NO 2就是二次污染物,由NO 2导致的污染就是NO 的二次污染。下列物质①SO 2 ②NO ③NO 2 ④HCl ⑤CO 2不易导致二次污染的是

A.①②③④⑤ B.①③⑤ C.④⑤ D.只有④

22.把含硫48%的硫铁矿先制成硫酸,再吸收氨气制成硫酸铵。1 t 这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵

A.1.06t B.1.98t C.2.14 t D.2.26 t 23.用硫铁矿制硫酸,若硫铁矿含杂质30%,杂质不与氧气反应,要得到98%的硫酸4t ,工业上需要标

准状况下空气多少立方米 A.1680 B.7340 C.8400 D.多于8400 提示:有关反应的化学方程式为:4FeS 2+11O 2=2Fe 2O 3+8SO 2 2SO 2+O 2∆==

=2SO 3 SO 3+H 2O=H 2SO 4 【答案】设需要O 2为x mol 据方程式可得关系式: 15O 2 ——8H 2SO 4 15mol 8mol x

mol

x= 7.5×104mol

V 空气==8400(m 3 由于工业生产要考虑损失问题,故正确答案应选D。【评注】本题易错选C。原因是没有考虑工为生产实际是要考虑损失问题。24.硫酸工业“三废”的处理和利用:(1尾气中的SO 2,用_____________吸收,可得到_____________肥。反应方程式是

__________________________。你认为还可以用_____________等物质吸收,请写出有关的化学反应方程式。

(2污水中含有________,可用__________吸收,反应方程式是__________________。

(3废渣的利用。【答案】略

25.硫酸工业常用_____________收SO 3,是为了避免_____________;在生产过程中为了提高原料的

利用率,常用_____________、_____________。

【答案】98.3%的浓H 2SO 4,形成酸雾,阻碍SO 3的吸收,粉碎的黄铁矿、过量的空气。

26.冶金工业上为降低硫的氧化物对空气的污染,常用CO 在500℃、铝矾土催化下还原SO 2,处理烟

道废弃回收硫,写出该反应的化学方程式_____________。【答案】CO +SO 2500C 催化剂2CO 2+S 27.以下可逆反应中,达到平衡后,通过升高温度可提高反应物转化率的是____________;通过增大

压强可提高反应物转化率的是____________;改变压强,转化率不变的是____________。

①A(s +B(g C(g , ΔH < 0;②N 2(g +3H 2(g 2NH 3(g , ΔH < 0;③2NO 2(g 2NO(g +O 2(g ,ΔH > 0;④2SO 2(g +O 2(g 2SO 3(g ,ΔH < 0。⑤CO(g +NO 2(g CO 2(g +NO(g ,ΔH < 0;【答案】③;②④;①⑤。

28.硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。

(1若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂,你认为厂址宜选在____________的郊区(填选项的标号。

A.有丰富黄铁矿资源的城市 B.风光秀丽的旅游城市 C.消耗硫酸甚多的工业城市

D.人口稠密的文化、商业中心城市

(2据测算,接触法制硫酸过程中,若反应热都未被利用,则每生产1t 98%硫酸需消耗3.6×105kJ 能量。请通过计算判断,若反应:221SO(g+O(g2 SO 3(g △H=-98.3kJ ·mol-1放出的热量能在生产过程中得到充分利用,则每生产1t98%硫酸只需外界提供(或可向外界输出多少千焦能量?(H 2SO 4的摩尔质量为98g ·mol-1(3CuFeS 2是黄铁矿的另一成分,煅烧时,CuFeS 2转化为CuO、Fe 2O 3和SO 2,该反应的化学方程式为______________________________。

(4由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe 2O

3、CuO、CuSO 4(由CuO 与SO 3在沸腾炉中化合而成,其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表 沸腾炉温度/℃ 60 620 640 660 矿渣中CuSO 4的质量分数 /% 9.3 9.2 9.0 8.4 已知CuSO 4在低于660℃时不会分解,请简要分析上表中CuSO 4的质量分数随温度升高而降低的原因________________________________________。

【答案】(1C(2SO 2~SO 3~H 2SO 4 放出的热量 98g 98.3KJ 1×106×98%g x

x kJ g g 3.98%98101986=⨯⨯ x=9.83×105kJ 9.83×105kJ-3.6×105kJ=6.23×105kJ;可向外界输出6.23×105kJ 能量

(34CuFeS 2+13O 2=======煅烧4CuO +2Fe 2O 3+8SO 2(4SO 2转化为SO 3是正反应放热的可逆反应,随温度升高,平衡逆移,SO 3物质的量减少,所以CuSO 4的量减少(或温度升高,SO 3物质的量减少,故CuSO 4的量减少。

29.下图是接触法制硫酸的模拟实验装置图

装置最左端的圆底烧瓶盛放的物质是___________,分液漏斗中盛放的物质是___________,硅胶的作用是_________________________________;圆底烧瓶中的固体物质是___________;装有H2O的试管产生的现象和原因是______________________;最后一烧杯中应放的物质和作用是_________________________________。

【答案】Na2SO3固体;浓H2SO4;吸收水蒸气,防止催化剂中毒;SO3固体;酸雾,因SO3易溶于水,并放出大量热;NaOH溶液,为吸收剩余的SO2,防止污染空气。

30.形成酸雨的原理之一可简示如下:含硫燃料硫酸。回答下列问题:(1A物质的化学式___________,B物质的化学式___________。(2三个反应中不属于氧化还原反应的是___________(填序号。

(3SO2中硫元素显+4价,它可能降低到0价,利用这一性质可在工厂的烟道气中通入合适的

___________(填氧化剂或还原剂除去SO2,达到减小污染的目的。

(4从环境保护的角度认为:雨水的pH<5.6时,就判断为酸雨,已知pH=-lg c(H+,经测定某

次雨水中只含硫酸,且浓度为5×10-5 mol/L,这次降雨___________(填是或不是酸雨。

(5火力发电厂燃烧的煤中含有大量的硫,其排出的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了

除去有害的SO2气体,在英国已进行的一个研究结果表明:高烟囱可以有效降低地表面SO2浓度。

在20世纪60年代至70年代的10年间,由发电厂排放的SO2增加了35%。但由于建造高烟囱的结果,地面浓度降低了30%之多。

(Ⅰ你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是 A.少用煤作燃料 B.把工厂烟囱造高 C.燃料脱硫

D.把工厂迁移到农村 E.开发新能源

(Ⅱ请从全球环境保护的角度,分析这种建造高烟囱的方法是否可取___________,理由是____________________________________________。

【答案】(1SO2;SO3;(2③;(3还原剂;(4是;(5(ⅠACE;(Ⅱ不可取;建高烟囟并没有降低大气中的SO2的含量,随着雨水仍会降落地面。

31.采集酸雨样品,每隔一段时间测定一次PH,得到的数据如下: 时间开始8小时16小时24小时32小时40小时48小时 PH 5.0 4.8 4.5 4.3 4.2 4.0 4.0 简要回答: ①放置时,雨水样品PH变化的主要原因。②PH变化的离子方程式。

【答案】(1雨水样品中中强酸H2SO3和SO2不断被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO4,所以PH 随时间延长而H+浓度增大,PH下降。至全部被氧化后,溶液的PH不在发生变化。(22SO2+2H2O +O2=4H++2SO42+或2H2SO3+O2=4H++2SO42-提示:酸雨的形成主要是因雨水中溶有SO2、SO3和一些硫酸盐,但以SO2为主。SO3的形成是因为在空气中的飘尘作用下一部分SO2被O2氧化,或污染空气的NO2和SO2的作用而产生SO3,在降水时,SO3也溶入雨水成H2SO4。

由各阶段PH的数据观察结果,在40小时之前放臵的雨水样品PH值逐渐降低,溶液的酸性渐强。至40小时后,PH不再变化,表明使PH降低的反应业已停业。在酸雨中SO2溶入为中强酸,SO3溶入为强酸,但强酸H2SO4不再变化,只可能H2SO3被氧化而补充了H2SO4(硫酸。至SO2和H2SO3全氧化为H2SO4后,PH稳定到4.0。

32.工厂的工业废水,不可直接往江河排放,否则会造成严重公害。某河道两旁有甲、乙两厂,它们

排出的工业废水各含有K+、Fe3+、Ba2+、Ag+、Cl¯、SO42-、NO3¯、OH¯中的四种。又知甲厂污水pH>7。

(1甲厂污水中含有的四种离子可能是:_____________________________________。

(2乙厂污水中含有的四种离子可能是:_____________________________________。

(3乙厂进行废水处理,方法之一,可往废水中加入一定量的_______________(选填;活性炭、硫酸亚铁、铁粉,可以回收其中的金属___________________(填元素符号。(4消除污染的另一种重要措施是将甲、乙两厂的废水按比例混合,可使废水中的___________(填

离子符号转化为沉淀,再排放则大大降低污染程度。过滤,所得废水主要含______________________,可用于浇灌农田。

【答案】(1OH-、Cl-、SO42-、K+;(2Fe3+、Ba2+、Ag+、NO3-;(3铁粉,Ag+;(4OH-、Fe3+、Cl-、Ag+、SO42-、Ba2+,KNO3 提高题

1.(00全国下列现象的主要原因与排放SO2有关的是 A.酸雨 B.光化学烟雾 C.臭氧空洞 D.温室效应

提示:SO2在空气中与水蒸汽反应,继续被氧化成硫酸,形成酸雨降落到地面。2.(97上海你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是 ①少用煤作燃料②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源 A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤

提示:导致酸雨的主要原因是向大气中排放了大量的SO2,因而少用含硫的煤做燃料,或使燃料脱硫,及开发新能源,都能减少SO2的产生,从而减少酸雨的产生。故选答案C。

3.(01全国为了保护臭氧层,可采取的有效措施是 A.减少二氧化硫的排放量 B.减少含铅废气的排放量 C.减少氟氯代烃的排放量 D.减少二氧化碳的排放量

4.(05全国现有以下几种措施:①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理,②少用原煤做燃料,③燃

煤时鼓入足量空气,④开发清洁能源。其中能减少酸雨产生的措施是

A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④

5.(05江苏下列有关环境保护的说法中错误的是

A.含氮、磷化合物的生活污水大量排放可使水体富营养化 B.各国工业大量排放二氧化硫是全球气候变暖的主要原因 C.劣质装修材料中的甲醛、苯、氡气等对人体有害

D.废旧电池中的汞、镉、铅等重金属盐对土壤和水源会造成污染

6.(05江苏保护环境是每一个公民的责任,下列做法:①推广使用无磷洗涤剂;②城市生活垃圾分

类处理;③推广使用一次性木质筷子;④推广使用清洁能源;⑤过量使用化肥、农药;⑥推广使用无氟冰箱。其中有利于保护环境的是

A.①②④⑤ B.②③④⑥ C.①②④⑥ D.③④⑤⑥

7.(06广东下表中,对陈述I、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断都正确的是

选项陈述I 陈述Ⅱ判断

A.工业生产硫酸用水 吸收SO3 SO3可与水反应 I对;Ⅱ对;有

B.Cl2和SO2混合后可 用于漂白纸浆

Cl2和SO2都有较好的漂 白作用 I对;Ⅱ错;无

C.金属钠具有强还原 性

高压钠灯发出透雾性强 的光 I对;Ⅱ对;无

D.石墨常用作电解池 的电极

石墨的化学性质稳定且 导电性好 I对;Ⅱ对;有

提示:A项Ⅰ错误,工业上用浓硫酸吸收三氧化硫,防止产生酸雾,B项Ⅰ错误,氯气将二氧化硫氧化,使两种物质都不具有漂白性,C项和D项的说法完全正确。

8.(04江苏汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质,治理方法之一是在汽车的排气管上装一

个“催化转化器”(用铂、钯合金作催化剂。它的特点是使CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使烃类充分燃烧及SO2转化。

(1写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式____________________。(2“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度,其原因是:___________。

(3控制城市空气污染源的方法可以有__________________(多选扣分。A.开发氢能源 B.使用电动车 C.植树造林 D.戴上呼吸面具

【答案】(12CO+2NO催化剂2CO2十N2;(2SO2转化为SO3,产生硫酸酸雾;(3AB

提示:(1根据题给信息:CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体。

这气体是CO2和N2,所以2CO+2NO催化剂2CO2+N2(2SO2可被氧化成SO3,与水蒸气形成酸雾;(3控制城市空气污染方法中,植树造林这一选项具有一定的迷惑性,植树造林能控制CO2量的增

化学式与化合价的练习 第6篇

2．强心苷是指生物界中存在的一类对人的（    ）具有显著生理活性的（    ）苷类。从结构上看，强心苷是由（    ）与（    ）缩合而成。根据苷元（    ）上连接的（    ）的差异，将强心苷分为（    ）和（    ）。

3．强心甾烯类属于（    ）型强心苷元，c17侧链是（    ）；蟾蜍甾二烯属于（    ）型强心苷元，c17侧链是（    ），后者在自然界存在数量较少。

4．根据强心苷（    ）和（    ）的连接方式不同，可将强心苷分为ⅰ、ⅱ、ⅲ型，其中ⅰ型表示为（    ）；ⅱ型表示为（    ）；ⅲ型表示为（    ）。

5．甲型强心苷具有三类呈色反应。第一类为甾核呈色反应，如（    ）、（    ）等；第二类为五元不饱和内酯环呈色反应，如（    ）、（    ）等；第三类为α-去氧糖呈色反应，如（    ）、（    ）等。

6．强心苷的强心作用主要取决于（    ）部分，但（    ）部分对其生理活性亦有影响。一般来说甲型强心苷及苷元的毒性规律为（    ），苷元相同的单糖苷规律为（    ）；乙型强心苷及苷元的毒性规律为（    ）。甲型、乙型强心苷元毒性比较为（    ）。

7．强心苷一般可溶于（    ）、（    ）、（    ）等极性溶剂，微溶于（    ）、（    ），几乎不溶于（    ）、（    ）、（    ）等极性较小的溶剂。它们的溶解度随分子中所含（    ）的数目、种类及苷元上的（    ）数目和位置的不同而异。

8．碱水解强心苷时，碳酸氢钾、碳酸氢钠可水解（    ）上酰基，氢氧化钙、氢氧化钡，可以水解（    ）、（    ）上的酰基。氢氧化钠或氢氧化钾水液碱性太强，不但能使全部酰基水解，也可使（    ）开裂，酸化后又环合。

9．强心苷元中具有△αβ-五元内酯环时，uv在（    ）处呈现最大吸收；具有△αβ，γδ -六元内酯环时，uv在（    ）处有特征吸收。ir光谱上内酯环羰基在（    ）处有两个强吸收峰，乙型较甲型波数（    ）。

10．甲型强心苷在（    ）溶液中，双键由20（22）移位到（    ），（    ）位生成活性亚甲基，与（    ）等试剂反应显色。

11．甾体皂苷元是由（    ）碳原子组成，其基本碳架为（    ），按结构中（    ）和（    ）分为（    ）、（    ）、（    ）、（    ）四种结构类型。

12．甾体皂苷元分子中常含有（    ），且大多数在（    ）上，糖基多与苷元的（    ）成苷。

13．甾体皂苷分子结构中不含（    ），呈（    ），故又称（    ）。

14．甾体皂苷的分子量（    ），且含有较多的（    ），不易（    ），多为无色或白色（    ）粉末，而皂苷元大多有较好的（    ）。甾体皂苷和苷元均具有旋光性，且多为（    ）。

15．甾体皂苷可与c-3位具有（    ）的甾醇形成（    ）而沉淀，用乙醚回流提取时，胆甾醇可溶于醚，而皂苷不溶，故可利用此性质进行（    ）和（    ）。

16．可用于区别甾体皂苷和三萜皂苷的显色反应是（    ）和（    ）；可用于区别螺甾烷型和f环开环的呋甾烷型甾体皂苷的显色反应是（    ）和（    ）。

化学式与化合价的练习 第7篇

2.三萜皂苷结构中多具有羧基，所以又常被称为()皂苷。

3.羊毛脂甾烷型四环三萜的结构特点是a/b环、b/c环和c/d环都是()式，c20为()构型。

4.齐墩果烷型五环三萜的基本碳架是多氢蒎的五环母核，环的构型为a/b环、b/c环、c/d环均为()式，而d/e环为()式。

5.皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，且不因加热而消失，这是由于()的缘故。

6.各类皂苷的溶血作用强弱可用()表示。

7.有些三萜皂苷在酸水解时，易引起皂苷元发生脱水、环合、双键转位、取代基移位、构型转化等而生成人工产物，得不到原始皂苷元，如欲获得真正皂苷元，则应采用()、()、()等方法。

8.皂苷可与胆甾醇生成难溶性的分子复合物，但三萜皂苷与胆甾醇形成的复合物的稳定性()甾体皂苷与胆甾醇形成的复合物的稳定性。

9.()是近年来常用于分离极性较大的化合物的一种方法，尤其适用于皂苷的精制和初步分离。

10.在三萜类化合物的1h-nmr谱中，一般在高场区的δ()区域内，常出现堆积成山形的归属于基本母核上的ch和ch2峰。

11.根据皂苷元的结构人参皂苷可分为()、()、()三种类型。

12.甘草皂苷又称()，由于有甜味，又称为()。

13.在皂苷的提取通法中，总皂苷与其他亲水性杂质分离是用()方法。

14.酸性皂苷及其苷元可用()提取。

化学式与化合价的练习 第8篇

超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体化学[[1,2],是分子以上层次的化学。其核心内容是研究两个或多个主客体分子之间非共价的弱相互作用力,如氢键、范德华力、偶极-偶极相互作用、离子-偶极相互作用、亲水-疏水相互作用等。主客体之间的分子作用力的大小可以用包结常数来表示。

主客体之间发生作用强度和作用的位点可借用现代仪器分析技术来表征,如核磁、紫外、荧光、X单晶衍射、电化学等。瓜环是近年来兴起的一类大环主体结构,对瓜环的研究以及应用领域的拓展和深入是近年来超分子化学的一项热门课题[3]。范志芳等[4]系统阐述了瓜环主客体化学的现代分析检测手段。客体分子进入主体空腔,周围环境发生变化,客体分子的发色团变化引起紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收强度发生变化,同时荧光发射光谱也发生强度和峰形的变化。荧光光谱的检测非常灵敏,通过此法可以简单便捷地探测小分子、离子或药物,是超分子化学领域一种十分具有应用前景的检测手段。本文主要对主体瓜环的结构和特性进行了阐述,并对其与各种荧光客体的包结作用以及包结前后的荧光光谱变化进行了概述,对于瓜环对荧光变化的影响进行了推论,以期为瓜环超分子在生物、医药化学领域进一步的应用研究提供参考。

1 瓜环

瓜环CB[n](cucurbit[n]urils)[5,6,7]是一类新型的化合物。瓜环的结构如图1所示,是由n个苷脲单元和2n个亚甲基聚合而成,具有疏水性内部空腔,两侧端口由带负电性偶极羰基氧原子环绕而成。这种结构使得瓜环具有良好的结合位点,例如,端口可以与带正电荷的有机或者是无机离子通过静电作用结合,也可以形成氢键结合位点,而空腔的大小可以用于选择性包结形状、尺寸大小匹配的有机阳离子和分子,从而形成自组装的分子胶囊和一些超分子实体[6,8,9]。这些特点决定了瓜环在分子识别、超分子生物学、超分子组装、分子催化、药物的吸附缓释、纳米材料等领域有着广泛的理论基础和广阔的现实应用前景[1[10,11,12]。

由于聚合度不同,瓜环的空腔和端口直径大小也不同,如图2所示。CB[5]-CB[8]的结构参数[13]如表1所示。数据显示,瓜环端口和空腔直径随着聚合度的增加而逐渐增大,但是不同瓜环的腔体高度是相同的(0.91nm)。

以瓜环为主体的超分子作用方式非常复杂,探测方式也多种多样。当利用核磁共振技术检测时,客体若处在瓜环端口,则受到瓜环的去屏蔽作用,化学位移向低场移动;若客体被疏水空腔包结,则化学位移向高场移动,因此可以通过客体分子化学位移的变化判断出主客体作用的位置及变化情况。这种主客体作用还可以通过电化学方法观察瓜环加入前后的伏安曲线变化来判断,也可以利用高效液相色谱通过客体与瓜环作用后的保留时间的变化来考察。包结配合物一旦形成,其热重曲线和差热曲线会有很大的变化,客体分子稳定性会增强,分解温度会升高。而具体的主客体作用位点可以通过X单晶衍射法进行揭示。

根据客体与瓜环进行包结前后产生的变化,可用不同的现代分析仪器从不同的角度和层次来分析主客体的相互作用和位置坐标。通过荧光的方法简单快捷,本文主要介绍采用荧光的方法来研究主客体的相互作用。

2 荧光化合物

荧光[14]是一种光致发光的冷发光现象。如果用一定波长的光(如紫外光)照射某种物质时,这种物质在极短的时间内能发射出波长较照射光的波长更长的光(如可见光),这种光就称为荧光。

荧光不仅与化合物自身的结构有关,还会受到周围环境的影响。在结构方面,(1)π*→π电子跃迁的荧光效率高,系间窜跃至三重态的速率常数较小,有利于荧光的产生;(2)含有π*→π跃迁能级的共轭芳香族化合物的荧光最强,具有较大共轭体系或脂环羰基结构的脂肪族化合物也可能产生荧光;(3)苯环上有供电子基会使荧光增强,有吸电子基常常会妨碍荧光的产生;(4)平面刚性结构效应,可降低分子振动,减少与溶剂的相互作用,故具有很强的荧光。环境的pH变化会影响含有酸性或碱性取代基的芳香化合物的荧光,这是由于pH的变化影响了荧光基团的电荷状态[15,16]。刘华等[17]研究了瓜环与2-氨基苯并噻唑作用体系的紫外吸收和荧光发射随pH的变化曲线:主客体相互作用只有在pH=1~11范围内可观察到,而pH<1或pH>11时,利用紫外吸收光谱法及荧光光谱法均观察不到主客体的相互作用。瓜环自身不发荧光,当客体分子的发色基团被瓜环所掩盖时,客体的荧光强度就会减弱,若发色基团与瓜环端口形成共轭效应,增大了客体分子周围的电子云密度,则使客体的荧光量子产率增大,此时,CB[n]起到了荧光增敏的作用。

2.1 杂环化合物

2.1.1 苯并咪唑类化合物

苯并咪唑类化合物具有广泛的生物活性,如抗癌、抗真菌、消炎、治疗低血糖和神经紊乱等,在药物化学中具有重要的意义。如图3所示,分子1-3为已报道的苯并咪唑类客体化合物,它们与CB[6]可以形成1∶1和1∶2配比的包结物。以分子4(二氯化-1,8-二(2-苯并咪唑基)辛烷,SBO)为例,其可以与CB[6]相互作用[18],并可以通过质谱、紫外和荧光3种方法进行检测。CB[6]与4可形成包结比1∶1和2∶1,自组装模式如图4所示,当主客体的物质的量比为1∶1时,瓜环包结客体的苯丙咪唑基团;而主客体的物质的量比为2∶1时,两个瓜环包结客体两端的基团形成哑铃型。图4显示了荧光变化曲线,随着CB[6]加入,4的荧光强度逐渐增大;当CB[6]的加入量大于1∶1时,CB[6]对客体4的荧光起到猝灭作用;当比例大于2∶1时,荧光强度下降趋势趋于平缓。葛军营课题组[19]用光谱分析法研究了瓜环对苯并咪唑的识别,测得主客体配合物的稳定常数均在103以上。

2.1.2 苯并噻唑类化合物

噻唑类衍生物是一类用途广泛的精细化工中间体,也是重要的农药和医药中间体,随着这类化合物在染料和农药制造行业的应用,其进入水环境的途径也日益增多,严重污染地面水环境。当噻唑类衍生物与瓜环相作用时,客体的荧光强度明显下降,说明此类客体与瓜环产生了包结作用,通过此种方法可减轻水质污染。如图5所示,CB[7]与客体5的包结比为1∶1,由于CB[8]的空腔较大,其与客体5的包结比为1∶2。CB[7]的包结常数在105数量级,CB[8]的包结常数在1010数量级。

2.1.3 萘酰亚胺类衍生物

萘酰亚胺类衍生物可成为荧光探针,检测金属离子的含量,并且灵敏度高,是目前研究的热点。利用现代分析技术,考察了其与瓜环的相互作用,为它的使用奠定了一定的基础。1,8-萘酰亚胺类衍生物是一类常见的荧光化合物,如图6所示,6和7均与CB[7]以1∶1的形式进行包结,7与CB[8]以1∶1进行包结,6与过量的CB[8]则以1∶2进行包结。随着CB[8]的加入,分子6的荧光明显呈现规律性下降,如图7所示。这是由于瓜环与紫菁单元形成包结,影响了化合物内部的电子转移。同时分子6与CB[8]作用后在530nm左右形成新的荧光峰[20,21],荧光强度随瓜环的加入而增加,这是由于萘酰亚胺进入到瓜环空腔内部,荧光物质在外界的环境发生了变化,外界环境的极性变小,导致荧光的量子产率增加,荧光增强。这一结论为其在分子探针、分子识别、分子开关等方面的应用奠定基础。

2.1.4 生物碱

许多的生物碱系药物具有一定的毒副作用,瓜环的引入可以起到减缓和改善的作用。喹啉系生物碱[22]如分子8的荧光强度随着CB[6]、CB[7]和CB[8]的加入而下降。盐酸小檗碱9(BER)是异喹啉系生物碱的一种,具有抗菌、抗炎、抗肿瘤、降血压等多种药理作用,但水溶性差,且味苦,严重影响临床应用。黄智文等[23]报道了化合物9随着瓜环的加入,荧光显著增强,说明它们之间发生了超分子包合作用[2[24,25,26]。CB[7]与9产生2∶1的包合作用,CB[8]与9产生1∶2的包合作用。瓜环作为一种超微型药物载体,与分子9形成超微分散物,降低了药物的毒副作用,提高了药物的稳定性,实现药物的缓释和控释。吲哚环系生物碱[27]如图8所示,10、11、12是含氮化合物。通过荧光光谱观察到荧光强度随着瓜环加入而减小,另采用摩尔比法和Job-plot法配制溶液,进一步实验得出包结比,CB[7]与10(吲哚)、11(2-甲基吲哚)和12(3-甲基吲哚)均为1∶1,而CB[8]与分子12则为1∶2。3-甲基吲哚12对人、动物及环境均有一定的危害作用,高浓度时可引起急性中毒,并引起幼畜死亡,甚至还会给身体带来多种不良反应。这些缺点可用其与瓜环相包结而得到改善。

2.1.5 吖啶类

吖啶的结构类似于蒽,可用于抗癌药物的合成。如图9所示的吖啶衍生物13、14、15在DNA或者RNA链中能嵌入连续核苷酸序列,其与瓜环相作用形成的主客体包结配合物能提高吖啶的切割效率,从而改变癌细胞的基因组[28,29]]。分析图10所示的荧光光谱,随着CB[7]的增加,分子13、14的荧光强度逐渐降低,而15的荧光强度逐渐增强,其与瓜环的包结比均为1∶1。

2.1.6 香豆素类化合物

香豆素类衍生物如图11所示,16-26均具有较好的荧光性质和生物活性,以香豆素作为母体进行修饰,得到一系列具有较好荧光性能的化合物,探究瓜环与香豆素类化合物的主客体作用模式和相互作用[30,31,32]]。如图12所示,在CB[8]的空腔内部同时包含紫菁部分和香豆素部分,并且随两部分连接链的增长,分子自身折叠,在CB[8]内部形成电荷转移化合物。如图13所示,随着CB[8]的加入,分子25、26的荧光强度逐渐减弱,这是由于紫菁和香豆素单元同时进入CB[8]内部,形成分子间电荷转移复合物,香豆素母体的荧光被缺电子的紫菁单元所淬灭,所以分子的荧光强度会下降。

2.1.7 菲咯啉衍生物

吡啶基菲咯啉如图14所示,27-34均具有稠杂环共轭体系,既是光电信号的报告基团,又具有良好的配位特性,广泛用作分子探针、非线性光学材料及作为构建超分子的骨架[[33,34,35]。如图15所示,薛赛凤等[36]利用最大荧光发射强度与NCB[n]/N34(主客体物质的量比)的关系曲线考察了各元瓜环与菲咯啉衍生物34的相互作用模式(如图16所示),当两者物质的量比为1∶1或1∶2时,荧光强度变化开始趋于平坦,且有一转折点,表明34进入到瓜环空腔中,导致荧光母体电子云密度聚集,从而荧光增强。但是,在CB[8]的空腔中形成了二元缔合物,导致荧光下降。这一结果为研究异构体的识别及形成原因奠定了基础,同时包合作用所引起的荧光变化可应用于分子探针及信号开关的研究。

2.1.8 直链有机胺

孙世国课题组[37,38]]的研究表明直链有机胺与瓜环作用后可使荧光增强,同时荧光的持续时间延长。受酸碱的影响,分子35、36吡啶环上的N原子转变成季铵盐,另一个氨基在酸性条件下被质子化,而碱性条件下以游离氨基形式存在。如图17所示,CB[6]与35可形成1∶1的包结,同时,pH会影响主客体的位置坐标。中性条件下随着CB[6]的加入,分子35的荧光强度变强(如图18所示),而CB[7]可与分子37形成2∶1的包结模式,荧光成闭合的模式,当包结物进入细胞内部,直链有机胺与RNA作用,释放出CB[7],并发出荧光。对可能的持续机制进行了简单的分析,如图19所示,此结果为检测生物细胞内RNA奠定了基础。

2.2 芳烃衍生物

2.2.1 芳烃紫菁类化合物

紫菁(4,4-联吡啶二鎓盐)与CB[7]和CB[8]都具有很好的包结作用,此类化合物结构如图20所示。38-41所含的芳香环对DNA具有氧化作用,能够切割DNA。张同艳等[39]研究发现,与CB[8]作用后,其切割质粒DNA的切割效率明显提高。与瓜环作用的强弱,可以通过荧光光谱的变化来判断。如图21所示,随着CB[8]的加入,38的荧光发射光谱下降,39的荧光发射光谱升高。这说明CB[8]加入后,与紫菁部分发生包合作用,使其对蒽的荧光淬灭作用下降,体系的荧光增强。

2.2.2 苯系列

苯丙素类化合物结构如图22所示,42-44是指基本母核具有一个或多个C6-C3单元的一类天然有机芳香族化合物,具有广泛的生物活性,瓜环与其均有相互作用力。

研究氨基酸45-47(如图23所示)与瓜环的识别作用有助于更详细地了解t-RNA识别、转移某一特定氨基酸用于表达合成蛋白质的过程,及化学领域中其他各种分子识别作用机理。文献报道,通过核磁和紫外可以得到瓜环对芳香侧基取代的L-酪氨酸45、L-色氨酸46、L-苯丙氨酸47均能进行有效识别,而侧链上不带芳香基团的氨基酸几乎不与瓜环作用。除了CB[8]与L-苯丙氨酸47以1∶2形成包结物,CB[7]、CB[8]与芳香氨基酸的包结比均为1∶1。从图24可以发现,加入CB[7]或CB[8]时,L-酪氨酸45的荧光量子效率不同程度下降,这是尺寸效应和笼体效应协同作用的结果。

苯系偶氮类化合物48、49和50同样可与瓜环相互作用[42,43]],主客体的包结模式如图25和图26所示。随着不同瓜环用量的增加,大部分主客体包结配合物的荧光强度大于客体单体的荧光强度。如图27所示,分子48的荧光随着CB[7]的加入而逐渐增强,这是由于偶氮分子进入瓜环空腔,分子结构的刚性增强,其电子云密度增加,从而导致荧光强度增加。

2.2.3 萘酚系列

萘酚的同分异构结构51、52如图28所示[44]。CB[6]、CB[7]不与此类客体作用,CB[8]的增加会导致客体450nm左右的荧光强度减弱,如图29所示,说明客体的周围环境发生改变。这说明萘酚与瓜环形成包结物的主导因素是不同瓜环尺寸上的差异及空间匹配效应。

萘系表面活性剂53[45]是一端亲水一端疏水的结构,其疏水链可以通过疏水作用进入瓜环的空腔,从而形成一类重要的主客体包结物。该方面的研究不仅有助于揭示体系中弱相互作用的基本特征及主客体作用的机理,而且为设计和构筑功能化的超分子奠定基础。CB[6]、CB[7]、CB[8]与客体53(如图30所示)的包结常数均在105以上,并且包结比均为1∶1,随着CB[6]的加入,荧光强度变小,如图31所示。

祝黔江等[46]利用紫外、荧光光谱等方式测定出CB[7]和CB[8]与萘二胺异构体(如图32所示)54-56具有相互作用,这会使得瓜环在有机污染物的捕集方面发挥作用。CB[7]与54发生端口效应,作用比为1∶1,其与55、56形成1∶1的包结比。CB[8]与54、56形成1∶1的包结比,而与55形成1∶2的包结配合物,如图33所示。

2.2.4 蒽衍生物

利用蒽化合物的荧光性能,Kimoon Kim和陶朱课题组都进行了蒽衍生物与瓜环的自组装性能研究[47,48]。陈泽华[49]探讨了改性瓜环与蒽衍生物的自组装,进一步为超分子配合物提供理论指导,研究了瓜环与含有很强荧光的蒽衍生物(如图34所示)57的相互作用,以期在医药、生物、化学、功能材料等方面发挥潜在的应用价值。研究发现,CB[8]可以与客体57具有不同程度的包结作用,其相互作用模式可能存在两种或多种,如其中的57 R1(n=4)与CB[8]相互作用后形成的超分子化合物就可能存在两种作用模式,如图35所示。

3 主客体荧光复合物的应用

3.1 分子探针

主客体间高稳定的配合能力,使其在检测方面拥有极其广阔的应用前景。王秀林等[50]报道了盐酸小檗碱(BER),其在水溶液中的荧光很弱,但是CB[8]能与BER形成稳定的包合物,从而使其荧光强度大大增强。以此建立了利用荧光光谱法直接测定BER的新方法。随着CB[8]浓度的增加,BER含量增加并达到最大值,当浓度比为6时,荧光强度约增加14倍。通过体系的荧光强度(ΔF)对BER浓度(c,mol/L)的关系,得到标准曲线和检出限,从而可以测定血清、片剂、尿样中的BER含量。该法不需对样品进行分离处理,简单准确、灵敏度高、选择性好、线性范围宽。

李涛等[51]提出了一种快速灵敏检测百草枯的新方法,固定CB[7]溶液温度,将不同浓度的百草枯溶液与之混合,得到直线方程F=523.38+1.92×108C,F为荧光强度,C为百草枯溶液的浓度(mol/L),此方法可方便测出农药中百草枯的含量。Jyotirmayee Mohanty等[52]将非荧光性染料噻唑橙TO与CB[7]包结形成超分子后,再往溶液中加入Ca2+,荧光强度明显提高,如图36所示。该体系提供了一种超分子试剂测定Ca2+含量的方法。赵安婷等[53]等研究了瓜环-纳米铜对诺氟沙星的荧光作用。瓜环-纳米铜不发射荧光,诺氟沙星本身具有强荧光,随着瓜环-纳米铜的加入,荧光逐渐变小,直至消失。可判断瓜环-纳米铜对诺氟沙星有荧光淬灭作用,可用于测定瓜环-纳米铜的含量。这些研究都为瓜环超分子体系在小分子识别领域打下了良好的基础,为在中医药领域的更进一步研究提供了理论依据。

3.2 药物载体

CB[7]是瓜环家族中水溶性最强的主体分子,很有潜力成为一种安全低毒的药物载体。黄英等[54]研究发现硫鸟嘌呤(6-TG)与CB[7]可形成包结计量比为1∶1的主客体配合物。6-TG属于细胞周期特异性药物,可用于白血病的治疗,但其脂膜穿透能力弱,毒副作用大,而其与瓜环作用后可克服上述弱点。同时研究还发现,牛血清白蛋白(重要的运输载体)与CB[7]之间的相互作用是一种竞争的过程。何小英等[55]采用荧光光谱法分别研究了CB[7]对6-巯嘌呤和腺嘌呤的包结作用,出现了明显的荧光增强现象,说明嘌呤进入到CB[7]的空腔。CB[7]作为一种水溶性药物运送载体,将会有广阔的前景。

Hussam A.Khatib[56]报道了一种多孔的纳米颗粒,如图37所示,先加入连接线物质,然后在溶液中先后分别加入卸载药物和瓜环,此时形成规整的组合体,整个结构形成闭合的结构,通过调节pH来控制药物的释放。当pH>4时,此整个结构呈零散状排列,释放出药物载体。当组合整体在体内运行时,就像一枚定时“炸弹”,被细胞有选择性地内吞,再将药物释放出来,最终引起细胞的凋亡,这为治疗癌症提供了一种新的途径。薛赛凤等[57]研究了CB[7]与5-氨基水杨酸在不同pH下的相互作用,pH=6是分割点,pH<6时两者形成包结物,当pH>6时则两者处于游离状态,说明CB[7]有可能作为5-氨基水杨酸结肠给药的一种潜在载体。

3.3 细胞染色

染料本身不能进入活细胞,但是在瓜环的辅助下可进入活细胞对RNA进行选择性染色。瓜环的引入为扩大一些无细胞通透性荧光染料的应用范围提供了一种新的超分子化学方法[58]。Mohanty等[59]发现了一种具有荧光特性的药物,与瓜环结合以后,大大提高了其荧光强度。Wang等[60]也做了类似的实验,客体为核酸染料,与CB[8]包结后,同单独染料相比,不仅荧光强度大为提高,并且具有良好的生物兼容性。

3.4 测定pH值

祝黔江等[61]报道了CB[6]、CB[7]、CB[8]与苯胺系列衍生物的相互作用,发现在不同酸度下主客体的相互作用强弱、作用模式及比例大小不同。主客体作用体系在pH为0~14范围内,体现出多个作用阶段,各阶段作用体制不同,导致pH范围也各不相同。孙世国课题组[37]研究了菁类化合物随pH变化与瓜环的作用位点示意图,当pH=2.5时,溶液呈橘红色,当pH=7时,溶液呈亮黄色,如图38所示。这说明主客体作用位点随着pH变化而变化,并且体系的荧光同样随着pH的增大和主客体作用位点的移动而减弱。

4 结语和展望

随着对瓜环研究的扩展,其与荧光化合物的自组装在生物化学领域的研究也逐渐深入,如酶催化的高度专一性、抗原-抗体的识别、DNA切割等。目前瓜环在生物体系的研究还停留在实验室阶段,没有更深入的进行临床试验,这主要是由于瓜环水溶性差、不溶于有机溶剂大大限制了它的使用。同时,瓜环超分子的专一识别性能还有待进一步提高。现在,人们对瓜环主体进行改性以提高它的溶解性,从而拓宽其应用范围;也通过考察瓜环超分子体系的荧光变化来研究其对生命科学、临床医学、中医药理论等的重要贡献,为将来的试剂开发提供了一种更广阔的思路。

摘要：瓜环作为第四代超分子主体,两端由羰基氧原子环绕而成,内部为疏水性的空腔,具有刚性结构,微溶于水,不溶于有机溶剂。能与瓜环组成配合物的荧光类客体种类较多,通过荧光光谱的变化可以检测出主-客体相互作用,这一特性拓展了瓜环在生物化学领域的应用,包括医药载体、核酸检测、分子识别、pH探针等方面。未来研究中可以尝试以不同的发色母体取代不同的位点,这将为新型荧光试剂的设计与开发提供重要思路。