2025届高考三轮冲刺化学高频命题热点练习：热点八 诺贝尔化学奖
【命题热点】
2024年诺贝尔化学奖揭晓，美国科学家大卫·贝克（David Baker）因在"计算蛋白质设计"领域的突破性贡献，与英国科学家戴米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）、约翰·江珀（John Jumper）共享这一殊荣，后者因开发人工智能模型AlphaFold2破解"蛋白质结构预测"难题而获奖。这场化学领域的盛宴，标志着人类在解码生命分子奥秘的征程上迈出了历史性一步。
蛋白质设计的革命性突破
蛋白质作为生命活动的主要承担者，其功能高度依赖于三维结构。长期以来，设计全新蛋白质被视为极具挑战性的科学难题。大卫·贝克团队另辟蹊径，于2003年首次利用氨基酸的化学特性，通过计算机算法成功设计出一种与自然界已知蛋白质完全不同的新型蛋白质。这一创举打破了传统蛋白质研究的思维定式，开启了"从头设计"蛋白质的新纪元。 贝克团队开发的罗塞塔（Rosetta）软件，通过模拟氨基酸序列的能量景观，能够精准预测蛋白质折叠后的三维结构。更具创新性的是，该软件可反向工作——根据预设的蛋白质结构推导出对应的氨基酸序列，从而实现人工定制蛋白质。这种"逆向设计"策略为药物研发、疫苗开发和纳米材料设计提供了全新工具。例如，研究人员已利用该技术设计出能特异性识别病毒的蛋白质，为开发新型抗病毒药物奠定了基础。
AI破解蛋白质结构预测难题
蛋白质结构预测被称为"生物学的圣杯"，自20世纪70年代以来一直困扰着科学界。哈萨比斯和江珀领衔的谷歌DeepMind团队，借助人工智能技术实现了这一领域的革命性突破。2020年，他们推出的AlphaFold2模型，通过深度学习算法分析海量蛋白质序列和结构数据，能够以接近实验精度的水平预测蛋白质的三维结构。 AlphaFold2的成功源于其对蛋白质折叠物理规律的深度挖掘。该模型结合了进化信息、氨基酸相互作用等化学特征，通过多层神经网络捕捉序列与结构之间的复杂关联。在国际蛋白质结构预测竞赛（CASP）中，AlphaFold2对大多数蛋白质的预测精度达到90%以上，几乎与X射线晶体学等实验方法相媲美。这一突破使得科学家能够快速解析超过2亿种已知蛋白质的结构，为理解生命过程、开发新型酶制剂和药物靶点提供了前所未有的洞察力。
化学与AI的深度融合
此次诺贝尔化学奖的颁发，彰显了化学与人工智能交叉融合的巨大潜力。贝克的计算蛋白质设计和哈萨比斯团队的AI结构预测，本质上都是对蛋白质化学本质的深度探索。氨基酸的化学性质、肽键的形成规律以及分子间相互作用力等化学原理，是这些技术突破的核心基础。 这些成果正在推动多个领域的变革。在医药领域，精准预测蛋白质结构有助于加速抗体药物研发，设计更高效的酶催化剂；在材料科学中，人工设计的蛋白质为开发智能响应材料提供了新思路；在环境保护方面，定制化的酶蛋白可用于降解塑料等污染物。正如诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）所言："这两个发现开辟了无限的可能性，为化学、生物学和医学的未来发展奠定了坚实基础。"
2024年诺贝尔化学奖不仅是对三位科学家卓越贡献的认可，更标志着人类在解码生命分子奥秘的道路上取得了重大里程碑。随着计算技术和人工智能的不断进步，我们有理由相信，蛋白质科学的新时代已经来临，这些突破将为解决全球健康、能源和环境等重大挑战提供创新解决方案。
【试题练习】
1.2024年的诺贝尔化学奖授予了“蛋白质设计”与“蛋白质结构预测”领域的科学家。下列可用于分离蛋白质，并保持其生理活性的物质是( )
A.福尔马林 B.酒精 C.硫酸铜 D.硫酸铵
2.2024年诺贝尔生理学或医学奖表彰科学家研究微小核糖核酸及其在转录后基因调控中的作用，一个核糖核苷酸分子由磷酸、核糖和碱基构成。下列有关磷酸的说法正确的是( )
A.磷酸的电离方程式：
B.稀磷酸溶液加水稀释，电离程度增大，pH也增大
C.降低温度或稀释溶液，磷酸的均会减小
D.已知，说明碳酸的酸性比磷酸强
3.2024年诺贝尔化学奖授予大卫·贝克、戴米斯·哈萨比斯和约翰·江珀，说明化学改变生活、促进社会进步，在科技、生产和生活中都有重要应用。下列叙述错误的是( )
A.华为自主研发的麒麟9905G芯片，主要材料是Si
B.量子点是一种直径在2~10 nm范围内的纳米材料，能产生丁达尔效应
C.陶瓷性质稳定，具有较强的抗酸碱腐蚀、抗氧化的能力
D.福建舰上相控阵雷达的材料GaN具有半导体的性质，其属于新型无机非金属材料
4.2024年诺贝尔化学奖授予美英三位科学家，以表彰他们在计算蛋白质设计和蛋白质结构预测方面的贡献。在下列溶液中加入蛋白质，发生物理变化的是( )
A.波尔多液 B.过碳酸钠溶液
C.饱和食盐水 D.福尔马林
5.2024年诺贝尔化学奖授予三名科学家，以表彰他们在蛋白质设计和蛋白质结构预测领域作出的贡献。蛋白质水解的最终产物是( )
A.单糖 B.甘油 C.氨基酸 D.多肽
6.Demis Hassabis和John Jumper因开发能根据蛋白质的氨基酸序列预测其高级结构的AI模型与David Baker共获2024年诺贝尔化学奖，中国科学家颜宁在这方面也做了大量的工作，以下相关说法不正确的是( )
A.蛋白质由C、H、O、N等元素组成
B.通过X射线衍射可以得到高分辨率的蛋白质结构
C.蛋白质的性质由其结构决定
D.要使蛋白质晶化得到较大的蛋白质晶体需要快速结晶
7.2024年诺贝尔化学奖授予科学家DavidBaker、DemisHassabis和JohnM.Jumper，以表彰他们分别在“计算蛋白质设计”和“蛋白质结构预测”方面的贡献。下列关于蛋白质的说法错误的是( )
A.氨基酸是组成蛋白质的基本结构单元
B.蛋白质由碳、氢、氧、氮、硫等多种元素组成，从而决定了其结构的复杂性
C.通过计算策略设计合成的自然界中不存在的蛋白质属于合成高分子
D.向鸡蛋清的水溶液中加入硫酸铵溶液，鸡蛋清蛋白的结构未发生明显改变
8.阅读下列材料，完成下列问题。
瑞典卡罗琳医学院宣布，将2024年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫坎（Gary Ruvkun），以表彰他们发现了微小核糖核酸及其在转录后基因调控中的作用。微小核糖核酸（microRNA或miRNA）是一类在基因调控中起关键作用的核糖核酸分子，该物质正在被证明对生物体的发育和功能至关重要。
miRNA是由许多核苷酸单体形成的聚合物，核苷酸水解得到磷酸和核苷，核苷继续水解得到戊糖和碱基，转化关系如图：
（1）表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.磷酸溶液中，数目之和为0.1
B.1 mol miRNA完全水解得到磷酸分子和戊糖分子的数目均为
C.30.0 g戊糖分子中碳原子总数为
D.胞嘧啶水溶液中，氧原子数为
（2）下列有关物质结构与性质的描述，正确的是( )
A.腺嘌呤和尿嘧啶均能形成分子间氢键
B.分子中的4个O原子形成正四面体结构
C.戊糖与腺嘌呤脱水生成核苷时形成酯基
D.1 mol戊糖分子中含5 mol手性碳原子
阅读以下材料，完成下列小题。
2024年诺贝尔化学奖授予了三位科学家，以表彰他们在蛋白质氨基酸方面研究的突破性贡献。氮元素与蛋白质氨基酸关系密切，地球上的生物循环涉及多种含氮物质，转化关系之一如图所示。
9.有关含氮物质之间的转化关系，下列说法错误的是( )
A.反应g中发生氧化反应
B.图中6种含氮微粒共呈现了氮元素的5种价态
C.反应j中2.24L被还原生成0.1mol
D.分子的空间构型为三角锥形
10.设为阿伏加德罗常数的值。下列含氮物质的说法正确的是( )
A.2.4g中所含中子数目为1.2
B.含1mol的水溶液中含有H原子的数目为4
C.标准状况下，2.8g15中含有的质子数目为1.4
D.反应h中13.8g与足量反应，转移电子数目为0.2
11.《黄帝内经》中记载：“五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为充”。关于其中涉及的营养物质，下列说法中正确的有几项( )
①润滑油、地沟油、甘油和人造奶油都难溶于水
②淀粉和纤维素的分子式相同，但不属于同分异构体
③很多蛋白质与浓硝酸作用时呈黄色，该性质可用于蛋白质检验
④淀粉通过发酵法制得的乳酸是乙酸的同系物
⑤糖类、油脂和蛋白质都是天然高分子化合物，且均能发生水解反应
⑥在大豆蛋白溶液中，分别加入硫酸钠和硫酸铜溶液，蛋白质均析出且原理相同
⑦油脂是燃烧热最高的营养物质，形成油脂的脂肪酸饱和程度越大，油脂的熔点越高
⑧检验淀粉在稀硫酸催化条件下水解产物的方法：取适量水解液于试管中，加入少量新制悬浊液，加热，观察是否有砖红色沉淀
A.1项 B.2项 C.3项 D.4项
12.医用胶(氰基丙烯酸甲酯)可在外科手术中代替缝合线，可以和人体蛋白质快速结合。医用胶固化的机理如下：
链引发：
链增长：
链终止：
下列说法不正确的是( )
A.潮湿环境可以加速医用胶的固化，无需等待溶剂挥发
B.医用胶分子内的碳碳双键在氰基、酯基影响下出现极性变化
C.人体内的蛋白质与医用胶因形成氢键而快速结合
D.医用胶固化过程有水分子生成，属于缩聚反应
13.氨基酸在肝脏等组织代谢下产生尿素。当人体肾功能衰竭，血液中的尿素会逐渐累积而升高。医学上常采用人工肾脏间接电化学法除去代谢产物中的尿素，用于治疗肾功能衰竭和尿毒症。
(1)关于氨基酸的说法，错误的是___________。
A.氨基酸是两性化合物，可与酸或碱反应
B.天然蛋白质水解仅得α-氨基酸
C.两分子氨基酸脱水形成二肽
D.氨基酸、多肽都具有酰胺键
(2)茚三酮显色法检验氨基酸非常灵敏。在___________条件下，谷氨酸与茚三酮反应后能得到蓝紫色的物质。
A.加热 B.低温 C.弱酸性 D.弱碱性
人工肾脏间接电化学法除去代谢中尿素的原理如下图。
(3)阳极室先后发生两个反应，一个发生在电极表面，另一个发生在电解液中。请依次书写电极反应式、化学反应方程式：___________和___________。
(4)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比无变化，原因是：___________。
答案以及解析
1.答案：D
解析：一定浓度的非重金属盐使蛋白质溶解度降低从溶液中析出的过程为盐析，盐析是可逆的，能用于分离蛋白质并保持其生理活性，四种物质中只有硫酸铵能使蛋白质发生盐析，福尔马林（甲醛水溶液）、酒精和硫酸铜（重金属盐）均会使蛋白质发生变性，选D。
2.答案：B
解析：A.磷酸是弱酸，要分步电离，以第一步电离为主，第一步电离方程式：，A错误；
B.根据越稀越电离的规律，稀磷酸溶液加水稀释，电离程度增大，减小，pH变大，B正确；
C.只和温度有关，温度不变不变，C错误；
D.已知，说明酸性，D错误；
故选B。
3.答案：B
解析：芯片的主要成分为Si，A正确；量子点是一种直径在2~10 nm范围内的纳米材料，但不是胶体，不能产生丁达尔效应，B错误；陶瓷的主要成分是硅酸盐，性质稳定，不易被氧化，并对酸、碱具有较好的抗腐蚀能力，C正确；GaN是第三代半导体材料，属于新型无机非金属材料，D正确。
4.答案：C
解析：A.波尔多液由和溶液组成，蛋白质在重金属盐作用下发生变性，在碱作用下也发生水解反应而变性，变性属于化学变化，A项不符合题意；
B.过碳酸钠是和碳酸钠的加成化合物，具有强氧化性，能使蛋白质变性，B项不符合题意；
C.蛋白质在饱和食盐水中发生盐析，降低蛋白质溶解度，没有生成新物质，发生物理变化，C项符合题意；
D.福尔马林为甲醛()的水溶液，能使蛋白质变性，失去活性，D项不符合题意；
故本题选C。
5.答案：C
解析：蛋白质是氨基酸缩合而成的，故水解的最终产物是氨基酸；
故选C；
6.答案：D
解析：A.蛋白质的基本组成单位是氨基酸，蛋白质是由C、H、O、N等元素构成的高分子有机化合物，故A正确；
B.实验中得到的蛋白质为晶体，通过X射线衍射实验能区分晶体和非晶体，能得到高分辨率的蛋白质结构，故B正确；
C.蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，这些结构层次共同决定了蛋白质的性质和功能，故C正确；
D.要使蛋白质晶化得到较大的蛋白质晶体需要缓慢结晶，故D错误；
故选D。
7.答案：B
解析：
8.答案：（1）C
（2）A
解析：（2）磷酸溶液中含磷物质还有，A错误；miRNA是由许多核苷酸单体形成的聚合物，故1 mol miRNA完全水解得到的磷酸分子和戊糖分子的数目均多于，B错误；30.0 g戊糖的物质的量为0.2 mol，则其中碳原子的物质的量为5×0.2 mol=1 mol，碳原子总数为，C正确；胞嘧啶水溶液中，胞嘧啶和水分子中均存在氧原子，其个数远多于，D错误。
（2）腺嘌呤和尿嘧啶分子中均含N—H结构，故二者均能形成分子间氢键，A正确；的结构为，分子中的4个O原子所处化学环境不同，形成的结构不是正四面体形，B错误；戊糖与腺嘌呤脱水生成核苷时形成N—C键，不能形成酯基，C错误；1 mol戊糖分子中含4 mol手性碳原子，—结构中的碳原子不是手性碳原子，D错误。
9.答案：C
解析：A.反应g中，N元素化合价升高，发生氧化反应，A正确；
B.图中6种含氮微粒，中，氮元素的化合价分别为0、+1，+5，+4、-3，一共呈现了氮元素的5种价态，B正确；
C.反应j中2.24L没有注明标准状况，无法计算，C错误；
D.分子中N原子形成3个σ键，含有一对孤电子对，分子空间构型为三角锥形，D正确；答案选C；
10.答案：D
解析：A.2.4g16的物质的量为，中子数目为，A错误；
B.溶液中含有水，所以H原子的数目大于4，B错误；
C.相对原子质量大于28，物质的量小于0.1mol，质子数小于1.4，C错误；
D.13.8g为0.3mol，与完全反应，转移电子数目为0.2，D正确；答案选D。
11.答案：B
解析：①甘油是丙三醇，易溶于水，错误；
②淀粉和纤维素的分子式中n不同，分子式不同，不属于同分异构体，错误；
③大多数蛋白质含有苯环，含苯环的蛋白质遇浓硝酸显黄色是蛋白质的显色反应，此性质可以用于蛋白质的检验和鉴别，正确；
④淀粉通过发酵法制得的乳酸与乙酸所含官能团不同，不是同系物，错误；
⑤多糖、蛋白质都是天然高分子化合物，单糖、寡糖和油脂不是天然高分子化合物，单糖不能发生水解反应，错误；
⑥在大豆蛋白溶液中，分别加入硫酸钠和硫酸铜溶液，蛋白质均析出且原理不相同，前者是盐析，后者是变性，错误；
⑦油脂是燃烧热最高的营养物质，形成油脂的脂肪酸饱和程度越大，常温时越易在固态形式存在，油脂的熔点越高，正确；
⑧检验淀粉在稀硫酸催化条件下水解产物的方法：取适量水解液于试管中，加入氢氧化钠，加入少量新制悬浊液，加热，观察是否有砖红色沉淀，错误；
有2项正确；
故选B。
12.答案：D
解析：A.由固化机理中的链引发反应式可以看出，反应是由水分子引发的，所以水作医用胶固化的引发剂，潮湿环境可以加速医用胶的固化，无需等待溶剂挥发，A正确；
B.由于氰基和酯基的存在，会对医用胶分子内的碳碳双键的电子云分布产生影响，从而使其出现极性变化，B正确；
C.医用胶与人体蛋白质快速结合，由于蛋白质分子中含有等基团，人体内的蛋白质与医用胶因形成氢键而快速结合是合理的，C正确；
D.在链的引发时，有2个水分子参与反应，而在链终止时，生成1个水分子，则实际上有1个水分子参与链的引发与终止，不符合缩聚反应中生成高分子的同时有小分子生成的特征，所以反应不属于缩聚反应，D错误；
答案选D。
13.答案：(1)D
(2)AC
(3)；
(4)虽然阴极室中氢离子因放电而不断减少，但阳极室产生的能通过质子交换膜进入阴极室，平衡两侧的电荷，确保阴极室浓度始终无改变，故pH与电解前相比无变化
解析：（1）A.氨基酸分子中含有氨基、羧基，既可与酸反应，又能与碱反应，因此是两性化合物，A正确；
B.天然蛋白质水解最终可以得到α-氨基酸，故α-氨基酸是天然蛋白质水解最终产物，B正确；
C.两分子氨基酸脱水缩合形成二肽，C正确；
D.多肽都有酰胺键，但是氨基酸分子中不具有酰胺键，D错误；
故合理选项是D；
（2）茚三酮在加热、弱酸性条件下与氨基酸反应生成有特殊颜色的物质，故在加热、弱酸性条件下谷氨酸与茚三酮反应后能得到蓝紫色的物质，故合理选项为AC；
（3）在阴极室，溶液中的水电离产生的得到电子被还原为逸出；在阳极室，溶液中的在阳极上失去电子，被氧化为，电极反应式为：；在溶液中尿素与阳极上产生的发生氧化还原反应产生，同时产生HCl，根据电子守恒、原子守恒，可知反应的化学方程式为：；
（4）电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比无变化，这是由于虽然阴极室中氢离子因放电而不断减少，但阳极室产生的能通过质子交换膜进入阴极室，平衡两侧的电荷，确保阴极室浓度始终无改变，故pH与电解前相比无变化。
