2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)微項(xiàng)目青蒿素分子的結(jié)構(gòu)測(cè)定-晶體在分子結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用教案魯科版選擇性必修2

PAGE3-微項(xiàng)目青蒿素分子的結(jié)構(gòu)測(cè)定——晶體在分子結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用1．了解測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的一般思路與方法，相識(shí)晶體對(duì)于分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的獨(dú)特意義。2．知道利用晶體X射線衍射能夠測(cè)定原子坐標(biāo)進(jìn)而確定分子的空間結(jié)構(gòu)，是測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的重要手段。3．體會(huì)分子結(jié)構(gòu)測(cè)定對(duì)于建立與優(yōu)化物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論模型，相識(shí)、說明和預(yù)料物質(zhì)性質(zhì)具有重要價(jià)值。項(xiàng)目活動(dòng)1了解利用晶體測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的意義閱讀材料我國(guó)探討人員從1973年初起先測(cè)定青蒿素的組成與結(jié)構(gòu)。首先，探討人員利用高辨別質(zhì)譜儀測(cè)定出青蒿素的相對(duì)分子質(zhì)量為282.33。結(jié)合元素分析，確定其分子式為C15H22O5。然后，探討人員經(jīng)過一系列困難的氧化還原反應(yīng)試驗(yàn)，推想青蒿素具有含過氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯結(jié)構(gòu)。紅外光譜試驗(yàn)結(jié)果表明，青蒿素分子中的確含有酯基和過氧基團(tuán)。結(jié)合核磁共振譜圖供應(yīng)的關(guān)于碳、氫原子的種類和數(shù)量的信息，探討人員推定了青蒿素中甲基、過氧基團(tuán)、帶有酯基的六元環(huán)等部分結(jié)構(gòu)片段。然而，單純依靠這些探討方法還不能精確推斷青蒿素分子中全部碳原子和氧原子以何種方式連接形成骨架。1975年，探討人員采納晶體X射線衍射的方法，確定了青蒿素的分子結(jié)構(gòu)。1．假設(shè)一個(gè)試驗(yàn)樣品尺寸的數(shù)量級(jí)為10－4m、原子直徑的數(shù)量級(jí)為10－10提示：晶胞一般是立方體，原子為球體，忽視原子間隙，則該樣品中的原子數(shù)目約為eq\f(10－43,\f(4,3)π\(zhòng)f(1,2)×10－103)＝eq\f(6,π)×1018個(gè)≈2×1018個(gè)。2．上述材料中用到了哪些方法測(cè)定青蒿素分子的組成和結(jié)構(gòu)？這些方法主要有什么用途？提示：質(zhì)譜法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量紅外光譜法測(cè)定官能團(tuán)核磁共振譜測(cè)定有機(jī)物分子中原子的種類和數(shù)目比晶體X射線衍射確定分子空間結(jié)構(gòu)項(xiàng)目活動(dòng)2借助原子位置確定分子空間結(jié)構(gòu)科學(xué)家測(cè)定青蒿素分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行的主要工作流程歸納：1．下列可用于推斷某物質(zhì)為晶體的方法是()A．質(zhì)譜法 B．紅外光譜法C．核磁共振法 D．X射線衍射法D[A.質(zhì)譜法用于測(cè)定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，不能推斷某物質(zhì)為晶體，故A錯(cuò)誤；B.紅外光譜儀能測(cè)定出有機(jī)物的官能團(tuán)和化學(xué)鍵，不能推斷某物質(zhì)為晶體，故B錯(cuò)誤；C.核磁共振氫譜用于測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的種類和數(shù)目比，不能推斷某物質(zhì)為晶體，故C錯(cuò)誤；D.晶體與非晶體最本質(zhì)的區(qū)分是組成物質(zhì)的微粒在微觀空間是否有序排列，X射線衍射可以看到微觀結(jié)構(gòu)，可以鑒別晶體與非晶體，故D正確。]2．南京理工高校團(tuán)隊(duì)勝利合成了能在室溫穩(wěn)定存在的五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl，經(jīng)X射線衍射測(cè)得晶體結(jié)構(gòu)，其局部結(jié)構(gòu)如圖所示(其中Neq\o\al(－,5)的立體結(jié)構(gòu)是平面五元環(huán))。下列說法正確的是()A．全部N原子的價(jià)電子層均有孤對(duì)電子B．氮氮鍵的鍵能：Neq\o\al(－,5)>H2N－NH2C．兩種陽(yáng)離子是等電子體D．陰陽(yáng)離子之間只存在離子鍵B[NHeq\o\al(＋,4)中N原子N形成4個(gè)σ鍵，沒有孤對(duì)電子，故A錯(cuò)誤；N5中氮氮原子間除形成σ鍵外，還形成一個(gè)大π鍵，氮氮鍵的鍵能：Neq\o\al(－,5)>H2N－NH2，故B正確；H3O＋、NHeq\o\al(＋,4)原子數(shù)不同，不是等電子體，故C錯(cuò)誤；由圖可知，除陰、陽(yáng)離子間形成離子鍵外，氯離子與銨根離子中H原子、H3O＋中H原子與Neq\o\al(－,5)中N原子、NHeq\o\al(＋,4)中H原子與Neq\o\al(－,5)中N原子形成氫鍵，故D錯(cuò)誤。]3．我國(guó)女科學(xué)家屠呦呦發(fā)覺青蒿素(青蒿素的化學(xué)式：C15H22O5)，它是一種用于治療瘧疾的藥物，曾經(jīng)挽救了數(shù)百萬(wàn)人的生命，2024年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。下列關(guān)于青蒿素的敘述錯(cuò)誤的是()A．青蒿素的一個(gè)分子中含有42個(gè)原子B．青蒿素能夠治療瘧疾可能與結(jié)構(gòu)中存在過氧基團(tuán)有關(guān)C．青蒿素的摩爾質(zhì)量為282D．青蒿素中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為63.8%C[由青蒿素的化學(xué)式可知，每個(gè)青蒿素分子中含有15個(gè)碳原子、22個(gè)氫原子和5個(gè)氧原子，共42個(gè)原子，故A正確；在青蒿素分子中含有過氧基團(tuán)，其他含有酯基及醚鍵的物質(zhì)不具有治療瘧疾的功能，而青蒿素可以，說明其能夠治療瘧疾可能與結(jié)構(gòu)中存在過氧基團(tuán)有關(guān)，正確；青蒿素的相對(duì)分子質(zhì)量為12×15＋1×22＋16×5＝282，故摩爾質(zhì)量為282g·mol－1，故C錯(cuò)誤；青蒿素中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12×15÷282×100%≈63.8%，故D正確。]4．用晶體的X射線衍射法對(duì)Cu的測(cè)定得到以下結(jié)果：Cu的晶胞為面心立方最密積累(如下圖)，已知該晶體的密度為9.00g·cm－3，晶胞中該原子的配位數(shù)為________；Cu的原子半徑為________cm(阿伏加德羅常數(shù)為NA，列出計(jì)算表達(dá)式，不用化簡(jiǎn))。[解析]依據(jù)該晶胞示意圖，該晶胞為面心立方，配位數(shù)為12；設(shè)晶胞的邊長(zhǎng)為acm，則a3·ρ·NA＝4×64，a＝eq\r(3,\f(4×64,ρ·NA))，面對(duì)角線為eq\r(,2)acm，面對(duì)角線的eq\f(1,4)為Cu原