2024-2025學年新教材高中化學第3章不同聚集狀態(tài)的物質與性質微項目青蒿素分子的結構測定-晶體在分子結構測定中的應用教案魯科版選擇性必修2

PAGE3-微項目青蒿素分子的結構測定——晶體在分子結構測定中的應用1．了解測定分子結構的一般思路與方法，相識晶體對于分子結構測定的獨特意義。2．知道利用晶體X射線衍射能夠測定原子坐標進而確定分子的空間結構，是測定分子結構的重要手段。3．體會分子結構測定對于建立與優(yōu)化物質結構理論模型，相識、說明和預料物質性質具有重要價值。項目活動1了解利用晶體測定分子結構的意義閱讀材料我國探討人員從1973年初起先測定青蒿素的組成與結構。首先，探討人員利用高辨別質譜儀測定出青蒿素的相對分子質量為282.33。結合元素分析，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試驗，推想青蒿素具有含過氧基團的倍半萜內酯結構。紅外光譜試驗結果表明，青蒿素分子中的確含有酯基和過氧基團。結合核磁共振譜圖供應的關于碳、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、帶有酯基的六元環(huán)等部分結構片段。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構。1．假設一個試驗樣品尺寸的數(shù)量級為10－4m、原子直徑的數(shù)量級為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≈2×1018個。2．上述材料中用到了哪些方法測定青蒿素分子的組成和結構？這些方法主要有什么用途？提示：質譜法測定相對分子質量紅外光譜法測定官能團核磁共振譜測定有機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構項目活動2借助原子位置確定分子空間結構科學家測定青蒿素分子結構進行的主要工作流程歸納：1．下列可用于推斷某物質為晶體的方法是()A．質譜法 B．紅外光譜法C．核磁共振法 D．X射線衍射法D[A.質譜法用于測定有機物的相對分子質量，不能推斷某物質為晶體，故A錯誤；B.紅外光譜儀能測定出有機物的官能團和化學鍵，不能推斷某物質為晶體，故B錯誤；C.核磁共振氫譜用于測定有機物分子中氫原子的種類和數(shù)目比，不能推斷某物質為晶體，故C錯誤；D.晶體與非晶體最本質的區(qū)分是組成物質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構，可以鑒別晶體與非晶體，故D正確。]2．南京理工高校團隊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射線衍射測得晶體結構，其局部結構如圖所示(其中Neq\o\al(－,5)的立體結構是平面五元環(huán))。下列說法正確的是()A．全部N原子的價電子層均有孤對電子B．氮氮鍵的鍵能：Neq\o\al(－,5)>H2N－NH2C．兩種陽離子是等電子體D．陰陽離子之間只存在離子鍵B[NHeq\o\al(＋,4)中N原子N形成4個σ鍵，沒有孤對電子，故A錯誤；N5中氮氮原子間除形成σ鍵外，還形成一個大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錯誤；由圖可知，除陰、陽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錯誤。]3．我國女科學家屠呦呦發(fā)覺青蒿素(青蒿素的化學式：C15H22O5)，它是一種用于治療瘧疾的藥物，曾經(jīng)挽救了數(shù)百萬人的生命，2024年獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。下列關于青蒿素的敘述錯誤的是()A．青蒿素的一個分子中含有42個原子B．青蒿素能夠治療瘧疾可能與結構中存在過氧基團有關C．青蒿素的摩爾質量為282D．青蒿素中碳元素的質量分數(shù)約為63.8%C[由青蒿素的化學式可知，每個青蒿素分子中含有15個碳原子、22個氫原子和5個氧原子，共42個原子，故A正確；在青蒿素分子中含有過氧基團，其他含有酯基及醚鍵的物質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構中存在過氧基團有關，正確；青蒿素的相對分子質量為12×15＋1×22＋16×5＝282，故摩爾質量為282g·mol－1，故C錯誤；青蒿素中碳元素的質量分數(shù)為12×15÷282×100%≈63.8%，故D正確。]4．用晶體的X射線衍射法對Cu的測定得到以下結果：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，列出計算表達式，不用化簡)。[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；設晶胞的邊長為acm，則a3·ρ·NA＝4×64，a＝eq\r(3,\f(4×64,ρ·NA))，面對角線為eq\r(,2)acm，面對角線的eq\f(1,4)為Cu原