鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用课文配套ppt课件

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用课文配套ppt课件，共29页。PPT课件主要包含了质谱法，相对分子质量，元素分析法，红外光谱实验，核磁共振谱图，晶体X射线衍射，确定分子结构，X射线衍射，晶胞参数，原子间的距离等内容，欢迎下载使用。

项目活动1　了解利用晶体测定分子结构的意义
1.阅读教材对于青蒿素的测定,填写下表:
结合相对分子质量确定分子式
确定含有何种化学键和官能团
碳、氢原子的种类和数量
2.借助晶体测定分子结构的方法测定分子空间结构最普遍的方法是晶体的　　　　　　　,利用数学和物理知识对衍射所得图像进行复杂处理,可以测定晶体的　　　　　(用于描述晶胞大小和形状的数据),推算得到晶胞中所有原子的　　　　,从而计算出　　　　　　　　　,判断哪些原子间存在化学键以及化学键的类型,确定分子的空间结构。 名师点拨晶胞一般是立方体,原子为球体,忽略原子间隙,假设一个实验样品尺寸的数量级为10-4 m、原子直径的数量级为10-10 m,则该样品中的原子数目约
深度思考为什么用一般的方法无法精确地测定青蒿素的分子结构?
提示 一般的测定方法只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构,但对于所含原子数较多的分子来说,难以精准判断其空间结构。
探究角度 青蒿素分子结构的测定例题 我国科学家屠呦呦因发现植物黄花蒿叶中含抗疟疾的物质——青蒿素,而荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。科学家对青蒿素的结构进行进一步改良,合成药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚等。
下列说法错误的是(　　)A.利用黄花蒿叶研究青蒿素结构的基本步骤为分离、提纯→元素分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式B.①②的反应类型分别为还原反应、取代反应C.双氢青蒿素在水中的溶解度大于青蒿素D.可用质谱法确定分子中含有何种官能团
解析 反应①中C═O键变成C—O键,为还原反应,反应②中醇羟基变为醚键,为取代反应,B项正确;双氢青蒿素分子中含有羟基,可与水分子形成氢键,在水中的溶解度较大,C项正确;质谱法用于确定有机物的相对分子质量,确定分子中含有何种官能团应该采用红外光谱,D项错误。
[对点训练]下列分子结构测定的方法中,能确定相对分子质量的是　　　　　(填字母,下同),能确定分子中官能团的是　　　　　,能确定原子的化学环境和数量的是　　　　　,能确定分子空间结构的是　　　　　。 a.晶体的X射线衍射b.质谱法c.核磁共振法d.红外光谱法
项目活动2　借助原子位置确定分子空间结构
1.利用晶体X射线衍射确定分子结构的基本思路确定　　　　　 →识别　　　　　 →建立　　 　　 →确定　　　 　 →获得　　　　　　　。 
2.动手实践(1)依据青蒿素晶体中碳、氧原子坐标,搭建出青蒿素分子中的碳、氧原子在三维空间中的位置。(2)确定青蒿素分子中碳、氧原子的连接关系及成键类型,用竹签将青蒿素中的成键原子连接起来,获得青蒿素的大致分子骨架。(3)确定各碳、氧原子连接的氢原子数目,并将相应数目的氢原子连接在所搭模型相应的原子上。3.分享心得体会展示汇报所搭建的青蒿素分子结构模型,并与同学分享搭建过程的体会与收获。
名师点拨X射线衍射技术是研究晶体结构及其变化规律的主要方法,包括单晶衍射法和多晶衍射法。青蒿素分子的空间结构正是借助X射线单晶衍射法,由电子密度图测定出来的。
探究角度 原子分数坐标例题 金属钼的一种晶胞为体心立方堆积(图甲),以晶胞参数为单位长度建立直角坐标系(图乙),该晶胞沿其体对角线方向上的投影如图丙所示,设晶胞参数为a pm。下列说法错误的是(　　)A.若图甲中原子1的分数坐标为(0,0,0),则图甲中原子2的分数坐标为B.若晶胞参数为a pm,则图丙中原子3和原子4的连线长度为 a pmC.图丙中原子3和原子4在同一平面上D.1 ml该晶胞含有的钼原子数为9NA
解析 若图甲中原子1的分数坐标为(0,0,0),由于原子2位于晶胞的体心,则图甲中原子2的分数坐标为 ,A正确;图丙是金属钼晶胞沿其体对角线方向上的投影,原子3与原子4在晶胞顶点上,并且位于面对角线的两端,故原子3和原子4连线长度为 a pm,B正确;图丙的原子3与原子4位于晶胞中同一面的面对角线上,C正确;1个晶胞中,位于顶点的钼原子个数为8× =1,位于体心的钼原子个数为1,故1个晶胞中含有2个钼原子,则1 ml晶胞含有钼原子个数为2NA,D错误。
名师点拨　1.晶胞原子分数坐标以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。原子分数坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。2.原子分数坐标的确定方法(1)依据已知原子的分数坐标确定坐标系取向。(2)一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。(3)从原子所在位置分别向x、y、z轴做垂线,所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。
[对点训练]某种氮化硼晶体的立方晶胞结构如图,该物质熔点高、硬度大,与金刚石类似。下列说法不正确的是(　　)A.该种氮化硼晶体熔点比硅高
C.N原子形成了正四面体空隙和正八面体空隙,正八面体空隙数和B原子占有的正四面体空隙数比值为1∶4D.与N原子最近的等距离的N原子有12个
解析 氮原子和硼原子的半径都小于硅原子,故氮硼键的键能大于硅硅键的键能,故氮化硼的熔点比硅高,故A正确;根据信息可知,丙原子的坐标参数为 ,故B正确;6个面心原子围成1个正八面体,将晶体向外延伸可知,共用一条棱的4个面心与该棱的两个顶点上的N也可以构成正八面体结构,但是这样的八面体是四个晶胞共有,所以正八面体个数为1+12× =4,正八面体空隙数为4,B原子占有的正四面体空隙数为4,N原子形成的正八面体空隙数与B原子占有的正四面体空隙数比值为1∶1,故C错误;由晶胞结构可知,与N原子最近的等距离的N原子有12个,故D正确。
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题组1 分子结构的测定方法1.中国著名药学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖,获奖理由是“因为发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物,挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命”。青蒿素是从植物黄花蒿茎叶中提取的,其结构简式如下图,下列说法不正确的是(　　)A.它的分子式为C15H22O5B.该分子中有6个手性碳原子C.因其具有过氧基团,它不稳定,易受湿、热和还原性物质的影响而变质D.它在常见有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度
解析 根据结构简式确定分子式为C15H22O5,A正确;碳原子连接4个不同的原子或原子团,为手性碳原子,如图所示 ,共7个手性碳原子,B错误;过氧基团具有强氧化性,该物质中含有过氧基团,它不稳定,易受湿、热和还原性物质的影响而变质,C正确;该物质中只含憎水基不含亲水基,所以在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度,D正确。
2.(2024福建厦门检测)纳米SiO2为无定形(非晶态)白色粉末,具有颗粒尺寸小、微孔多、比表面积大、对紫外线反射能力强等特点。下列关于纳米SiO2的说法正确的是(　　)A.对光有各向异性B.熔点与晶体SiO2相同C.与晶体SiO2互为同分异构体D.可用X-射线衍射实验区分纳米SiO2与晶体SiO2
解析 纳米SiO2为无定形,不是晶体,没有对光的各向异性,故A错误;纳米SiO2不是晶体,SiO2是共价晶体,因此熔点不相同,故B错误;具有相同分子式而结构不同的化合物互为同分异构体,SiO2只是化学式,晶体SiO2中没有分子,故C错误;纳米SiO2不是晶体,SiO2是共价晶体,可用X-射线衍射实验区分纳米SiO2与晶体SiO2,故D正确。
3.(2023广东茂名期中)青蒿素晶胞(长方体,含4个青蒿素分子)及分子结构如图所示:(1)用X射线衍射测定分子的空间结构。测量晶胞各处电子云密度大小,可确定原子的位置、种类。比较青蒿素分子中的C、H、O原子核附近的电子云密度大小:　　　　　　。 (2)测出青蒿素晶体的晶胞是长方体,三条棱长分别为a nm、b nm、c nm,棱的夹角都是90°,晶体的密度为　　　　　 g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值;1 nm=10-9 m)。 
解析 (1)可以根据元素的电负性判断,电负性O>C>H,元素的电负性越大,原子核对电子云吸引力越强,故青蒿素分子中的C、H、O原子核附近的电子云密度大小:O>C>H。
题组2 原子分数坐标4.金属钛(Ti)与氮形成的某种化合物常被用作高温结构材料和超导材料。研究表明,用Al代替其中部分的Ti可提升耐磨性5倍以上,掺杂Al后的晶胞结构如图所示。已知该晶体属立方晶系,阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是(　　)A.b点原子的分数坐标为(1,1, )B.掺杂Al后,晶体中Ti∶Al∶N=4∶1∶4C.氮化钛晶胞中,Ti原子位于N原子形成的八面体空隙中D.已知最近的两个N原子之间的距离为c nm,则氮化钛晶体的密度为
5.已知,图甲为金属铬的晶胞,晶胞边长为a pm,图乙为金属铬的晶胞截面,图丙为铜和氧形成的晶胞截面图,晶胞边长为d pm。下列关于铜和氧形成的晶体的说法正确的是(　　)A.该晶体的化学式为Cu2OB.晶体中O原子组成的四面体空隙中全部填充了铜原子C.该晶体熔点高于CuS的熔点D.该晶体的密度可表示为