第3章 不同聚集状态的物质与性质 单元整体教学设计与阶段验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（鲁科版2019，山东专版）

单元整体教学设计与阶段验收评价 目 录 01 02 03 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、项目活动——在学以致用中践行 01 主干知识——在微点判断中澄清 1.判断下列有关晶体的特征及晶胞叙述的正误 (1)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性。( ) (2)晶体有固定的熔点。( ) (3)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过X射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体。( ) (4)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( ) (5)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。( ) (6)晶胞是晶体中最小的平行六面体。( ) × √ √ √ √ × 2.判断下列有关不同晶体类型结构叙述的正误 (1)离子晶体中一定存在金属阳离子。( ) (2)离子晶体中一定不存在共价键。( ) (3)“NaCl”是氯化钠的分子式。( ) (4)金属铜属于六方最密堆积结构,金属镁属于面心立方最密堆积结构。( ) (5)氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+共有12个。( ) × × × × √ (6)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA。 ( ) (7)金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子。( ) (8)干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子。( ) (9)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有 1 mol氢键。( ) × √ √ × 3.判断下列有关不同晶体类型的性质叙述的正误 (1)用铂金做首饰不能用金属键理论解释。( ) (2)固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体。( ) (3)石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏。( ) × √ √ (4)晶格能是指破坏1 mol离子键所吸收的能量。 ( ) (5)石墨中含有范德华力,所以石墨的熔点低。( ) (6)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性。( ) × × √ 4.判断下列有关液晶、纳米材料与超分子叙述的正误 (1)液晶是一种特殊的物质聚集状态。( ) (2)液晶内部分子沿长轴方向有序排列,使液晶具有各向异性。( ) (3)将碳酸钙经过特殊加工制成纳米碳酸钙,化学性质没有明显变化。( ) √ √ √ (4)碳基芯片是以碳基材料制作的碳纳米晶体管芯片,碳基芯片是胶体,能发生丁达尔效应。 ( ) (5)超分子是有机聚合物。( ) (6)超分子能表现出不同于组成超分子的单个分子的性质。 ( ) × × √ 02 综合思维——在知识融会中贯通 (一)晶体特征及晶胞 晶体特征 各向异性 有固定的熔点 晶胞 描述晶体结构的基本重复单元 晶胞中微粒占有率(平行六面体):顶点:、面上:、体内:1、棱上: [综合训练] 1.C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是(　　) A.具有自范性 B.与C60互为同素异形体 C.含有sp3杂化的碳原子 D.化学性质与金刚石有差异 √ 解析:自范性是晶体的性质,碳玻璃为非晶态,所以没有自范性,A错误;碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同的单质,所以互为同素异形体,B正确;碳玻璃具有高硬度,与金刚石的物理性质类似,因而结构具有一定的相似性,所以含有sp3杂化的碳原子形成化学键,C正确;金刚石与碳玻璃属于同素异形体,性质差异主要表现在物理性质上,化学性质上也有着活性的差异,D正确。 2.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图。下列说法正确的是 (　　) A.11BN和10BN的性质无差异 B.该晶体中只含有σ键 C.该晶胞中含有14个B原子,4个N原子 D.该晶体具有良好的导电性 √ 解析:11B 和10B互为同位素,形成的化合物在化学性质上无差异,但其物理性质不同,故A错误;由晶胞结构可知,该晶体中N和B之间只形成单键,只含有σ键,故B正确;由图可知,该晶胞含4个N原子,B原子位于晶胞的顶点和面心上,故B原子的数目为8×+6×=4,故C错误;该晶体结构中无自由移动的电子,不具有导电性,故D错误。 (二)几种简单的晶体结构模型 离子晶体 形成 由阴、阳离子通过离子键形成 性质 熔点、硬度、导电性 代表物 NaCl、CsCl、CaF2 分子晶体 形成 由分子通过分子间作用力形成 性质 熔点、硬度、导电性 代表物 晶体碘、干冰、冰 续表 共价晶体 形成 由原子通过共价键形成 性质 熔点、硬度、导电性 代表物 金刚石、二氧化硅 金属晶体 形成 由金属阳离子和“自由电子”通过金属键形成 性质 熔点、导电性、导热性、延展性 代表物 铜、镁、铁 [综合训练] 3.(2023·浙江选考)下列物质中属于耐高温酸性氧化物的是(　　) A.CO2 B.SiO2 C.MgO D.Na2O 解析:二氧化碳和碱反应生成盐和水,是酸性氧化物,但为分子晶体,不耐高温,A错误;SiO2能跟碱反应生成盐和水:SiO2+2OH-===Si+H2O,所以SiO2是酸性氧化物,为共价晶体,耐高温,B正确;MgO能跟酸反应生成盐和水:MgO+2H+===Mg2++H2O,所以MgO是碱性氧化物,C错误;Na2O能跟酸反应生成盐和水,所以是碱性氧化物,D错误。 √ 4.(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是 (　　) A.金刚石(C) B.单晶硅(Si) C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN,立方相) 解析:金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN),都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。 √ 5.某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.Ca2+的配位数为6 B.与F-距离最近的是K+ C.该物质的化学式为KCaF3 D.若F-换为Cl-,则晶胞棱长将改变 √ 解析:Ca2+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数,Ca2+位于体心,F-位于面心,所以Ca2+的配位数为6,A正确;F-与K+的最近距离为棱长的,F-与Ca2+的最近距离为棱长的,所以与F-距离最近的是Ca2+,B错误;K+位于顶点,所以K+个数=×8=1,F-位于面心,F-个数=×6=3,Ca2+位于体心,所以Ca2+个数=1,综上,该物质的化学式为KCaF3,C正确;F-与Cl-半径不同,替换后晶胞棱长将改变,D正确。 6.(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 (　　) A.晶体最简化学式为KCaB6C6 B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个 C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D.晶体的密度为 g·cm-3 √ 解析:由晶胞结构图可知,K在晶胞的顶点,数目为×8=1,Ca在晶胞的体心,数目为1,B在晶胞的面上,数目为×12=6,C也在晶胞的面上,数目为×12=6,故晶体的最简化学式为KCaB6C6,A项正确;由晶胞结构图可知,与Ca2+最近且距离相等的K+有8个,而晶胞中Ca2+、K+数目之比为1∶1,故与K+最近且距离相等的Ca2+也有8个,B项正确; 由晶胞结构图可知,B、C原子围成的多面体,有6个面位于晶胞的六个面上,上半部分和下半部分还各有4个面,故该多面体共有14个面,C项错误;该晶胞的摩尔质量为217 g·mol-1,体积为(a×10-10)3cm3,故该晶体的密度为 g·cm-3,D项正确。 7.(2024·河北卷)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图,晶胞的边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 (　　) A.该铋氟化物的化学式为BiF3 B.粒子S、T之间的距离为a pm C.该晶体的密度为 g·cm-3 D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个 √ 解析:根据均摊法可知,该晶胞中Bi的个数为12×+1=4,F的个数为8×+6×+8=12,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A正确;如图所示 ,通过S向T所在面上作垂线,由晶胞结构可知,交点A位于面对角线的处,则SA=a pm,AT=a pm,根据勾股定理可得ST2=SA2+AT2=+=a2(pm)2,则粒子S、T之间的距离为a pm,B正确; 该晶体密度为g·cm-3= g·cm-3,C正确;以题给晶胞体心处铋离子为研究对象,距离其最近的氟离子为位于该晶胞体内的8个氟离子,D错误。 (三)几类其他聚集状态的物质 液晶 在折射率、磁化率、电导率等方面表现为各向异性 纳米材料 内部有序排列的晶状颗粒原子与晶粒界面无序原子 超分子 进行分子识别、分子组装,促进超分子化学研究的发展 [综合训练] 8.下列说法不正确的是(　　) A.液晶是物质的一种聚集状态 B.“杯酚”分离C60和C70这个案例体现了超分子具有分子识别这个重要特征 C.等离子体具有良好的导电性和流动性是因为其含有带电粒子且能自由运动 D.人工合成反应OHe OX,所得X的中子数为2,此反应是化学变化 √ 解析:液晶是一种介于液态与晶态之间的一种物质聚集状态,A正确;“杯酚”分离C60和C70,是利用超分子的分子识别特征,B正确;等离子体中含有大量能自由运动的带电粒子,具有良好的导电性和流动性,C正确;反应过程遵循电荷数守恒、质量数守恒得X为He,所以X的中子数为4,且该反应是核反应,不是化学反应,D错误。 9.(2024·湖北省部分市州期末)钙钛矿量子点是结构与钙钛矿(CaTiO3)相似的一种新型纳米材料,可用ABX3表示。H5O2Ge(BH4)3是钙钛型化合物,具有良好的光电化学性能。下列说法错误的是 (　　) A.基态Ti和基态Ge原子核外未成对电子个数相等 B.第二周期元素中,第一电离能小于O的元素有5种 C.B中B的杂化方式为sp3杂化 D.H、B、O、Ge四种元素中,电负性最大的是O √ 解析:Ti的原子序数为22,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,有2个未成对电子;Ge的原子序数为32,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2,有2个未成对电子,A正确;第二周期元素中,第一电离能小于O的元素有Li、Be、B、C,共计4种,B错误;B中心原子B价层电子对数:4+(4-4×1)=4,为sp3杂化,C正确;同周期主族元素从左到右,元素电负性逐渐增强;同族从上到下,元素电负性逐渐减弱,H、B、O、Ge四种元素中,电负性最大的是O,D正确。 10.(2024·河北省保定市部分高中期末)阴离子P和二脲基分子能通过氢键作用形成超分子阴离子配合物,如下图所示(图中省略阴离子配合物中部分原子)。下列关于该阴离子配合物的说法错误的是(　　) A.P的空间结构为正四面体形 B.二脲基分子中N—H的H和P中的O形成氢键 C.1 mol二脲基分子中含5 mol π键 D.二脲基分子中C、N原子的杂化方式不完全相同 √ 解析:P的中心原子P的价层电子对数为4+=4+0=4,推断其空间结构为正四面体形,故A正确; N、O元素的电负性较大,键中共用电子对偏向N原子,使得H原子带正电性(δ+),所以二脲基分子中N—H的H和P中的O能形成氢键,故B正确;二脲基分子中有两个酮羰基形成的π键,其中苯环不是单双键交替结构而是一个大π键,故1 mol二脲基分子中含3 mol π键,故C错误;二脲基分子中形成双键的C,苯环上的C均为sp2杂化,形成单键的C为sp3杂化,形成单键的N原子为sp3杂化,所以二脲基分子中C、N原子的杂化方式不完全相同,故D正确。 11.(2024·济宁市兖州区上学期期中)化合物M是一种新型超分子晶体材料,由X、Y、HClO4以CH3COCH3为溶剂反应制得(如图)。下列叙述正确的是 (　　) A.组成M的元素均位于元素周期表p区 B.Y分子中所有原子可能共平面 C.M中阳离子通过形成氢键体现了超分子的自组装 D.M中碳、氮、氯原子的轨道杂化类型均为sp3 √ 解析:组成M的元素有H、C、N、O、Cl、Br,根据元素周期表结构可知H位于s区,A错误;Y中存在多个饱和碳原子,所有原子不可能共面,B错误;M中阳离子通过形成氢键N—H…O体现了超分子的自组装,C正确;M中苯环上的碳原子的轨道杂化类型为sp2,D错误。 12.用KF制备有机氟化物时,由于KF不溶于有机物,因此该反应只在接触界面反应,反应效果很差。将KF溶入冠醚的乙腈溶液可轻松实现氟的取代,反应过程如图所示: 下列说法不正确的是(　　) A.KF不溶于有机物是因为KF是典型的离子化合物,极性很强,不溶于极性弱的有机溶剂 B.反应完成后生成的KCl也溶于冠醚的乙腈溶液 C. 溶于冠醚的乙腈溶液,是因为其分子间作用力主要是范德华力,冠醚、乙腈分子间作用力主要也是范德华力 D.上述反应换用NaF也可发生类似的反应得到氟化物 √ 解析:结构相似的化合物容易互溶,结构相差很大的化合物不易互溶。对于由分子结合在一起的物质,“结构相似”主要有两层含义:一层指物质结合在一起所依靠的相互作用,主要指分子间作用力;另一层指分子的极性。离子化合物可认为是极性很强的物质,不溶于有机溶剂,相反 、冠醚、乙腈分子间没有氢键,分子间作用力主要是范德华力,因而相溶,A、C项正确。 分析题图过程,因为K+与冠醚结合溶于乙腈,为平衡电荷,Cl-被携带进入冠醚的乙腈溶液,B项正确。冠醚是一类特殊配体,能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)配位,依据空穴的大小,不同的冠醚可与不同的碱金属阳 离子配位: 、 、 ,18⁃冠⁃6只能与K+配位,因为Na+ 半径小, 18⁃冠⁃6不能与Na+配位,D项错误。 03 项目活动——在学以致用中践行 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用 项目活动1 了解利用晶体测定分子结构的意义 [探究活动] 青蒿素是从植物黄花蒿茎叶中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物。屠呦呦1971年首先从黄花蒿中发现抗疟有效提取物,1972年又分离出新型结构的抗疟有效成分青蒿素,1979年获国家发明奖二等奖。 2011年9月获得拉斯克临床医学奖,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”。已知青蒿素的分子结构如图所示: 研究人员测定青蒿素分子的结构的过程及测定过程中获得的信息如下: 测定方法 获得的分子组成和结构的信息 质谱法 青蒿素的相对分子质量为282.33,结合元素分析,得到分子式为C15H22O5 氧化还原反应的实验方法 含过氧基团的倍半萜内酯结构 红外光谱法 进一步确认含有酯基和过氧基团 核磁共振谱图法 推定了青蒿素中甲基、过氧基团、带有酯基的六元环等部分结构片段 晶体X射线衍射法 确定青蒿素的分子结构 测定青蒿素分子结构时,科研人员遇到了什么困难?为什么用一般的测定方法无法准确测定青蒿素分子的空间结构? 提示:不论是常规的实验方法还是质谱、红外光谱等仪器的测定手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等的结构特点。因为一般方法只能测定简单分子的官能团以及分子结构,但是对于青蒿素这种复杂的分子的结构,一般方法难以进行精准判断。 [生成认知] 1.测定分子结构及组成的方法 质谱法 用电场和磁场将运动的离子(带电荷的原子、分子或分子碎片,有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子——分子相互作用产生的离子)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。可以进行相对分子质量测定、化学式的确定及结构鉴定等 续表 红外光 谱图法 将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图,利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团,对分子进行结构分析 核磁共 振谱法 NMR是研究原子核对射频辐射的吸收,它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时亦可进行定量分析 X射线 衍射法 使用X射线探测某些分子或晶体结构的科研方法 2.有机物分子式确定的流程 3.测定有机化合物结构的流程 [素养训练] 1.(2024·山东滨州高二月考)化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等,现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是(　　) A.光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B.质谱分析:利用质荷比来测定分子的空间结构 C.红外光谱分析:利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型 D.X射线衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构 √ 解析:光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,选项A正确;质谱分析:利用质荷比来测定有机化合物相对分子质量,选项B错误;红外光谱分析:利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团,选项C错误;X射线衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构,选项D错误。 2.我国女药学家屠呦呦因发现青蒿素对疟疾的治疗作用而成为2015年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一。下列说法不正确的是 (　　) A.利用青蒿研究青蒿素结构的基本步骤: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.青蒿素的分子式为C15H22O5,它属于有机物 C.人工合成青蒿素经过了长期的实验研究,实验是化学研究的重要手段 D.现代化学分析测试中,可用元素分析仪确定青蒿素中的C、H、O元素 √ 解析:利用青蒿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,A不正确;青蒿素属于有机物,B正确;实验是化学研究的重要手段之一,C正确;现代化学分析测试中,可用元素分析仪确定青蒿素中的C、H、O元素,D正确。 3.青蒿素是烃的含氧衍生物,为无色针状晶体,是有效的抗疟药。青蒿素易溶于丙酮、氯仿和苯,在水中几乎不溶,熔点为156 ℃。青蒿素从青蒿中提取的方法以萃取原理为基础,主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。已知乙醚的沸点为35 ℃。乙醚浸取法的主要工艺流程: 请回答下列问题: (1)将青蒿进行干燥、剪碎的目的是__________________________ ___________________。 解析:将青蒿进行干燥、剪碎,可以增大青蒿与乙醚的接触面积,提高青蒿素的浸取率。 增大青蒿与乙醚的接触面积, 提高青蒿素的浸取率 (2)操作Ⅱ的名称是　　　　。   解析:分离难溶性固体和液体采用过滤方法;分离互溶的沸点相差较大的液体混合物采用蒸馏方法,所以操作Ⅰ是过滤、操作Ⅱ是蒸馏。 蒸馏 (3)用下列实验装置测定青蒿素的分子式,将28.2 g青蒿素放在硬质玻璃管C中充分燃烧: ①装置E中盛放的物质是　　　　　　　　 　。   解析:硬质玻璃管C中青蒿素在加热条件下与氧气反应生成碳的氧化物和水,如果生成物中含有CO,CO通过盛有CuO的玻璃管,与CuO在加热条件下反应生成二氧化碳,用装置E中的固体物质吸收水蒸气,且装置E中物质不能和二氧化碳反应,所以装置E中物质应为中性或酸性干燥剂,可以为无水CaCl2(或P2O5);装置F中的固体物质用来吸收二氧化碳,应为碱性固体物质,如碱石灰等。 无水CaCl2(或P2O5) ②该实验装置可能产生误差,造成测定的含氧量偏低,改进方法是____________________________________________________________。 解析:题给实验装置中装置F直接与空气相通,空气中的二氧化碳、水蒸气等会与装置F中的干燥剂反应,从而使测得的含碳量增大,左边通入的空气中也含有二氧化碳、水蒸气,也会使实验产生误差,为了减小误差其改进方法为空气先通过装有碱石灰的干燥管,装置F后加一个装有碱石灰的干燥管,防止外界空气中的CO2和H2O进入装置F。 空气先通过装有碱石灰的干燥管,装置F后加一个装有碱石灰的干燥管　 ③使用改进后的装置进行实验,得到如下数据: 青蒿素的实验式是　　　　　　。   装置 实验前质量/g 实验后质量/g E 32.6 52.4 F 60.2 126.2 C15H22O5 解析:由题表中数据可知生成H2O的质量为52.4 g-32.6 g=19.8 g,所以H2O的物质的量为1.1 mol,H原子的物质的量为2.2 mol;生成CO2的质量为126.2 g-60.2 g=66 g,所以CO2的物质的量为1.5 mol,C原子的物质的量为1.5 mol,故青蒿素中氧原子的质量为28.2 g-(2.2×1)g-(1.5×12)g=8 g,O原子的物质的量为0.5 mol,C、H、O原子的物质的量之比为1.5 mol∶2.2 mol∶0.5 mol=15∶22∶5,所以青蒿素的实验式为C15H22O5。 ④用质谱法分析得知青蒿素的相对分子质量为282,所以青蒿素的分子式为　　　　　　。   解析:青蒿素的相对分子质量为282,所以青蒿素的分子式为C15H22O5。 C15H22O5 (4)青蒿素分子结构的确定 ①青蒿素的质谱数据中有一个峰值与另一种抗疟药鹰爪素相同,而鹰爪素的该质谱峰对应过氧基团,于是推测青蒿素中含有　　　 　。   解析:根据题意可推测青蒿素中含有过氧基团。 过氧基团 ②研究人员经过一系列复杂的氧化还原反应实验,推测青蒿素具有过氧基团的倍半萜内酯结构。 ③红外光谱实验表明青蒿素分子中确实含有酯基和过氧基团。 ④利用核磁共振氢谱确定氢原子的种类和数量,利用核磁共振碳谱确定碳原子的种类和数量;确定了青蒿素中含有甲基、过氧基团、带有酯基的六元环等结构片段。 ⑤利用上述研究方法还不能精确判断青蒿素分子中所有碳原子和氧原子以何种方式连接成骨架,于是研究人员采用晶体　　　　　　的方法,确定了青蒿素的分子结构如下。   解析:采用X射线衍射的方法可以确定晶体的结构。 X射线衍射 项目活动2 借助原子位置确定分子空间结构 [探究活动] 为测定青蒿素中原子之间的连接方式,实验小组的同学进行了如下探究: 步骤 测定结果 图示 确定晶胞参数 根据X射线衍射实验的结果,依据晶体的周期性特征,通过复杂的数学处理得到青蒿素的晶胞是长方体,三条棱长分别是a=2.407 7 nm、b=0.944 3 nm、c=0.635 6 nm,棱的夹角都是90° 续表 识别原子位置 计算得到青蒿素晶胞中各处的电子云密度,判断晶胞中原子的位置进而判断原子的种类 建立原子坐标 建立空间坐标系,表示出碳、氧原子的坐标,根据坐标确定原子在晶胞中的相对位置 续表 确定分子骨架 计算原子间的距离,得到键长,推断化学键及其种类 获得完整结构 确定连接方式及成键类型,找出碳、氧原子所连接氢原子的数目,找到氢原子的位置 1.借助X射线衍射测定原子坐标,我们可以得到哪些重要数据? 提示:可以得到分子的结构,获得键长、键角等反映结构特点的重要数据。 2.如何理解现代化学已经发展成为实验与理论并重的科学? 提示:一是实验手段不断升级优化,出现了各种分析和测试物质组成与结构的实验技术,推动了化学的发展;二是基于计算机支持的理论化学与计算化学的发展,推动人们对物质结构的研究进入一个新的时代。 [生成认知] 晶体X射线衍射法测定分子结构的程序 [素养训练] 1.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。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法,D项错误。 2.青蒿素的结构简式如图所示,下列有关青蒿素的叙述不正确的是 (　　) A.组成青蒿素的三种元素C、H、O中,O元素的第一电离能最大 B.青蒿素分子结构中存在极性键、非极性键、离子键 C.青蒿素分子中的共价键包括σ键和π键 D.红外光谱显示青蒿素有三种官能团 √ 解析:C、H、O的第一电离能:C<H<O,A项正确;青蒿素分子中不含离子键,B项错误;青蒿素分子中的共价键包括σ键和π键,C项正确;青蒿素中含过氧键、醚键、酯基三种官能团,D项正确。 3.(2024·广东茂名期中)(1)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: 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)。  (2)NiO为NaCl型晶体,晶胞结构如图所示。将其在氧气中加热,部分Ni2+变为Ni3+,晶体组成变为NixO(x<1),测得其密度为6.47 g·cm-3。X射线衍射实验表明晶体仍为NaCl型结构,同时测得晶胞边长为0.416 nm。 ①NixO中x的值为　　　　。  解析: NixO为NaCl型晶体,则其密度为6.47 g·cm-3=,其中a=0.416 nm,可得M≈70 g·mol-1,则59×x+16=70,x≈0.92。 0.92 ②晶体中Ni—Ni最短距离是　　　　nm。  解析:由于NixO晶体晶胞结构为NaCl型,所以晶胞中两个Ni原子之间的最短距离为晶胞面对角线长的,由晶胞边长可得晶胞面对角线长为×0.416 nm,则晶胞中Ni—Ni的最短距离约为0.294 nm。 0.294 (3)MgO具有NaCl型结构(如图,其中阴离子采用面心立方最密堆积方式),X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为_______nm。MnO也属于 NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　 nm。   0.148 0.076 (4)某科学工作者通过X射线衍射分析推测胆矾中既含有配位键,又含有氢键,其结构可能如图所示,其中配位键和氢键均用虚线表示。 写出图中水合铜离子的结构简式(必须将配位键表示出来):　 　。 $$