第3章 微项目 青蒿素分子的结构测定（课件PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

该高中化学课件围绕青蒿素分子结构测定，聚焦分子结构测定方法及晶体X射线衍射的应用。以青蒿素研究为导入，串联元素分析、质谱等方法确定组成，过渡到晶体X射线衍射解决空间结构难题，构建从组成到结构的学习支架。 其亮点在于以真实科研案例驱动，通过问题探究、晶胞参数分析等环节，培养科学探究与实践能力。结合晶体X射线衍射测定原子坐标等实例，渗透结构决定性质的化学观念，训练题强化科学思维。助力学生深化理解，也为教师提供项目式教学优质素材。

第3章　不同聚集状态的物质与性质 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 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 电子云密度图 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 谢谢观看 返回目录 第3章　不同聚集状态的物质与性质 化学•选择性必修2　物质结构与性质(配LK版) 1 1.了解测定分子结构的一般思路与方法，认识晶体对于分子结构测定的独特意义。 2．知道利用晶体X射线衍射能够测定原子坐标进而确定分子的空间结构，是测定分子结构的重要手段。 3．体会分子结构测定对于建立与优化物质结构理论模型，认识、解释和预测物质性质具有重要价值。 项目活动一　了解利用晶体测定分子结构的意义 1．在探究青蒿素分子组成和结构的过程中，科研人员使用了哪些测定方法？通过这些测定方法分别可以得到哪些关于分子组成和结构的信息？ 提示： 测定方法 获得的分子组成与结构的信息 现代元素分析法 物质的实验式 质谱法 相对分子质量，进而得到分子式 化学实验法 官能团的类型 红外光谱法 官能团和化学键类型 核磁共振谱 碳、氢原子的种类和数量 晶体X射线衍射 分子空间结构 2.测定青蒿素分子中各原子的空间排列方式时遇到的主要困难是什么？为什么用一般的测定方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？ 提示：对于含有多个原子的青蒿素分子不能精确判断其中所有碳原子和氧原子的空间相对位置，以及以何种方式连接形成骨架。一般的测定方法都只能帮助人们认识分子中的原子的种类和数目、化学键和官能团的种类，并不能获得原子在空间的结构以及连接方式等信息。 3．假设一个实验样品尺寸的数量级为10－4m、原子直径的数量级为10－10m，请估算这个实验样品中的原子数目，并结合晶体的结构特征说明借助晶体测定分子结构的独特意义。 提示：晶胞一般是立方体，原子为球体，忽略原子间隙，则该样品中的原子数目约为eq \f(10－43,\f(4,3)π×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)×10－10))3)＝eq \f(6,π)×1018≈2×1018(个)。晶体是由无数个重复的结构单元(即晶胞)无间隙并置而成的，晶胞中的原子具有一定的空间结构和连接方式。借助晶体X射线衍射可获得晶胞参数、原子坐标、原子间距、化学键的类型等信息，进而可确定分子的空间结构。 不论是常规的化学实验方法还是质谱、红外光谱等仪器测定的手段，都只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推断分子的结构，但对于所含原子数较多的分子来说，难以对其空间结构进行测定，要测定分子的空间结构，可以借助晶体X射线衍射实验可获得晶胞参数、原子坐标、原子间距、化学键的类型等信息，进而可确定分子的空间结构。 1．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立体结构 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，A正确；质谱分析：利用质荷比来测定有机物相对分子质量，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，C错误；X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，D错误。 答案　A 2．已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示，下列说法错误的是(　　) A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键 B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子 C．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3—O—CH3 解析　红外光谱给出的是化学键和官能团，从图上看出，化合物A中含有C—H、O—H和C—O三种化学键，A项正确；核磁共振氢谱图中，峰的个数即代表氢的种类数，B项正确；核磁共振氢谱图中峰的面积表示氢的数目比例，在没有给出化学式的情况下，无法得知其H原子总数，C项正确；若A的结构简式为CH3—O—CH3，则无O—H键(与题中红外光谱图不符)，其核磁共振氢谱图应只有一个峰(与题中核磁共振氢谱图不符)，D项错误。 答案　D 3．科学家对青蒿素的结构进行进一步改良，合成了药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚。 下列说法错误的是(　　) A．研究青蒿素结构的基本实验步骤为分离、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的反应类型分别为氧化反应、取代反应 C．双氢青蒿素在水中的溶解性大于青蒿素 D．可用质谱法测定分子式，用晶体X射线衍射确定分子的结构 解析　研究有机物的一般过程：分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式，根据元素定量分析确定实验式、再测定相对分子质量确定分子式，最后通过波谱分析确定结构式，故A正确；①为还原反应，②为取代反应，故B错误；双氢青蒿素含有羟基，可与水分子间形成氢键，在水中的溶解度较大，故C正确；质谱法可以确定有机物的相对分子质量，晶体X射线衍射可确定分子的结构，故D正确。 答案　B 4．为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验： (1)将一定量的有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L(标准状况下)，则该物质的实验式是____________。 (2)用质谱仪测定该有机化合物的相对分子质量，得到如图所示的质谱图，则其相对分子质量为________，该物质的分子式是________。 (3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简式：________________。 (4)核磁共振氢谱能对有机物分子中不同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类和数目，例如，甲基氯甲基醚(Cl—CH2—O—CH3，有2种氢原子)的核磁共振氢谱如图甲所示： 经测定，有机物A的核磁共振氢谱如图乙所示，则A的结构简式为________。 解析　(1)根据题意有n(H2O)＝0.3 mol，则n(H)＝0.6 mol；n(CO2)＝0.2 mol，则n(C)＝0.2 mol。根据氧原子守恒有n(O)＝n(H2O)＋2n(CO2)－2n(O2)＝0.3 mol＋2×0.2 mol－2×eq \f(6.72 L,22.4 L·mol－1)＝0.1 mol，则N(C)∶N(H)∶N(O)＝n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶6∶1，其实验式为C2H6O。(2)假设该有机物的分子式为(C2H6O)m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m＝46，即m＝1，故其分子式为C2H6O。(3)由A的分子式C2H6O可知，A为饱和化合物，推测其结构简式为CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氢谱可知A有3种不同化学环境的H原子，而CH3OCH3只有1种H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。 答案　(1)C2H6O　(2)46　C2H6O (3)CH3CH2OH、CH3OCH3 (4)CH3CH2OH 项目活动二　借助原子位置确定分子空间结构 1．借助晶体X射线衍射测定青蒿素分子结构的基本思路 (1)确定晶胞参数——借助青蒿素晶体X射线衍射的实验结果，依据晶体的周期性特征，通过复杂的数学处理可得出青蒿素晶体的晶胞结构及其参数。 a＝2.407 7 nm，b＝0.944 3 nm，c＝0.635 6 nm (2)识别原子位置——通过计算可得到青蒿素晶胞中各处的电子云密度。①由于原子核附近的电子云密度大，可根据晶胞中电子云密度推断晶胞中原子的位置(坐标)；②由于不同种类元素原子周围的电子云密度不同，可根据电子云密度的大小判断晶胞中原子的种类。 (3)建立原子坐标——以一个顶点为坐标原点，以a、b、c为坐标轴的单位建立坐标系，得到用(x，y，z)表示的C、O的原子坐标。x，y，z均为分数，表示该原子在晶胞中的相对位置。 (4)确定分子骨架——计算原子间的距离，并与常见化学键的键长数据进行比较，推断哪些原子间可以形成化学键以及形成什么类型的共价键(单键、双键、三键)。 (5)获得完整结构——在确定了C、O原子的连接关系和成键类型后，借助C、O原子的成键规律找出C、O原子连接H原子的数目，进而借助C、O原子的空间结构特点及C—H键的键长等，找到H原子的位置，即可确定青蒿素的分子结构。 青蒿素分子结构 2．利用晶体分析测定分子结构的意义 借助晶体X射线衍射测定原子坐标，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。单键、双键、三键等价键模型的完善，杂化轨道、分子轨道等理论模型的建立，都离不开这些结构参数的支持。物质的宏观性质、微观结构以及关于结构的理论模型三者有效互动，共同推动了人们对物质结构的认识不断走向深入。 认识物质结构的基本角度和思路 1．某氮化铁的晶胞结构如图所示： 原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数A为(0,0,0)；B为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))；C为(0,1,1)。则D原子的坐标参数为________。 答案　eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2))) 2．原子坐标参数和晶胞参数是晶胞的两个基本参数。 图中原子坐标参数分别为：A(0,0,0)，Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))，Ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))，则D的原子坐标参数为________。 答案　eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，\f(1,2))) $