2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)章末復(fù)習(xí)課教案新人教版選擇性必修2

PAGE3-第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)青蒿素分子的結(jié)構(gòu)測定【項(xiàng)目情境】素養(yǎng)解讀我國探討人員從1973年初起先測定青蒿素的組成與結(jié)構(gòu)，探討工作于1976年基本結(jié)束。探討人員利用高辨別質(zhì)譜儀測定出青蒿素的相對(duì)分子質(zhì)量為282.33。結(jié)合元素分析，確定其分子式為C15H22O5。進(jìn)一步的探討發(fā)覺，青蒿素的質(zhì)譜數(shù)據(jù)中有一個(gè)峰值與另一種抗瘧藥鷹爪素相同，而鷹爪素的該質(zhì)譜峰對(duì)應(yīng)過氧基團(tuán)，于是推想青蒿素中也含有過氧基團(tuán)。探討人員經(jīng)過一系列困難的氧化和還原反應(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，推定了青蒿素中甲基、過氧團(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，最終探討人員采納晶體X射線衍射的方法，確定了青蒿素的分子結(jié)構(gòu)。1.素養(yǎng)要求—宏觀辨識(shí)與微觀探析：能依據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)描述或預(yù)料物質(zhì)的性質(zhì)。2．素養(yǎng)目標(biāo)：通過“探究水的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”，要求學(xué)生體會(huì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，形成“結(jié)構(gòu)確定性質(zhì)”的理論認(rèn)知。【探究過程】素養(yǎng)評(píng)價(jià)【探究任務(wù)一：相識(shí)測定青蒿素結(jié)構(gòu)的物理方法】問題1.閱讀信息總結(jié)探討人員測定青蒿素相對(duì)分子質(zhì)量的方法是什么？提示：探討人員利用高辨別質(zhì)譜儀測定青蒿素相對(duì)分子質(zhì)量。問題2.探討人員還運(yùn)用了哪些科學(xué)儀器對(duì)青蒿素結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討？提示：科研人員運(yùn)用紅外光譜測定青蒿素中的酯基核過氧基團(tuán)，利用核磁共振譜圖測定碳、氫原子的種類和數(shù)量信息，利用晶體X射線衍射確定青蒿素分子結(jié)構(gòu)?！咎骄咳蝿?wù)二：借助原子位置確定分子空間結(jié)構(gòu)】通過X射線衍射可以確定每個(gè)原子的位置，但原委是哪些原子通過化學(xué)鍵連接在一起？它們又以什么類型的化學(xué)鍵連接？如何勾畫出一個(gè)完整的分子結(jié)構(gòu)呢？借助青蒿素晶體X射線衍射的試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)晶體的周期性特征，通過困難的數(shù)學(xué)處理得出，青蒿素晶體的晶胞是長方體，三條棱長分別是a＝2,4077nm、b＝0.9443nm、c＝0.6356nm，棱的夾角都是90°，這些數(shù)據(jù)就是青蒿素晶體的晶胞參數(shù)。識(shí)別原子位置進(jìn)一步計(jì)算得到青蒿素晶胞中各處的電子云密度。因?yàn)樵雍伺赃叺碾娮釉泼芏却?，所以依?jù)晶胞中電子云密度就能推斷晶胞中原子的位置(坐標(biāo))。由于不同種類元素原子四周的電子云密度不同，可依據(jù)電子云密度的大小推斷晶胞中原子的種類。建立原子坐標(biāo)以一個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以a、b、c為坐標(biāo)軸的單位建立坐標(biāo)系，得到用(x，y，z)表示的碳、氧原子的原子坐標(biāo)，x，y，z約為分?jǐn)?shù)，表示該原子在晶胞中的相對(duì)位置。動(dòng)手實(shí)踐：請(qǐng)依據(jù)青蒿素晶體中碳、氧原子坐標(biāo)(等比例放大到密度大小的尺度，由老師供應(yīng))，利用泡沫球，泡沫版和毛衣針(橡皮泥、竹炭等其他的替代材料)，搭建出青蒿素分子中的碳、氧原子在三維空間中的位置。搭建分子骨架計(jì)算原子間的距離，并與前人在大量試驗(yàn)測定基礎(chǔ)上總結(jié)出的常見化學(xué)鍵的鍵長(參見附表1)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，推斷哪些原子間可以形成化學(xué)鍵以及形成什么類型的共價(jià)鍵(單鍵、雙鍵、三鍵)。動(dòng)手實(shí)踐：請(qǐng)確定青蒿素分子中碳、氧原子的連接關(guān)系及成鍵類型，并用竹簽將成鍵原子連接起來，獲得青蒿素的大致分子骨架。提示：可以把用到的鍵長數(shù)據(jù)依據(jù)比例換算成所搭建的宏觀模型的尺度，直尺測量泡沫球之間是否達(dá)到成鍵距離。獲得完整結(jié)構(gòu)在確定了碳原子。氧原子的連接關(guān)系和成鍵類型后。借助碳原子和氧原子的成鍵規(guī)律找出碳、氧原子連接氫原子的數(shù)目，進(jìn)而借助碳、氧原子的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及碳氧鍵的鍵長等，找到氧原子的位置(隨著高科技的發(fā)展，提前已經(jīng)可以干脆識(shí)別由氫原子的位置)。動(dòng)手實(shí)踐：請(qǐng)確定各碳、氧原子連接的氫原子的數(shù)目，并將相應(yīng)數(shù)目的氫原子連接在所搭模型相應(yīng)的原子上。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析—水平3：能從原子、分子水平分析水的結(jié)構(gòu)。2．宏觀辨識(shí)與微觀探析—水平4：能依據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，描述或預(yù)料物