第三单元 从微观结构看物质的多样性课件配套优秀公开课教案设计

第三单元从微观结构看物质的多样性

第一课时

同素异形现象

同分异构现象

[课标要求]

1．以碳元素的几种单质为例，认识同素异形现象。

2．以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象。

3．以同素异形现象和同分异构现象为例，认识物质的多样性与微观结构的关系，学会同素异形体、同分异构体的判断方法。

1．“二同”概念：

(1)同素异形体：同一种元素能够形成几种不同的单质互称同素异形体；

(2)同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称同分异构体。

2．“三组”常见的同素异形体：

(1)金刚石、石墨和足球烯；

(2)O2和O3；

(3)红磷和白磷。

3．有关同分异构体的“三组一定和不一定”：

(1)分子式相同，一定有相同的相对分子质量，反之不一定成立；

(2)分子式相同，一定有相同的最简式，反之不一定成立；

(3)分子式相同，一定有相同的元素的质量分数，反之不一定成立。

同素异形现象

1．同素异形现象和同素异形体

(1)同一种元素能够形成几种不同的单质的现象叫做同素异形现象。

(2)同一种元素可形成不同单质，这些单质互称为这种元素的同素异形体。

2．常见的同素异形体

(1)碳的同素异形体

物质

物颜色状态

金刚石

无色透明固体

石墨

灰黑色固体

足球烯(C60) 灰黑色固体

理性质

硬度熔点

导电性

坚硬、熔点很高

不导电

质软、熔点高

导电

硬度小、熔点低

不导电

微观结构

差异分析

(2)氧的同素异形体

物质

颜色

沸点

气味

相互转化

差异分析

(3)磷的同素异形体

物质

白磷

红磷

色态

白色蜡状固体

红棕色固体

毒性

有剧毒

无毒

稳定性

易自燃

加热或点燃可燃烧

保存

冷水中

直接存放在广口瓶中

O2

无色

O2＜O3

无味

3O2=====2O3

分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同

放电

碳原子的成键方式和排列方式不同

O3

淡蓝色

鱼腥味

3．对同素异形体的理解

(1)组成元素：只含有一种元素。

(2)物质类别：互为同素异形体的只能是单质。

(3)性质关系：同素异形体之间的物理性质有差异，但化学性质相似。

(4)相互转化：同素异形体之间的转化属于化学变化，因为转化过程中有化学键的断裂与形成。

(5)同素异形体之间的转化既有单质参加，又有单质生成，但由于没有涉及化合价的变化，一般认为这种转化属于非氧化还原反应。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)O2与O3互为同素异形体(

) (2)水和冰互为同素异形体

(

) (3)金刚石、石墨、C60互为同素异形体

(

) 答案：(1)√

(2)×

(3)√

2．关于金刚石、石墨、C60的下列说法中，不正确的是(

) A．它们都是由碳元素组成的单质

B．它们都是电的良导体

C．它们原子的排列方式各不相同

D．它们的化学性质几乎相同

解析：选B

金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们都是碳元素的同素异形体；由于其结构中各原子的排列方式不同，而使其物理性质差异较大，如金刚石不导电，石墨能导电等。但它们的化学性质几乎完全相同，如都能在一定条件下与O2完全反应生成二氧化碳。

同分异构现象

1．同分异构现象和同分异构体

(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。

(2)分子式相同而结构不同的化合物，互称为同分异构体。

(3)同分异构现象主要表现在有机化合物中。

2．实例

(1)正丁烷和异丁烷

名称

分子式

正丁烷

C4H10

异丁烷

结构式

分子结构

球棍模型

结论

沸点

分子结构不同

－0.5 ℃

－11.7 ℃

结构简式

CH3CH2CH2CH3

差异分析

(2)乙醇和二甲醚

名称

分子式

原子的连接方法不同，化学键的类型相同，物质类别相同

乙醇

C2H6O 二甲醚

分子结构

结构式

结论

分子结构不同

78 ℃

物理性质不同，化学性质不同

－23 ℃

性质

沸点

3.四角度认识同分异构体

(1)从物质看：互为同分异构体的物质只能是化合物。它们之间的转化属于化学变化，若共存则为混合物。

(2)从分子式看：互为同分异构体的化合物，其分子式相同，相对分子质量也相同，但相对分子质量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相对分子质量均为46。

(3)从结构看：互为同分异构体的化合物，空间结构不同。

(4)从性质看：互为同分异构体的化合物，物理性质不同，化学性质可能相似。

1．互为同分异构体的物质一定不可能具有(

) A．相同的分子式

C．相似的化学性质

B．相同的结构

D．相同的相对分子质量

解析：选B

互为同分异构体的物质的分子式相同，其相对分子质量也相同，但其结构不同，化学性质不一定相似。

2．下列各对物质中，属于同分异构体的是(

) A．白磷和红磷

B．干冰和CO2

解析：选D

白磷和红磷两者属于同素异形体，A项不符合题意；干冰和CO2是同一种物质，只是状态不同，B项不符合题意；C项属于同一种物质，不符合题意；D项中两者的分子式均为C6H14，结构不同，属于同分异构体，符合题意。

[三级训练·节节过关]

1．科学家发现C60后，近年又合成了许多球形分子，如C50、C70、C120、C540等，它们互称为(

) A．同一种物质

C．同素异形体

B．同分异构体

D．同位素

解析：选C

C60与C50、C70、C120、C540均是由碳元素组成的不同单质，互为同素异

形体。

2．闪电时空气中有臭氧生成。下列说法正确的是(

) A．O3和O2互为同位素

B．O2比O3稳定

C．等体积O3和O2含有相同质子数

D．O3与O2的相互转变是物理变化

解析：选B

O2和O3互为同素异形体，A不正确；温度、压强不确定，不能确定O2、O3的物质的量，也就是不能确定质子数，C不正确；同素异形体之间的转化属于化学变化，D不正确。

3．下列各组物质中，不互为同素异形体的是(

) A．金刚石和C60

C．O2和O3

B．红磷和P4

D．干冰与冰

解析：选D

干冰是固态CO2，冰为固态水，二者不属于同素异形体。

4．下列物质互为同分异构体的是(

) A．氧气和臭氧

C．CH4和C2H4

B．正丁烷和异丁烷

D．1H和2H 解析：选B

氧气和臭氧是由同种元素形成的不同单质，互称同素异形体，A项错误；正丁烷和异丁烷分子式相同，结构不同，互称同分异构体，B项正确；CH4和C2H4分子式不同，不可能是同分异构体，C项错误；1H和2H是质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素，D项错误。

5．下面列出了几组物质或微粒，请将合适的序号填写在空格上。

①金刚石与“足球烯”(C60)；

②D与T；

③16O、17O和18O；

④氧气(O2)与臭氧(O3)；

⑤乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。

(1)是同素异形体的________。

(2)是同位素的________。

(3)是同分异构体的________。

解析：(1)由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，则是同素异形体的为金刚石与“足球烯”(C60)，氧气(O2)与臭氧(O3)。

(2)质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，则是同位素的是D与T,16O、17O和18O。

(3)分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，则是同分异构体的为乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。

答案：(1)①④

(2)②③

(3)⑤

一、单项选择题

1．下列关于同分异构体的描述正确的是(

) A．无机物之间不存在同分异构现象

B．有机物与无机物之间可以存在同分异构现象

C．同分异构体的性质相同

D．16O和18O互为同分异构体

解析：选B

无机物和无机物、无机物和有机物之间也可能存在同分异构现象，故A不正确，B正确；同分异构体的性质不同，16O和18O互为同位素，C、D不正确。

2．造成金刚石和石墨性质差异的主要原因是(

) A．碳原子种类不同

B．同体积两种物质中碳原子个数不同

C．碳原子成键方式不同

D．物质状态不同

解析：选C

因碳原子的成键方式不同造成金刚石与石墨性质不同。

3．O2与O3在一定条件下可以相互转化，这一变化属于(

) A．物理变化

C．氧化还原反应

B．化学变化

D．以上都不是

解析：选B

同素异形体间的转化属于化学变化，但不是氧化还原反应。

4．下列各项描述的判断正确的是(

) 选项

A 描述

由同种元素组成的物质一定是纯净物

结论

正确

B C D 科学家最近合成了一种新型的化合物N4

红磷转化为白磷是物理变化

纳米泡沫碳和金刚石是同素异形体

正确

错误

错误

解析：选C

氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质，它们的混合气体属于混合物，A错误；N4只含有一种元素，是一种新单质，不属于化合物，B错误；红磷和白磷属于同素异形体，同素异形体之间的转化均是化学变化，C正确；纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同种单质，互为同素异形体，D的结论错误。

5．下列各组中互为同素异形体关系的是(

) A．H2与D2

39C.4019K与19K

B．T2O与H2O D．S4与S8

解析：选D

H2与D2均是氢气分子，A项错误；T2O与H2O均是水分子，B项错误；4019K30与19K的质子数相同而中子数不同，互为同位素，C项错误；S4与S8均是硫元素形成的单质，二者互为同素异形体，D项正确。

二、不定项选择题

6．下列关于同分异构体的说法错误的是(

) A．具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体

B．互称为同分异构体的物质一定不是同种物质

C．同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质一定相同

D．同分异构体一定具有相同的相对分子质量

解析：选AC

N2与CO具有相同的相对分子质量和不同的结构，但不是同分异构体，A错误；同分异构体之间的化学性质不一定相同(如乙醇与二甲醚)，C错误。

7．科学家们最近发现一种新分子，具有空心类似足球状的结构，其化学式为C70。下列说法不正确的是(

) A．C70是一种化合物

B．它的相对分子质量为840 C．它的化学性质和金刚石相似

D．C70和金刚石、石墨一样，都是由碳元素组成的单质

解析：选A

依题意，C70是一种分子，从其化学式可知，一个C70分子由70个碳原子构成，C70应是碳的单质，不属于化合物。

8．下列关于臭氧性质的叙述中不正确的是(

) A．臭氧比氧气的氧化性更强，常温下能将Ag、Hg等较不活泼的金属氧化

B．臭氧可以杀死许多细菌，是一种良好的消毒剂

C．臭氧和活性炭一样，能够吸附有机色素，是一种良好的脱色剂

D．臭氧和氧气在一定条件下可以相互转化

解析：选C

臭氧有很强的氧化性，能把有机色素氧化成无色物质。

三、非选择题

139．有下列各组物质①12

6C与

6C，②与，③金刚石与石墨，④乙醇(CH3—CH2—OH)与二甲醚(CH3—O—CH3)。

(1)互为同位素的是__________(填序号，下同)。

(2)互为同素异形体的是__________。

(3)互为同分异构体的是__________。

解析：

126C与

136C互为同位素，两者相同的是原子的核电荷数、质子数、核外电子数，不同的是原子核内中子数。金刚石与石墨互为同素异形体，互为同素异形体的物质的组成元素相同，但物质的结构不同，与、乙醇与二甲醚互为同分异构体，互为同分异构体的物质分子组成即分子式相同，但分子内原子的连接方式不同，各原子的连接顺序和空间排列方式不同。

答案：(1)①

(2)③

(3)②、④

10．1982年两位日本科学家在南极拍摄到南极上空臭氧空洞的照片。

(1)1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家。氟利昂(如CF2Cl2)可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久破坏作用，有关反应为O3光

O2＋O、Cl＋O3===ClO＋O2、ClO＋O===Cl＋O2

①上述变化的总反应是____________________________________________________。

②在上述变化中，Cl是______________。

A．反应物

C．中间产物

③O2和O3是______________。

A．同分异构体

C．氧的同素异形体

B．同一种物质

D．氧的同位素

B．生成物

D．催化剂

(2)超音速飞机排放的氮的氧化物(NO和NO2)也会破坏臭氧层，它们和O3及O原子发生如下反应：O3＋NO===NO2＋O2、O＋NO2===NO＋O2，这两个反应反复循环，其总反应式为______________，氮的氧化物在破坏臭氧层过程中起了________作用。

(3)臭氧除可吸收紫外线外，又由于臭氧具有极强的氧化性，工业上可用臭氧进行________________________________________________________________________。

解析：将(1)中三个化学方程式相加，消去中间产物，可得到总反应方程式：2O3===3O2。Cl作催化剂，O2与O3属于同种元素形成的不同单质，属于同素异形体。把(2)中的两个化学方程式相加可得O3＋O===2O2，其中氮的氧化物作催化剂。

答案：(1)①2O3===3O2

②D

③C (2)O3＋O===2O2

催化

(3)漂白、杀菌、消毒

一、单项选择题

1．下列说法正确的是(

) A．SO2、SO3互为同分异构体

B．碘晶体、碘蒸气是同素异形体

C．同分异构体的分子组成相同，分子结构不同

D．同素异形体是同种元素的不同单质

解析：选D

分子式相同而结构不同的物质间互为同分异构体；同种元素组成的不同单质互为同素异形体，由概念可知D正确。

2．下列各组物质中，不互为同素异形体的是(

) A．红磷和黄磷

C．Si60和晶体硅

B．斜方硫和单斜硫

D．H2O和H2O2

解析：选D

A项，红磷和黄磷应是磷元素的两种单质；B项，斜方硫和单斜硫应是硫元素的两种单质；C项，Si60是分子晶体与晶体硅，是硅元素的两种单质；D项，H2O和H2O2为化合物，不能成为同素异形体。

3．在化学中，每种物质都有自己对应的化学式，但往往同一化学式，可能表示不同的物质。下列化学式中，只表示一种纯净物的是(

) A．C

C．C2H6O

B．CH4

D．C4H10

解析：选B

A可能是金刚石、石墨，C可能是乙醇、二甲醚，D可能是正丁烷、异丁烷。所以符合题意的只有B项。

4．白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，其转化过程如：1 215.9 MPa，473 K白磷――――――――――――――→黑磷，黑磷性质稳定，结构与石墨相似。下列叙述正确的是隔绝空气(

) A．黑磷与白磷互为同位素

B．黑磷能导电

C．白磷转化为黑磷是物理变化

D．黑磷能在空气中自燃

解析：选B

黑磷也是磷元素组成的单质，A错误；类比石墨的导电性知B正确；白磷、黑磷是不同的物质，C错误；黑磷性质稳定，D错误。

5．现代无机化学对硫－氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。(SN)n是迄今唯一已知的具有超导性质的链状无机高分子。有关如右图所示的硫氮化合物的分子结构的说法中，正确的是(

) A．该物质的分子式为SN B．该物质与化合物S2N2互为同分异构体

C．该物质是电的良导体

D．1 mol该分子中含有的共价键数目为8×6.02×1023

解析：选C

根据分子结构可知，该物质的分子中含有4个S、4个N，所以它的分子式是S4N4，A项错误；同分异构体是指分子式相同、结构不同的化合物，所以S4N4与S2N2不互为同分异构体，B项错误；由于硫氮化合物具有超导性质，故在一定条件下为电的良导体，C项正确；图示分子中有8个S—N键，1个S—S键，故1 mol分子中，共价键数目为9×6.02×1023，D项错误。

二、不定项选择题

6．下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(

) A.CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O B.NH4CNO与CO(NH2)2

C.

D.

解析：选BC

分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。A组中分子式不同；B、C组中，两者的分子式相同，但结构不同，故两者互为同分异构体；D组中水分子的结构相同，不互为同分异构体。

7．意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是(

) A．N4属于一种新型化合物

B．N4转化为N2属于物理变化

C．N4的摩尔质量为56

D．N4与N2互为同素异形体

解析：选D

N4是一种单质，与N2互为同素异形体，二者之间的转化属于化学变化，N4的摩尔质量为56 g·mol1。

－8．科学家发现铂的两种化合物a和b，二者的结构式分别为

，a有抗癌作用，而b没有，二者的关系为(

) A．同分异构体

C．同一种物质

B．同素异形体

D．同位素

解析：选A

a有抗癌作用，而b没有，说明二者属于不同的物质，且二者分子式相同，结构不同，故二者互为同分异构体；互为同素异形体的必须是单质，互为同位素的必须是143537质子数相同，中子数不同的核素(如12

6C与

6C，17Cl与17Cl等)。

三、非选择题

9．下列物质中，互为同分异构体的有________；互为同素异形体的有________；属于同位素的有________；属于同一种物质的有________。

①二氧化碳

②CH3C(CH3)2CH2CH3

③金刚石

④干冰

⑤氢溴酸

⑥溴水

⑦液溴

⑧12C

⑨14C ⑩CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3

⑪石墨

解析：⑩与②互为同分异构体；③和⑪互为同素异形体；⑧和⑨属于同位素；①和④属于同一种物质。

答案：②与⑩

③和⑪

⑧和⑨

①和④

10．硫通常是一种淡黄色晶体。有橙色、无色、红棕色三种颜色的硫蒸气，它们都是硫的单质，但每个分子中硫原子的个数不同，可用Sx表示。对三种蒸气测定结果是：

(1)橙色蒸气密度折算到标准状况后是11.34 g·L1，则它的化学式是________________。

－(2)红棕色蒸气的质量是相同状况下同体积空气的6.62倍，则它的化学式是________________。

(3)无色蒸气对氢气的相对密度是64，则它的化学式是__________________。此事实说明硫有____________。

解析：由题意知：(1)中硫蒸气的相对分子质量为M＝11.34×22.4＝254，其单质的分子式为S8；(2)中硫蒸气的相对分子质量为M＝29×6.62＝192，其单质的分子式为S6；(3)中硫蒸气的相对分子质量为M＝64×2＝128，其单质的分子式为S4。综上分析，可知硫元素有多种同素异形体。

答案：(1)S8

(2)S6

(3)S4

多种同素异形体