第三单元 从微观结构看物质的多样性教学内容分析

第三单元

从微观结构看物质的多样性

1-3-1 同素异形现象

【教学目标】

以金刚石、石墨等碳的同素异形体为例，认识由于微观结构不同而导致的同素异形现象。

【教学难点】

金刚石、石墨和纳米碳管的结构。

【教学过程】

[你知道吗]研究发现，金刚石、石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体，它们在一定条件下能相互转化，说明它们都是碳元素的单质。金刚石晶体无色透明，有光泽，十分坚硬，可做装饰品，可用于切割玻璃、花岗岩，可做地质和石油勘探的钻头等。石墨为灰黑色，质地较软，能导电，可做润滑剂剂和电极等。为什么它们的性质有如此大的区别？

[板书]一、同素异形现象：同一种元素能够形成几种不同的单质的现象。

二、同素异形体

1、定义：同一种元素形成的不同单质。

（1）同种元素；

（2）单质；

实例：

①碳元素的不同单质：金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、纳米碳管等。

[展示]金刚石、石墨、足球烯、纳米碳管的三维空间结构模型。

Ⅰ、金刚石：构成金刚石的微粒是碳原子，碳原子间以共价键相连，结合成空间网状结构，金刚石的基本结构单元为正四面体，每个碳原子与其余的4个碳原子以共价键相结合。

Ⅱ、石墨：石墨晶体呈层状结构。构成石墨的微粒是碳原子，碳原子间以共价键相连，在石墨的每一层内，每个碳原子与其余3个碳原子以共价键相结合，碳原子排列成平面正六边形，无数的平面正六边形成平面网状结构。石墨的不同层之间，存在着分子间作用力。

[展示]金刚石、石墨的物理性质

物理性质

金刚石

石墨

硬度

很大

很软

熔沸点

很高

很高

导电性

不导电

能导电

Ⅲ、足球烯（C60）：足球烯的结构是60个碳原子形成的封闭的笼状分子，形似足球，所以，人们称它为足球烯。

Ⅳ：纳米碳管。

[讲述]根据以上结构的观察和有关内容的学习，可以知道，同素异形体的结构是不同的。

[板书]（3）结构不同。

[设问]钠原子和钠离子都是由同一种元素----钠元素形成的，它们是同素异形体吗？为什么？

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[讲解]不是。因为钠原子和钠离子是同一元素的不同粒子，不属单质。

[设问]Fe2O3和Fe3O4的组成元素完全相同，它们是同素异形体吗？为什么？

[讲解]不是。因为它们是由同种元素组成的化合物，不是单质。

[设问]1H和2H是什么关系？

[讲解]同位素。

[展示]同素异形体与同位素的区别

同素异形体

同位素

定义

同一种元素的不同单质

同一元素的不同核素（或不同原互称同素异形体

子）互称同位素

研究对象

单质

核素或原子

1举例

金刚石和石墨

H、2H、3H [过渡]除了碳元素能形成不同的单质，同素异形体还有许多，比如，氧元素形成的单质氧气和臭氧，磷元素形成的单质白磷和红磷等。

[板书]②氧元素形成的单质-----氧气和臭氧。

Ⅰ、氧气；

Ⅱ、臭氧。

[讲述]氧气和臭氧均由氧元素组成，在分子组成上只不过相差1个O原子，但两者的性质却大相径庭。

[展示]氧气和臭氧的物理性质

O3

O2

色、嗅、态

通常为一有特殊臭味的淡蓝色通常为一无色无气味的气体

气体

溶解度（水大

小

中）

熔点

-251℃

-218℃

沸点

-112.4℃

-183℃

[板书]③磷元素形成的单质――白磷和红磷。

2、同素异形体的物理性质不同，因为它们的结构不同；

同素异形体的化学性质基本相同，因为它们都是由同种元素组成的单质。

3、同素异形体之间可以相互转化。

[小结] [板书设计] 一、同素异形现象

1、同素异形体：同一种元素形成的不同单质。

（1）同种元素；

（2）单质；

实例：

①碳元素的不同单质：金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、纳米碳管等。

②氧元素形成的单质-----氧气和臭氧。

③磷元素形成的单质-----白磷和红磷。

2、同素异形体的物理性质不同，因为它们的结构不同；

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同素异形体的化学性质基本相同，因为它们都是由同种元素组成的单质。

3、同素异形体之间可以相互转化。

1-3-2 同分异构现象

【教学目标】

1、以同分异构现象为例认识物质的多样性与微观结构有关系。

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、认识物质的结构决定性质、性质体现结构这一观点。

【教学难点】

有机物的同分异构现象。

【教学过程】

[活动与探究]用不同颜色的小球代表碳、氢原子，用塑料棒代表原子间形成的共价键，依据碳、氢原子形成共价键的特征，制作组成为C4H10的有机化合物的分子结构模型。你可以制作几种不同的分子模型？

[小结]搭配要求：（1）每个碳原子周围均可形成4个共价键，（2）每个氢原子周围只可以形成1个共价键（3）碳原子间应该是碳碳单键。为什么？

[分析]这是为了保证让碳原子和氢原子分别达到最外层8电子和2电子的稳定结构。

[展示]学生搭配出来的2种正确的结构模型。

[设问]这两种结构的异同点？

[小结]分子式相同，但是空间结构不同。

[过渡]这就是我们今天要学习的同分异构现象和同素异形体。

[板书]一、同分异构现象和同分异构体

1、同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。

2、同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

[讲解]同分异构现象广泛存在，是有机化合物种类繁多有原因之一。通过刚才的搭配，我们已经知道，在C4H10的分子中，只含有C、H两种元素，碳原子之间是以碳碳单键连接的，这样的有机化合物被称为烷烃。又因为C4H10中含有4个碳原子，被称为“丁”，所以，搭配出来的两种结构分别代表的是正丁烷和异丁烷。

[板书]实例1：丁烷（C4H10）

[练习]1、写出正丁烷和异丁烷的结构式。

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[讲解]正丁烷的4个碳原子都在同一条主链上，而异丁烷只有3个碳原子在同一条主链上，另有1个碳原子在支链上。请问，支链能否连接在主链的最左端或最右端的碳原子上？

[分析]不能。那样的话，仍然是在同一条主链上，没有支链。

[练习]2、写出正丁烷和异丁烷的结构简式。

[强调]请同学们注意，画在纸平面上或是在黑板上的结构式、结构简式，是不能反映出分子中的原子在空间的伸展方向的。

[展示]正丁烷和异丁烷的物理性质

分子式

物质名称

沸点/℃

状态

正丁烷

-0.5 气态

C4H10

异丁烷

-11.7 气态

[观察与思考]乙醇（沸点为78℃）和二甲醚（沸点为-23℃）互为同分异构体，它们的分子式都是C2H6O。观察它们的分子结构模型，分析两者间有什么差异。

[讲解]在C2H6O分子中，氧原子可以与碳原子直接相连，也可以与氢原子直接相连，且均以单键相连。

[板书]实例2：乙醇与甲醚

[练习]写出乙醇与甲醚的结构简式。

CH3-CH2-OH

CH3-O-CH3

[板书]二、同分异构体的物理、化学性质不同

[作业] [板书设计] 一、同分异构现象和同素异形体

1、同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。

2、同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

二、同素异形体的物理、化学性质不同

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