第三单元 从微观结构看物质的多样性国家获奖教案

第三单元

从微观结构看物质的多样性

第1课时

同素异形现象与同分异构现象

1．从微观结构了解物质形态的多样性。

2．以碳、氧的同素异形体为例，认识同素异形现象。(重点) 3．以C4H10和C2H6O为例，认识同分异构现象。(重点)

[基础·初探] 1．同素异形现象

碳单质有金刚石、石墨、富勒烯(包括C60、C70和单层或多层的纳米碳管)等。同一种元素能够形成几种不同的单质的现象称为同素异形现象。

2．同素异形体

具有同素异形现象的不同单质互称为该元素的同素异形体。

3．常见的同素异形体

(1)碳的同素异形体

①金刚石、石墨性质的差异

a．物理性质

颜色

熔点

导电性

b.化学性质：几乎相同。

②金刚石、石墨、C60的结构差异

金刚石

无色透明

很高

不导电

石墨

灰黑色

很高

导电

同

素

异

形

现

象

1

金刚石

石墨

C60

结构模型

每个C原子与相邻结构特点

属层状结构。层内C原子以共价键结合，由60个C原子形成的封闭笼状分子，形

的4个碳原子以共价每一层内C原子排键结合，形成空间网成平面六边形，形成似足球，又称“足球状结构

平面网状结构。层间烯”

存在分子间作用力

(2)氧的同素异形体

①物理性质

颜色

沸点

气味

②化学性质

a．化学性质相似，均有氧化性，但O3氧化性更强。

放电b．相互转化：3O2=====2O3。

(3)磷的同素异形体

特性

化学性质

红磷

红棕色固体，无毒

空气中不能自燃

点燃4P＋5O2=====2P2O5

[探究·升华] [思考探究] 1．氯气和液氯都是氯元素的单质(Cl2)，所以它们互为同素异形体吗？

【提示】

同素异形体是指同种元素形成的不同单质，而氯气和液氯是同种白磷

白色蜡状固体，剧毒

空气中能自燃

无味

O2

无色

O2＜O3

鱼腥味

O3

淡蓝色

2

物质只是状态不同。

2．互为同素异形体的物质其性质一定相似吗？为什么？

【提示】

不一定。同素异形体是由同种元素组成的不同单质，组成和结构可能都不相同，其物理性质具有一定的差异，但化学性质基本相似。

3．同位素原子之间的转化是化学变化吗？为什么？

【提示】

不是。原子是化学变化中的最小微粒，反应前后原子的种类和个数不变。同位素原子之间转化时，中子数发生变化，即原子核发生了变化，不属于化学变化。

4．产生同素异形现象的原因有哪些？

【提示】

主要有两种：

①组成分子的原子个数和成键方式不同，如O2和O3。

②晶体中原子的成键方式和排列方式不同，如金刚石和石墨。

[认知升华] 1．常见的同素异形体

(1)碳：金刚石、石墨、富勒烯。

(2)氧：氧气(O2)、臭氧(O3)。

(3)磷：白磷(P4)、红磷。

(4)硫：斜方硫、单斜硫、弹性硫。

2．同素异形体的理解

(1)同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。

(2)互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数可以相同，也可以不相同。

(3)产生同素异形现象的原因：

①构成分子的原子个数不同。如氧气(O2)和臭氧(O3)。

②晶体中原子的排列方式不同。如金刚石和石墨。

(4)由于分子构成或晶体结构不同，导致它们的性质存在区别，即物理性质差异很大，而化学性质有些相似，有些相差很大，但是存在活泼性的差异。如：金刚石硬度很大、不能导电，而石墨硬度较小，层与层之间能滑动、导电性能好；石墨的化学性质较金刚石活泼，但两者化学性质相似(与O2反应、具有还原性等)。

[题组·冲关]

3

题组

同素异形体的分析判断

1．意大利科学家用O2和18O＋2制造出了一种新型氧分子O4，下列叙述正确的是(

) A．16O、18O＋2都是氧元素的同位素

B．O2、O＋2

、O4都是氧元素的同位素

C．O4是新型的氧化物

D．制造O4的反应是氧化还原反应

【解析】

＋181618O＋2不是原子，O、O是氧元素的同位素，A项错误；O2、O2、O4都不是原子，不是氧元素的同位素，B项错误；含有两种元素，其中一种是氧元素的化合物是氧化物，C项错误；O＋2和O4中氧元素的化合价不同，D项正确。

【答案】

D 2．下列六组物质互为同素异形体的是(

) ①16O2和18O2

②H2SiO3和H4SiO4

③O2和O3

④H2O和H2O2

⑤金刚石、石墨和C60

⑥红磷和白磷

A．只有②③⑤

C．只有①③⑤

【答案】

B 3．下列说法正确的是(

)

【导学号：31792032】

A．红磷转化为白磷发生了氧化还原反应

B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体

C．O2和O3分子式不同，但结构相同

D．S2、S4、S8都是硫的同素异形体

【解析】

同素异形体之间的转化为非氧化还原反应，A错误；同素异形体的物理性质一般不同，B错误；O2和O3的结构不同，C错误；S2、S4、S8均为硫元素的不同单质，它们互为同素异形体。

【答案】

D 【规律方法】

同素异形体的理解

(1)同素异形体有两个“相同”和三个“不同”——组成元素相同，同为单

4 B．只有③⑤⑥

D．只有①②④⑥

质；结构不同，不同种物质，性质不同。

(2)同素异形体的性质差别是由物质结构的差别所决定的。

(3)同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。

[基础·初探] 1．同分异构现象和同分异构体

同

分

异

构

现

象

2．实例

。

[探究·升华]

5

[思考探究]

问题思考：

1．互为同素异形体的是________(用序号表示，下同)。

2．互为同分异构体的是________。

3．互为同位素的是________。

4．属于同一化合物的是________。

【提示】

1.②⑧⑩

2.③④⑨

3.①⑦

4.⑤

[认知升华] 1．同分异构体的三种类型

2．“三同”的比较

定义

同位素

同素异形体

同分异构体

质子数相同，中子数同种元素组成的不同分子式相同，结构不

6

不同的同种元素的原子

研究

对象

化学式

核素

单质

同的化合物

单质

化合物

用原子符号表示不同用同种元素符号表示的原子

不同的分子组成

相同

化学性质不一定相同，物理性质不同

正丁烷和异丁烷

性质

化学性质相同，物理化学性质相似，物理性质不同

H、D、T 性质不同

O2、O3；红磷、白磷；金刚石、石墨

[题组·冲关] 举例

题组1

同分异构体的理解与判断

1．下列说法正确的是(

)

【导学号：31792033】

A．相对分子质量相同的物质一定是同一种物质

B．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体

C．白磷和红磷是同分异构体

D．分子式相同的不同物质一定互为同分异构体

【解析】

同分异构体必然具有相同的分子式和相同的相对分子质量，但具有相同的相对分子质量的物质却不一定具有相同的分子式，如N2和CO，A、B不正确；白磷和红磷是磷元素的两种不同单质，是同素异形体，C不正确。

【答案】

D 2．下列各对物质中属于同分异构体的是(

)

7

【解析】

A项，两原子属于同位素；B项，两物质属于同素异形体；C项，两物质的分子式相同，结构不同，属于同分异构体；D项，两种物质的分子式相同，结构也相同(各原子的连接顺序和排列方式均相同)，它们属于同一种物质。

【答案】

C 题组2

“三同”的分析判断

3．下列物质中，互为同分异构体的有________(填序号，下同)。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________。

【解析】

②和⑤的分子式都是C6H14，⑦、⑧和⑫的分子式都是C7H16，它们分别属于同分异构体；③和⑩是磷元素的两种单质，互为同素异形体；⑨和⑪是氯元素的两种核素，是同位素；①和④是氯气的液态和气态，属于同一物质。

【答案】

②和⑤

⑦⑧和⑫

③和⑩

⑨和⑪ ①和④

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