第三单元 从微观结构看物质的多样性教学设计及课堂实录

江苏省睢宁县李集中学高一必修2教案

第三单元

从微观结构看物质的多样性

【教学目标】1、以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体为例认识物质的多样性与微观结构有关

2、认识物质的结构决定物质的性质，性质的特点体现了结构的特点

3、了解利用结构模型可以帮助研究物质的微观结构，提高空间想象能力

第1课时

同素异形体和同分异构体

【教学目标】

1、理解同素异形体的概念，认识金刚石、石墨的结构和性质；了解氧、磷的主要同素异形体。

2、掌握同分异构现象，同分异构体的概念。理解同分异构现象的存在是有机物种类繁多，数目庞大的原因之一，进而理解同分异构现象的存在也是物质产生多样性的原因。

【教学重点、难点】同素异形体、同分异构体的概念理解及应用

【情景创设】人类发现的元素仅百余种，为何能形成千千万万种物质？在以前的学习中我们已知物质多样性与组成多样性有关，我们现在再从微观结构上认识物质多样性，并把握结构和性质的关系，更好利用已有的物质，创造更多性能优异的新物质。

【阅读】你知道吗？观看第18页实物和结构模型图片以及信息提示

一、同素异形现象

同素异形现象：同一种元素能够形成几种不同单质的现象叫同素异形现象

同素异形体：同一种元素形成的几种性质不同的单质互称为同素异形体

【讲解】同素异形体概念中关键词

①同一种元素”是对元素而言，不是核素。如：H2、D2、T2不能互称为同素异形体，H、D、T属于氢元素，不能代表氢元素。

②必须是“单质”

③“性质不同”主要是物理性质差别大，化学性质差异小甚至相同

1、碳元素的同素异形体

【讲解】金刚石、石墨和富勒烯(包括C60、C70及单层或多层的纳米碳管)都是由碳元素组成的单质，物理性质相差比较大

金刚石：无色透明有光泽的固体，熔点高（3558℃），硬度大，不导电，不溶于任何溶剂，密度为3.51g/cm3

石墨：深灰色有金属光泽不透明的细鳞片状固体，熔点高（3652℃-3697℃），质软、能导电，常不溶于任何溶剂，密度为2.25g/cm3

富勒烯（包括C60、C70及单层或多层的纳米碳管）：C60是棕黑色固体，半导体，较易溶于有机溶剂，熔点较低

【思考】金刚石、石墨和富勒烯都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质相差这么大呢？

主要是由于这三种物质中碳原子的成键方式和碳原子的空间排列方式不同。

金刚石：每个碳原子以四条共价键与其余四个碳原子相连，形成正四面体结构。此正四面体向空间发展延伸形成了空间网状结构的晶体。由于金刚石晶体内部碳原子与碳原子以非极性共价键相连，键能较大，故金刚石熔点高、硬度大。由于碳原子的四个价电子全部成键，不能导电。金刚石不是由分子构成的物质，不存在分子式。

专题1第三单元第1课时

同素异形体和同分异构体

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石墨：层状结构，同层内部每个碳原子以三条共价键与其余三个碳原子相结合成平面正六边形的网状结构。层与层之间以分子间作用力相结合。分子间作用力较弱，层与层之间容易滑动，可作为高温下的润滑剂。由于每个碳原子还有一个价电子未参加成键，故石墨能导电。石墨不是由分子构成故不存在分子式。

富勒烯（C60）：是由分子构成的物质，分子与分子间以分子间作用力结合，熔点较低。分子内部碳原子以共价单键和共价双键相结合，形成含有12个正五边形和20个正六边形类似足球的笼状结构，又叫足球烯。含有30个双键。

金刚石结构模型

石墨结构模型

足球烯结构模型

2、氧元素的同素异形体——氧气和臭氧

3O22O3

臭氧通常状况下是淡蓝色气体，有鱼腥味，分子为V字型结构是极性分子可溶于水，具有强氧化性。可作为漂白剂、杀菌消毒剂。

氧气与臭氧性质的差异是由于分子中原子个数和原子的成建方式不同引起。

3、磷元素的同素异形体——-白磷和红磷

白磷是白色有蒜臭味的蜡状固体，有剧毒，不溶于水，易溶于二硫化碳，密度为1.82g/cm3。着火点40℃，易自燃，所以切割白磷应在水下进行。

白磷的化学式为P4，每个磷原子以三条共价键与另外三个磷原子相结合，在空间排列成正四面体结构，四个磷原子在四面体的四个顶点。

红磷是红棕色粉末状固体，无毒，既不溶于水也不溶于二硫化碳，密度为2.34 g/cm3

着火点为240℃

隔绝空气加热到260℃

红磷和白磷在一定条件下可以相互转化

白磷

红磷

隔绝空气加热到416℃，急剧冷却

专题1第三单元第1课时

同素异形体和同分异构体

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【强调】（1）同素异形体在一定条件下可相互转化，是非氧化还原反应。

（2）有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应。

二、同分异构现象

【活动与探究】课本P20用不同颜色的小球代表碳原子、氢原子，用小铁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。你可以制作出几种不同的分子结构模型（C形成4条共价键，C上有4个孔；H形成一条共价键，H上只有1个孔）

【阅读课本P21】物质性质是由物质的结构决定，性质不同结构必然不同

表1—9正丁烷和异丁烷的比较

名称

正丁烷

异丁烷

C4H10

C4H10

分子式

-0.5 -11.7 沸点/℃

结构式

球棍模型

【板书】同分异构现象：象正丁烷、异丁烷那样，化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象。

同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称

【强调】同分异构体往往是对于有机化合物来说的

【观察与思考】判断乙醇与二甲醚的关系

分子式

C2H6O C2H6O

球棍模型

结构式

沸点

78℃

-23℃

名称

乙醇

二甲醚

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【总结】

同素异形体

同分异构体

同位素

相同点

同种元素构成

分子式相同

质子数相同的同种元素

不同点

组成和结构不同

结构不同

中子数不同

研究对象

单质

化合物

原子

【总结】重点理解掌握同素异形体、同分异构体的概念，能判断出简单物质间是同分异构体、同素异形体还是同位素关系。

【交送作业】

1．美国科学家用某有机分子和球形笼状分子C60制成了“纳米车”，每辆“纳米车”是由一个有机分子和4个C60分子构成。“纳米车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法正确的是。

A．人们不能用肉眼看到“纳米车”的运动

B．C60分子内只存在共价键

C．C60是一种新型的化合物

D．C60与金刚石互为同位素

2、下列物质中，互为同分异构体的是___________；互为同素异形体的是____________；属于同位素的有______________；属于同一种物质的是___________。

①氯气和液氯

②D2O和T2O

③Cl和Cl

④白磷和红磷

⑤H2和D2

17173537⑥和

2、⑥

④

③

①

3．臭氧的化学式是O3，在通常情况下是淡蓝色，有鱼腥臭味的气体。臭氧不稳定，一旦受热极易转化成O2，并放出大量热，O3的氧化能力比O2强得多。若将O2通过臭氧发生器，在无声放电条件下，从臭氧发生器出来的O2中含有约3%的O3。臭氧在地面附近的大气层中含量极少，在离地面约20～25公里处有一个厚度极薄的臭氧层，超音速飞机排出废气中的CO、CO2、NO等气体、家用电冰箱中使用的制冷剂氟利昂等对臭氧层有很大的破坏作用，会使臭氧层形成空洞，从而使更多的紫外线照射到地球表面，导致皮肤癌的发病率大大增加，如不采取措施，后果不堪设想。

（1）O2和O3性质不同的原因是______________________________________。

（2）将带火星的木条伸入到盛有臭氧的集气瓶中，看到的现象是___________________。

（3）写出在臭氧发生器中O2转变成O3的化学方程式：______________________________。

（4）应采用什么方法保护臭氧层？______________________________________________ ________________________________________________________________________。

（5）SO2遇O3微热即被迅速氧化成SO3，SO3跟水反应生成硫酸，这是除去废气中SO2的理想方法。写出SO2与O3反应的化学方程式：___________________________________。

3．（1）分子中原子个数和成键方式不同（2）木条复燃，且比在氧气中燃烧更加剧烈

（3）3O2=====2O3（4）严格执行环保法；废气应处理后排放，不使用氟利昂等制冷剂(合理即可)（5）O3＋SO2=====SO3＋O2

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微热放电