第三单元 从微观结构看物质的多样性优秀教学设计

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

[学习目标定位]

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。

一、同素异形现象

1．碳元素能形成多种单质。根据教材内容和你熟悉的知识，填写下表空格：

单质

颜色

状态

物理

性质

硬度、熔点

导电性

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

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．氧元素能形成O2和O3两种单质。填写下表：

单质

物理性质

化学性质

转化

差异分析

3.由以上分析可知：

(1)同一种元素形成几种不同单质的现象叫做同素异形现象。

氧气(O2) 无色无味气体

有强氧化性

臭氧(O3) 有鱼腥味，淡蓝色气体

氧化性比氧气更强

碳原子的成键方式和排列方式不同

O2在放电时转化成O3，O3在催化剂存在时又可分解为O2

分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同

(2)同一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。

(3)同一元素的不同单质化学性质相似，物理性质差异很大，这是因为不同单质中，原子排列情况不同的缘故。

同素异形体的理解

(1)互为同素异形体的物质是由同一种元素形成的结构不同、性质不同的单质。

(2)同素异形体之间在一定条件下可以相互转化，其转化属于化学变化。

1．下列各组物质中，属于同素异形体的是(

) A．16O和18O

C．二氧化硫、三氧化硫

答案

B 解析

16B．红磷、白磷

D．二氧化碳、干冰

O和18O是质子数相同、中子数不同的两种氧原子，互为同位素；白磷和红磷是磷的两种不同单质，互为同素异形体；二氧化硫和三氧化硫都是化合物，并非单质，不是同素异形体；二氧化碳和干冰是同种物质，不可互称为同素异形体。

2．下列关于碳元素的同素异形体的叙述正确的是(

) A．碳元素形成的各种单质称为碳元素的同素异形体

B．碳元素的同素异形体结构虽然不同，但性质差别不大

C．碳元素的同素异形体性质不同，其用途相同

D．碳元素的同素异形体只有金刚石、石墨和C60

答案

A 解析

碳元素形成的不同单质原子间的排列方式不同，物理性质差别较大，化学性质相似，用途不同，如金刚石和石墨；金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。

二、同分异构现象

1．根据正丁烷和异丁烷的结构式，填写下表空格：

物质

正丁烷

异丁烷

结构式

结构简式

CH3—CH2—CH2—CH3

分子式

沸点

差异分析

2．由以上分析可知：

C4H10

－0.5 ℃

C4H10

－11.7 ℃

原子的连接方式不同，化学键类型相同，物质类别相同

(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物中。

同分异构体的理解

(1)两化合物互为同分异构体的必备条件有两点：①两者的分子式应相同；②两者的结构应不同。

(2)两化合物互为同分异构体，则两化合物的相对分子质量及各元素的组成(含量)必然相同。

(3)相对分子质量相同的两化合物不一定互为同分异构体(如CO和C2H4不互为同分异构体)。

3．关于同分异构体的叙述正确的是(

) A．相对分子质量相同而结构不同的化合物互称为同分异构体

B．分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体

C．同分异构体之间由于分子组成相同，所以它们的性质相同

D．只有少数的有机物之间存在同分异构现象

答案

B 解析

同分异构体是指分子式相同而结构不同的化合物，同分异构体之间分子式相同，则相对分子质量相同，而相对分子质量相同的物质，分子式不一定相同，A项错误；同分异构体的结构不同，性质也不同，C项错误；有机物之间同分异构现象普遍存在，D项错误。

4．下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(

) ①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O ②NH4CNO与CO(NH2)2

③CH3CH2OH和CH3—O—CH3

3④21H2O和1H2O A．①②③

B．②③

C．①③④

D．②③④

答案

B 解析

分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。①中两种物质的分子式不同。②③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。④中水分子的结构相同，

不互为同分异构体。

1．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

答案

B 2．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

答案

D 3．下列四组物质中互为同素异形体的是(

) A．纯碱与小苏打

B．12CO和14CO B．红磷和P4

D．干冰与冰

B．化学变化

D．以上都不是

C．CH3CHO与D．金刚石和富勒烯(C60) 答案

D

解析

A项，纯碱是Na2CO3，小苏打是NaHCO3，两者不是同素异形体，错误；B项，12CO和14CO是化合物，不是单质，故不互为同素异形体，错误；C项，CH3CHO与的分子式相同而结构不同，互为同分异构体，错误；D项，金刚石与富勒烯是由碳元素形成的两种不同单质，互为同素异形体，正确。

4．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

答案

B 解析

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；互为同分异构体的物质结构不同，但其化学性质可能相似。

B．相同的结构

D．相同的相对分子质量

5．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

②

③金刚石

④干冰

⑤氢溴酸

⑥溴水

⑦液溴

⑧

⑨12C

⑩石墨

⑪14C

⑫

答案

⑧、⑫与②

③和⑩

⑨和⑪

①和④、⑧和⑫

解析

烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。⑧⑫分别与②互为同分异构体；③和⑩互为同素异形体；⑨和⑪属于同位素；①和④、⑧和⑫分别属于同一种物质。

[基础过关]

题组一

同素异形体

1．一瓶气体经化验分析只含有一种元素，则该气体是(

) A．一种单质

B．一种化合物

C．化合物和单质的混合物

D．既可能是一种单质，又可能是几种单质的混合物

答案

D 解析

该气体可能是一种单质，也可能是这种元素组成的几种单质的混合物，不能确定为纯净物或混合物。

2．据报道，碳纳米管是碳原子形成的大分子，其导电性是铜的1万倍；N5可用作烈性炸药。下列说法不正确的是(

) A．金刚石与碳纳米管互为同素异形体

B．N5与N2互为同素异形体

C．14C的质子数为14 D．C原子半径比N原子半径大

答案

C

解析

同素异形体是同种元素形成的不同单质。金刚石和碳纳米管、N5和N2都是互为同素异形体；14C的质子数为6；C原子半径大于N原子半径。

3．下列各组物质中，属于同素异形体的是(

) A．S2、S4

C．H、D

答案

A 解析

S2和S4是硫元素形成的不同单质，互为同素异形体，A项属于同素异形体；碘蒸气和碘晶体是碘的不同状态，属于同一物质，B项不属于同素异形体；H和D是氢元素的两个同位素，C不正确；D是同一种物质，结构和性质是相同的，D项不属于同素异形体。

题组二

同分异构体

4．下列说法中正确的是(

) A．SO2、SO3互为同分异构体

B．两种化合物的组成元素相同，且各元素的质量分数也相同，则二者一定互为同分异构体

C．相对分子质量相同的几种化合物互称为同分异构体

D．组成元素的质量分数相同、相对分子质量也相同的不同化合物互为同分异构体

答案

D 解析

SO2和SO3分子式不同，A项错误；若两种化合物的组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则它们的最简式必定相同，最简式相同的化合物可能是同分异构体，也可能不是同分异构体，B项错误；相对分子质量相同的物质有很多，如无机物中的H2SO4和H3PO4，有机物中的C2H6O(乙醇)和CH2O2(甲酸)，这些物质都具有相同的相对分子质量，但由于它们的分子式不同，所以它们不是同分异构体，C项错误；当不同化合物组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同时，其分子式一定相同，因此这样的不同化合物互为同分异构体，D项正确。

5．下列各组物质中属于同分异构体的是(

) 15A.14

7

N和

77 B．碘晶体、碘蒸气

18D.16

8O2、

8O2

B．白磷和红磷

答案

D 15解析

A项，14

7N和

7N互为同位素；B项，白磷和红磷互为同素异形体；C项

是同一种物质。

6．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

答案

B 解析

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。

题组三

同素异形体、同分异构体的比较

7．下列每组中的物质互为同素异形体的是(

) A．金刚石与石墨

C．乙醇与二甲醚

答案

A 解析

CH4与CH3CH3分子式不相同，两种不同的化合物不互为同素异形体；乙醇与二甲醚互为同分异构体；12C与14C互为同位素。

8．下列说法正确的是(

) A．互为同素异形体的物质的性质完全相同

B．互为同素异形体的物质之间不可能相互转化

C．氧气和臭氧之间的转化是物理变化

D．分子式为C2H6O的物质有两种同分异构体

答案

D 解析

互为同素异形体的物质物理性质不同，化学性质相似，A项错误；互为同素异形体的物质之间可以通过化学反应相互转化，B项错误；O2和O3之间的转化是化学变化，C项错误。

9．下列说法中，正确的是(

) A．液溴、溴蒸气是同素异形体

B．同素异形体是同种元素的不同单质

C．SO2、SO3互为同分异构体

D．同分异构体的分子组成相同，分子结构不同

答案

B 解析

同素异形体是同种元素形成的性质不同的单质，可知A错，B对；同分异构体是分B．CH4与CH3CH3

D．12C与14C

子式相同但结构不同的化合物，不是分子组成相同，C、D错误。

10．氰酸铵(NH4CNO)与尿素[CO(NH2)2](

) A．都是共价化合物

C．互为同分异构体

答案

C 解析

氰酸铵是离子化合物，尿素是共价化合物，它们的分子式相同，结构不同，是同分异构体的关系，因此C正确。

[能力提升]

11．有下列几组物质：

①12

6B．都是离子化合物

D．互为同素异形体

C与13

6C

②石墨与富勒烯

③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)与丙氨酸()

④CH3CH2CH2CH3和

⑤天然气的主要成分与沼气的主要成分

⑥HF与HCl。对各组物质的性质异同点进行分析，请用数字序号回答问题：

(1)互为同素异形体的是______________________；

(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______________________。

答案

(1)②

(2)③④

(3)①

(4)⑤

解析

12

6C与

136C的质子数相同，而中子数不同，是碳元素的两种核素，互称为同位素；石墨与富勒烯都是由碳元素形成的不同单质，都属于碳元素的同素异形体；硝基丙烷与丙氨酸的分子式都为C3H7NO2，CH3CH2CH2CH3和的分子式都为C4H10，但是结构不同，所以都互为同分异构体；天然气与沼气的主要成分都是CH4，属于同一种物质；HF和HCl属于不同的分子。

12．今有原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素。已知A、C、F三种原子的最外层共有11个电子，且这三种元素的最高价氧化物的水化物之间两两皆能反应，且均能生成盐和水。D和E的电子层结构见下表：

元素

D E

在一般情况下，B元素的单质不能与A、C、D、E元素的单质化合。请按要求填空：

最外层电子数

x

x＋1

次外层电子数

x＋4 x＋4

(1)写出下列各元素的元素符号：

A____________，B____________，C____________，

D____________，E____________，F____________。

(2)D的氢化物的化学式为__________，E的氢化物的化学式为________，两者的稳定性：________>________。

(3)原子序数介于E和F之间的元素R能形成R2、R8等几种单质，这几种单质之间的关系是______________。

答案

(1)Na

Mg

Al

Si

P

Cl

(2)SiH4

PH3

PH3

SiH4

(3)互为同素异形体

解析

由x＋4＝8可知x＝4，D、E分别为Si、P元素；由性质信息推测C的氢氧化物具有两性，C为Al元素，则A为Na元素，由“A、C、F三种原子最外层共有11个电子”可知F为Cl元素。由“原子序数依次增大”可知B为Mg元素。

13．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________________。

答案

(1)S8

(2)S6

(3)S4

多种同素异形体

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。