第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用优秀导入

第三单元从微观结构看物质的多样性

第1课时

同素异形体与同分异构体

●课标要求

1．举例说明有机物的同分异构现象。

2．了解同素异形体、同位素的涵义。

●课标解读

1．会判断或书写同分异构体。

2．同位素、同素异形体、同分异构体的比较与判断。

●教学地位

同位素是同一元素形成多种核素的现象的原因，同素异形体是同一元素形成多种单质的现象的原因，同分异构体是同分子式形成多种结构的现象的原因，这些事实是形成物质多样性的原因，同时高考命题也常有涉及。

●新课导入建议

我们已经知道氢元素有氕、氘、氚三种核素，氧元素可形成O2和O3，碳元素可形成金刚石和石墨，C4H10可有CH3—CH2—CH2CH3和两种

分子结构，上述这些物质之间关系是什么？结构和性质有什么差异，本课时将探讨相关知识。●教学流程设计

课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。⇒步骤1：导入新课，分析本课教学地位。⇒步骤2：通过“思考交流1”要明确同素异形体研究的是结构和性质不同的单质。通过“思考交流2”要让学生知道烃的同分异构体是C、H原子的连接，并不一定所有分子式均存在异构体。⇒错误!

⇓

步骤5：4至5分钟完成【当堂双基达标】，教师明确答案并给予适当点评或纠错。步骤4：回顾本课堂所讲，师生共同归纳总结出【课堂小结】。

课

标

解

读

重

点

难

点

⇐了解同素异形现象和同素异形体。

1.同素异形体和同分异构体的判断。(重点)

2.O3的性质和金刚石、石墨、C60的微观结构。(难点) 了解同分异构现象和同分异构体。

1.概念

同一种元素能够形成几种不同单质的现象。

2．同素异形体

(1)概念：同一种元素形成的不同单质的互称。

(2)碳的同素异形体

①碳的同素异形体有金刚石、石墨、富勒烯(包括C60、C70和纳米碳管) ②结构的差异

a．金刚石、石墨性质的差别，是由于它们的结构不同，即碳原子的成键方式和排列方式不同。金刚石晶体中每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合，形成空间网状结构。而石墨为层状结构，层内碳原子间以共价键结合，每一层内碳原子排列成平面六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，层间碳原子间存在分子间作用力。

b．C60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，人们称它为“足球烯”。

(3)氧的同素异形体

①O2、O3是氧元素的同素异形体。

放电②在放电或紫外线照射时O2能转化为O3，化学方程式为：3O2=====2O3。

③O3在通常状况下是淡蓝色气体，有鱼腥味，氧化性极强，可作为漂白剂和消毒剂。

(4)引起臭氧层破坏的物质有氟利昂和NOx等。

1．氕、氘、氚形成的氢气单质互称为同素异形体吗？

【提示】

不是。因为形成的H2结构相同性质相同。

1.概念

化合物具有相同的分子式，不同结构的现象。

2．同分异构体

(1)概念

分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

(2)C4H10的同分异构体

同素异形现象

同分异构现象

正丁烷：结构式：CHHHCHHCHHCHHH可简化为CH3—CH2—CH2—CH3

异丁烷：结构式：CHHHCHCHHHCHHH可简化为

CHCH3CH3CH3二者的沸点正丁烷的高。

(3)C2H6O的同分异构体

①乙醇的结构式为CHHHCHHOH可简化为CH3CH2OH ②二甲醚的结构式为CHHHOCHHH]可简化为CH3OCH3，乙醇和二甲醚的沸点乙醇的高。

2．C3H8有同分异构体吗？

【提示】

没有。

【问题导思】

①同位素和同素异形体研究对象有什么区别？

【提示】

同位素研究核素而同素异形体研究单质。

②相对分子质量相同而结构不同的物质互称同分异构体，对吗？

【提示】

不对，如H3PO4与H2SO4相对分子质量相同，但分子式不同。

“三同”的比较

(1)由于同素异形体是单质，单质的化合价是零，所以，同素异形体的转化是非氧化还原反应。所以说，有单质参加也有单质生成的反应不一定是氧化还原反应。

(2)同分异构体的物理性质不同，如正丁烷的沸点比异丁烷的高，是由于正丁烷呈锯齿状，分子间距离小，分子间作用力大，沸点高。异丁烷趋于球形，分子间距离大，分子间作用力小，沸点低。其化学性质不一定相同。

下列物质中互为同分异构体的有________，互为同素异形体的有________，互为同位素的有________，是同一物质的有________。

【解析】

先将比较容易找到的找出：①与④为同一物质，⑨和⑩互为同位素，③和⑩互为同素异形体；然后对有机物先找同一物质，②与⑦同碳原子数，且结构相同，为同一种物质；再找同分异构体：⑤⑧⑫同碳原子数，而⑤与⑫为同一物质，因此，⑤和⑧或⑧和⑫互为同分异构体。

【答案】

⑤与⑧或⑧与⑫

③与⑩

⑨与⑪

①与④、②与⑦、⑤与⑫

对同分异构体和同一物质的辨别要仔细分析有关原子或基团的连接是否相同。

据报道，科学家已成功合成了少量N4，有关N4的说法正确的是(

) A．N4是N2的同素异形体

B．N4是N2的同分异构体

C．相同质量的N4和N2所含原子个数比为1∶2 D．N4的摩尔质量是56 g 【解析】

N4和N2都是氮元素形成的单质，故A正确；B项中N4和N2很显然组成分子的原子的个数不同，故不可能是“同分子式”；C项中相同质量的N4和N2中所含原子个数比应是：总质量除以氮原子的摩尔质量之比，因总质量相同、摩尔质量相同，故应是1∶1；

D项中摩尔质量的单位应是g·mol1。

－【答案】

A 【教师备课资源】

同分异构体的认识

(1)同分异构体中的“同分”指的是分子式相同，而不是指相对分子质量相同。分子式相同的物质其相对分子质量一定相同，但相对分子质量相同的物质其分子式不一定相同，如H2SO4与H3PO4的相对分子质量均为98，显然，二者不互为同分异构体。

(2)同分异构体中的“异构”指的是结构不同，即分子中原子的连接方式不同。同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。当为同一类物质时，化学性质相似，而物理性质不同；当为不同类物质时，化学性质不同，物理性质也不同。

(3)同分异构体是造成有机物种类繁多的原因之一，但并不意味着只有有机物存在同分异构现象，无机物与无机物之间以及无机物与有机物之间也有同分异构现象，比如：雷酸银(AgOCN)和氰酸银(AgCNO)、氰酸铵(NH4CNO)与尿素[CO(NH2)2]。

1．澳大利亚研究人员最近开发出被称为第五形态的固体碳——纳米泡沫碳，它的外形类似海绵，密度极小，并具有磁性。纳米泡沫碳与金刚石的关系是(

) A．同一种物质

C．同位素

B．同分异构体

D．同素异形体

【解析】

纳米泡沫碳和金刚石都是碳单质。

【答案】

D 2．(双选)下列说法中正确的是(

) A．SO2、SO3互为同分异构体

B．碘晶体、碘蒸气是同素异形体

C．乙醇和二甲醚互为同分异构体

D．同素异形体是同种元素构成的不同单质

【解析】

A项，SO2与SO3分子式不同；B项，二者均为I2。

【答案】

CD 3．意大利科学家使用氧分子和带正电的氧离子作用，合成出新型氧分子O4，反应过程氧正离子可表示为：2O2=====O4，下列说法错误的是(

) ．．A．O4与O2、O3都是氧的同素异形体

B．合成O4属于物理变化

C．O4与O2的化学性质有差异

D．O4的密度比O2大

【解析】

同素异形体是不同种物质，二者之间的转化为化学变化，B项不正确。

【答案】

B 4．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

B．CH4

C．C2H6O

D．C4H10

【解析】

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。

【答案】

B 5．下列各组物质中，互为同分异构体的是________，互为同素异形体的是________，互为同位素的是________。

①35Cl和37Cl

②C60和金刚石

③O3和O2

④CCl4和CHCl3

⑤CH3—CH2—O—CH2—CH3(乙醚)和CH3CH2CH2CH2OH(丁醇) ⑥CH3CH2CH3和CH3CH2OH 【解析】

①是质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子，属于同位素；②是同一元素组成的不同单质，属于同素异形体；③与②相同；④⑥是分子式不同的化合物，属于不同种分子；⑤是分子式相同、分子结构不同的物质，属于同分异构体。

【答案】

⑤

②③

①

1．(双选)碳纳米管是由石墨的一层网状结构卷曲成的单层或多层管状结构，是继C60发现以后的又一热点材料。下列叙述中不正确的是(

) A．碳纳米管和C60都是单质

B．碳纳米管和金刚石互为同素异形体

C．碳纳米管和C60中均没有碳碳双键

D．碳纳米管和石墨的结构及性质均相同

【解析】

C项，二者有碳碳双键；D项，二者性质不相同。

【答案】

CD 2．(2013·无锡高一检测)人工放射性核素碘-131。在自然界中不存在，是核裂变的产物之一，有放射性，而碘元素的另一种核素碘-127广泛存在于自然界中，是稳定碘，无放射性。下列相关说法正确的是(

) A．碘元素的相对原子质量是131 B．131I与127I互为同素异形体

C．碘元素位于周期表的第5周期第Ⅶ族

D．一个131I原子中含有53个质子

【解析】

A项，131I的相对原子质量近似为131；B项，131I与127I互为同位素；C项，碘元素位于周期表的第5周期第ⅦA族；D项，碘元素原子序数比溴元素原子序数(35)大18，故为53号元素。

【答案】

D 3．(2013·昭通高一检测)白磷是一种非常活泼的非金属单质，常温下在空气中能自燃。白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得灰黑色固体——黑磷，其转化过程如下：白磷1 215.9 MPa，473 K――→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】

A项，黑磷与白磷均为磷元素的不同单质，二者互为同素异形体；B项，根据题给信息知黑磷结构与石墨相似，故性质相似，即能导电；C项，白磷转化为黑磷为不同物质之间的转化，属于化学变化；D项，黑磷性质稳定，在空气中不自燃。

【答案】

B 4．(双选)能证明金刚石和石墨互为同素异形体的是(

) A．都具有较高的熔点

B．都难溶于一般溶剂

C．在氧气中充分燃烧都只生成二氧化碳

D．在一定条件下，金刚石和石墨可以相互转化

【解析】

同素异形体是由同种元素形成的不同单质，故它们的燃烧产物必为同一物质，故选C、D。

【答案】

CD 5．20世纪80年代后，人们发现和证实了碳的另一类单质，它们是由一系列偶数个碳原子组成的分子，其中C60(足球烯，分子中含有30个双键)最具代表性。下图所示为n个C60连接而成的物质X。下列有关说法不正确的是(

)

A．X难溶于水

B．是一种新型化合物

C．X与石墨互称为同素异形体

D．X的摩尔质量为720n g·mol1

－【解析】

由碳元素构成的其他单质的性质可推知，X难溶于水，A正确；该物质为单质，B错误；由同素异形体定义知，C正确；X的摩尔质量为720n g·mol1，D正确。

－【答案】

B 6．下列物质之间的相互关系错误的是(

) A．CH3—CH2—NO2和H2N—CH2—COOH互为同分异构体

B．O2和O3互为同素异形体

C．H和T互为同位素

D．冰和干冰为同一种物质

【解析】

A项中给出的两种物质的结构虽然不同，但其分子式相同，所以两者属于同

分异构体，A项正确；B项中给出的两种物质是由同一元素形成的不同单质，属于同素异形体，B项正确；C项中给出的两种微粒为同一元素的不同原子，属于同位素，C项正确；干冰的成分是CO2，而冰的成分是H2O，D项错误。

【答案】

D 7．下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(

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

④

A．①②③

C．①③④

B．②③④

D．①②④

【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中化学式不同；②③④各组中，两者的分子式相同，但结构不同，故两者互为同分异构体。

【答案】

B 8．某共价化合物含碳、氢、氮三种元素，分子内有四个氮原子，且四个氮原子排列成内空的四面体(如白磷结构)，每两个氮原子间都有一个碳原子。已知分子内无碳碳单键，也没有碳碳双键，则该化合物的分子式为(

) A．CH8N4

C．C6H10N4

B．C6H12N4

D．C4H8N4

【解析】

该化合物结构式应为【答案】

B 9．下列关于臭氧的叙述正确的是(

) A．臭氧是无色无味的气体

B．臭氧吸收紫外线造成温室效应

C．臭氧是氧的同位素

D．人类大量使用氟氯烃是臭氧层破坏的原因之一

【答案】

D 10．有下列7组物质，按要求分类填空。(填编号) (1)属于同位素的是____________________________________。

(2)属于同素异形体的是____________________________________。

(3)属于同分异构体的是____________________________________。

(4)属于同种分子的是____________________________________。

【答案】

(1)②

(2)①

(3)④⑦

(4)⑤⑥

11．请写出C3H6的所有同分异构体的结构式

____________________________________。

【答案】

第2课时

不同类型的晶体

●课标要求

1．知道晶体的类型和构成粒子。

2．知道晶体中粒子间的相互作用和物理性质。

●课标解读

1．会判断常见晶体类型和粒子间作用力。

2．常见晶体的熔沸点、硬度和导电性。

●教学地位

晶体是大部分固体的呈现形式，其微观的构成粒子，若晶体类型不同，粒子不同，粒子相互作用不同，这些知识是高考命题的常考点。

●新课导入建议

在我们的日常生活中，见到的物质的状态大部分是固体，比如食盐、铁、铜等金属、冰、金刚石、玻璃等。这些物质都是晶体吗？其微观粒子构成是什么，相互作用是什么？其物理性质有什么差异？要弄清这些问题，让我们一起来探讨本课时相关问题。

●教学流程设计

课

标

解

读

重

点

难

点

了解晶体的特点及构成粒子。

1.知道四种晶体的构成粒子及其作用。(重点)

2.会判断晶体类型和物理性质的比较。(重难点) 了解常见晶体的结构和性质。

晶体的简介

1.自然界中的固体物质有晶态和非晶态两种。晶体具有规则的几何外形。在晶体内部，构成晶体的微粒在空间呈规则的重复排列。晶体规则的几何外形是其内部微粒规则排列的结果。构成晶体的微粒可以是离子、分子、原子。

2．常见的晶体有离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。

1.离子晶体

(1)在离子晶体中构成晶体的基本微粒是阴、阳离子，不存在单个的分子，因此离子晶体只能以化学式表示，而无分子式，在化学式中也只能表示阴、阳离子的个数比。

(2)离子晶体的性质

①熔点和沸点：离子晶体是通过较强的离子键形成的，破坏它需吸收较高的能量，因此离子晶体的熔、沸点较高。

②导电性：离子晶体在固态时不导电，但溶于水或熔化状态时能导电，熔化状态时能导电是我们判断离子晶体的依据。

2．原子晶体

(1)在原子晶体中，构成的基本微粒为原子，原子间以共价键结合。

(2)在石英晶体中，每个硅原子和相邻的4个氧原子结合，每个氧原子和相邻的2个硅原子结合，向空间伸展形成空间网状结构的原子晶体。在金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子结合形成空间网状结构。

3．分子晶体

分子晶体的特点是在晶体中有真正的分子存在。分子与分子之间依靠分子间作用力结合

晶体的类型

在一起，在分子内部则是原子之间通过共价键结合在一起。如干冰晶体中含有CO2分子，CO2分子间存在分子间作用力，CO2分子内存在共价键。

4．金属晶体

金属晶体有金属光泽，能导电、传热，具有延展性等。

CO2和SiO2都是ⅣA族的氧化物，其熔点、硬度差别很大的原因是什么？

【提示】

二者的晶体类型不同，CO2为分子晶体而SiO2为原子晶体。

【问题导思】

①金刚石、氯化钠和雪花分别属于哪类晶体？构成的粒子分别是什么？

【提示】

原子晶体、碳原子；离子晶体、Na和Cl；分子晶体、H2O分子。

②干冰中含有哪几种作用？

【提示】

分子间作用力、共价键。

1．四种晶体比较

＋－四种晶体的比较

2.四种晶体的区别方法

(1)根据四种晶体概念判断

(2)根据导电性和熔沸点判断

(3)根据微粒间作用力判断

①离子晶体一定有离子键，可能有共价键，如Na2O2、NaOH等。

②分子晶体一定有分子间作用力(包括氢键)，一定无离子键，有些可能在分子内存在共价键，如干冰。

③原子晶体一定有共价键，一定没有离子键。

比较物质熔、沸点的高低：

(1)应首先看物质的状态，熔点：固体>液体>气体。

(2)同种状态时看晶体类型，对于不同的晶体，其熔、沸点高低顺序一般为：原子晶体>离子晶体>分子晶体。

(3)对于相同类型的晶体，要分清影响熔、沸点的作用力及影响作用力大小的因素。

下表给出几种氯化物的熔、沸点，对此有下列说法：

NaCl MgCl2

801 712 熔点/℃

CaCl2

782 SiCl4

－68

1 465 1 418 1 600 57 沸点/℃

①CaCl2属于离子晶体

②SiCl4是分子晶体

③1 500 ℃时NaCl可形成气态分子

④MgCl2水溶液不能导电

与表中数据一致的说法有(

) A．仅①

B．仅②

C．①和②

D．①②③

【解析】

分析表中数据发现，NaCl、MgCl2、CaCl2的熔、沸点都比较高，所以可能是离子晶体，NaCl在气态时是以NaCl分子存在的；既然MgCl2是离子晶体，而且它是易溶的盐，所以，它的水溶液能导电，而SiCl4的熔沸点很低，则它是分子晶体。对照表格然后对选项进行判断，可以发现只有④MgCl2水溶液不能导电的说法是错误的。

【答案】

D

晶体的类型是由构成晶体的微粒决定的。不同的晶体因为结构、存在的作用力不完全相同，在性质表现上也出现了较大的差异性。在对晶体的判断与其性质的分析中，一般是通过物质的类别判断出物质所属晶体类型，根据晶体类型判断具体物质的性质；也可通过不同类型的晶体具有的特征性质去判断晶体类型，从而进一步判断出晶体的其他性质。

下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(

) A．C(金刚石)和CO2

C．CH4和H2O

【解析】

判断各物质中的化学键和晶体类型如下：

金刚石

共价键

原子晶体

CO2

共价键

分子晶体

【答案】

C NaBr 离子键

离子晶体

HBr 共价键

分子晶体

CH4

共价键

分子晶体

H2O 共价键

分子晶体

Cl2

共价键

分子晶体

KCl

B．NaBr和HBr

D．Cl2和KCl 化学键

离子键晶体类型

离子晶体

【教师备课资源】

物质熔、沸点高低的判断方法

1．不同类型晶体熔、沸点高低的一般规律为：

原子晶体>离子晶体>分子晶体，金属晶体有的熔、沸点较高(如灯泡内的钨丝)，有的较低(如汞常温下为液态)，无统一规律，结合具体物质来判断。如，金刚石的熔、沸点>氯化钠的熔、沸点>干冰的熔、沸点。

2．同种晶体类型的物质：晶体内微粒间的作用力越大，熔、沸点越高。

(1)原子晶体：比较共价键的强弱。一般地说，原子半径越小，共价键越牢固，物质的熔、沸点越高。如：熔点：金刚石(C)>石英(SiO2)>金刚砂(SiC)>晶体硅(Si)。

(2)离子晶体：比较离子键的强弱。一般来说，阴、阳离子电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力越大，离子键越强，熔、沸点越高，如：熔点：MgO>NaCl>CsCl。

(3)分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高(具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高)。如：I2>Br2>Cl2>F2。

(4)金属晶体

①金属单质晶体内，金属离子半径越小，价电子数越多，则金属离子与自由电子之间的作用力越强，即金属键越强，物质的熔、沸点越高。如：Li>Na>K>Rb>Cs。

②合金的熔点比它各成分单独存在时的熔点都低。如：硅>铝>硅铝合金。

(双选)下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是

(

) A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅

B．CI4>CBr4>CCl4>CH4

C．MgO>H2O>O2>N2

D．金刚石>生铁>纯铁>钠

【解析】

对于A选项，同属于原子晶体，而熔、沸点高低主要看共价键的强弱，晶体硅<碳化硅，A项错；B选项同为组成与结构相似的分子，熔、沸点高低看相对分子质量大小，B项对；C选项，对于不同晶体，熔、沸点一般为原子晶体>离子晶体>分子晶体，水常温下为液态，熔、沸点较高，组成和结构相似的分子相对分子质量越大，熔、沸点越高，所以熔、沸点O2>N2，C项对；D选项，生铁为合金，熔点低于纯铁。

【答案】

B