第三单元 从微观结构看物质的多样性板书设计及设计说明

第一课时

同素异形现象

同分异构现象

1．你知道由碳元素形成的单质有哪些吗？

提示：碳元素形成的单质有金刚石、石墨、焦炭、活性炭、炭黑等。

2．形成南极上空“臭氧空洞”的原因是什么？你能写出臭氧的化学式吗？

提示：氟利昂是造成臭氧层被破坏的主要原因，臭氧的化学式是O3。

3．氧气和臭氧之间的转化是物理变化还是化学变化？

提示：化学变化。

[新知探究]

探究1

金刚石和石墨的组成元素相同吗？二者属于何种关系？

提示：相同，均由碳元素组成。二者互为同素异形体。

探究2

金刚石硬度大，用于钻探钻头，石墨质地较软，能导电，你知道二者的性质为什么有如此大的差异吗？

提示：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成空间网状结构，故硬度较大；石墨晶体为层状结构，层内碳原子以共价键结合，而层间以分子间作用力结合，故质地较软。

探究3

氧气能否转化成臭氧？若能，写出反应的化学方程式。

提示：能；3O2=====2O3

[必记结论]

1．同素异形现象和同素异形体

放电

2．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

金刚石

无色透明

石墨

灰黑色

熔点

很高

导电性

不导电

b.化学性质：几乎相同。

②金刚石、石墨、C60的结构差异：

金刚石

很高

导电

石墨

C60

结构模型

属层状结构。层内C原子以共价键结合，每一每个C原子与相邻的4层内C原子排成平面六个碳原子以共价键结结构特点

边形，形成平面网状结合，形成空间网状结构

构。层间存在分子间作用力

(2)氧的同素异形体：

①物理性质：

O2

O3

颜色

无色

淡蓝色

O2

沸点

气味

无味

鱼腥味

②化学性质：

a．化学性质相似，均有氧化性，但O3氧化性更强。

b．相互转化：3O2=====2O3。

(3)磷的同素异形体：

物质

色态

毒性

白磷

白色蜡状固体

有剧毒

红磷

红棕色固体

无毒

放电

由60个C原子形成封闭笼状分子，形似足球，又称“足球烯”

稳定性

易自燃

加热或点燃可燃烧

保存

冷水中

直接存放在广口瓶中

[成功体验]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)O2与O3互为同素异形体。(

)

(2)水和冰互为同素异形体。(

)

(3)金刚石、石墨、C60互为同素异形体。(

)

答案：(1)√

(2)×

(3)√

2．澳大利亚研究人员开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作纳米泡沫，它外形类似海绵，密度极小，并且有磁性。纳米泡沫碳与金刚石的关系是(

)

A．同一物质

B．同分异构体

C．同位素

D．同素异形体

解析：选D

纳米泡沫碳与金刚石是碳元素的不同单质，二者互为同素异形体。

[新知探究]

探究1

甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)的组成元素相同，二者互为同分异构体吗？

提示：甲烷和乙烷的分子式不同，二者不属于同分异构体。

探究2

C4H10有几种结构？试分别写出它们的结构式。

提示：2种，其结构式分别为

探究3

同分异构体的分子式相同，同分异构体间的性质相同吗？

提示：同分异构体间的物理性质不同，化学性质不一定相同。

[必记结论]

1．同分异构现象和同分异构体

化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构2．典型实例

(1)正丁烷和异丁烷：

(2)乙醇和二甲醚：

[成功体验]

3．互为同分异构体的物质一定不可能具有(

)

A．相同的分子式

B．相同的结构

C．相似的化学性质

D．相同的相对分子质量

解析：选B

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的结构不同，其化学性质不一定相似。

4．

属于何种关系？

答案：二者的分子式相同，但结构不同，二者互为同分异构体。

———————————————[关键语句小结]————————————————

1．“二同”概念：

(1)同素异形体：同一种元素能够形成几种不同的单质互称同素异形体；

(2)同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称同分异构体。

2．“三组”常见的同素异形体：

(1)金刚石和石墨；

(2)O2和O3；

(3)红磷和白磷。

3．有关同分异构体的“三组一定和不一定”：

(1)分子式相同，一定有相同的相对分子质量，反之不一定成立；

(2)分子式相同，一定有相同的最简式，反之不一定成立；

(3)分子式相同，一定有相同的元素的质量分数，反之不一定成立。

[例1]

下列各项描述的判断正确的是(

)

描述

结论

A 由同种元素组成的物质一定是纯净物

正确

B 科学家最近合成了一种新型的化合物N4

正确

C 红磷转化为白磷是物理变化

错误

D 纳米泡沫碳和金刚石是同素异形体

错误

解析：选C

氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质，它们的混合气体属于混合物，A错；N4只含有一种元素，是一种新单质，不属于化合物，B错；红磷和白磷属于同素异形体，同素异形体之间的转化均是化学变化，C的判断正确；纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同种单质，互为同素异形体，D的结论错误。

1．同素异形体

(1)同素异形体是指单质，而不是指原子或化合物。

(2)互为同素异形体的不同单质是由同一元素形成的。

(3)产生同素异形现象的原因：

①组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)由于分子组成或晶体结构不同，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)。

2．常见的同素异形体

(1)碳：金刚石、石墨、足球烯

(2)氧：氧气(O2)、臭氧(O3)

(3)磷：白磷(P4)、红磷

1．C(石墨)――→C(金刚石)，该过程属于_____________

一定条件

变化，________(填“有”或“无”)化合价变化，__________(填“是”或“不是”)氧化还原反应。

解析：石墨与金刚石互为同素异形体，二者转化属于化学变化，反应中元素化合价不变，不是氧化还原反应。

答案：化学

无

不是

[例2]

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

④

A．①②③

B．②③④

C．①③④

D．①②④

解析：选B

分子式相同而结构不同的物质才互称为同分异构体。①中化学式不同，CuSO4为离子化合物，并无分子存在；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。

2．相对分子质量相同的两种不同化合物是否互为同分异构体？

提示：不一定；如CO2和C3H8的相对分子质量均为44，但二者不属于同分异构体。

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

B．化学变化

C．氧化还原反应

D．以上都不是

解析：选B

同素异形体间转化属于化学变化，但不是氧化还原反应。

2．下列各组物质中，不互为同素异形体的是(

)

A．金刚石和C60

B．红磷和P4

C．O2和O3

D．干冰与冰

解析：选D

干冰是固态CO2，冰为固态水，二者不属于同素异形体。

3．[双选]下列叙述正确的是(

)

A．由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物

B．金刚石和石墨具有相同的化学组成

C．石墨转变为金刚石不属于化学变化

D．C60是一种碳的单质

解析：选BD

由同种元素组成的物质可能是纯净物，也可能是混合物。由碳元素组成的单质有石墨、金刚石和C60。若将它们混合在一起，则该物质虽为只含碳元素的单质，但属于混合物，故A项错误。石墨和金刚石都是碳元素形成的碳的不同单质，化学组成相同，B正确。石墨和金刚石的物理性质不相同，化学性质也不完全相同，因而是两种物质，石墨转化为金刚石是化学变化，C项错误。C60是一种单质，D正确。

4．有一种磷的结构式是，有关它的叙述不正确的是(

)

A．它完全燃烧的产物是P2O5

B．它不溶于水

C．它在常温下是固体

D．它与白磷互为同分异构体

解析：选D

根据磷的同素异形体白磷和红磷的性质类推，可知其不溶于水，常温下为固体，完全燃烧产物是P2O5，它的分子式为P4n与白磷(P4)不同。

5．有下列各组物质①12

6C与13

6C，②与，③金刚石与石墨，

④乙醇(CH3—CH2—OH)与二甲醚()。

(1)互为同位素的是__________(填序号，下同)。

(2)互为同素异形体的是__________。

(3)互为同分异构体的是__________。

13解析：12

6C与

6C互为同位素，两者相同的是原子的核电荷数、质子数、核外电子数，不同的是原子核内中子数，两者的化学性质几乎完全相同，但是密度等物理性质不同。金刚石与石墨互为同素异形体，互为同素异形体的物质的组成元素相同，但物质的结构(指分子的结构或晶体中原子的成键方式和空间排列方式)不同，同素异形体之间的物理性质和化学

性质可能有很大差异。乙醇与二甲醚互为同分异构体，互为同分异构体的物质分子组成即分子式相同，但分子内原子的连接方式不同，各原子的连接顺序和空间排列方式不同，同分异构体的物理性质有差异，化学性质也可能有差异。

答案：(1)①

(2)③

(3)②、④