学年高中化学专题一第三单元第1课时同素异形现象同分异构现象学案苏教版必修2doc.docx
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学年高中化学专题一第三单元第1课时同素异形现象同分异构现象学案苏教版必修2doc
第三单元 从微观结构看物质的多样性
你知道为何有的宝石璀璨夺目，有的晶莹剔透，有的流光溢彩吗？
原来这与宝石中所含的金属元素有关。
有的宝石只含有一种金属元素，有的含有几种金属元素，并且各种金属元素的含量也不尽相同，因此颜色也就各不相同，如红宝石和墨绿宝石中都含有金属铬，翠绿色的土耳其玉里面含有铜，红玛瑙里面含有铁。
这些藏在宝石内部的金属化合物，能吸收光线里的一部分色光，把未吸收的色光反射出来，而宝石的颜色就是由这些反射出来的色光的颜色决定的。
有些宝石的颜色，还跟它们的原子排列有关，如青金石的蓝色和翠榴石的黄绿色，就是由它们晶体内部原子的排列规律决定的。
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 同素异形现象 同分异构现象
一、同素异形现象
1．同素异形现象的概念
同一种元素能够形成几种不同的单质，这种现象称为同素异形现象。
这些单质互称为该元素的同素异形体。
2．常见的几种元素对应的同素异形体的比较
（1）碳的同素异形体
①种类：
除金刚石和石墨外，碳元素还能形成活性炭、、石墨烯（一种单层的石墨）。
②物理性质与用途差别：
金刚石晶体无色透明，有光泽，因此可做装饰品；硬度特别大，因此可用于切割玻璃、花岗岩，可做地质和石油勘探的钻头等。
而石墨硬度小，质地较软，可做润滑剂；还能导电，故可做电极等。
（2）氧的同素异形体
①种类：
有O2和O3（臭氧）。
②性质差别：
在常温常压下，氧气是无色无味的气体，密度比空气稍大，微溶于水，具有氧化性，在点燃或加热或高温条件下，能与很多物质发生反应。
而臭氧呈淡蓝色，密度是同条件下氧气的1.5倍，有极强的氧化性。
③氧气和臭氧的存在与转化：
在放电或紫外线照射的条件下，氧气能转化成臭氧，其化学方程式为3O22O3。
（3）磷的同素异形体
①种类：
磷的同素异形体有多种，其中白磷、红磷是两种最常见的。
②性质与保存：
常温下，白磷是蜡状固体，有剧毒，在空气中能自燃，但不和水反应，所以可保存在水中。
常温下，红磷是红棕色固体，在空气中能稳定存在，密封保存在试剂瓶中即可。
红磷也能在空气中燃烧，白磷和红磷完全燃烧的产物都是五氧化二磷。
二、同分异构现象
1．同分异构现象
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象。
2．同分异构体
分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
3．几种常见的简单有机物的同分异构体
4．简单有机物同分异构体熔沸点的比较（填“高于”“低于”或“等于”）
（1）熔沸点：
正丁烷高于异丁烷；乙醇高于二甲醚。
虽然分子式相同（仅组成相同），但结构不同，性质往往也不相同，因而不是同一种物质。
（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，分子间距小，分子间作用力大，沸点高。
异丁烷趋于球形，分子间距大，分子间作用力小，沸点低。
其化学性质不一定相同。
探究点一 几种常见的同素异形体
几种常见的同素异形体
（1）碳的同素异形体
（2）氧的同素异形体
（3）磷的同素异形体
1．为什么同素异形体的性质会不同？
提示：
（1）结构不同：
分子的微观结构不同，分子中原子个数和成键方式不同，如氧气和臭氧；单质的结构中原子的排列方式和成键方式不同，如石墨和金刚石，红磷和白磷等。
（2）性质差异：
结构决定性质，同素异形体的结构有差异，性质也会有所不同。
2．化合物互为同素异形体吗？
提示：
互为同素异形体的只能是单质，化合物不可能互为同素异形体。
如H2O和H2O2、H2O和D2O、CO和CO2等都不互为同素异形体。
【例1】 白磷在高压条件下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，转化过程：
白磷黑磷，黑磷性质稳定，结构与石墨相似。
下列叙述正确的是（ ）
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
【思路分析】 解答本题首先从概念入手，判断白磷和黑磷之间的关系，然后结合题给信息和白磷的性质进行类比和推断。
【解析】 【答案】 B
下列各项描述的判断正确的是（ C ）
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
纳米泡沫碳单质和金刚石是同素异形体
错误
解析：
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，结论错误。
H2、H2、H2是否互称同素异形体？
提示：
不是，三者是同一种元素的不同原子构成的同一种单质。
【例2】 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液氯 ② ③白磷 ④氯气
【思路分析】 关于直接辨认同分异构体问题的解题思路和方法，可以直接按照概念的含义来分析解决。
即解题方法是从概念出发，按概念的要点去分析。
解决的关键是概念要准确、熟练，能分辨相似的概念，注意概念本身的内涵和外延。
同分异构体，要求分子式相同，结构不同。
【解析】 关于同分异构体的辨认和书写是高考所要求的重要内容之一。
本题直接考查了“同分异构体”这个重要概念，隐含考查了“同位素”、甚至是“不同书写方式的同种物质”等概念的辨析。
烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。
⑤⑧⑫分别与②（或⑦）互为同分异构体；③和⑩互为同素异形体；⑨和⑪互为同位素；①和④属同种物质；②和⑦属于同种物质；⑤⑧和⑫属于同一种物质。
【答案】 ⑤⑧⑫分别与②（或⑦） ③和⑩ ⑨和⑪ ①和④，②和⑦，⑤⑧和⑫
下列说法正确的是（ B ）
A．互为同分异构体
B．CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体
C．H2O和H2O2互为同素异形体
D.O2与O2互为同位素
解析：
A项中的结构简式均可以标记为
，它们的分子式和分子结构都相同，只是书写方式不同，所以表示的是同一种物质。
B项中的分子式都是C2H6O，但结构不同，所以它们是同分异构体。
C项中的H2O和H2O2是两种不同的化合物，它们不是同素异形体。
D项中的O2、O2分别是由同位素O原子、O原子构成的单质，它们不是同位素。
1．下列叙述正确的是（ D ）
A．由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物
B．金刚石和石墨互称同位素
C．石墨转变为金刚石不属于化学变化
D．C60是新发现的一种碳的单质
解析：
考查同素异形体的概念以及转化关系。
由同种元素形成的物质不一定是一种物质，因此，由同种元素形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。
石墨和金刚石都是碳元素形成的碳的不同单质，但二者的化学组成相同、都由碳元素组成，两者互称同素异形体，所以B项不正确。
石墨和金刚石的物理性质不相同而化学活性也不尽相同，因而是两种物质，石墨转化为金刚石是化学变化，故C项错。
C60只含有一种元素，故是单质，D项正确。
2．（多选）近年来医学界通过用14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖。
下列有关14C60的叙述中，正确的是（ AD ）
A．与质量相等的14C所形成的金刚石所含原子数相等
B．与12C60的化学性质不同
C．与12C60互为同位素
D．与石墨及金刚石互为同素异形体
解析：
14C60是由60个14C组成的分子，与由14C所形成的金刚石质量相等，所含原子数也一定相等；同位素化学性质几乎完全相同；14C60与石墨及金刚石都是由碳元素形成的不同单质。
3．下列说法正确的是（ D ）
A．红磷转化为白磷，属于物理变化
B．石墨能导电、金刚石不能导电，故二者不是同素异形体
C．O2和O3分子式不同，结构相同
D．单质硫有S2、S4、S6等，它们互为同素异形体
解析：
A项，同素异形体之间的转化属于化学变化，A项错误；B项，同素异形体的物理性质一般不同，化学性质相似，B项错误；C项，O2和O3属于同素异形体，它们的分子式不同，氧原子的排列方式不同，即结构不同，C项错误；D项，S2、S4、S6等是由S元素形成的不同单质，它们属于同素异形体，D项正确。
4．互为同分异构体的物质一定不可能具有（ B ）
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：
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。
5．下列叙述不正确的是（ B ）
A．由碳单质组成的物质不一定是纯净物
B．通过化学变化可实现12C、14C的相互转化
C．石墨转变为金刚石属于非氧化还原反应
D．C60是碳的一种同素异形体
解析：
由碳元素组成的单质有石墨、金刚石、C60等，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，A正确；12C、14C的相互转化涉及原子核的变化，不属于化学变化，B不正确；反应中化合价没有发生变化，C正确；C60是碳的一种单质，D正确。
6．下列关于同分异构体的叙述正确的是（ B ）
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
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，但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。
7．下列对物质之间相互关系的描述错误的是（ D ）
A．CH3CH2OH和CH3OCH3互为同分异构体
B．O2和O3互为同素异形体
C．1H和3T互为同位素
D．干冰和冰为同一种物质
解析：
A项，两种物质的结构不同，分子式相同，所以二者互为同分异构体，正确；B项，两种物质是由同一种元素形成的不同单质，二者互为同素异形体，正确；C项，两种微粒为同一种元素的不同原子，二者互为同位素，正确；干冰的成分是CO2，而冰的成分是H2O，D项错误。
8．下列各组物质：
①O2和O3；
②H2和D2；
③12C和14C；
④石墨和足球烯（C60）；
⑦CH3CH2OH（乙醇）和CH3—O—CH3（二甲醚）。
（1）互为同素异形体的是①④（填序号，下同）。
（2）互为同位素的是③。
（3）互为同分异构体的是⑤⑦。
（4）属于同一种物质的是②⑥。
解析：
同素异形体是由同种元素组成的不同种单质，O2和O3、石墨和足球烯属于同素异形体；同位素是质子数相同、中子数不同的原子，12C和14C属于同位素；同分异构体是分子式相同、结构不同的化合物，CH3CH2CH2CH2CH2CH3和
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