江苏省徐州市高中化学专题1微观结构与物质的多样性第3单元从微观结构看物质的多样性导学案苏教版必修2.docx
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江苏省徐州市高中化学专题1微观结构与物质的多样性第3单元从微观结构看物质的多样性导学案苏教版必修2
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
【目标导航】
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。
【自主学习】
一、同素异形现象
1．基本概念
（1）同一种元素形成几种不同单质的现象叫做________________________。
（2）同一元素可形成不同单质，这些单质互称为这种元素的____________。
2．常见的同素异形体
（1）碳元素的同素异形体
单质
结构特征
主要性质
主要用途
金刚石
每个碳原子与相邻的______个碳原子以共价键结合，形成________结构
____色透明，______光泽、硬度____
装饰品，切割玻璃、花岗岩、做勘探钻头等
石墨
______结构，层内碳原子间以________结合成平面六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，层间碳原子间存在____________
______色，质地较软，______导电
______等
C60
由____个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，人们又称它为“足球烯”
（2）氧元素的同素异形体
单质
O2
O3
性质
无色无味气体
______色气体，有鱼腥味，氧化性______
结构
臭氧分子和氧气分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式______
相互转化
3O2
2O3
（3）磷元素的同素异形体
单质
白磷
红磷
性质
______固体，有剧毒。
白磷在空气中能____，应保存在______中
____色固体，在空气中能稳定存在，在加热或点燃时也能燃烧
结构
白磷分子和红磷分子中磷原子的个数和磷原子的成键方式______
[议一议]
1.金刚石和石墨都是由碳元素组成的，为何存在物理性质的差异？
2．同素异形体之间物理性质和化学性质是否相同？
同素异形体之间的相互转化是化学变化还是物理变化？
3．12C、14C、C60互为同素异形体吗？
二、同分异构体
1．基本概念
（1）同分异构现象：
________________________________的现象。
（2）同分异构体：
____________________________________________________________互称。
2.几种常见的简单有机物的同分异构体
（1）正丁烷和异丁烷：
分子式均为____________，其结构式分别为_______________________
_________________________________________________。
（2）乙醇和二甲醚：
分子式均为____________，其结构式分别为_________________________
_______________________________________________。
[议一议]
1．对比正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚的结构式，简述同分异构体形成的原因。
2．相对分子质量相等的两种物质是否为同分异构体？
【难点突破】
一、同素异形体判断
1．同素异形体的含义
（1）同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。
（2）互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数可以相同，也可以不相同。
2．产生同素异形现象的原因
（1）组成分子的原子个数和成键方式不同。
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。
3．同素异形体性质不同的原因
（1）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，但是存在活泼性的差异，有些相差很大。
（2）同素异形体之间的转化属于化学变化，但不是氧化还原反应。
例1 下列各组物质中，属于同素异形体的是（ ）
A．16O和18O
B．红磷、白磷
C．二氧化硫、三氧化硫
D．二氧化碳、干冰
变式训练1 下列叙述中，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似的化学性质
C．金刚石转化为石墨，有单质生成，该反应属于氧化还原反应
D．C60是新发现的一种碳的化合物
解题反思 由同一种元素组成的物质可能是纯净物，也可能是混合物；同素异形体间的转化属于化学变化；同素异形体的物理性质不同，化学性质可能相似，也可能不同；同素异形体之间的转化是非氧化还原反应。
二、同分异构体
同位素、同素异形体和同分异构体的比较
同位素
同素异形体
同分异构体
概念
具有相同质子数和不同的中子数的同一元素的原子
由同种元素形成的不同单质
分子式相同，但结构不同的化合物
适用对象
原子
单质
化合物
结构
同
质子数相同
元素种类相同
分子式相同
异
中子数不同，原子种类不同
分子内原子个数不同，或原子结合方式不同
分子内原子的连接方式不同
物理性质
不同
不同
不同
化学性质
基本相同
相似
不一定相似
实例
12C、13C、14C；
1H、2H、3H等
金刚石、石墨、C60；红磷、白磷；O2、O3等
正丁烷、异丁烷等
关键提醒 同分异构体混合或同素异形体混合形成的是混合物；不同同位素原子形成的物质，如果组成和结构相同，属于同一物质，如H2和D2视为同一物质。
例2 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 ⑤
和
⑥CH3CH2CH3和CH3CH2OH
解题反思 注意理解同分异构体的“同”和“异”。
“同”是指分子式相同；“异”是指结构不同。
变式训练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
③CH3CH2OH和CH3—O—CH3
④
H2O和
H2O
A．①②③B．②③
C．①③④D．②③④
解题反思 有机物分之间存在同分异构现象，无机物之间、无机物与有机物之间也存在同分异构现象。
【当堂过关】
1．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
2．下列关于同分异构体的说法错误的是（ ）
A．具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体
B.互称为同分异构体的物质一定不是同种物质
C．同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质不一定相同
D．同分异构体一定具有相同的相对分子质量
3．重水（D2O）是重要的核工业原料，下列有关说法错误的是（ ）
A．氘（D）原子核外有1个电子
B．1H与D互称同位素
C．H2O与D2O互称同素异形体
D．1H
O与D
O的相对分子质量相同
4．下列各项描述的判断正确的是（ ）
选项
描述
结论
A
由同种元素组成的物质一定是纯净物
正确
B
科学家最近合了一种新的化合物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
5．氰酸铵（NH4CNO）与尿素[CO（NH2）2]（ ）
A．都是共价化合物B．都是离子化合物
C．互为同分异构体D．互为同素异形体
6．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
⑤
⑥氯水
⑦
⑧
⑨
Cl ⑩红磷 ⑪
Cl ⑫
第2课时 不同类型的晶体
【目标导航】
1.熟知晶体的类型及其分类依据，学会判断晶体类型的方法。
2.知道晶体类型与物质性质的关系，会比较晶体的熔、沸点。
【自主学习】
一、晶体
[议一议]
晶体的外部特征就是具有规则的几何外形，晶体的宏观外部特征与微观内部结构有什么关系？
二、几种常见的晶体类型
1．离子晶体
概念
离子晶体是由______________________________________
构成粒子
微粒间的作用
物理性质
①熔点____、硬度____
②____时不导电，在____________下或________中能够导电
2.分子晶体
概念
分子晶体是由__________________________________________
构成粒子
微粒间的作用
物理性质
硬度____，熔、沸点____，晶体不导电
3.原子晶体
概念
原子晶体是由__________________________________________
构成粒子
微粒间的作用
物理性质
熔、沸点____，硬度____，一般不导电
[议一议]
1．分析常见的几种晶体模型（氯化钠晶体、干冰晶体、二氧化硅晶体），指出晶体内微粒间的关系？
2．分子晶体、离子晶体和原子晶体中，哪些类型的晶体中不存在单个的分子？
并举例说明其化学式表示什么意义？
3．不同类型晶体之间熔点、硬度大小关系如何？
4．为什么不同类型的晶体熔点、硬度有较大差异？
【难点突破】
一、几种常见晶体比较
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成微粒
阴、阳离子
原子
分子
阳离子和自由电子
微粒间的作用
离子键
共价键
分子间作用力
金属键
物质类别
离子化合物：
强碱、大多数盐、活泼金属氧化物
少数非金属单质：
金刚石、晶体硅；少数非金属化合物：
SiO2、SiC等
某些非金属单质；非金属氢化物；多数非金属氧化物；酸；极少数盐；多数有机物等
金属单质或合金
晶体的
物理特性
熔、沸点
较高
很高
较低
差别大，有高有低
导热性
不良
不良
不良
良好
导电性
固态不导电，熔融或溶于水能导电
一般不导电，个别是半导体
固态和熔融态不导电
良好
硬度
较大
很大
较小
相差幅度大
溶解性
多数易溶于水，难溶于有机溶剂
一般不溶于任何溶剂
相似相溶
难溶（少数与水反应）
例1 下表给出几种物质的熔、沸点：
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
801
710
180
68
2300
沸点/℃
1465
1418
160
57
2500
判断下列有关说法中错误的是（ ）
A．SiCl4是分子晶体
B．单质B可能是原子晶体
C．AlCl3加热能升华
D．NaCl中离子键的强度比MgCl2中的小
方法规律 晶体类型判断方法
（1）根据构成微粒和微粒间相互作用力判断；
（2）根据物质类别判断；（3）根据物理性质判断；（4）记住常见的原子晶体。
变式训练1 下列各晶体中，含有的化学键类型相同且晶体类型也相同的一组是（ ）
A．SiO2和SO2B．SiO2和NaCl
C．NaCl和HClD．CCl4和CH4
解题反思 原子晶体和分子晶体中不可能有离子键，离子晶体中可能有共价键；原子晶体和离子晶体中不可能存在分子间作用力。
二、晶体熔沸点比较
晶体熔化中汽化时需要克服微粒间的相互作用力，作用力越大，晶体的熔沸点越高。
1．不同晶体类型比较
一般情况下，熔沸点：
原子晶体>离子晶体>分子晶体；
金属晶体的熔沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯等。
2．同类型晶体的比较
（1）原子晶体：
一般情况下，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。
如熔点：
金刚石>碳化硅>晶体硅。
（2）离子晶体：
一般情况下，阴、阳离子的电荷数越大，离子半径越小，则离子间作用力就越强，其离子晶体熔沸点越高。
如熔点：
MgO>MgCl2>NaCl>KCl。
（3）分子晶体：
组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如熔沸点：
HI>HBr>HCl。
注意 若分子间形成氢键，会使物质的熔沸点升高。
如沸点：
HF>HI；H2O>H2S等。
例2 下列物质的熔沸点高低顺序中，正确的是（ ）
A．金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅
B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CF4
C．MgO＞O2＞N2＞H2O
D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠
方法规律 比较晶体熔沸点时先看晶体类型，再根据有关规律分析。
变式训练2 有关晶体的下列说法中正确的是（ ）
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．氯化钠熔化时离子键未被破坏
方法规律 原子晶体熔化时破坏共价键，离子晶体熔化时破坏离子键，分子晶体熔化时破坏分子间作用力，共价键不被破坏。
【当堂过关】
1．下列每组物质发生状态变化时，所克服的微粒间的相互作用属于同种类型的是（ ）
A．食盐和蔗糖熔化
B．钠和硫熔化
C．碘和干冰升华
D．二氧化硅和氧化钠熔化
2．下列各组物质中前者的熔点高于后者的是（ ）
A．干冰与固态二硫化碳
B．NaCl晶体与KCl晶体
C．晶体硅与金刚石
D．干冰与碘晶体
3．氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛的用途，它属于（ ）
A．原子晶体B．分子晶体
C．离子晶体D．金属晶体
4．有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：
Z2－＞W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。
下列说法中，正确的是（ ）
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
5．下表为元素周期表的一部分，其中X、Y、Z、W为短周期元素，W元素的核电荷数为X元素的2倍。
下列说法正确的是（ ）
X
Y
Z
W
T
A.X、W、Z元素的原子半径及它们的气态氢化物的热稳定性均依次递增
B．Y、Z、W元素在自然界中均不能以游离态存在，它们的最高价氧化物的水化物的酸性依次递增
C．YX2晶体熔化、液态WX3汽化均需克服分子间作用力
D．根据元素周期律，可以推测T元素的单质具有半导体特性，T2X3具有氧化性和还原性
6．
（1）将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化，需要克服相同类型作用力的物质有________种。
（2）现有①BaCl2、②金刚石、③KOH、④Na2SO4、⑤干冰、⑥碘片六种物质，按要求回答下列问题：
熔化时不需要破坏化学键的是________（填序号，下同），熔化时需要破坏共价键的是________。
属于离子化合物的是________，只含离子键的物质是________。
①的电子式是__________________，⑤的电子式是_________________________________________。
学案答案精析
第1课时 同素异形现象与同分异构现象
自主学习
一、1.
（1）同素异形现象
（2）同素异形体
2．（从左到右，从上到下）
（1）4 空间网状 无 有 高 层状 共价键 分子间作用力 灰黑 能 润滑剂和电极 60
（2）淡蓝 极强 不同 （3）蜡状 自燃 冷水 红棕 不同
议一议
1．金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。
2．同素异形体的物理性质不同，化学性质相似；不同的单质间的转化属于化学变化。
3．不是，同素异形体指的是同种元素组成的不同单质之间，而12C、14C是原子，不是单质。
二、1.
（1）化合物具有相同的分子式但具有不同结构
（2）分子式相同而结构不同的化合物的
议一议
1．分子中原子的成键方式和连接顺序的不同，造成了同分异构现象。
2．相对分子质量相同的两化合物不一定是同分异构体（如CO和C2H4不是同分异构体）。
难点突破
例1 B [16O和18O是质子数相同，中子数不同的两种原子，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。
]
变式训练1 B [由碳元素的单质组成的物质不一定为纯净物，也可能为混合物，如石墨、金刚石、C60混合，排除A选项；金刚石和石墨中的碳原子排列方式不同，因此其物理性质不同，化学性质相似，B选项正确；同素异形体之间的转化，虽然有单质生成，但碳元素的化合价未发生变化，故不属于氧化还原反应，排除C选项；C60属于单质而不是化合物，排除D选项。
]
例2 ⑤ ②③ ①
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相似；④、⑥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。
变式训练2 B [分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
①中化学式不同且无分子存在。
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。
]
当堂过关
1．D 2.A
3．C [氘（D）原子核电荷数为1，核外有1个电子，A项正确；1H与D质子数相同，中子数不同互称同位素，B项正确；H2O与D2O均为水分子，同素异形体是指同种元素构成的不同单质，C项不正确；1H
O的相对分子质量为1×2＋18＝20，D
O的相对分子质量为2×2＋16＝20，D项正确。
]
4．C [由同种元素组成的物质不一定是纯净物，如氧气和臭氧的混合气体为混合物，A项判断不正确；N4属于单质，B项判断不正确；红磷和白磷属于不同的物质，其转化为化学变化，C项判断不正确；纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异体，D项判断不正确。
]
5．C [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。
]
6．②和⑤；⑦⑧和⑫ ③和⑩ ⑨和⑪ ①和④
解析 ②和⑤的分子式都是C6H14，⑦、⑧和⑫的分子式都是C7H16，它们分别属于同分异构体；③和⑩是磷元素的两种单质，互为同素异形体；⑨和⑪是氯元素的两种核素，是同位素；①和④是氯气的液态和气态，属于同一物质。
第2课时 不同类型的晶体
自主学习
一、规则的几何外形 离子、分子、原子 离子 分子 原子
议一议
晶体的外部特征就是具有规则的几何外形，是因为在晶体内部构成晶体的微粒在空间呈有规则的重复排列。
即晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。
二、1.离子化合物中的阴、阳离子按一定的方式有规则地排列形成的 阴、阳离子 离子键 ①较高 较大 ②固态 熔融状态 水溶液
2．分子所构成的物质所形成的晶体 分子 分子间作用力 小 低
3．原子间通过共价键结合形成的空间网状结构 原子 共价键 高 大
议一议
1.
晶体类型
常见晶体及模型
晶体内微粒间的关系
离子晶体
NaCl的
结构
构成微粒是Na＋和Cl－，微粒间的相互作用力是离子键，在每个Na＋周围与它等距离最近的Cl－有6个，与每个Cl－等距离最近的Na＋为6个。
每个Na＋周围与它等距离最近的Na＋有12个，与每个Cl－等距离最近的Cl－为12个
分子晶
体干冰
的结构
构成微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是分子间作用力，CO2分子位于立方体的8个顶点和六个面心，每个CO2分子周围等距离紧邻有12个CO2分子（同层4个，上层4个，下层4个）。
干冰汽化时只需克服分子间作用力，对其分子内的共价键无影响
原子晶
体SiO2
的结构
构成SiO2晶体的微粒是Si原子和O原子。
微粒间的相互作用力是共价键，在SiO2晶体中每个Si原子与4个O原子紧邻成键，每个O原子与2个Si原子紧邻成键，晶体中Si原子数与O原子数之比为1∶2，Si原子与Si—O键数目之比为1∶4
2.离子晶体和原子晶体中不存在单个的分子，其化学式表示晶体中的微粒个数比。
例如NaCl晶体中，NaCl不表示氯化钠的分子式，仅表示在NaCl晶体中Na＋和Cl－的个数比是1∶1。
在石英晶体中，不存在SiO2分子，SiO2表示晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2。
3．一般地，晶体熔点、硬度的大小顺序为原子晶体>离子晶体>分子晶体。
4．原子晶体、离子晶体、分子晶体中的结构微粒间的相互作用力分别为共价键、离子键、分子间作用力，且依次减弱，这就决定了要改变微粒的位置或状态所需能量的多少，也就造成了性质上的差异。
因此，一般来说晶体熔点的高低、硬度的大小是原子晶体>离子晶体>分子晶体。
难点突破
例1 D [由表中所给熔、沸点数据，可知SiCl4的熔、沸点最低，应为分子晶体；单质B的熔、沸点最高，因此为原子晶体，AlCl3的沸点低于熔点，故可升华；NaCl的熔点高于MgCl2的熔点，表明NaCl中离子键的强度比MgCl2中的大。
]
变式训练1 D [SiO2、SO2、HCl、CCl4、CH4均含有共价键，除SiO2外形成的晶体为分子晶体；SiO2形成的晶体为原子晶体，NaCl形成的晶体为离子晶体。
]
例2 B [A中同属原子晶体，熔沸点高低主要看共价键强弱，显然晶体硅＜碳化硅，A错误；B中都是组成结构相似的分子晶体，熔沸点高低取决于相对分子质量的大小，B正确；C中水在常温下是液体，很明显H2O＞O2＞N2，C错误；D中生铁为铁合金，熔点低于纯铁，错误。
]
变式训练2 B [分子的稳定性强弱，只与分子内所含化学键的强弱有关，而与分子间作用力无关，化学键越强，含该键的分子就越稳定，A不正确；原子晶体中共价键越强，熔点越高，B正确；冰是由水分子形成的分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，C不正确；氯化钠是由Na＋和Cl－构成的离子晶体，在熔化时离子键被破坏，D不正确。
]
当堂过关
1．C
2．B [离子半径Na＋KCl；原子半径C晶体硅。
]
3．A [根据氮化硅（Si3N4）材料的性能：
耐高温、耐磨，说明它具有熔点高、硬度大的性质，可以判断出氮化硅属于原子晶体。
]
4．D [由Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料可知Y是硅元素，即X、Y、Z、W属于第3周期，由离子半径：
Z2－＞W－可知X、Z、W分别为钠、硫、氯元素，又因为Z、M同主族且X＋与M2－具有相同的电子层结构，则M是氧元素。
因钠和氧还可以形成Na2O2，故A不正确；沸点由
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