届高三化学二轮复习 同位素同素异形体同分异构体同系物的判别.docx
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届高三化学二轮复习同位素同素异形体同分异构体同系物的判别
专题四 原子结构 化学键 元素周期律和元素周期表
第1课时 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的判别
命题调研（2016～2019四年大数据）
2016～2019四年考向分布
核心素养与考情预测
核心素养：
宏观辨识与微观探析、变化观念、实验探究
考情解码：
主要考查同位素，同素异形体，同分异构体，同系物四个基本概念；同时结合核素的概念，烷烃的命名，原子结构等知识点的考查，题目的综合性较强，考查得比较全面和基础。
预测2020年选考将加大题目的综合性，着重从某几个概念进行考查。
真题重现
1.（2019·浙江4月选考，10）下列说法正确的是（ ）
A.18O2和16O3互为同位素
B.正己烷和2，2－二甲基丙烷互为同系物
C.C60和C70是具有相同质子数的不同核素
D.H2NCH2COOCH3和CH3CH2NO2是同分异构体
解析 同位素的研究对象为原子，而18O2和16O3为单质，A项错误；正己烷和2，2－二甲基丙烷结构相似，在分子组成上相差1个“CH2”原子团，两者互为同系物，B项正确；C60和C70均为单质，不是核素，C项错误；H2NCH2COOCH3的分子式为C3H7NO2，而CH3CH2NO2的分子式为C2H5NO2，两者不是同分异构体，D项错误，故选B。
答案 B
2.（2019·浙江1月学考）下列说法不正确的是（ ）
A.16O和18O互为同位素
B.金刚石和足球烯互为同素异形体
C.C2H6和C3H6互为同系物
D.C2H5OH和CH3OCH3互为同分异构体
解析 A.16O、18O是氧元素的不同原子，所以互为同位素，故A正确；B.金刚石和足球烯是碳元素的不同单质，所以互为同素异形体，故B正确；C.C2H6和C3H6的通式不相同，结构不相似，分子组成上相差一个碳原子，不互为同系物，故C错误；D.C2H5OH和CH3OCH3的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，故D正确；故选C。
答案 C
3.（2018·浙江11月选考）下列说法不正确的是（ ）
A.18O和16O是质子数相同的两种核素
B.戊烷的一种同分异构体可命名为2乙基丙烷
C.丙烷的一氯代物和正丁烷的一氯代物种数相同
D.金刚石和石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体
解析 A.18O和16O含有的质子数虽然都是8个，但是中子数分别为10、8，中子数不同，因此二者属于不同的核素，选项A正确；B.不存在2乙基丙烷，应该命名为2甲基丁烷，选项B不正确；C.丙烷有两种不同环境的氢，一氯代物有2种，正丁烷也有两种不同环境的氢，一氯代物也有2种，一氯代物的种数相同，选项C正确；D.金刚石和石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体，选项D正确；答案选B。
答案 B
4.（2018·浙江6月学考）下列说法正确的是（ ）
A.1H2和2H2互为同素异形体
B.CH3Cl和CH2Cl2互为同系物
C.C60和C70互为同位素
D.C2H6和C3H8均不存在同分异构现象
解析 A.1H2和2H2两者属于不同种氢核素组成的氢分子；B.同系物是结构相似，在分子组成上相差1个或几个CH2原子团的物质，而CH3Cl和CH2Cl2不是互为同系物；C.具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素，C60和C70互为同素异形体；D.C2H6和C3H8均属于烷烃，且三个碳原子以内均不存在同分异构现象。
答案 D
5.（2018·浙江4月选考）下列说法正确的是（ ）
A.
的名称为3甲基丁烷
B.CH3CH2CH2CH2CH3和
互为同素异形体
C.
为同一物质
D.CH3CH2OH和
具有相同的官能团，互为同系物
解析 A.离取代基近的一端编号，命名应为2甲基丁烷，故A项错误；B.选项中的物质分子式相同而结构不同，无特殊官能团，互为同分异构体，故B项错误；C.甲烷分子呈现正四面体结构，四个位置完全等价，故C项正确；D.虽然二者具有相同的官能团，但官能团的个数不同，组成也不相差若干个CH2，不互为同系物，故D项错误；故选C。
答案 C
考向一 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的判别
1.有下列各组微粒或物质
A.O2和O3
B.
6C和
6C
C.CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CH（CH3）CH3
D.Cl—CH2—Cl和H—CCl2—H
E.CH3CH2CH2CH3和CH3—CH（CH3）—CH3
（1）________组两种微粒互为同位素；
（2）________组两种物质互为同素异形体；
（3）________组两种物质属于同系物；
（4）________组两物质互为同分异构体；
（5）________组两物质是同一物质。
解析 同位素是质子数相同，中子数不同的原子，故属于同位素的组是B；是同素异形体是由同种元素组成的性质不同的单质，故属于同素异形体的组为A；同系物是指结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的有机物，因此属于同系物的组是C；同分异构体是指分子式相同结构不同的化合物，故属于同分异构体的组是E；而由于单键碳为四面体结构，因此E为同一物质。
答案
（1）B
（2）A （3）C （4）E （5）D
备考策略
要抓住同位素、同素异形体、同分异构体和同系物这四个概念的所属对象来进行区分，具体可以通过以下表格进行对比：
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
定义
质子数相同，中子数不同的原子（核素）
由同一种元素组成的不同单质
结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质
分子式相同，结构不同的化合物
对象
原子
单质
有机化合物
化合物（有机、无机）
化学式
原子符号表示不同
元素符号表示相同，分子式可以不同
不同
相同
结构
电子层结构相同，原子核结构不同
单质的组成或结构不同
相似
不同
性质
物理性质不同，化学性质相同
物理性质不同，化学性质相似
物理性质不同，化学性质相似
物理性质不同，化学性质不一定相同
举例
H、
H、
H或H、D、T
O2和O3、金刚石和石墨、红磷和白磷（注意：
H2和D2不是）
甲烷和正戊烷、甲烷和新戊烷
正戊烷、异戊烷、新戊烷
考向二 元素、核素和同位素的判别
2.（2018·浙江温州十五校联合体）下列说法正确的是（ ）
A.
C和
C是一种核素
B.氕、氘、氚互为同位素，中子数都是1
C.乙醇和二甲醚互为同分异构体
D.金刚石和石墨互为同素异形体，两者之间不能相互转化
解析 A.
C和
C是不同种核素，故A错误；B.氕、氘、氚互为同位素，中子数分别是：
0、1、2，故B错误；C.乙醇和二甲醚分子式相同，都是C2H6O，结构不同，互为同分异构体；D.金刚石和石墨互为同素异形体，但两者之间可以相互转化，故D错误；故选C。
答案 C
备考策略
在最近的选考中常出现元素、核素和同位素判别的题，要注意这三个概念的区别和联系：
（1）同种元素，可以有若干种不同的核素，即核素种类远大于元素种类。
（2）元素有多少种核素，就有多少种原子。
（3）同位素是同一元素不同原子的互相称谓，不指具体原子。
（4）同一元素的不同原子，其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及构成的化合物的化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有差异。
考向三 同素异形体的判定
3.（2018·浙江金华十校联合体）下列说法正确的是（ ）
A.金刚石、石墨、C60互为同素异形体，它们都是分子晶体
B.二氧化碳分子和水分子中所有原子在同一条直线上
C.正丁烷和异丁烷的分子式都为C4H10，它们互为同分异构体
D.14C与14N互为同位素
解析 A.金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石为原子晶体，石墨为混合晶体，C60为分子晶体，A错误；B.二氧化碳分子为直线形分子，水分子为“V”形分子，水分子中所有原子不在一条直线，B错误；C.正丁烷和异丁烷的分子式都为C4H10，它们互为同分异构体，C正确；D.14C与14N不是同种元素，不属于同位素，D错误。
正确答案为C。
答案 C
备考策略
同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较大，化学性质有相似性，但也有差异。
如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都能与氧气反应生成CO2，由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同（石墨比金刚石能量低，石墨比金刚石稳定）。
同素异形体的形成方式有三种：
（1）组成分子的原子数目不同，例如：
O2和O3。
（2）晶格中原子的排列方式不同，例如：
金刚石和石墨。
（3）晶格中分子排列的方式不同，例如：
正交硫和单斜硫（高中不要求此种）。
注意：
同素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，如H2和D2的结构相同，不属于同素异形体。
考向四 同系物的判定
4.（2019·浙江稽阳3月联考）下列说法错误的是（ ）
A.硫元素的不同单质S2和S8互为同素异形体
B.CH4与C3H8一定互为同系物
C.35Cl与37Cl是氯元素的两种核素，互为同位素
D.
互为同分异构体
解析 A.S2和S8是同种元素形成的不同单质，属于同素异形体，故A不符合题意；B.CH4和C3H8通式相同均为CnH2n＋2,属于烷烃同系列，一定互为同系物，故B不符合题意；C.35Cl与37Cl是具有相同质子数和不同中子数的氯原子，互为同位素，故C不符合题意；D.
与
表示的是同一种物质：
2甲基丁烷，故D符合题意；答案为D。
答案 D
备考策略
同系物的对象是有机化合物，属于同系物的有机物必须结构相似，在有机物的分类中，属于同一类物质，通式相同，化学性质相似，差异是分子式不同，相对分子质量不同，在组成上相差一个或若干个CH2原子团，相对分子质量相差14的整数倍，如分子中含碳原子数不同的烷烃之间就属于同系物。
（1）结构相似指的是组成元素相同，官能团的类别、官能团的数目及连接方式均相同。
结构相似不一定是完全相同，如CH3CH2CH3和（CH3）4C，前者无支链，后者有支链，但二者仍为同系物。
（2）通式相同，但通式相同不一定是同系物。
例如：
乙醇与乙醚它们的通式都是CnH2n＋2O，但他们官能团类别不同，不是同系物。
又如：
乙烯与环丁烷，它们的通式都是CnH2n，但不是同系物。
（3）在分子组成上必须相差一个或若干个CH2原子团。
但分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质却不一定是同系物，如CH3CH2Br和CH3CH2CH2Cl都是卤代烃，且组成相差一个CH2原子团，但二者不是同系物。
（4）同系物具有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律，如随碳原子个数的增多，同系物的熔、沸点逐渐升高；如果碳原子个数相同，则有支链的熔、沸点低，且支链越对称，熔、沸点越低。
如沸点：
正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
同系物的密度一般随着碳原子个数的增多而增大。
考向五 同分异构体判定
5.（2018·浙江镇海中学高三上）下列说法正确的是（ ）
A.
的名称为3，4，4三甲基丁烷
B.化合物
的一氯取代物有2种
C.
、
、
是互为同分异构体
D.
（葡萄糖）分子结构中含有—OH，与乙醇互为同系物
解析 A.
的主链含有5个碳原子，名称为2，3二甲基戊烷，故A错误；B.化合物
中含有3种氢原子，一氯取代物有3种（
），故B错误；C.
、
、
的分子式均为C6H6，但结构不同，互为同分异构体，故C正确；D.
（葡萄糖）分子结构中含有5个—OH和1个醛基，与乙醇的结构不相似，不是同系物，故D错误；故选C。
答案 C
备考策略
同分异构体的对象是化合物，属于同分异构体的物质必须化学式相同，结构不同，因而性质不同。
具有“五同一异”，即同分子式、同最简式、同元素、同相对分子质量、同质量分数、结构不同。
属于同分异构体的物质可以是有机物，如正丁烷和异丁烷；可以是有机物和无机物，如氰酸铵和尿素；也可以是无机物，如[Pu（H2O）4]Cl3和[Pu（H2O）2Cl2]·2H2O·Cl。
在有机物中，很多物质都存在同分异构体，中学阶段涉及的同分异构体常见的有以下几类：
（1）碳链异构：
指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构。
如C5H12有三种同分异构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷。
（2）位置异构（官能团位置异构）：
指官能团或取代基在碳链上的位置不同而造成的异构。
如1丁烯与2丁烯、1丙醇与2丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯。
（3）类别异构（又称官能团异构）：
指官能团不同而造成的异构，如1丁炔与1，3丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与果糖、蔗糖与麦芽糖等。
（4）其他异构方式：
如顺反异构、对映异构（也叫做镜像异构或手性异构）等，在中学阶段的信息题中屡有涉及。
1.（2017·浙江11月选考）下列说法正确的是（ ）
A.
8O表示中子数为10的氧元素的一种核素
B.金刚石和石墨互为同素异形体，两者之间不能相互转化
C.CH3COOH和CH3COOCH3互为同系物
D.C6H14的同分异构体有4种，其熔点各不相同
解析 核素是具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子，氧的质子数为8，该原子的质量数为18，那么中子数为10，故A正确；金刚石和石墨可以互相转化，B错误；乙酸和乙酸甲酯的官能团不同，不是同系物，C错误；己烷有五种同分异构体，D错误。
答案 A
2.（2019·浙江名校协作体高三上）下列说法正确的是（ ）
A.
Cl、
Cl为不同的核素，化学性质也不同
B.乙醇和乙醚互为同分异构体
C.CH3CH（CH3）2的名称叫2甲基丙烷，也可以叫做异丁烷
D.CH2===CH2和CH2===CH—CH===CH2具有相同的官能团，互为同系物
解析 A.同位素的化学性质完全相同，所以两种同位素的化学性质相同，故A不符合题意；B.乙醇和乙醚的分子式不同，不属于同分异构体，故B不符合题意；C.2甲基丙烷也叫异丁烷，故C符合题意；D.两者含有的碳碳双键的个数不同，即结构不同，不属于同系物，故D不符合题意。
答案 C
3.（2019·温州十校高三）下列说法正确的是（ ）
A.乙酸和硬脂酸互为同系物
B.
互为同分异构体
C.H2O和D2O互为同素异形体
D.
的名称为2乙基丁烷
解析 A.乙酸结构简式为CH3COOH，硬脂酸C17H35COOH，符合CnH2nO2，两者互为同系物，故A正确；B.属于同一种物质，故B错误；C.同素异形体研究的对象为单质，H2O和D2O为化合物，故C错误；D.根据烷烃的命名，该有机物名称为3甲基戊烷，故D错误。
答案 A
4.（2018·浙江稽阳高三上）下列说法不正确的是（ ）
A.CH3COOCH2CH3和CH3CH2OOCCH3互为同分异构体
B.红磷和白磷互为同素异形体
C.37Cl和35Cl互为同位素
D.CH3CH2CH（CH3）2的名称为2甲基丁烷
解析 A.是同一种物质，故A不正确，符合题意。
B.红磷和白磷互为同素异形体，B正确，不符合题意。
C.37Cl和35Cl互为同位素，C正确，不符合题意。
D.CH3CH2CH（CH3）2的名称为2甲基丁烷，D正确，不符合题意，故正确答案为A。
答案 A
5.（2019·台州一模）下列各组中，互称为同系物的是（ ）
A.O2与O3B.35Cl与37Cl
C.乙醇与甲醚D.CH4和
解析 A.O2与O3分子式不相同，组成元素相同，互为同素异形体，故A错误；B.35Cl与37Cl中子数不同，是碳元素的不同核素，互为同位素，故B错误；C.乙醇与甲醚分子式相同，结构不同，属于同分异构体，故C错误；D.CH4与
都属于烷烃，结构相似，且在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，故属于同系物，故D正确；故选D。
答案 D
6.（2019·浙江余姚3月模拟）下列说法不正确的是（ ）
A.满足通式CnH2n＋2且n不同的两种物质一定互为同系物
B.（CH3）2CHCH2C（CH3）3的名称为2，2，4三甲基戊烷
C.丙烷的一氯代物有2种，二氯代物有3种
D.CHClF2不存在同分异构体
解析 A.通式为CnH2n＋2符合烷烃，n值不同分子式不同，结构相似，相差若干CH2原子团，为同系物，故A正确；B.（CH3）2CHCH2C（CH3）3主链五个碳，含有三个甲基，名称为2，2，4三甲基戊烷，故B正确；C.丙烷分子含有2种氢原子，其一氯代物有2种；丙烷的二氯代物，若取代相同的碳原子的氢原子，有1，1二氯丙烷，2，2二氯丙烷两种，若取代不同碳原子上的氢原子，有1，2二氯丙烷、1，3二氯丙烷两种，故丙烷的二氯代物有4种，故C错误；D.甲烷是正四面体结构，CHClF2不存在同分异构体，故D正确；故选C。
答案 C
1.美国和墨西哥研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳（碳的第五种单质形态）中，得到不同形状的纳米银微粒，该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒（HIV－1）。
纳米泡沫碳与金刚石的关系是（ ）
A.同素异形体B.同分异构体
C.同系物D.同位素
解析 根据题意，该纳米泡沫碳是碳的一种单质，与金刚石的关系是同素异形体。
答案 A
2.下列各对物质中属于同分异构体的是（ ）
A.
6C与
6C
B.O2与O3
解析 A.
6C和
6C是同位素；B.O2与O3是同素异形体；C.是同一种物质；D.前者是异戊烷，后者是新戊烷，是同分异构体；故应选D。
答案 D
3.下列各组物质中一定互为同系物的是（ ）
A.C3H8、C8H18B.C2H4、C3H6
C.C2H2、C6H6D.C8H10、C6H6
解析 A.C3H8、C8H18均为烷烃，一定属于同系物；B.C2H4、C3H6前者为乙烯，后者可能是丙烯，也可能是环丙烷，因此不一定是同系物；C.C2H2为乙炔，C6H6有多种同分异构体，两者结构中官能团种类和个数不一定一样，因此肯定不是同系物；D.C8H10和C6H6不饱和度相同，但是他们的结构可能不一样，因此不一定是同系物；故应选A。
答案 A
4.
He在热核反应中没有中子辐射，作为能源时不会污染环境。
月球上
He的储量足够人类使用1000年，地球上
He含量很少。
He和
He两者互为（ ）
A.同素异形体B.同位素
C.同系物D.同分异构体
解析
He和
He属于质子数相同，中子数不同的原子，因此属于同位素，故应选B。
答案 B
5.下列各组物质，其中属于同系物的是（ ）
（1）乙烯和苯乙烯
（2）丙烯酸和油酸 （3）乙醇和丙二醇
（4）丁二烯与异戊二烯 （5）蔗糖与麦芽糖
A.
（1）
（2）（3）（4）B.
（2）（4）
C.
（1）
（2）（4）（5）D.
（1）
（2）（4）
解析 同系物是指结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数相同，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，即分子组成通式相同的物质。
乙烯和苯乙烯，后者含有苯环而前者没有；丙烯酸和油酸含有的官能团都是双键和羧基，而且数目相同所以是同系物；乙醇和丙二醇官能团的数目不同；丁二烯与异戊二烯都是共轭二烯烃，是同系物；蔗糖和麦芽糖是同分异构体而不是同系物。
答案 B
6.（2019·宁波3月模拟）下列说法不正确的是（ ）
A.乙醇和乙醚互为同分异构体
B.戊烷的一种同分异构体的名称为2，2二甲基丙烷
C.氧气和臭氧互为同素异形体，它们之间的互变属于化学变化
D.正丁烷的一氯代物和异丁烷的一氯代物种数相同
解析 A.乙醇和乙醚分子式不同，分别含有2、4个C原子，不是同分异构体，故A错误；B.戊烷的同分异构体有正戊烷、异戊烷、新戊烷，新戊烷为2，2二甲基丙烷，故B正确；C.氧气和臭氧为氧元素的不同单质，互为同素异形体，故C正确；D.正丁烷的一氯代物和异丁烷的一氯代物都有2种，数目相同，故D正确；故选A。
答案 A
7.（2019·嘉兴、丽水高考模拟）下列说法正确的是（ ）
A.H2与D2是氢元素的两种核素，互为同位素
B.甲酸（HCOOH）和乙酸互为同系物，化学性质不完全相似
C.C4H10的两种同分异构体都有三种二氯代物
D.石墨烯（单层石墨）和石墨烷（可看成石墨烯与H2加成的产物）都是碳元素的同素异形体，都具有良好的导电性能
解析 A、H2与D2是氢元素的两种单质，不是同位素的关系，同位素是原子之间的互称，故A错误；B、甲酸（HCOOH）和乙酸分子结构相似，官能团的种类和数目一样，分子组成上差1个CH2，甲酸还具有醛类物质的性质，故B正确；C、C4H10的两种同分异构体分别是正丁烷和异丁烷，正丁烷有6种二氯代物，异丁烷有4种二氯代物，故C错误；D、同素异形体是同种元素的单质之间的互称，石墨烷不是碳元素的单质，二者不是同素异形体，故D错误。
答案 B
8.（2019·浙江稽阳3月联考）下列说法正确的是（ ）
A.（CH3CH2）2CHCH3的名称为3乙基丁烷
B.35Cl与37Cl是氯元素的两种核素，有不同的化学性质
C.O2与O3互为同素异形体，一定条件下可以相互转化
D.正丁烷与异丁烷的一氯代物均只有一种
解析 （CH3CH2）2CHCH3的名称为3甲基戊烷，A错；同位素原子具有相同的化学性质，B错；正丁烷与异丁烷的一氯代物均有两种，D错。
答案 C
9.某元素的一个原子形成的离子可表示为baXn－，下列说法正确的是（ ）
A.
Xn－含有的中子数为a＋b
B.
Xn－含有的电子数为a－n
C.X原子的质量数为a＋b＋n
D.1个X原子的质量约为
g
解析 中子数等于质量数减去质子数，为b－a，A错误；该离子含有的电子数为a＋n，B错误；原子变成离子时，质量数与核外电子数无关，所以X原子的质量数为b，C错误；D正确。
答案 D
10.（2016·嘉兴市高二上期末）下列有关叙述正确的是（ ）
A.元素原子最外层电子数的多少是判断金属性和非金属性强弱的依据
B.OH－与H3O＋组成元素相同，所含质子数相同
C.结构示意图为
和
的两种粒子为同一种元素
D.H、D、T具有相同的质子数，是氢元素的三种同位素
解析 元素原子最外层电子数的多少与金属性和非金属性强弱无必然的联系，故A错误；OH－与H3O＋都是由氢和氧两种元素组成的，OH－所含质子数为9，H3O＋所含质子数为11，故B错误；结构示意图为
的粒子为氖原子，结构示意图为
的粒子为氟离子，为两种不同的元素，故C错误；H、D、T的质子数相同，中子数不同，互为同位素，故D正确。
答案 D
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