同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析.docx
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同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析
同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析
化学基本概念反映化学物质的本质属性，是化学的基础。
明确概念的内涵与外延，是正确把握知识的要素，也是正确判断和推理的基础，因此在概念的教学中，让学生掌握、运用概念，尤为重要。
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同一种物质等化学中几个经常用到的概念，也是一些同学经常混淆的概念，下面就这几个概念的区别加以详细的说明。
对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。
这几个概念都表明了事物之间的关系，下表列出了比较了它们的异同：
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
化合物
化合物
化学式
元素符号表示不同，如
、
、
元素符号表示相同，分子式可以不同，如O2和O3
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，化学性质相同
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
说明：
1、同位素的对象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化学性质基本相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质（例如在气态下的扩散本领）有所差异。
2、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。
3、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。
4、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、同相对原子式量、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。
各类有机物类别异构体情况：
⑴CnH2n+2：
只能是烷烃，而且只有碳链异构。
如CH3（CH2）3CH3、CH3CH（CH3）CH2CH3、C（CH3）4
⑵CnH2n：
单烯烃、环烷烃。
如CH2=CHCH2CH3、CH3CH=CHCH3、CH2=C（CH3）2、
、
⑶CnH2n-2：
炔烃、二烯烃、环烯烃。
如：
CH≡CCH2CH3、CH3C≡CCH3、CH2=CHCH=CH2、
⑷CnH2n-6：
芳香烃（苯及其同系物）。
如：
、 、
⑸CnH2n+2O：
饱和脂肪醇、醚。
如：
CH3CH2CH2OH、CH3CH（OH）CH3、CH3OCH2CH3
⑹CnH2nO：
醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。
如：
CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2=CHCH2OH、
、 、
⑺CnH2nO2：
羧酸、酯、羟醛、羟基酮。
如：
CH3CH2COOH、CH3COOCH3、HCOOCH2CH3、
HOCH2CH2CHO、CH3CH（OH）CHO、CH3COCH2OH
⑻CnH2n+1NO2：
硝基烷、氨基酸。
如：
CH3CH2NO2、H2NCH2COOH
⑼Cn（H2O）m：
糖类。
如：
C6H12O6：
CH2OH（CHOH）4CHO、CH2OH（CHOH）3COCH2OH
C12H22O11：
蔗糖、麦芽糖。
例1、下列各组物质中，两者互为同分异构体的是（ ）。
①CuSO43H2O和CuSO45H2O ②NH4CNO和CO（NH2）2
③C2H5NO2和NH2CH2COOH
④[Pu（H2O）4]Cl3和[Pu（H2O）2Cl2]2H2OCl
A、①②③ B、②③④ C、②③ D、③④
解析：
同分异构体是分子式相同，但结构不同。
CuSO43H2O和CuSO45H2O组成就不同，不是同分异构体；NH4CNO和CO（NH2）2分子式相同，二者结构不同，互为同分异构体；C2H5NO2和NH2CH2COOH，前者是硝基化合物，后者是氨基酸，分子式相同，属于类别异构；[Pu（H2O）4]Cl3和[Pu（H2O）2Cl2]2H2OCl，前者表示四个水分子直接和Pu相结合，后者中是两分子的水和两个氯离子与Pu相结合，所以结构不同，互为同分异构体。
正确选项为B。
例2、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。
正确选项为B。
例3、有下列各组微粒或物质：
CH3
A、O2和O3 B、
C和
C C、CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CHCH3
H Cl CH3
D、Cl—C—Cl和Cl—C—H E、CH3CH2CH2CH3和CH3—CH—CH3
H H
（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：
这道题主要是对几个带“同字”概念的考查及识别判断能力。
A项为都由氧元素形成的结构不同的单质，为同素异形体。
B项为质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素。
C项均为烷烃结构，分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。
D项均为甲烷的取代产物，因而是立体结构，是同种物质。
D项的分子式相同，结构不同（碳链异构），是同分异构体。
正确选项为：
（1）B
（2）A （3）C （4）E （5）D
例4．如果定义有机物的同系列是一系列结构简式符合：
（其中n=0、1、2、3……）的化合物。
式中A、B是任意一种基团（或氢原子），w为2价的有机基团，又称为该同系列的系差。
同系列化合物的性质往往呈现规律性变化。
下列四组化合物中，不可称为同系列的是：
A．CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3
B．CH3CH＝CHCHO CH3CH＝CHCH＝CHCHO CH3（CH=CH）3CHO
C．CH3CH2CH3 CH3CHClCH2CH3 CH3CHClCH2CHClCH3
D．ClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCCl3
解析：
此题是95年全国高考题，也是一个信息题，信息中给出了一个新的概念同系列。
在课堂上我们学习过同系物这一概念。
这就形成了两个非常相近的概念，需要我们在理解新信息的基础上，进行对比、辨析，然后运用解题。
同系物是指结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。
而同系列是指结构相似，在结构上相差一个或若干个重复结构单元的物质。
据此可迅速作出判断，正确选项为C。
练习：
1．
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
的储量足够人类使用1000年，地球上
含量很少。
和
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：
和
的质子数相同，中子数不同，二都均为原子，互为同位素。
答案：
B
2．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
学科网
A．同素异形体 B．同分异构体 C．同系物 D．同位素
学科网
解析：
因纳米泡沫碳是碳的第五种单质形态，而金刚石也是碳的一种单质同体，所以二者是由同种元素形成的结构不同的单质，故为同素异形体。
答案：
A
3．下列各对物质中属于同分异构体的是（ ）。
与
C 与O3
解析：
A是同位素，B是同素异形体，C是同一物质，D是同分异构体。
答案：
D
4．下列各组物质中，互为同系物的是（ ）。
A. —OH与 —CH3 B.HCOOCH3与CH3COOC3H7
C. —CH=CH2与CH3—CH=CH2 D.C6H5OH与C6H5CH2OH
解析：
A项二者相差一个氧原子，不是同系物。
B项均为酯，结构相似，又分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。
C项不是同一类别的有机物，结构不相似，不是同系物。
D项的C6H5OH是苯酚，C6H5CH2OH是苯甲醇，不是同一类别的，结构不相似，不是同系物。
答案：
B
5．下列各组物质中一定互为同系物的是（ ）。
A．C3H8、C8H18 B．C2H4、C3H6 C．C2H2、C6H6 D．C8H10、C6H6
解析：
A项均为烷烃，分子组成上相差CH2原子团，是同系物。
B项不一定互为同系物，当二者都是烯烃时，是同系物；当C3H6是环丙烷时，不是同系物。
同理，C项结构不相似，不是同系物。
D项可以是不同的类别，不一定是同系物。
答案：
A
6、人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30年多时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下：
以上四种信息素中互为同分异构体的是（ ）。
A ①和② B ①和③ C ③和④ D ②和④
解析：
这四种有机物均用键线式表示，其中①和③为同种物质；②和④的分子式相同，结构明显不同，互为同分异构体。
答案：
D
7、萘分子的结构可以表示为
或
，两者是等同的。
苯并[α]芘是强致癌物质（存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中）。
它的分子由5个苯环并合而成，其结构式可以表示为（Ⅰ）或（Ⅱ）式：
（Ⅰ） （Ⅱ）
这两者也是等同的。
现有结构式A B C D
A B C D
其中：
与（Ⅰ）、（Ⅱ）式等同的结构式是（ ）；
与（Ⅰ）、（Ⅱ）式同分异构体的是（ ）。
解析：
以（Ⅰ）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。
因此，A、D都与（Ⅰ）、（Ⅱ）式等同。
也可以（Ⅱ）式为基准，将（Ⅱ）式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式，（Ⅱ）式在纸面上反时针旋转135度即得D式。
从分子组成来看，（Ⅰ）式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是Ⅰ、Ⅱ的同分异构体，而C式不是。
答案：
（1）AD
（2）B。
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