高中化学专题1微观结构与物质的多样第三单元第1课时同素异形现象与同分异构现象导学案苏教版必修2.docx
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高中化学专题1微观结构与物质的多样第三单元第1课时同素异形现象与同分异构现象导学案苏教版必修2
第1课时 同素异形现象与同分异构现象
知识条目
必考要求
加试要求
1.同素异形体与同素异形现象
a
b
2.同分异构体与同分异构现象
a
b
能力要求
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。
一、同素异形现象
1.碳元素能形成多种单质。
根据教材内容和你熟悉的知识,填写下表空格:
单质
金刚石
石墨
足球烯(C60)
物理
性质
颜色状态
无色透明固体
灰黑色固体
灰黑色固体
硬度、熔点
坚硬、熔点很高
质软、熔点高
硬度小、熔点低
导电性
不导电
导电
不导电
微观结构
差异分析
碳原子的成键方式和排列方式不同
2.氧元素能形成O2和O3两种单质。
填写下表:
单质
氧气(O2)
臭氧(O3)
物理性质
无色无味气体
有鱼腥味,淡蓝色气体
化学性质
有强氧化性
氧化性比氧气更强
转化
O2在放电时转化成O3,O3在催化剂存在时又可分解为O2
差异分析
分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同
3.由以上分析可知:
(1)同一种元素形成几种不同单质的现象叫做同素异形现象。
(2)同一元素可形成不同单质,这些单质互称为这种元素的同素异形体。
(3)同一元素的不同单质化学性质相似,物理性质差异很大,这是因为不同单质中,原子排列情况不同的缘故。
同素异形体的理解
(1)互为同素异形体的物质是由同一种元素形成的结构不同、性质不同的单质。
(2)同素异形体之间在一定条件下可以相互转化,其转化属于化学变化。
1.下列各组物质中,属于同素异形体的是( )
A.16O和18OB.红磷、白磷
C.二氧化硫、三氧化硫D.二氧化碳、干冰
答案 B
解析 16O和18O是质子数相同、中子数不同的两种氧原子,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。
2.下列关于碳元素的同素异形体的叙述正确的是( )
A.碳元素形成的各种单质称为碳元素的同素异形体
B.碳元素的同素异形体结构虽然不同,但性质差别不大
C.碳元素的同素异形体性质不同,其用途相同
D.碳元素的同素异形体只有金刚石、石墨和C60
答案 A
解析 碳元素形成的不同单质原子间的排列方式不同,物理性质差别较大,化学性质相似,用途不同,如金刚石和石墨;金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。
二、同分异构现象
1.根据正丁烷和异丁烷的结构式,填写下表空格:
物质
正丁烷
异丁烷
结构式
结构简式
CH3—CH2—CH2—CH3
分子式
C4H10
C4H10
沸点
-0.5℃
-11.7℃
差异分析
原子的连接方式不同,化学键类型相同,物质类别相同
2.由以上分析可知:
(1)化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象,称为同分异构现象。
(2)分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
(3)同分异构现象主要表现在有机物中。
同分异构体的理解
(1)两化合物互为同分异构体的必备条件有两点:
①两者的分子式应相同;②两者的结构应不同。
(2)两化合物互为同分异构体,则两化合物的相对分子质量及各元素的组成(含量)必然相同。
(3)相对分子质量相同的两化合物不一定互为同分异构体(如CO和C2H4不互为同分异构体)。
3.关于同分异构体的叙述正确的是( )
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
答案 B
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,而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。
4.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
答案 B
解析 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
①中两种物质的分子式不同。
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。
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
答案 B
2.下列各组物质中,不互为同素异形体的是( )
A.金刚石和C60B.红磷和P4
C.O2和O3D.干冰与冰
答案 D
3.下列说法不正确的是( )
A.
C和
是一种核素
B.红磷和白磷互为同素异形体
C.CH3COOCH2CH3和CH3CH2COOCH3是不同物质
D.CH3CH2OH可看成是由—C2H5和—OH两种基团组成
答案 A
解析 本题考查同位素、同素异形体、同分异构体的概念。
C和
C属于同一种元素,但为不同的核素,A项错误;红磷和白磷均为磷的单质,互为同素异形体,B项正确;CH3COOCH2CH3和CH3CH2COOCH3的分子式相同,但结构不同,是不同种物质,两者互为同分异构体,C项正确;CH3CH2OH可以看成是由—C2H5和—OH两种基团组成的,D项正确。
4.最近医学界通过放射性14C标记的C60,发现有一种C60的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA杀死细胞,从而抑制艾滋病(AIDS)。
有关14C的叙述正确的是( )
A.14C与C60中碳原子的化学性质不同
B.14C与14N含的中子数相同
C.14C与C60是同素异形体
D.14C与12C互为同位素
答案 D
解析 14C是碳元素的一种原子,与其他碳原子的化学性质相同,A、C项错误;14C的中子数为8,14N的中子数为7,二者的中子数不同,B项错误;14C和12C的质子数相同,中子数不同,二者互为同位素,D项正确。
5.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________。
①二氧化碳 ②
③金刚石 ④干冰
⑤氢溴酸 ⑥溴水 ⑦液溴 ⑧
⑨12C ⑩石墨 ⑪14C ⑫
答案 ②和⑧、②和⑫ ③和⑩ ⑨和⑪ ①和④、⑧和⑫
解析 烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。
⑧⑫分别与②互为同分异构体;③和⑩互为同素异形体;⑨和⑪属于同位素;①和④、⑧和⑫分别属于同一种物质。
[基础过关]
题组一 同素异形体
1.一瓶气体经化验分析只含有一种元素,则该气体是( )
A.一种单质
B.一种化合物
C.化合物和单质的混合物
D.既可能是一种单质,又可能是几种单质的混合物
答案 D
解析 该气体可能是一种单质,也可能是这种元素组成的几种单质的混合物,不能确定为纯净物或混合物。
2.据报道,碳纳米管是碳原子形成的大分子,其导电性是铜的1万倍;N5可用作烈性炸药。
下列说法不正确的是( )
A.金刚石与碳纳米管互为同素异形体
B.N5与N2互为同素异形体
C.14C的质子数为14
D.C原子半径比N原子半径大
答案 C
解析 同素异形体是同种元素形成的不同单质。
金刚石和碳纳米管、N5和N2都是互为同素异形体;14C的质子数为6;C原子半径大于N原子半径。
3.下列各组物质中,属于同素异形体的是( )
A.S2、S4B.碘晶体、碘蒸气
C.H、DD.
O2、
O2
答案 A
解析 S2和S4是硫元素形成的不同单质,互为同素异形体,A项属于同素异形体;碘蒸气和碘晶体是碘的不同状态,属于同一物质,B项不属于同素异形体;H和D是氢元素的两个同位素,C项不属于同素异形体;D是同一种物质,结构和性质是相同的,D项不属于同素异形体。
题组二 同分异构体
4.下列说法中正确的是( )
A.SO2、SO3互为同分异构体
B.两种化合物的组成元素相同,且各元素的质量分数也相同,则二者一定互为同分异构体
C.相对分子质量相同的几种化合物互称为同分异构体
D.组成元素的质量分数相同、相对分子质量也相同的不同化合物互为同分异构体
答案 D
解析 SO2和SO3分子式不同,A项错误;若两种化合物的组成元素相同,各元素的质量分数也相同,则它们的最简式必定相同,最简式相同的化合物可能是同分异构体,也可能不是同分异构体,B项错误;相对分子质量相同的物质有很多,如无机物中的H2SO4和H3PO4,有机物中的C2H6O(乙醇)和CH2O2(甲酸),这些物质都具有相同的相对分子质量,但由于它们的分子式不同,所以它们不互为同分异构体,C项错误;当不同化合物组成元素的质量分数相同,相对分子质量也相同时,其分子式一定相同,因此这样的不同化合物互为同分异构体,D项正确。
5.下列物质互为同分异构体的是( )
A.35Cl和37Cl
B.CH3CH2OH和CH3OCH3
C.CH3CH3和CH3CH2CH3
D.H2O和H2O2
答案 B
解析 A项互为同位素;B项互为同分异构体;D项是两种不同的化合物。
6.科学家发现铂的两种化合物a和b,二者的结构简式分别为
a有抗癌作用,而b没有,二者的关系为( )
A.同分异构体B.同素异形体
C.同一种物质D.同位素
答案 A
解析 a有抗癌作用,而b没有,说明二者属于不同的物质,且二者分子式相同,结构不同,故二者互为同分异构体。
题组三 同素异形体、同分异构体的比较
7.下列各组中的物质互为同素异形体的是( )
A.金刚石与石墨B.CH4与CH3CH3
C.乙醇与二甲醚D.12C与14C
答案 A
解析 CH4与CH3CH3分子式不相同,两种不同的化合物不互为同素异形体;乙醇与二甲醚互为同分异构体;12C与14C互为同位素。
8.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
科学家最近合成了一种新的化合物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
答案 C
解析 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,互为同素异形体,D项判断不正确。
9.下列说法中,正确的是( )
A.液溴、溴蒸气是同素异形体
B.同素异形体是同种元素的不同单质
C.SO2、SO3互为同分异构体
D.同分异构体的分子组成相同,分子结构不同
答案 B
解析 同素异形体是同种元素形成的性质不同的单质,可知A错,B对;同分异构体是分子式相同但结构不同的化合物,不是分子组成相同,C、D错误。
10.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
答案 C
解析 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。
[能力提升]
11.根据以下叙述,回答下列问题。
大气中的臭氧层可滤除大量的紫外光,保护地球上的生物。
氟利昂(如CCl2F2)可在光的作用下分解,产生Cl原子,Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用,臭氧的分子式为O3。
有关反应为
O3
O2+O Cl+O3
ClO+O2
O+ClO===Cl+O2 总反应为2O3===3O2。
(1)在上述臭氧变成氧气的过程中,Cl原子是________(填字母,下同)。
A.反应物B.生成物
C.中间产物D.催化剂
(2)O3和O2是________。
A.同一种物质B.同素异形体
C.氧的同位素D.同一种元素
答案
(1)D
(2)B
解析
(1)根据催化剂的定义知,Cl原子是催化剂,由此可见催化剂并不是不参加反应,只不过是反应前后的质量和化学性质保持不变。
(2)由同种元素组成的不同单质叫作同素异形体。
O3和O2是由氧元素组成的两种不同的单质,所以O3和O2属于同素异形体。
12.有下列几组物质:
①
6C与
6C ②石墨与富勒烯 ③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)与丙氨酸
④CH3CH2CH2CH3和
⑤天然气的主要成分与沼气的主要成分 ⑥HF与HCl。
对各组物质的性质异同点进行分析,请用数字序号回答问题:
(1)互为同素异形体的是______________________;
(2)互为同分异构体的是______________________;
(3)互为同位素的是______________________;
(4)属于同一化合物的是______________________。
答案
(1)②
(2)③④ (3)① (4)⑤
解析
6C与
6C的质子数相同,而中子数不同,是碳元素的两种核素,互称为同位素;石墨与富勒烯都是由碳元素形成的不同单质,都属于碳元素的同素异形体;硝基丙烷与丙氨酸的分子式都为C3H7NO2,CH3CH2CH2CH3和
的分子式都为C4H10,但是结构不同,所以都互为同分异构体;天然气与沼气的主要成分都是CH4,属于同一种物质;HF和HCl属于不同的分子。
13.今有原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素。
已知A、C、F三种原子的最外层共有11个电子,且这三种元素的最高价氧化物的水化物之间两两皆能反应,且均能生成盐和水。
D和E的电子层结构见下表:
元素
最外层电子数
次外层电子数
D
x
x+4
E
x+1
x+4
在一般情况下,B元素的单质不能与A、C、D、E元素的单质化合。
请按要求填空:
(1)写出下列各元素的元素符号:
A____________,B____________,C____________,
D____________,E____________,F____________。
(2)D的氢化物的化学式为__________,E的氢化物的化学式为________,两者的稳定性:
________>________。
(3)原子序数介于E和F之间的元素R能形成R2、R8等几种单质,这几种单质之间的关系是______________。
答案
(1)Na Mg Al Si P Cl
(2)SiH4 PH3 PH3 SiH4 (3)互为同素异形体
解析 由x+4=8可知x=4,D、E分别为Si、P元素;由性质信息推测C的氢氧化物具有两性,C为Al元素,则A为Na元素,由“A、C、F三种原子最外层共有11个电子”可知F为Cl元素。
由“原子序数依次增大”可知B为Mg元素。
14.硫通常是一种淡黄色晶体。
有橙色、无色、红棕色三种颜色的硫蒸气,它们都是硫的单质,但每个分子中硫原子的个数不同,可用Sx表示。
对三种蒸气测定结果是
(1)橙色蒸气密度折算到标准状况后是11.34g·L-1,则它的化学式是________。
(2)红棕色蒸气的质量是相同状况下同体积空气的6.62倍,则它的化学式是________。
(3)无色蒸气对氢气的相对密度是64,则它的化学式是______________。
此事实说明硫有________________。
答案
(1)S8
(2)S6 (3)S4 多种同素异形体
解析 由题意知:
(1)中硫蒸气的相对分子质量为M=11.34×22.4≈254,其单质的分子式为S8。
(2)中硫蒸气的相对分子质量为M=29×6.62≈192,其单质的分子式为S6。
(3)中硫蒸气的相对分子质量为M=64×2=128,其单质的分子式为S4。
综上分析,可知硫元素有多种同素异形体。