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第三单元从微观结构看物质的多样性第1课时同素异形现象同分异构现象[目标导学]1．理解同素异形现象和同分异构现象的概念。2．掌握碳、氧、磷元素的同素异形体。3．掌握同素异形体和同分异构体的区别。[背诵经典导学]1．“二同”概念：(1)同素异形体：同一种元素能够形成几种不同的单质互称同素异形体；(2)同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称同分异构体。2．“三组”常见的同素异形体：(1)金刚石、石墨和足球烯；(2)O2和O3；(3)红磷和白磷。3．有关同分异构体的“三组一定和不一定”：(1)分子式相同，一定有相同的相对分子质量，反之不一定成立；(2)分子式相同，一定有相同的最简式，反之不一定成立；(3)分子式相同，一定有相同的元素的质量分数，反之不一定成立。扬帆起航温习双基课前学习空间1．同素异形现象一种元素形成几种______________的现象叫做同素异形现象。同一元素形成的______________的单质，叫做这种元素的同素异形体。例如碳的同素异形体有______________、______________、富勒烯等，氧的同素异形体有______________、______________，磷的同素异形体有______________、______________等。单质不同金刚石石墨氧气臭氧白磷红磷同一元素的不同单质化学性质______________，但物理性质______________，这是因为不同单质中，原子排列情况不同的缘故。相似差异很大2．同分异构现象化合物具有相同的______________，但具有不同的______________的现象，称为同分异构现象。我们把具有相同的______________而______________不同的______________互称为同分异构体。如正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚等。分子式结构式分子式结构化合物——小试身手考查：11．下列物质中互为同素异形体的是()①C60和石墨②白磷和红磷③H2O和D2O④N2和N60⑤126C和136C⑥CH2===CH—CH2—CH3和CH3—CH===CH—CH3A．①②④⑥B．②③④C．①③⑤⑥D．①②④解析：①②④是同素异形体，③是同一种物质，⑤是同位素，⑥是同分异构体。答案：D考查：22．思考辨析(1)同分异构体一定具有相同的相对分子质量。()(2)同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质一定相同。()解析：(1)同分异构体具有相同的分子式，则一定具有相同的相对分子质量。(2)同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质不一定相同，如乙醇和二甲醚。答案：(1)√(2)×核心要点突破定位重点深化理解知识点一同素异形体1．几组常见的同素异形体(1)碳的同素异形体单质金刚石石墨C60结构特点每个C原子与另外4个碳原子以共价键相连，碳原子间以共价键结合形成正四面体空间网状结构正六边形层状结构，同层内每个碳原子与另外3个碳原子以共价键结合成平面网状结构，层间存在分子间作用力C60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，又称为“足球烯”单质金刚石石墨C60作用力碳原子间全部通过C—C共价键结合每一层内碳原子间通过C—C共价键结合，层间存在分子间作用力C60分子之间存在分子间作用力，C60分子内存在碳原子之间的共价键，有C—C和C===C单质金刚石石墨C60颜色、状态无色透明的正八面体固体黑色，有金属光泽，不透明，细鳞片状固体棕黑色固体硬度很大质软很小熔沸点很高很高低物理性质导电性不导电导电半导体单质金刚石石墨C60化学性质相似用途装饰品、切割玻璃、大理石、钻探机钻头铅笔芯、润滑剂、电极应用于材料科学、超导体等方面转化(2)氧的同素异形体结构模型颜色、状态气味溶解度化学性质转化氧气(O2)无色气体无味0.030臭氧(O3)淡蓝色气体鱼腥味＞O2相似(氧化性：O2＜O3)3O22O3(3)磷的同素异形体红磷白磷颜色、状态红棕色固体、无毒黄色蜡状固体、有毒结构模型稳定性稳定不稳定(自燃)保存棕色广口瓶水中密封红磷白磷用途火柴磷酸、烟幕化学性质相似，完全燃烧都生成五氧化二磷转化2.同素异形现象产生的原因主要是原子之间的成键方式或排列方式不同。形成方式主要有：(1)组成分子的原子数目不同，例如：O2和O3；(2)晶体中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。【名师提示】1.互为同素异形体的物质只能是单质，化合物不可能互为同素异形体。2.性质关系：同素异形体之间的物理性质不同，但化学性质相似，存在活泼性的差异。3.相互转化：同素异形体之间的转化属于化学变化，因为转化过程中有化学键的断裂与形成，但由于没有涉及化合价的变化，一般认为这种转化属于非氧化还原反应。知识点二同分异构体1．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。【名师提示】(1)分子式相同是化学组成相同(相对分子质量也相同)，这是判断物质间是否是同分异构体的前提，但相对分子质量相同的化合物不一定是互为同分异构体。如CO和C2H4不是同分异构体。(2)同分异构体间原子的连接方式不同，结构不同，可以是同类物质，也可以是不同类物质，但不是同种物质。(3)化合物的分子组成、分子结构越简单，同分异构现象越少；反之化合物的组成、分子结构越复杂，同分异构现象越多。2．两种同分异构体的比较(1)正丁烷和异丁烷名称正丁烷异丁烷分子式C4H10C4H10结构式沸点－0.5℃－11.7℃由上表可知，正丁烷和异丁烷的分子式相同，结构不同(正丁烷的4个碳原子连在同一条链上，为直链式，异丁烷中有1个碳原子位于支链上)，因结构不同，故物理性质也表现出差异，例如正丁烷的沸点要高于异丁烷等。(2)乙醇与二甲醚乙醇二甲醚分子式C2H6OC2H6O球棍模型结构式沸点78℃－23℃观察乙醇和二甲醚的分子模型可知，C原子和O原子的连接方式不同，乙醇中O原子左连碳原子，右连氢原子，二甲醚中，O原子的左右两边都连碳原子，故二者的结构不同，表现在物理性质上，乙醇的沸点比二甲醚高得多，性质上的差异体现了结构上的差异。3．同分异构体的性质特点同分异构体之间的物理性质上差异较大，化学性质上有的相似，例如：正丁烷与异丁烷；有的不同，例如：乙醇与二甲醚。——对点训练考查：知识点一1．(1)【例1】(多选)下列叙述正确的是()A．只由碳元素单质组成的物质一定是纯净物B．金刚石和石墨具有相同的化学组成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】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，该物质虽为只含碳元素的单质，但属于混合物。石墨和金刚石是不同单质，所以石墨转化为金刚石是化学变化。【答案】BD考查：知识点一1．(2)【例2】科学家已经合成出氧的一种单质O4，下列关于该物质的说法正确的是()A．摩尔质量是64gB．是氧的一种同位素C．分子中含有离子键D．是氧的一种同素异形体【解析】O4的摩尔质量是64g·mol－1，A错；O4是氧的一种同素异形体，B错，D正确；O4分子中只含有共价键，C错。【答案】D考查：知识点一1．(3)【例3】白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，其转化过程如下：白磷――――――→1215.9MPa，473K隔绝空气黑磷，黑磷性质稳定，结构、性质与石墨相似。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【解析】黑磷也是磷元素组成的单质，是磷的一种同素异形体，A错误；类比石墨的导电性知B正确；白磷、黑磷是不同的物质，C错误；黑磷性质稳定，D错误。【答案】B考查：知识点二【例4】下列各组物质中，两者互为同分异构体的是()①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O②NH4CNO与CO(NH2)2④与A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④【解析】分子式必须相同而结构不同的物质才互称为同分异构体。①中化学式不同，CuSO4为离子化合物，并无分子存在。②③④各组中，两者分子式相同，但结构不同，故两者互为同分异构体。【答案】B考查：知识点二【例5】根据同分异构体的概念，判断下列物质互为同分异构体的是()A．CH3—CH2—NO2和H2N—CH2—COOHB．H和DC．甲烷和正丁烷D．红磷和白磷【解析】所谓同分异构体就是指分子式相同而结构不同的化合物。A项两者的分子式都是C2H5NO2，但是它们的官能团是不同的，故它们是同分异构体；B项H和D是同位素；C项甲烷和正丁烷是同系物；D项红磷和白磷是同素异形体。【答案】A考查：知识点二【例6】同分异构体具有相同的：①最简式②分子式③相对分子质量④化学性质⑤物理性质()A．①②③B．②⑤C．②④⑤D．②③④【解析】同分异构体具有相同的最简式、分子式、相对分子质量，不同的化学性质、物理性质，故选A。【答案】A随堂基础演练现学现用小试身手1．打雷放电时，空气中有极少量氧气会转化成臭氧(3O2=====放电2O3)，下列有关说法正确的是()A．该变化是化合反应B．O2和O3互为同位素C．O2比O3稳定D．O2与O3的相互转化是物理变化解析：化合反应是两种或两种以上物质反应生成一种物质的反应，A错；O2和O3是由氧元素组成的不同的单质，二者互为同素异形体，B错；其相互转化为化学变化，D错；O2较稳定，O3不稳定，在高温下可迅速分解成O2，C正确。答案：C2．正丁烷与异丁烷互为同分异构体的依据是()A．具有相似的化学性质B．具有相同的物理性质C．分子具有相同的空间结构D．分子式相同，但分子内碳原子的结合方式不同解析：同分异构体的性质特点为：物理性质有差异，化学性质可能相似，也可能不同，但不能依据物理性质或化学性质是否有差异来判断同分异构体，而应根据“分子式相同，结构不同”来判断，故D正确。答案：D3．科学家们最近发现一种新分子，具有空心类似足球状的结构，其化学式为C70。下列说法不正确的是()A．C70是一种化合物B．它的相对分子质量为840C．它的化学性质和金刚石相似D．C70和金刚石、石墨一样，都是由碳元素组成的单质解析：C70是由70个碳原子构成的单质，其相对分子质量为840，与金刚石、石墨互为同素异构体，化学性质相似。答案：A4．下列说法正确的是()A．红磷转化为白磷发生了氧化还原反应B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体C．O2和O3分子式不同，但结构相同D．单质硫有S2，S4，S8等，它们都是硫的同素异形体解析：同素异形体之间的转化为非氧化还原反应，A错；同素异形体的物理性质不同，石墨与金刚石是同素异形体，B错；O2和O3结构不同，C错；S2、S4、S8均是硫元素的不同单质，它们互为同素异形体，D正确。答案：D5．有下列各组微粒或物质：A．O2和O3B.126C和136C(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)________组两种物质互为同分异构体。(5)________组两种物质是同一物质。解析：(1)由具有相同质子数，不同中子数(或不同质量数)同一元素的不同核素互为同位素，即B互为同位素。(2)由同素异形体是同种元素形成的不同单质，则A互为同素异形体。(3)由同系物是有机化合物中具有同一通式、组成上相差一个或多个某种原子团、在结构与性质上相似的化合物系列，则C互为同系物。(4)由具有相同分子式而结构不同的化合物互为同分异构体，则E互为同分异构体。(5)由碳是四面体结构和是同一物质。答案：(1)B(2)A(3)C(4)E(5)D