学年高中化学专题一第三单元第1课时同素异形现象同分异构现象学案苏教版必修2doc.docx
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第三单元 从微观结构看物质的多样性
你知道为何有的宝石璀璨夺目,有的晶莹剔透,有的流光溢彩吗?
原来这与宝石中所含的金属元素有关。
有的宝石只含有一种金属元素,有的含有几种金属元素,并且各种金属元素的含量也不尽相同,因此颜色也就各不相同,如红宝石和墨绿宝石中都含有金属铬,翠绿色的土耳其玉里面含有铜,红玛瑙里面含有铁。
这些藏在宝石内部的金属化合物,能吸收光线里的一部分色光,把未吸收的色光反射出来,而宝石的颜色就是由这些反射出来的色光的颜色决定的。
有些宝石的颜色,还跟它们的原子排列有关,如青金石的蓝色和翠榴石的黄绿色,就是由它们晶体内部原子的排列规律决定的。
1.以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体为例认识物质的多样性与微观结构有关。
2.认识物质的结构决定物质的性质、性质的特点体现结构的特点。
3.了解利用结构模型可以帮助研究物质的微观结构,提高空间想象能力。
第1课时 同素异形现象 同分异构现象
一、同素异形现象
1.同素异形现象的概念
同一种元素能够形成几种不同的单质,这种现象称为同素异形现象。
这些单质互称为该元素的同素异形体。
2.常见的几种元素对应的同素异形体的比较
(1)碳的同素异形体
①种类:
除金刚石和石墨外,碳元素还能形成活性炭、、石墨烯(一种单层的石墨)。
②物理性质与用途差别:
金刚石晶体无色透明,有光泽,因此可做装饰品;硬度特别大,因此可用于切割玻璃、花岗岩,可做地质和石油勘探的钻头等。
而石墨硬度小,质地较软,可做润滑剂;还能导电,故可做电极等。
(2)氧的同素异形体
①种类:
有O2和O3(臭氧)。
②性质差别:
在常温常压下,氧气是无色无味的气体,密度比空气稍大,微溶于水,具有氧化性,在点燃或加热或高温条件下,能与很多物质发生反应。
而臭氧呈淡蓝色,密度是同条件下氧气的1.5倍,有极强的氧化性。
③氧气和臭氧的存在与转化:
在放电或紫外线照射的条件下,氧气能转化成臭氧,其化学方程式为3O22O3。
(3)磷的同素异形体
①种类:
磷的同素异形体有多种,其中白磷、红磷是两种最常见的。
②性质与保存:
常温下,白磷是蜡状固体,有剧毒,在空气中能自燃,但不和水反应,所以可保存在水中。
常温下,红磷是红棕色固体,在空气中能稳定存在,密封保存在试剂瓶中即可。
红磷也能在空气中燃烧,白磷和红磷完全燃烧的产物都是五氧化二磷。
二、同分异构现象
1.同分异构现象
化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象叫同分异构现象。
2.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。
3.几种常见的简单有机物的同分异构体
4.简单有机物同分异构体熔沸点的比较(填“高于”“低于”或“等于”)
(1)熔沸点:
正丁烷高于异丁烷;乙醇高于二甲醚。
虽然分子式相同(仅组成相同),但结构不同,性质往往也不相同,因而不是同一种物质。
(2)同分异构体的物理性质不同,如正丁烷的沸点比异丁烷的高,是由于正丁烷呈锯齿状,分子间距小,分子间作用力大,沸点高。
异丁烷趋于球形,分子间距大,分子间作用力小,沸点低。
其化学性质不一定相同。
探究点一 几种常见的同素异形体
几种常见的同素异形体
(1)碳的同素异形体
(2)氧的同素异形体
(3)磷的同素异形体
1.为什么同素异形体的性质会不同?
提示:
(1)结构不同:
分子的微观结构不同,分子中原子个数和成键方式不同,如氧气和臭氧;单质的结构中原子的排列方式和成键方式不同,如石墨和金刚石,红磷和白磷等。
(2)性质差异:
结构决定性质,同素异形体的结构有差异,性质也会有所不同。
2.化合物互为同素异形体吗?
提示:
互为同素异形体的只能是单质,化合物不可能互为同素异形体。
如H2O和H2O2、H2O和D2O、CO和CO2等都不互为同素异形体。
【例1】 白磷在高压条件下隔绝空气加热后急速冷却,可得钢灰色固体——黑磷,转化过程:
白磷黑磷,黑磷性质稳定,结构与石墨相似。
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
【思路分析】 解答本题首先从概念入手,判断白磷和黑磷之间的关系,然后结合题给信息和白磷的性质进行类比和推断。
【解析】 【答案】 B
下列各项描述的判断正确的是( C )
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型的化合物N4
正确
C
红磷转化为白磷是物理变化
错误
D
纳米泡沫碳单质和金刚石是同素异形体
错误
解析:
氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质,它们的混合气体属于混合物,A错;N4只含有一种元素,是一种新单质,不属于化合物,B错;红磷和白磷属于同素异形体,同素异形体之间的转化均是化学变化,C的判断正确;纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同种单质,互为同素异形体,结论错误。
H2、H2、H2是否互称同素异形体?
提示:
不是,三者是同一种元素的不同原子构成的同一种单质。
【例2】 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
【思路分析】 关于直接辨认同分异构体问题的解题思路和方法,可以直接按照概念的含义来分析解决。
即解题方法是从概念出发,按概念的要点去分析。
解决的关键是概念要准确、熟练,能分辨相似的概念,注意概念本身的内涵和外延。
同分异构体,要求分子式相同,结构不同。
【解析】 关于同分异构体的辨认和书写是高考所要求的重要内容之一。
本题直接考查了“同分异构体”这个重要概念,隐含考查了“同位素”、甚至是“不同书写方式的同种物质”等概念的辨析。
烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。
⑤⑧⑫分别与②(或⑦)互为同分异构体;③和⑩互为同素异形体;⑨和⑪互为同位素;①和④属同种物质;②和⑦属于同种物质;⑤⑧和⑫属于同一种物质。
【答案】 ⑤⑧⑫分别与②(或⑦) ③和⑩ ⑨和⑪ ①和④,②和⑦,⑤⑧和⑫
下列说法正确的是( B )
A.互为同分异构体
B.CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体
C.H2O和H2O2互为同素异形体
D.O2与O2互为同位素
解析:
A项中的结构简式均可以标记为
,它们的分子式和分子结构都相同,只是书写方式不同,所以表示的是同一种物质。
B项中的分子式都是C2H6O,但结构不同,所以它们是同分异构体。
C项中的H2O和H2O2是两种不同的化合物,它们不是同素异形体。
D项中的O2、O2分别是由同位素O原子、O原子构成的单质,它们不是同位素。
1.下列叙述正确的是( D )
A.由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物
B.金刚石和石墨互称同位素
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:
考查同素异形体的概念以及转化关系。
由同种元素形成的物质不一定是一种物质,因此,由同种元素形成的物质可能是纯净物,也可能是混合物。
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,则该物质虽为只含碳元素的单质,但属于混合物,故A项错。
石墨和金刚石都是碳元素形成的碳的不同单质,但二者的化学组成相同、都由碳元素组成,两者互称同素异形体,所以B项不正确。
石墨和金刚石的物理性质不相同而化学活性也不尽相同,因而是两种物质,石墨转化为金刚石是化学变化,故C项错。
C60只含有一种元素,故是单质,D项正确。
2.(多选)近年来医学界通过用14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物,在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖。
下列有关14C60的叙述中,正确的是( AD )
A.与质量相等的14C所形成的金刚石所含原子数相等
B.与12C60的化学性质不同
C.与12C60互为同位素
D.与石墨及金刚石互为同素异形体
解析:
14C60是由60个14C组成的分子,与由14C所形成的金刚石质量相等,所含原子数也一定相等;同位素化学性质几乎完全相同;14C60与石墨及金刚石都是由碳元素形成的不同单质。
3.下列说法正确的是( D )
A.红磷转化为白磷,属于物理变化
B.石墨能导电、金刚石不能导电,故二者不是同素异形体
C.O2和O3分子式不同,结构相同
D.单质硫有S2、S4、S6等,它们互为同素异形体
解析:
A项,同素异形体之间的转化属于化学变化,A项错误;B项,同素异形体的物理性质一般不同,化学性质相似,B项错误;C项,O2和O3属于同素异形体,它们的分子式不同,氧原子的排列方式不同,即结构不同,C项错误;D项,S2、S4、S6等是由S元素形成的不同单质,它们属于同素异形体,D项正确。
4.互为同分异构体的物质一定不可能具有( B )
A.相同的分子式 B.相同的结构
C.相似的化学性质D.相同的相对分子质量
解析:
互为同分异构体的物质的分子式相同,其相对分子质量也相同;互为同分异构体的物质的结构不同,其化学性质不一定相似。
5.下列叙述不正确的是( B )
A.由碳单质组成的物质不一定是纯净物
B.通过化学变化可实现12C、14C的相互转化
C.石墨转变为金刚石属于非氧化还原反应
D.C60是碳的一种同素异形体
解析:
由碳元素组成的单质有石墨、金刚石、C60等,若将它们混合在一起,则该物质虽为只含碳元素的单质,但属于混合物,A正确;12C、14C的相互转化涉及原子核的变化,不属于化学变化,B不正确;反应中化合价没有发生变化,C正确;C60是碳的一种单质,D正确。
6.下列关于同分异构体的叙述正确的是( B )
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
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,但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。
7.下列对物质之间相互关系的描述错误的是( D )
A.CH3CH2OH和CH3OCH3互为同分异构体
B.O2和O3互为同素异形体
C.1H和3T互为同位素
D.干冰和冰为同一种物质
解析:
A项,两种物质的结构不同,分子式相同,所以二者互为同分异构体,正确;B项,两种物质是由同一种元素形成的不同单质,二者互为同素异形体,正确;C项,两种微粒为同一种元素的不同原子,二者互为同位素,正确;干冰的成分是CO2,而冰的成分是H2O,D项错误。
8.下列各组物质:
①O2和O3;
②H2和D2;
③12C和14C;
④石墨和足球烯(C60);
⑦CH3CH2OH(乙醇)和CH3—O—CH3(二甲醚)。
(1)互为同素异形体的是①④(填序号,下同)。
(2)互为同位素的是③。
(3)互为同分异构体的是⑤⑦。
(4)属于同一种物质的是②⑥。
解析:
同素异形体是由同种元素组成的不同种单质,O2和O3、石墨和足球烯属于同素异形体;同位素是质子数相同、中子数不同的原子,12C和14C属于同位素;同分异构体是分子式相同、结构不同的化合物,CH3CH2CH2CH2CH2CH3和
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