高中化學 專題1 微觀結構與物質的多樣性 第三單元 從微觀結構看物質的多樣性 第1課時 同素異形現(xiàn)象 同分異構現(xiàn)象學案 蘇教版必修2-蘇教版高一必修2化學學案

第1課時同素異形現(xiàn)象同分異構現(xiàn)象一、同素異形現(xiàn)象1．同素異形現(xiàn)象和同素異形體(1)同一種元素能夠形成幾種不同的單質的現(xiàn)象叫做同素異形現(xiàn)象。(2)同一種元素可形成不同單質，這些單質互稱為這種元素的同素異形體。2．常見的同素異形體(1)碳的同素異形體金剛石石墨C60結構特點空間網(wǎng)狀結構層狀結構封閉籠狀分子，形似足球成鍵特點每個碳原子與相鄰的4個碳原子以共價鍵結合層內碳原子間以共價鍵結合成平面六邊形，層間以分子間作用力結合60個碳原子以共價鍵結合性質差異原因晶體中原子的成鍵方式和排列方式不同(2)氧的同素異形體O2O3性質區(qū)別無色無味氣體淡藍色氣體，有魚腥味，氧化性極強轉化關系3O2eq\o(=,\s\up7(放電))2O3差異原因分子中氧原子的個數(shù)和氧原子的成鍵方式不同(3)磷的同素異形體物質色態(tài)毒性穩(wěn)定性保存白磷白色蠟狀固體有劇毒易自燃冷水中紅磷紅棕色固體無毒加熱或點燃可燃燒直接存放在廣口瓶中對同素異形體的理解(1)組成元素：只含有一種元素。(2)物質類別：互為同素異形體的只能是單質。(3)性質關系：同素異形體之間的物理性質有差異，但化學性質相似。(4)相互轉化：同素異形體之間的轉化屬于化學變化，因為轉化過程中有化學鍵的斷裂與形成。(5)同素異形體之間的轉化既有單質參加，又有單質生成，但由于沒有涉及化合價的變化，一般認為這種轉化屬于非氧化還原反應。例1意大利羅馬大學的FulvioCacace等人獲得了極具理論研究意義的N4分子。N4分子結構如圖所示，下列說法正確的是()A．N4屬于一種新型化合物B．N4轉化為N2屬于物理變化C．N4的摩爾質量為56D．N4與N2互為同素異形體考點同素異形現(xiàn)象題點同素異形體的相關綜合答案D解析N4是一種單質，與N2互為同素異形體，二者之間的轉化屬于化學變化，N4的摩爾質量為56g·mol－1。例2下列關于碳元素的同素異形體的敘述正確的是()A．碳元素形成的各種單質稱為碳元素的同素異形體B．碳元素的同素異形體結構雖然不同，但性質差別不大C．碳元素的同素異形體性質不同，其用途相同D．碳元素的同素異形體只有金剛石、石墨和C60考點同素異形現(xiàn)象題點碳的同素異形體答案A解析碳元素形成的不同單質原子間的排列方式不同，物理性質差別較大，化學性質相似，用途不同，如金剛石和石墨；金剛石、石墨和C60只是三種主要的碳單質。二、同分異構現(xiàn)象1．同分異構現(xiàn)象和同分異構體(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同結構的現(xiàn)象，稱為同分異構現(xiàn)象。(2)分子式相同而結構不同的化合物，互稱為同分異構體。(3)同分異構現(xiàn)象主要表現(xiàn)在有機化合物中。2．實例(1)正丁烷和異丁烷名稱正丁烷異丁烷分子式C4H10分子結構結構式結構簡式CH3CH2CH2CH3球棍模型結論分子結構不同沸點－0.5℃－11.7℃差異分析原子的連接方法不同，化學鍵的類型相同，物質類別相同(2)乙醇和二甲醚名稱乙醇二甲醚分子式C2H6O分子結構結構式結論分子結構不同性質沸點78℃－23℃物理性質不同，化學性質不同四角度認識同分異構體(1)從物質看：互為同分異構體的物質只能是化合物。它們之間的轉化屬于化學變化，若共存則為混合物。(2)從分子式看：互為同分異構體的化合物，其分子式相同，相對分子質量也相同，但相對分子質量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相對分子質量均為46。(3)從結構看：互為同分異構體的化合物，空間結構不同。(4)從性質看：互為同分異構體的化合物，物理性質不同，化學性質可能相似。例3下列關于同分異構體的敘述正確的是()A．相對分子質量相同而結構不同的化合物互稱為同分異構體B．分子式相同而結構不同的化合物互稱為同分異構體C．同分異構體之間由于分子組成相同，所以它們的性質相同D．只有少數(shù)的有機物之間存在同分異構現(xiàn)象考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的概念答案B解析同分異構體是指分子式相同而結構不同的化合物，同分異構體之間分子式相同，則相對分子質量相同，但相對分子質量相同的物質，分子式不一定相同，A項錯誤；同分異構體的結構不同，性質也不同，C項錯誤；有機物之間同分異構現(xiàn)象普遍存在，D項錯誤。思維啟迪(1)兩化合物互為同分異構體，則兩化合物的相對分子質量及各元素的組成(含量)必然相同。(2)相對分子質量相同的兩化合物不一定互為同分異構體(如CO和C2H4不互為同分異構體)。例4下列各組物質中，屬于同分異構體的是()A．白磷和紅磷B．干冰和CO2C．和D．和考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的判斷答案D解析A項互為同素異形體；B項是同一種物質的不同狀態(tài)；C項是同一種物質；D項符合同分異構體概念。1．(2017·鎮(zhèn)江高一檢測)美國和墨西哥研究人員將普通納米銀微粒分散到納米泡沫碳(碳的第五種單質形態(tài))中，得到不同形狀的納米銀微粒，該納米銀微粒能有效殺死艾滋病病毒。納米泡沫碳與金剛石的關系是()A．同素異形體 B．同分異構體C．同一種物質 D．同位素考點同素異形現(xiàn)象題點同素異形體的判斷答案A解析納米泡沫碳與金剛石都是碳的不同單質，二者屬于同素異形體。2．造成金剛石和石墨性質差異的主要原因是()A．碳原子種類不同B．同體積兩種物質中碳原子個數(shù)不同C．碳原子成鍵方式不同D．物質狀態(tài)不同考點同素異形現(xiàn)象題點碳的同素異形體答案C3．下列各組物質中，兩者互為同分異構體的是()①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O②NH4CNO與CO(NH2)2③CH3CH2OH和CH3—O—CH3④eq\o\al(2,1)H2O和eq\o\al(3,1)H2OA．①②③B．②③C．①③④D．②③④考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的判斷答案B解析分子式相同而結構不同的化合物互稱為同分異構體。①中兩種物質的分子式不同。②③組中，兩者的分子式相同，但結構不同，故兩者互為同分異構體。④中水分子的結構相同，不互為同分異構體。4．下列關于同分異構體的說法錯誤的是()①具有相同相對分子質量和不同結構的化合物互稱為同分異構體②互稱為同分異構體的物質一定不是同種物質③同分異構體之間物理性質一定不同，化學性質一定相同④同分異構體一定具有相同的相對分子質量A．①②B．②③C．①③D．②④考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的概念答案C解析N2與CO具有相同的相對分子質量和不同的結構，但不是同分異構體，①錯誤；同分異構體之間的化學性質不一定相同(如乙醇與二甲醚)，③錯誤。5．下列物質中，互為同分異構體的有________；互為同素異形體的有____________；屬于同位素的有____________；屬于同一種物質的有________。①二氧化碳②金剛石③干冰④氫溴酸⑤溴水⑥液溴⑦12C⑧石墨⑨考點“四同”的概念與判斷題點“四同”的判斷答案?、?與⑩②和⑧⑦和⑨①和③、?和?解析烷烴中每個碳原子都形成空間的四面體結構。??分別與⑩互為同分異構體；②和⑧互為同素異形體；⑦和⑨屬于同位素；①和③、?和?分別屬于同一種物質。[對點訓練]題組一同素異形體1．白磷在高壓下隔絕空氣加熱后急速冷卻，可得鋼灰色固體——黑磷，其轉化過程如：白磷eq\o(→,\s\up7(1215.9MPa，473K),\s\do5(隔絕空氣))黑磷，黑磷性質穩(wěn)定，結構與石墨相似。下列敘述正確的是()A．黑磷與白磷互為同位素B．黑磷能導電C．白磷轉化為黑磷是物理變化D．黑磷能在空氣中自燃考點同素異形現(xiàn)象題點磷的同素異形體答案B解析黑磷也是磷元素組成的單質，A錯誤；類比石墨的導電性知B正確；白磷、黑磷是不同的物質，C錯誤；黑磷性質穩(wěn)定，D錯誤。2．(2017·黃山高一檢測)硫可以形成分子式為S2、S4、S6、S8的單質，其中S8的分子結構如圖所示。下列有關說法正確的是()A．S2、S4、S6、S8互為同位素B．S2的摩爾質量為32g·mol－1C．硫的單質在足量的空氣中完全燃燒可以生成SO3D．1molS8單質中含有的S—S鍵個數(shù)為8NA考點同素異形現(xiàn)象題點硫單質的相關綜合答案D解析S2、S4、S6、S8都是由硫元素形成的單質，互為同素異形體，在空氣中燃燒只能生成SO2，而不能生成SO3，A和C選項錯誤；S2的摩爾質量為64g·mol－1，B選項錯誤；由圖可知，1個S8分子中含有8個S—S鍵，D選項正確。3．科學家們最近發(fā)現(xiàn)一種新分子，具有空心類似足球狀的結構，其化學式為C70。下列說法不正確的是()A．C70是一種化合物B．它的相對分子質量為840C．它的化學性質和金剛石相似D．C70和金剛石、石墨一樣，都是由碳元素組成的單質考點同素異形現(xiàn)象題點碳的同素異形體的判斷答案A解析依題意，C70是一種分子，從其化學式可知，一個C70分子由70個碳原子構成，C70應是碳的單質，不屬于化合物。4．下列各項描述的判斷正確的是()選項描述結論A由同種元素組成的物質一定是純凈物正確B科學家最近合成了一種新型的化合物N4正確C紅磷轉化為白磷是物理變化錯誤D納米泡沫碳和金剛石是同素異形體錯誤考點同素異形現(xiàn)象題點同素異形體的相關綜合答案C解析氧氣和臭氧都是由氧元素組成的單質，它們的混合氣體屬于混合物，A錯誤；N4只含有一種元素，是一種新單質，不屬于化合物，B錯誤；紅磷和白磷屬于同素異形體，同素異形體之間的轉化均是化學變化，C正確；納米泡沫碳和金剛石是由碳元素組成的不同種單質，互為同素異形體，D的結論錯誤。

題組二同分異構體5．科學家發(fā)現(xiàn)鉑的兩種化合物a和b，二者的結構式分別為和，a有抗癌作用，而b沒有，二者的關系為()A．同分異構體 B．同素異形體C．同一種物質 D．同位素考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的判斷答案A解析a有抗癌作用，而b沒有，說明二者屬于不同的物質，且二者分子式相同，結構不同，故二者互為同分異構體；互為同素異形體的必須是單質，互為同位素的必須是質子數(shù)相同，中子數(shù)不同的核素(如eq\o\al(12,6)C與eq\o\al(14,6)C，eq\o\al(35,17)Cl與eq\o\al(37,17)Cl等)。6．互為同分異構體的物質一定不可能具有()A．相同的分子式 B．相同的結構C．相似的化學性質 D．相同的相對分子質量考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的概念答案B解析互為同分異構體的物質的分子式相同，其相對分子質量也相同；互為同分異構體的物質結構不同，但其化學性質可能相似。7．下列判斷中，正確的是()A．CH3COONH4與H2N—CH2—COOH是同分異構體B．CH3CH2Cl與CH2ClCH3是同分異構體C．H2N—CH2—COOH與CH3—CH2NO2是同分異構體D．與CH3CHO不是同分異構體考點同分異構現(xiàn)象題點同分異構體的判斷答案C解析分子式相同而結構不同的化合物互為同分異構體。題組三同素異形體、同分異構體的比較8．在化學中，每種物質都有自己對應的化學式，但往往同一化學式，可能表示不同的物質。下列化學式中，只表示一種純凈物的是()A．C B．CH4C．C2H6O D．C4H10考點同素異形體、同分異構體的比較題點由化學式判斷同素異形體、同分異構體答案B解析A可能是金剛石、石墨，C可能是乙醇、二甲醚，D可能是正丁烷、異丁烷。所以符合題意的只有B項。9．(2018·浙江舟山月考)下列各組物質既不屬于同位素，也不屬于同素異形體的是()A．16O和18OB．H2O和H2O2C．O2和O3D．金剛石、石墨和富勒烯(C60)考點同素異形體、同分異構體的判斷題點“四同”的概念與判斷答案B解析16O和18O質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，故互為同位素，故A錯誤；水和雙氧水是由氧元素和氫元素形成的不同化合物，既不屬于同位素，也不屬于同素異形體，故B正確；O2和O3都是由氧元素形成的不同單質，故互為同素異形體，故C錯誤；金剛石、石墨和富勒烯(C60)都是由碳元素形成的不同單質，故互為同素異形體，故D錯誤。10.現(xiàn)代無機化學對硫—氮化合物的研究是最為活躍的領域之一。(SN)n是迄今唯一已知的具有超導性質的鏈狀無機高分子。有關如右圖所示的硫氮化合物的分子結構的說法中，正確的是()A．該物質的分子式為SNB．該物質與化合物S2N2互為同分異構體C．該物質是電的良導體D．1mol該分子中含有的共價鍵數(shù)目為8×6.02×1023考點同素異形體、同分異構體的判斷題點相關知識的綜合答案C11．下列說法正確的是()A．互為同素異形體的物質的性質完全相同B．互為同素異形體的物質之間不可能相互轉化C．氧氣和臭氧之間的轉化是物理變化D．分子式為C2H6O的物質有兩種同分異構體考點同素異形體、同分異構體的判斷題點相關知識的綜合答案D解析互為同素異形體的物質物理性質不同，化學性質相似，A項錯誤；互為同素異形體的物質之間可以通過化學反應相互轉化，B項錯誤；O2和O3之間的轉化是化學變化，C項錯誤。12．2018年1月復旦大學魏大程團隊在石墨烯量子點研究領域取得重要進展。該項研究在未來光學和光電器件方面具有巨大潛力。下面有關碳的敘述正確的是()A．石墨與C60互為同位素B．13C與14C．金剛石是碳元素的一種核素D．14C答案B解析石墨與C60均是碳元素形成的單質，二者互為同素異形體，同位素是指質子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一種元素的不同核素，A錯誤；13C與14C的質子數(shù)相同、中子數(shù)不同，是兩種不同的原子，且互為同位素，B正確；金剛石是單質，不是碳元素的一種核素，C錯誤；[綜合強化]13．(2018·臺州月考)氧的單質在環(huán)境、生命活動、生產(chǎn)、科研等方面有重要作用。(1)氟利昂在紫外線的作用下能產(chǎn)生氯原子，氯原子對臭氧層有破壞作用。氯原子對臭氧層的破壞作用可用如下過程表示：Cl＋O3→ClO＋O2、O3eq\o(→,\s\up7(光照))O2＋O、ClO＋O→O2＋Cl。這一過程的總反應方程式是________________________。根據(jù)總反應方程式，可知氯原子在反應中的作用是________________________。(2)意大利科學家使用普通氧分子和帶正電的氧離子制出了新型的氧分子O4，它可能具有與S4相似的長方形結構。O4的摩爾質量為________；相同質量的O2、O3、O4的分子數(shù)之比為__________，原子數(shù)之比為__________；下列有關O4的說法不正確的是________(填字母)。A．題述中生成O4的反應不屬于化學變化B．O4與O3、O2都是氧的同素異形體C．O4可能具有很強的氧化性考點同素異形現(xiàn)象題點相關知識的綜合答案(1)2O3eq\o(→,\s\up7(Cl),\s\do5(光照))3O2催化劑(2)64g·mol－16∶4∶31∶1∶1A解析(1)將三個方程式相加得總反應方程式：2O3eq\o(→,\s\up7(Cl),\s\do5(光照))3O2，可見氯原子在反應前后質量和性質都沒有改變，是催化劑。(2)由O2制備O4，有化學鍵的斷裂和形成，發(fā)生的是化學變化。14．硫通常是一種淡黃色晶體。有橙色、無色、紅棕色三種顏色的硫蒸氣，它們都是硫的單質，但每個分子中硫原子的個數(shù)不同，可用Sx表示。對三種蒸氣測定結果是：(1)橙色蒸氣密度折算到標準狀況后是11.34g·L－1，則它的化學式是________。(2)紅棕色蒸氣的質量是相同狀況下同體積空氣的6.62倍，則它的化學式是________。(3)無色蒸氣對氫氣的相對密度是64，則它的化學式是______________。此事實說明硫有________________?？键c同素異