高一化學(xué)學(xué)案：知識梳理第三單元從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)的多樣性

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第三單元從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)的多樣性知識梳理一、同素異形現(xiàn)象1.同素異形體的概念我們知道,碳元素可以形成許多單質(zhì),如金剛石、石墨、活性炭和富勒烯等,這樣由同一種元素形成的不同單質(zhì)叫做同素異形體.2。常見的幾種元素對應(yīng)的同素異形體及其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途的比較（1）碳的同素異形體①種類：除金剛石和石墨外,碳元素還能形成活性炭、富勒烯〔如C60、C70和單層或多層的碳納米管等〕。②物理性質(zhì)與用途差別：金剛石晶體無色透明，有光澤，所以可以用作裝飾品;硬度特別大，因此可用于切割玻璃、花崗巖，可作地質(zhì)和石油勘探的鉆頭等。而石墨硬度小，質(zhì)地較軟，可作潤滑劑，還能導(dǎo)電，故可作電極等。③結(jié)構(gòu)特點及差別：金剛石和石墨晶體中碳原子的成鍵方式和排列方式不同。石墨晶體呈層狀結(jié)構(gòu)，每一層內(nèi)碳原子排列成平面六邊形，一個個六邊形排列成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，層間靠分子間作用力結(jié)合。而金剛石晶體內(nèi)，每個碳原子以4個共價鍵與另外4個碳原子結(jié)合成正四面體型，這些正四面體彼此聯(lián)結(jié)并向空間發(fā)展形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).C60是60個碳原子形成的封閉籠狀分子,形似足球,人們又稱它為“足球烯”。（2）氧的同素異形體①種類：有O2和O3(臭氧）。②性質(zhì)差別：在常溫常壓下，氧氣是無色無味的氣體，密度比空氣稍大，微溶于水,有氧化性,在點燃或加熱或高溫條件下，能和很多物質(zhì)反應(yīng)。而臭氧呈淡藍(lán)色,密度是同條件下氧氣的1.5倍，有極強的氧化性.③結(jié)構(gòu)特點及差別：氧氣分子和臭氧分子中的氧原子個數(shù)和氧原子的成鍵方式不同,因而性質(zhì)也不同。氧氣分子是雙原子分子，電子式是，結(jié)構(gòu)式是O==O,鍵能較大。而臭氧分子是三原子分子，分子內(nèi)原子的成鍵方式與氧氣分子不同,分子比較活潑。④氧氣和臭氧的存在與轉(zhuǎn)化：在放電的條件下，氧氣能轉(zhuǎn)化成臭氧。轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式為3O22O3.在自然界中，空氣里氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%。而自然界90%的臭氧集中在離地面15—50km的大氣同溫層中，是由氧氣吸收太陽的紫外線輻射而生成的。臭氧層是地球的“生命衛(wèi)士”.近年來臭氧層開始變薄，甚至出現(xiàn)空洞,其中公認(rèn)的原因是氟氯烴的大量使用和噴氣式飛機、火箭、導(dǎo)彈將大量廢氣排放到高空而加速了臭氧分解造成的。(3）磷的同素異形體①種類：磷的同素異形體有多種，其中紅磷、白磷是兩種最常見的。②結(jié)構(gòu)特點：白磷每個分子是由4個磷原子構(gòu)成的正四面體型結(jié)構(gòu)，其中的磷原子達(dá)到了8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其化學(xué)式為P4，結(jié)構(gòu)式為。③性質(zhì)與保存：常溫下,白磷是蠟狀固體，有劇毒；常溫下在空氣中能自燃，但又不和水反應(yīng)，所以可保存在水中。紅磷是紅棕色粉末狀固體，常溫下在空氣中能穩(wěn)定存在，密封保存在試劑瓶中即可.紅磷也能在空氣中燃燒，白磷和紅磷完全燃燒的產(chǎn)物都是五氧化二磷。二、不同類型的晶體1。晶體的概念（1）定義：自然界的固體物質(zhì)有晶體和非晶體之分.具有規(guī)則的幾何外形的固體叫晶體。而液體和氣體卻沒有規(guī)則的幾何外形。(2）晶體的宏觀外部特征與微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系：晶體的外部特征就是有規(guī)則的幾何外形，其原因就是，晶體內(nèi)部構(gòu)成晶體的微粒在空間有規(guī)則地排列著。即晶體規(guī)則的幾何外形是其內(nèi)部構(gòu)成微粒有規(guī)則排列的結(jié)果。2.晶體分類的依據(jù)（1）根據(jù)構(gòu)成晶體的微粒種類不同以及微粒之間的作用類型不同把晶體分為離子晶體、分子晶體、原子晶體以及金屬晶體等。(2)構(gòu)成晶體的微?？梢允请x子、分子、原子等。3。幾種重要的晶體(1）離子晶體①定義:陰、陽離子間通過離子鍵結(jié)合而成的晶體叫離子晶體。②結(jié)構(gòu)特點:離子晶體中每個陽離子周圍排列著一定數(shù)目的陰離子，在每個陰離子周圍排列著一定數(shù)目的陽離子，陰、陽離子由靜電相互作用力結(jié)合。③微粒間的作用類型:陰、陽離子之間通過強烈的離子鍵結(jié)合而成離子晶體。④性質(zhì)特點：有的易溶于水,有的不溶于水也不溶于有機溶劑，大都具有較高的熔點和沸點，難揮發(fā)，硬而脆,本身不導(dǎo)電。⑤該類晶體包含的物質(zhì)類別：有絕大部分鹽、強堿、活潑金屬的氧化物等.（2）分子晶體①定義：分子之間通過分子間作用力而構(gòu)成的晶體叫做分子晶體。②結(jié)構(gòu)特點：分子晶體是分子間依靠分子間作用力按一定規(guī)則排列形成的.試畫出干冰晶體中分子的排列示意圖(分子用小黑點表示即可)。③分子間作用力對物質(zhì)性質(zhì)的影響：范德華力越大，物質(zhì)的熔沸點就越高.如鹵素單質(zhì),隨著相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大，它們的熔沸點也相應(yīng)升高。（3）原子晶體①定義：原子之間通過強烈的共價鍵結(jié)合而成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體叫做原子晶體.②結(jié)構(gòu)特征：構(gòu)成原子晶體的微粒是原子，原子以共價鍵結(jié)合，向空間發(fā)展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在晶體中不存在單個分子，也不存在離子.③性質(zhì)特點：原子晶體中，由于原子間以強烈的共價鍵相結(jié)合，因此要使物質(zhì)熔化和汽化就要克服共價鍵作用，需要很多的能量。所以原子晶體一般都具有很高的熔點和沸點，并難溶于水。硬度大,一般不導(dǎo)電。（4）金屬晶體由金屬單質(zhì)形成的晶體稱為金屬晶體。根據(jù)常識,歸納常見的金屬晶體的物理通性：如不透明、有金屬光澤、能導(dǎo)電導(dǎo)熱、有延展性等。三、同分異構(gòu)現(xiàn)象1。同分異構(gòu)現(xiàn)象化合物具有相同的分子式但具有不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象叫同分異構(gòu)現(xiàn)象。2。同分異構(gòu)體具有相同的分子式而結(jié)構(gòu)不同的化合物互稱為同分異構(gòu)體。3.幾種常見的簡單的有機物同分異構(gòu)體(請寫出它們的分子式和各自的結(jié)構(gòu)式）(1）正丁烷和異丁烷：分子式均為C4H10；結(jié)構(gòu)簡式分別為CH3CH2CH2CH3；。（2)乙醇和二甲醚：分子式均為C2H6O；結(jié)構(gòu)式分別為：；結(jié)構(gòu)簡式分別為CH3CH2OH；CH3OCH3。4.簡單有機物同分異構(gòu)體熔沸點比較(填“高于”“低于"或“等于"）:（1)正丁烷高于異丁烷.(2）乙醇高于二甲醚。5.含碳化合物種類和數(shù)目繁多的原因含碳化合物種類和數(shù)目繁多,是因為碳原子形成共價鍵的能力較強,成鍵形式多樣:(1)可以形成碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳碳三鍵.（2)碳碳間可以連接成碳鏈，也可以連接成碳環(huán)。（3）有機物同分異構(gòu)體很多.知識導(dǎo)學(xué)一、總體說明1.與該部分知識直接相關(guān)的預(yù)備知識，仍然是初中學(xué)習(xí)的有關(guān)離子化合物和共價化合物部分，以及上一個單元的幾乎所有的知識。可以說,該單元是對上個單元知識的深入，而該部分知識是以后學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)，是為以后研究元素化合物知識的理論工具。2.該部分知識和上部分知識相似，仍然是概念多，比較抽象，同學(xué)們在學(xué)習(xí)的過程中要注意運用類比、歸納、列表等方法來學(xué)習(xí)和掌握.3.要掌握“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，而性質(zhì)又決定用途"的理解記憶的思維方法。二、關(guān)于同素異形現(xiàn)象1.石墨的層與層之間可以滑動,因此可以作潤滑劑。2.正是因為氧氣分子的氧原子是以雙鍵結(jié)合，而雙鍵的鍵能大，分子結(jié)合牢固，所以常溫時氧氣性質(zhì)穩(wěn)定。在點燃、加熱或高溫時，氧分子先吸收能量，破壞雙鍵而形成氧原子再繼續(xù)反應(yīng)結(jié)合成新物質(zhì)。3。臭氧有很強的氧化性，所以,像氯氣、過氧化氫等一樣，可以做自來水的消毒劑。生活環(huán)境中臭氧的含量過多是有害的,臭氧復(fù)印機、高壓電機都可能產(chǎn)生少量的臭氧，所以這些工作場所要通風(fēng)。4。同素異形體之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系引起的深層思考：(1)能相互轉(zhuǎn)化，說明是同素異形體關(guān)系。（2)同素異形體是不同的物質(zhì)，那么它們之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)幾乎大都是化學(xué)反應(yīng)。（3)由于同素異形體是單質(zhì)，單質(zhì)的化合價是零，所以，同素異形體的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)。所以說，有“單質(zhì)參加也有單質(zhì)生成的反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)”。5。證明幾種單質(zhì)是同素異形體關(guān)系的方法與事實有二:一是能相互轉(zhuǎn)化；二是完全燃燒的產(chǎn)物相同。從常見同素異形現(xiàn)象得出，同素異形現(xiàn)象存在于非金屬元素中。三、關(guān)于不同類型的晶體1.其實,固體物質(zhì)有晶體、無定形以及玻璃態(tài)之分。有規(guī)則的幾何外形的是晶體；沒有規(guī)則的幾何外形的是無定形；而玻璃態(tài)是介于晶體和無定形之間。有無規(guī)則的幾何外形，其實是晶體內(nèi)部微粒是否有規(guī)則排列的反應(yīng)。這也體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定著性質(zhì)（物理性質(zhì))的關(guān)系。同時還體現(xiàn)了現(xiàn)象和本質(zhì)之間的關(guān)系。從晶體的本質(zhì)上——結(jié)構(gòu)實質(zhì)上來分類。學(xué)習(xí)概念要善于抓住概念的本質(zhì)要點。2。理解注意：像氯化鈉晶體，并非只有一個鈉離子與一個氯離子相互吸引，而是在各個方向上的空間和離子大小允許的條件下以一定的個數(shù)比相互彼此吸引著，即沒有方向性和飽和性,因此沒有分子存在，這樣,離子晶體的化學(xué)式不是分子式，而只是離子個數(shù)的最簡單的整數(shù)比。3。離子晶體物理性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系：由于晶體中較強的離子鍵的存在，所以要克服離子間的相互作用力使物質(zhì)熔化、汽化，就需要較多的能量,因此熔沸點較高，且難揮發(fā),硬而脆。晶體中雖有離子但不能自由移動，所以離子晶體本身不導(dǎo)電.當(dāng)升溫時，陰、陽離子獲取外界足夠能量，從而克服了離子間相互間作用力，或在水分子的作用下,也都可以變成自由移動的離子，此時，若給其溶液通電，則離子可以定向移動，而引起導(dǎo)電，使電流通過了電解質(zhì)溶液.4.分子間作用力只對分子構(gòu)成的物理性質(zhì)如熔沸點、揮發(fā)性等有影響，與化學(xué)性質(zhì)無關(guān).特別與穩(wěn)定性無關(guān)，分子的穩(wěn)定性是由分子內(nèi)部化學(xué)鍵強弱決定.5.從物質(zhì)分類的角度歸納常見的分子晶體時要注意：分類的依據(jù)不同，類別也不同.可以說是“大多數(shù)有機物”“大多數(shù)共價化合物"等說法；還可以說“所有的酸、某些弱堿、非金屬的氫化物、很多非金屬氧化物、很多非金屬單質(zhì)、稀有氣體”等.6。學(xué)習(xí)“原子晶體”的概念注意：必須是“空間網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，僅平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不是原子晶體.如石墨晶體不是原子晶體.原子晶體的化學(xué)式不是分子式，如同離子晶體，其化學(xué)式只是該物質(zhì)組成的原子個數(shù)最簡整數(shù)比。7.注意：熔沸點很高的晶體不一定是原子晶體,也可能是混合型晶體(如石墨)或金屬晶體（如鎢的熔點為3410℃）。8。注意：金屬晶體熔沸點有的很高有的很低，如汞在常溫呈液態(tài)，而鎢（日光燈內(nèi)的鎢絲)的熔點很高。四、同分異構(gòu)現(xiàn)象1。同分異構(gòu)現(xiàn)象的廣泛存在,是有機化合物種類繁多的原因之一.2.同分異構(gòu)體是結(jié)構(gòu)不同但具有相同分子式的化合物的互稱。3.同分異構(gòu)體的書寫是中學(xué)有機化學(xué)學(xué)習(xí)的重要任務(wù)之一，在以后的學(xué)習(xí)中還要重點討論。4.注意：互為同分異構(gòu)體的化合物不是同一種物質(zhì).雖然分子式相同（僅組成相同），但結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)往往也不相同，因而不是同一種物質(zhì)。只有分子式相同，結(jié)構(gòu)也相同的物質(zhì)才是同一種物質(zhì)，同一物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)的書面書寫方式可能不同。5。解釋：正丁烷的沸點比異丁烷高的原因，是由于正丁烷鋸齒狀，彼此疊在一起，分子間距離小,分子間作用力大，沸點高。異丁烷趨于球形，分子間距大,分子間作用力小，沸點低.疑難突破1.不同類型的晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有什么異同？剖析:對比的意義、思路和方法如下：對比區(qū)別不同的晶體，特別是它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),對學(xué)習(xí)元素化合物的知識具有理論指導(dǎo)作用，也是中學(xué)化學(xué)基本理論的重要內(nèi)容之一.首先要明白說明結(jié)構(gòu)特點的角度有哪些，像構(gòu)成微粒的種類、微粒間的作用性質(zhì)和方式等；還要明確從哪方面性質(zhì)比較，由于晶體類型不同導(dǎo)致性質(zhì)有極大區(qū)別的主要是物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)的差別主要是由于其他原因決定。而物理性質(zhì)的表現(xiàn)主要從硬度、熔沸點、揮發(fā)性、溶解性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性等方面。不同類型的晶體的性質(zhì)往往有很大的差別，這都是晶體的結(jié)構(gòu)特點大不相同引起的。因此，我們在學(xué)習(xí)掌握晶體的性質(zhì)之前，要明白晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，這是因為結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。微粒之間的作用力不同，晶體的類型就不同，那么晶體的性質(zhì)就不同,用途也不同.首先從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行對比：(1)構(gòu)成晶體的微粒種類不同:離子晶體由陰、陽離子構(gòu)成；原子晶體由原子構(gòu)成(不是獨立的原子）；分子晶體由分子構(gòu)成;金屬晶體由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成。（2)微粒間的作用力類型不同：構(gòu)成離子晶體的作用力是離子鍵;構(gòu)成原子晶體的作用力是共價鍵；構(gòu)成分子晶體的作用力是范德華力；構(gòu)成金屬晶體的作用力是金屬鍵.然后是從物理性質(zhì)方面進(jìn)行對比：(1)從硬度上比較:原子晶體的硬度一般都很高；離子晶體的硬度較大；金屬晶體有的硬度很大，如最硬的金屬是鉻，而有的很小,像鈉、鋁等很軟;分子晶體的硬度一般都比較小。（2)從熔沸點、揮發(fā)性上比較：原子晶體的熔沸點大都很高，不揮發(fā)；離子晶體的熔沸點較高，一般具有低揮發(fā)性；金屬晶體一般熔點和沸點較高,但有部分低熔點金屬（如Hg、Ga、Cs等)；揮發(fā)性強弱也不同,分子晶體低熔點、低沸點、高揮發(fā)性。（3)從導(dǎo)電性上比較：原子晶體不具有導(dǎo)電性；離子晶體本身不導(dǎo)電，熔融態(tài)或形成的溶液能導(dǎo)電;分子晶體本身不導(dǎo)電，有的分子晶體如果是電解質(zhì),只有在溶于水發(fā)生電離后，其水溶液導(dǎo)電,如鹽酸，硫酸;金屬晶體都能導(dǎo)電.(4)從導(dǎo)熱性上比較：原子晶體大部分是熱的不良導(dǎo)體(Si、Ge是半導(dǎo)體）；離子晶體和分子晶體都是熱的不良導(dǎo)體；而金屬是熱的良導(dǎo)體。2。同素異形體之間的變化是物理變化還是化學(xué)變化?請舉例說明。剖析:首先要分析問題中的問題，即問題的含義是什么。其實是在分析“同素異形體”這個概念的要點的含義。同時又從“物理變化”與“化學(xué)變化"這兩個概念本身的含義出發(fā)去分析同素異形體之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^列舉常見的同素異形體形成的原因,來歸納總結(jié)得出同素異形體之間的轉(zhuǎn)化是物理變化還是化學(xué)變化的結(jié)論。同素異形現(xiàn)象往往發(fā)生在非金屬單質(zhì)之中。而非金屬單質(zhì)的種類不多，可以有序地按照周期表中的位置去考慮該現(xiàn)象的存在情況，如第ⅣA族的碳元素、第ⅤA族的磷元素、第ⅥA族的氧元素和硫元素等都存在不同的同素異形現(xiàn)象.中學(xué)范圍內(nèi)，一般認(rèn)為,同素異形體之間的變化都是化學(xué)變化。同素異形體之間的轉(zhuǎn)化大都是化學(xué)反應(yīng)，都是有單質(zhì)參加，又有單質(zhì)生成的反應(yīng)，但按氧化還原反應(yīng)的特征不難判斷出這是個非氧