新蘇教版高中化學必修1PAGEPAGE1第三單元從微觀結構看物質的多樣性【學習目標】1．以同素異形現象、同分異構現象為例，認識物質的多樣性與微觀結構有關。2．認識物質的結構決定物質的性質，性質的特點體現了結構的特點。3．利用結構模型，研究物質的微觀結構。【新知梳理】一、同素異形現象1．基本概念(1)同一種元素能夠形成幾種不同單質的現象稱為。(2)同一元素可形成不同的單質，這些單質之間互稱為該元素的。2．常見的同素異形體(1)碳元素的同素異形體單質結構模型結構特征主要性質主要用途金剛石每個碳原子與相鄰的eq\a\vs4\al(4)個碳原子以共價鍵結合，形成結構色透明，光澤，硬度做裝飾品，切割玻璃、花崗巖，做石油勘探的鉆頭等石墨結構，層內碳原子間以結合，每一層內碳原子排列成平面六邊形，一個個六邊形排列成平面網狀結構，層間存在色，質地，導電可做等石墨烯由碳原子構成的二維層狀的碳材料具有優異的、、特性在材料學、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有廣泛的應用前景C60由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)氧元素的同素異形體單質O2O3性質無色無味氣體色氣體，有魚腥味，氧化性結構臭氧分子和氧氣分子中氧原子的個數和氧原子的成鍵方式相互轉化3O2eq\o(=,\s\up7(放電))2O3(3)磷元素的同素異形體單質白磷紅磷性質固體，有劇毒，在空氣中能，應保存在中色固體，在空氣中能穩定存在，在加熱或點燃時也能燃燒結構白磷分子和紅磷分子中磷原子的個數和磷原子的成鍵方式核心歸納：1．同素異形體的組成(1)同素異形體是指單質，不是指同位素和核素，也不是指化合物。(2)互為同素異形體的不同單質是由同一種元素形成的，構成它們的原子的核電荷數相同，中子數可以相同，也可以不相同。2．產生同素異形現象的原因(1)組成分子的原子個數不同。如氧氣(O2)和臭氧(O3)。(2)晶體中原子的排列方式不同。如金剛石和石墨。3．同素異形體的性質由于分子組成或晶體結構不同，同素異形體的性質存在區別，即物理性質差異很大，而化學性質有些相似，有些相差很大，但是存在活潑性的差異。如金剛石硬度很大，不能導電，而石墨硬度較小，層與層之間能滑動，導電性能好；但兩者化學性質相似(與O2反應、具有還原性等)。對點練習：1．閃電時空氣中有臭氧生成。下列說法正確的是()A．O3和O2互為同位素B．O2比O3穩定C．等體積O3和O2含有相同質子數D．O3與O2的相互轉變是物理變化2．下列敘述正確的是()A．由碳元素的單質組成的物質一定是純凈物B．金剛石和石墨具有相似的化學性質C．金剛石轉化為石墨，有單質生成，該反應屬于氧化還原反應D．C60是新發現的一種碳的化合物3．科學家發現的C60是一種新的分子，它是空心的，具有類似足球的結構，被稱為“分子足球”。最近日本科學家確認世界上還存在一種“分子足球”N60，它與C60的結構相似，而且在高溫或機械撞擊后，其中積蓄的巨大能量會在一瞬間釋放出來。對于N60，下列說法中正確的是()A．N60是化合物，不是單質B．N60與14N都是氮的同位素C．N60沒有同素異形體D．N60的發現開辟了能源世界的新天地，N60將會成為較好的火箭燃料4．德國著名行業雜志《應用化學》上刊登文章介紹：某中德聯合研究小組設計制造了一種“水瓶”，用富勒烯(C60)的球形籠子作“瓶體”，一種磷酸鹽作“瓶蓋”，恰好可將一個水分子關在里面。下列說法正確的是()A．水、雙氧水、鹽酸都是純凈物B．石墨和C60互為同位素C．磷酸鈣中所含的元素都是短周期元素D．一定條件下石墨轉化為C60是化學變化二、同分異構現象1．基本概念(1)同分異構現象：的現象。(2)同分異構體：互稱為同分異構體。2．幾種常見的簡單有機化合物的同分異構體(1)正丁烷和異丁烷：分子式均為，其結構式分別為。(2)乙醇和二甲醚：分子式均為，其結構式分別為。[問題探討]觀察圖片，判斷下列各組物質的相互關系。(1)(2)(3)12C和14C(4)和(5)和核心歸納：同位素、同素異形體和同分異構體的比較同位素同素異形體同分異構體定義具有相同質子數和不同的中子數的同一元素的不同原子互稱同位素由同種元素形成的不同單質叫作這種元素的同素異形體分子式相同，但結構不同的化合物互稱為同分異構體相同點質子數相同，皆為原子元素種類相同，皆為單質分子式相同，皆為化合物不同點中子數不同，原子種類不同分子內原子個數不同，或原子結合方式不同分子內原子的連接方式不同研究對象原子單質化合物實例12C、13C、14C；1H、2H、金剛石、石墨、C60；紅磷、白磷；O2、O3等正丁烷、異丁烷等對點練習：1．下列物質之間的相互關系錯誤的是()A．CH3—CH2—NO2和H2N—CH2—COOH互為同分異構體B．O2和O3互為同素異形體C．H和T互為同位素D．冰和干冰為同一種物質2．科學家們發現一種新分子，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3．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CO24．有下列幾組物質：①eq\o\al(12,6)C與eq\o\al(13,6)C②石墨與富勒烯③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)與丙氨酸④CH3CH2CH2CH3和⑤天然氣的主要成分與沼氣的主要成分⑥HF與HCl對各組物質的性質異同點進行分析，請用序號回答下列問題：(1)互為同素異形體的是________。(2)互為同分異構體的是________。(3)互為同位素的是________。(4)屬于同一化合物的是________。三、晶體與非晶體1．晶體與非晶體常見固態物質eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(晶體\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(特征：具有的幾何外形和的熔點,形成原因：構成晶體的微粒在空間呈的重復排列,常見分類：、、、)),非晶體\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(特征：沒有固定的熔點，一般不具備規則的幾何外形,形成原因：內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態,常見實例：石蠟、玻璃、橡膠、松香、瀝青等))))2．常見的晶體類型離子晶體(如NaCl)、分子晶體(如干冰)、共價晶體(如SiO2)和金屬晶體(如Na)。[問題探討]1．如何用實驗來證明某固態物質是晶體？2．決定晶體性質的因素有哪些？3．如何簡單的判別晶體類型？核心歸納：離子晶體、分子晶體、共價晶體、金屬晶體的結構與性質關系的比較晶體類型離子晶體分子晶體共價晶體金屬晶體結構構成晶體的粒子陰、陽離子分子原子金屬陽離子、自由電子微粒間的相互作用離子鍵分子間作用力(有的有氫鍵)共價鍵金屬鍵性質硬度較大小大差距大熔點較高低高差距大導電性熔融狀態導電不導電不導電導電物質類別強堿，活潑金屬氧化物，大部分鹽類，如NaClCl2、O2等多數非金屬單質，稀有氣體，氣態氫化物，酸，多數非金屬氧化物等共價分子，如干冰SiO2、SiC、金剛石、晶體硅等金屬單質、合金，如鈉、鉀、銅等對點練習：1．下列不屬于晶體的特點的是()A．具有規則的幾何外形B．具有固定的沸點C．具有固定的熔點D．一定是無色透明的固體2．支持固體氨是分子晶體的事實是()A．氮原子不能形成陽離子 B．氮離子不能單獨存在C．常溫下氨是氣態物質 D．氨極易溶于水3．下列各晶體含有的化學鍵類型相同且晶體類型也相同的一組是()A．SiO2和SO2 B．SiO2和NaClC．NaCl和HCl D．CCl4和CH44．我們熟悉的食鹽、金屬、刨冰、鉆石、水晶等都是晶體；而同樣透明的玻璃卻是非晶體。下列關于晶體和非晶體的本質區別的敘述正確的是()A．是否是具有規則幾何外形的固體B．是否是具有固定組成的物質C．是否是具有美觀對稱的外形D．內部構成微粒是否在空間呈有規則的重復排列【課堂鞏固】1．下列各組物質，關系不正確的是()A．H2和D2互為同素異形體B.eq\o\al(202,78)Pt和eq\o\al(198,78)Pt互為同位素C．CH3CH2OH和CH3—O—CH3互為同分異構體D．水和冰是同一種物質2.從石墨中分離出來的石墨烯是已知最薄、最堅硬的物質，可制成電阻率最小的納米材料，其結構如圖所示。下列關于石墨烯的說法正確的是()A．具有良好的導電性B．屬于高分子化合物C．與金剛石互為同位素D．不能與氧氣發生反應3．自然界中的CaF2又稱螢石，是一種難溶于水的固體，屬于典型的離子晶體。下列一定能說明CaF2是離子晶體的實驗是()A．CaF2難溶于水，其水溶液的導電性極弱B．CaF2的熔、沸點較高，硬度較大C．CaF2固體不導電，但在熔融狀態下可以導電D．CaF2在有機溶劑(如苯)中的溶解度極小4．將下列物質進行分類：A．白磷和紅磷B．35Cl和37ClC．O2和O3D．H2O與D2OE．CH3—CH2—CH2—CH3和F．CH3—CH2—O—CH2—CH3(乙醚)和CH3—CH2—CH2—CH2—OH(正丁醇)(1)互為同位素的是________。(填字母，下同)(2)互為同素異形體的是________。(3)互為同分異構體的是________。【參考答案】【新知梳理】一、同素異形現象1．(1)同素異形現象(2)同素異形體2．(1)空間網狀無有高層狀共價鍵分子間作用力灰黑較軟能潤滑劑和電極光學電學力學60(2)淡藍極強不同(3)蠟狀自燃冷水紅棕不同對點練習：1．解析：選BO2與O3都是由氧元素形成的單質，互稱同素異形體；O3的氧化性更強；不知溫度和壓強，等體積O3和O2的物質的量無法判斷；O3與O2的相互轉變生成了新物質，屬于化學變化。2．解析：選B碳元素的單質有多種，由碳元素的單質組成的物質可能是純凈物，也可能是混合物，A錯誤；金剛石和石墨組成元素相同，具有相似的化學性質，B正確；金剛石轉化為石墨，元素價態不變，該反應屬于非氧化還原反應，C錯誤；C60是單質，D錯誤。3．解析：選DN60是單質，同位素的研究對象是原子，N60與N2互為同素異形體。4．解析：選D水、雙氧水都是純凈物，鹽酸是氯化氫的水溶液，屬于混合物，A選項錯誤；同位素是質子數相同、中子數不同的同種元素的不同原子，石墨和C60是碳元素的不同單質，互為同素異形體，B選項錯誤；磷酸鈣中所含的鈣元素是長周期元素，所以其所含的元素不都是短周期元素，C選項錯誤；同素異形體之間的轉化屬于化學變化，D選項正確。二、同分異構現象1．(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同結構(2)分子式相同而結構不同的化合物2．(1)C4H10(2)C2H6O[問題探討]提示：(1)圖中兩種物質都是由磷元素組成的單質，但結構不同，二者互為同素異形體。(2)石墨和足球烯(C60)都是由碳元素組成的單質，二者互為同素異形體。(3)12C和14(4)圖中兩種物質的化學式都是C5H12，分子式相同而結構不同，二者互為同分異構體。(5)圖中兩種物質的化學式相同，結構相同，是同一種物質。對點練習：1．解析：選D冰是H2O、干冰是CO2，兩者不是同一種物質。2．解析：選A依題意知，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是碳的單質，不屬于化合物。3．解析：選DA項，白磷和紅磷兩者屬于同素異形體，不符合題意；B項，干冰和CO2是同一種物質，不符合題意；C項，兩者屬于同一種物質，不符合題意；D項，兩者的分子式均為C6H14，結構不同，屬于同分異構體，符合題意。4．解析：eq\o\al(12,6)C與eq\o\al(13,6)C的質子數相同，而中子數不同，是碳元素的兩種核素，二者互為同位素；石墨與富勒烯都是由碳元素形成的單質，二者互為同素異形體；硝基丙烷與丙氨酸的分子式都為C3H7NO2，CH3CH2CH2CH3和的分子式都為C4H10，但是結構不同，所以分別互為同分異構體；天然氣的主要成分與沼氣的主要成分都是CH4，屬于同一種物質；HF和HCl屬于不同的分子。答案：(1)②(2)③④(3)①(4)⑤三、晶體與非晶體1．規則固定有規則離子晶體分子晶體共價晶體金屬晶體[問題探討]1．提示：用X射線進行衍射實