高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第三单元 从微观结构看物质的多样性学案设计

从微观结构看物质的多样性

1．以同素异形现象、同分异构现象为例，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，性质的特点体现了结构的特点。

3．利用结构模型，研究物质的微观结构。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．基本概念

(1)同一种元素能够形成几种不同单质的现象称为同素异形现象。

(2)同一元素可形成不同的单质，这些单质之间互称为该元素的同素异形体。

2．常见的同素异形体

(1)碳元素的同素异形体

　　(2)氧元素的同素异形体

(3)磷元素的同素异形体

1．同素异形体的组成

(1)同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。

(2)互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数可以相同，也可以不相同。

2．产生同素异形现象的原因

(1)组成分子的原子个数不同。如氧气(O2)和臭氧(O3)。

(2)晶体中原子的排列方式不同。如金刚石和石墨。

3．同素异形体的性质

由于分子组成或晶体结构不同，同素异形体的性质存在区别，即物理性质差异很大，而化学性质有些相似，有些相差很大，但是存在活泼性的差异。如金刚石硬度很大，不能导电，而石墨硬度较小，层与层之间能滑动，导电性能好；但两者化学性质相似(与O2反应、具有还原性等)。

1．闪电时空气中有臭氧生成。下列说法正确的是(　　)

A．O3和O2互为同位素

B．O2比O3稳定

C．等体积O3和O2含有相同质子数

D．O3与O2的相互转变是物理变化

解析：选B　O2与O3都是由氧元素形成的单质，互称同素异形体；O3的氧化性更强；不知温度和压强，等体积O3和O2的物质的量无法判断；O3与O2的相互转变生成了新物质，属于化学变化。

2．下列叙述正确的是(　　)

A．由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物

B．金刚石和石墨具有相似的化学性质

C．金刚石转化为石墨，有单质生成，该反应属于氧化还原反应

D．C60是新发现的一种碳的化合物

解析：选B　碳元素的单质有多种，由碳元素的单质组成的物质可能是纯净物，也可能是混合物，A错误；金刚石和石墨组成元素相同，具有相似的化学性质，B正确；金刚石转化为石墨，元素价态不变，该反应属于非氧化还原反应，C错误；C60是单质，D错误。

3．科学家发现的C60是一种新的分子，它是空心的，具有类似足球的结构，被称为“分子足球”。最近日本科学家确认世界上还存在一种“分子足球”N60，它与C60的结构相似，而且在高温或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。对于N60，下列说法中正确的是(　　)

A．N60是化合物，不是单质

B．N60与14N都是氮的同位素

C．N60没有同素异形体

D．N60的发现开辟了能源世界的新天地，N60将会成为较好的火箭燃料

解析：选D　N60是单质，同位素的研究对象是原子，N60与N2互为同素异形体。

4．德国著名行业杂志《应用化学》上刊登文章介绍： 某中德联合研究小组设计制造了一种“水瓶”，用富勒烯(C60)的球形笼子作“瓶体”，一种磷酸盐作“瓶盖”，恰好可将一个水分子关在里面。下列说法正确的是(　　)

A．水、双氧水、盐酸都是纯净物

B．石墨和C60互为同位素

C．磷酸钙中所含的元素都是短周期元素

D．一定条件下石墨转化为C60是化学变化

解析：选D　水、双氧水都是纯净物，盐酸是氯化氢的水溶液，属于混合物，A选项错误；同位素是质子数相同、中子数不同的同种元素的不同原子，石墨和C60是碳元素的不同单质，互为同素异形体，B选项错误；磷酸钙中所含的钙元素是长周期元素，所以其所含的元素不都是短周期元素，C选项错误；同素异形体之间的转化属于化学变化，D选项正确。

1．基本概念

(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。

(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。

2．几种常见的简单有机化合物的同分异构体

(1)正丁烷和异丁烷：分子式均为C4H10，其结构式分

别为

(2)乙醇和二甲醚：分子式均为C2H6O，其结构式分别为

[问题探讨]

观察图片，判断下列各组物质的相互关系。

(1)

(2)

(3)12C和14C

(4)和

(5)和

提示：(1)图中两种物质都是由磷元素组成的单质，但结构不同，二者互为同素异形体。

(2)石墨和足球烯(C60)都是由碳元素组成的单质，二者互为同素异形体。

(3)12C和14C是质子数相同、中子数不同的两种原子，二者互为同位素。

(4)图中两种物质的化学式都是C5H12，分子式相同而结构不同，二者互为同分异构体。 

(5)图中两种物质的化学式相同，结构相同，是同一种物质。

同位素、同素异形体和同分异构体的比较

1．下列物质之间的相互关系错误的是(　　)

A．CH3—CH2—NO2和H2N—CH2—COOH互为同分异构体

B．O2和O3互为同素异形体

C．H和T互为同位素

D．冰和干冰为同一种物质

解析：选D　冰是H2O、干冰是CO2，两者不是同一种物质。

2．科学家们发现一种新分子，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840

C．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：选A　依题意知，C70是一种分子，从其化学式可知，一个C70分子由70个碳原子构成，C70是碳的单质，不属于化合物。

3．下列各组物质中，属于同分异构体的是(　　)

A．白磷和红磷

B．干冰和CO2

解析：选D　A项，白磷和红磷两者属于同素异形体，不符合题意；B项，干冰和CO2是同一种物质，不符合题意；C项，两者属于同一种物质，不符合题意；D项，两者的分子式均为C6H14，结构不同，属于同分异构体，符合题意。

4．有下列几组物质：

①C与C　②石墨与富勒烯　③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)与丙氨酸　④CH3CH2CH2CH3和⑤天然气的主要成分与沼气的主要成分　⑥HF与HCl

对各组物质的性质异同点进行分析，请用序号回答下列问题：

(1)互为同素异形体的是________。

(2)互为同分异构体的是________。

(3)互为同位素的是________。

(4)属于同一化合物的是________。

解析：C与C的质子数相同，而中子数不同，是碳元素的两种核素，二者互为同位素；石墨与富勒烯都是由碳元素形成的单质，二者互为同素异形体；硝基丙烷与丙氨酸的分子式都为C3H7NO2，CH3CH2CH2CH3和的分子式都为C4H10，但是结构不同，所以分别互为同分异构体；天然气的主要成分与沼气的主要成分都是CH4，属于同一种物质；HF和HCl属于不同的分子。

答案：(1)②　(2)③④　(3)①　(4)⑤

1．晶体与非晶体

常见固态物质

2．常见的晶体类型

离子晶体(如NaCl)、分子晶体(如干冰)、共价晶体(如SiO2)和金属晶体(如Na)。

[问题探讨]

1．如何用实验来证明某固态物质是晶体？

提示：用X射线进行衍射实验，若构成固态物质的微粒在空间呈有规则的重复排列，则该物质是晶体。

2．决定晶体性质的因素有哪些？

提示：晶体的性质如状态、熔点、沸点、硬度等与构成晶体的微粒及微粒间的作用力大小有关。

3．如何简单的判别晶体类型？

提示：通常能导电的是金属晶体；熔融状态下能导电的是离子晶体，熔、沸点低的是分子晶体；熔、沸点很高，硬度大，不导电的是共价晶体。

离子晶体、分子晶体、共价晶体、金属晶体的结构与性质关系的比较

1．下列不属于晶体的特点的是(　　)

A．具有规则的几何外形

B．具有固定的沸点

C．具有固定的熔点

D．一定是无色透明的固体

解析：选D　晶体具有规则的几何外形，具有固定的熔、沸点。

2．支持固体氨是分子晶体的事实是(　　)

A．氮原子不能形成阳离子 B．氮离子不能单独存在

C．常温下氨是气态物质 D．氨极易溶于水

解析：选C　分子晶体之间的结合力为很弱的分子间作用力，所以分子晶体的熔、沸点都比较低。物质在气体状态下，熔、沸点都最低，所以常温下氨是气态物质能够说明固体氨是分子晶体。

3．下列各晶体含有的化学键类型相同且晶体类型也相同的一组是 (　　)

A．SiO2和SO2 B．SiO2和NaCl

C．NaCl和HCl D．CCl4和CH4

解析：选D　SiO2、SO2、HCl、CCl4、CH4均含有共价键，除SiO2外形成的晶体均为分子晶体；SiO2形成的晶体为共价晶体，NaCl形成的晶体为离子晶体。

4．我们熟悉的食盐、金属、刨冰、钻石、水晶等都是晶体；而同样透明的玻璃却是非晶体。下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述正确的是(　　)

A．是否是具有规则几何外形的固体

B．是否是具有固定组成的物质

C．是否是具有美观对称的外形

D．内部构成微粒是否在空间呈有规则的重复排列

解析：选D　有规则几何外形或美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃；具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也是有固定的组成。晶体和非晶体的本质区别在于微观结构不同。

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列各组物质，关系不正确的是(　　)

A．H2和D2互为同素异形体

B.Pt和Pt互为同位素

C．CH3CH2OH和CH3—O—CH3互为同分异构体

D．水和冰是同一种物质

解析：选A　H2与D2是相同的单质即氢气，属于同种物质。

2.从石墨中分离出来的石墨烯是已知最薄、最坚硬的物质，可制成电阻率最小的纳米材料，其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法正确的是(　　)

A．具有良好的导电性

B．属于高分子化合物

C．与金刚石互为同位素

D．不能与氧气发生反应

解析：选A　从题设信息中可知，石墨烯具有良好的导电性，不属于化合物，也不是单个原子，而是一种单质，可以与氧气发生反应。

3．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是(　　)

A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱

B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大

C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电

D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小

解析：选C　离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下能够被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体为离子晶体的实验依据。

4．将下列物质进行分类：

A．白磷和红磷　B．35Cl和37Cl　C．O2和O3　D．H2O与D2O　E．CH3—CH2—CH2—CH3和

F．CH3—CH2—O—CH2—CH3(乙醚)和

CH3—CH2—CH2—CH2—OH(正丁醇)

(1)互为同位素的是________。(填字母，下同)

(2)互为同素异形体的是________。

(3)互为同分异构体的是________。

答案：(1)B　(2)AC　(3)EF