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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
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这是一份苏教版 (2019)必修 第一册第三单元 从微观结构看物质的多样性学案，共10页。学案主要包含了同素异形现象，同分异构现象，晶体与非晶体等内容，欢迎下载使用。
一、同素异形现象
1．同素异形现象和同素异形体
(1)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。
(2)同一种元素可形成不同单质，这些单质之间互称为这种元素的同素异形体。
2．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
二、同分异构现象
1．同分异构现象和同分异构体
(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。
(2)分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
(3)同分异构现象主要表现在有机化合物中。
2．实例
(1)正丁烷和异丁烷
(2)乙醇和二甲醚
三、晶体与非晶体
1．常见固体物质一般可分为晶体和非晶体。晶体有规则的几何外形，如氯化钠、金刚石、干冰等。非晶体没有固定的熔点，一般也不具备规则的几何外形。
微点拨：晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。
2．常见的几类晶体
二氧化碳、二氧化硅都是ⅣA族元素的氧化物，但二者的物理性质相差较大，你知道是什么原因吗？试比较二者熔点的高低。
[提示] CO2属于分子晶体而SiO2属于原子晶体，故二者物理性质差别较大。SiO2的熔点高于CO2。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)
(1)水、重水、超重水互为同素异形体。(×)
(2)CH3—CH===CH2与CH2CH2CH2互为同分异构体。(√)
(3)晶体中一定存在化学键。(×)
(4)NaCl是离子化合物，其晶体是离子晶体。(√)
2．下列各组中，既含有离子晶体、分子晶体，又含有原子晶体的是( )
A．KCl、H2SO4、P4
B．CO2、Na3PO4、Mg
C．NH4F、C60、金刚石
D．Si、SiO2、K2CO3
C [A项中的H2SO4和P4都是分子晶体；B项中的Mg是金属晶体；D项中的Si和SiO2都是原子晶体。]
3．下面列出了几组物质或微粒，请将合适的序号填写在空格上。
①金刚石与“足球烯”(C60)；②D与T；③16O、17O和18O；④氧气(O2)与臭氧(O3)；⑤乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
(1)是同素异形体的 。
(2)是同位素的 。
(3)是同分异构体的 。
[解析] (1)由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，则是同素异形体的为金刚石与“足球烯”(C60)，氧气(O2)与臭氧(O3)。
(2)质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，则是同位素的是D与T,16O、17O和18O。
(3)分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，则是同分异构体的为乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
[答案] (1)①④ (2)②③ (3)⑤
情境1.澳大利亚研究人员开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作纳米泡沫，它的外形类似海绵，密度极小，并且有磁性。
[问题1] 纳米泡沫碳与金刚石之间是什么关系？
[提示] 纳米泡沫碳与金刚石是碳元素形成的不同单质，二者互为同素异形体。
[问题2] 同素异形体之间物理性质和化学性质是否相同？同素异形体之间的相互转化是化学变化还是物理变化？
[提示] 同素异形体物理性质不同，化学性质可能相似。同素异形体之间的转化属于化学变化。
情境2.分子式为C5H12的烷烃，存在如下三同分异构体：
[问题3] 怎样正确理解同分异构体？
[提示] “同分”是指分子式相同，“异构”是指结构不同，“体”是指化合物。
[问题4] 相对分子质量相等结构不同的两种物质是否为同分异构体？
[提示] 相对分子质量相等，分子式并不一定相同(如N2、CO、C2H4)，不一定是同分异构体。
1．对同素异形体的理解
(1)组成元素：只含有一种元素。
(2)物质类别：互为同素异形体的只能是单质。
(3)性质关系：同素异形体之间的物理性质有差异，但化学性质相似。
(4)相互转化：同素异形体之间的转化属于化学变化，因为转化过程中有化学键的断裂与形成。
(5)同素异形体之间的转化既有单质参加，又有单质生成，但由于没有涉及化合价的变化，一般认为这种转化属于非氧化还原反应。
2．四角度认识同分异构体
(1)从物质看：互为同分异构体的物质只能是化合物。它们之间的转化属于化学变化，若共存则为混合物。
(2)从分子式看：互为同分异构体的化合物，其分子式相同，相对分子质量也相同，但相对分子质量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相对分子质量均为46。
(3)从结构看：互为同分异构体的化合物，空间结构不同。
(4)从性质看：互为同分异构体的化合物，物理性质不同，化学性质可能相似。
1．科学家发现C60后，近年又合成了许多球形分子，如C50、C70、C120、C540等，它们互称为( )
A．同一种物质 B．同分异构体
C．同素异形体 D．同位素
C [C60与C50、C70、C120、C540均是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体。]
2．下列说法不正确的是( )
A．核素eq \\al(2,1)H的中子数是0
B．12C和 14C互为同位素
C．金刚石、石墨和富勒烯互为同素异形体
D．CH3CH2OH和CH3OCH3互为同分异构体
A [eq \\al(2,1)H的中子数为2－1＝1，A错误。]
(1)互为同位素的是 (填序号，下同)。
(2)互为同素异形体的是 。
(3)互为同分异构体的是 。
[解析] eq \\al(12, 6)C与eq \\al(13, 6)C互为同位素，两者相同的是原子的核电荷数、质子数、核外电子数，不同的是原子核内中子数。金刚石与石墨互为同素异形体，互为同素异形体的物质的组成元素相同，但物质的结构不同。，互为同分异构体的物质分子组成即分子式相同，但分子内原子的连接方式不同，各原子的连接顺序和空间排列方式不同。
[答案] (1)① (2)③ (3)②
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
B [O2和O3互为同素异形体，A不正确；温度、压强不确定，不能确定O2、O3的物质的量，也就是不能确定质子数，C不正确；同素异形体之间的转化属于化学变化，D不正确。]
2．科学家发现铂的两种化合物a和b，二者的结构分别为，a有抗癌作用，而b没有，二者的关系为( )
A．同分异构体 B．同素异形体
C．同一种物质 D．同位素
A [a有抗癌作用，而b没有，说明二者属于不同的物质，且二者分子式相同，结构不同，故二者互为同分异构体；互为同素异形体的必须是单质，互为同位素的必须是质子数相同，中子数不同的核素(如eq \\al(12, 6)C与eq \\al(14, 6)C，eq \\al(35,17)Cl与eq \\al(37,17)Cl等)。]
3．下列物质互为同分异构体的是( )
A．氧气和臭氧
B．正丁烷和异丁烷
C．CH4和C2H4
D．1H和2H
B [氧气和臭氧是由同种元素形成的不同单质，互称同素异形体，A项错误；正丁烷和异丁烷分子式相同，结构不同，互称同分异构体，B项正确；CH4和C2H4分子式不同，不可能是同分异构体，C项错误；1H和2H是质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素，D项错误。]
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中，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
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。]
5．有几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。
(1)属于分子晶体的是 ，直接由原子构成的分子晶体是 。
(2)属于原子晶体的化合物是 。
(3)直接由原子构成的晶体是 。
(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是 ，需克服共价键的是 。
[解析] 分子晶体由分子构成，有B、C、E、F。晶体氩是单原子分子；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
[答案] (1)B、C、E、F E (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D
发 展 目 标
体 系 构 建
1.能构建微观结构与物质多样性之间的联系。
2.能依据物质的微观结构特征对物质进行分类。
3.能解释或预测物质具有的一些性质。
物质
金刚石
石墨
足球烯(C60)
物理性质
颜色状态
无色透明固体
灰黑色固体
灰黑色固体
硬度熔点
坚硬、熔点很高
质软、熔点高
硬度小、熔点低
导电性
不导电
导电
不导电
微观结构
空间网状结构
平面网状结构
封闭笼状结构
差异分析
碳原子的成键方式和排列方式不同
物质
O2
O3
颜色
无色
淡蓝色
沸点
O2＜O3
气味
无味
鱼腥味
相互转化
3O2eq \(=====,\s\up7(放电))2O3
差异分析
分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同
物质
色态
毒性
稳定性
保存
白磷
白色蜡状固体
有剧毒
易自燃
冷水中
红磷
红棕色固体
无毒
加热或点燃可燃烧
直接存放在广口瓶中
名称
正丁烷
异丁烷
分子式
C4H10
分子结构
结构式
结构简式
CH3CH2CH2CH3
球棍模型
结论
分子结构不同
沸点
－0.5 ℃
－11.7 ℃
差异分析
原子的连接方法不同，化学键的类型相同，物质类别相同
名称
乙醇
二甲醚
分子式
C2H6O
分子结构
结构式
结论
分子结构不同
性质
沸点
78 ℃
－23 ℃
物理性质不同，化学性质不同
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
晶体微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
形成晶体
的作用力
离子键
共价键
分子间作用力(或氢键)
金属键
实例
氯化钠、氢氧化钾
金刚石、二氧化硅
冰、干冰
Na、Zn
认识同素异形体与同分异构体
(素养养成——宏观辨识与微观探析)
一、同素异形现象
1．同素异形现象和同素异形体
(1)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。
(2)同一种元素可形成不同单质，这些单质之间互称为这种元素的同素异形体。
2．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
二、同分异构现象
1．同分异构现象和同分异构体
(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。
(2)分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
(3)同分异构现象主要表现在有机化合物中。
2．实例
(1)正丁烷和异丁烷
(2)乙醇和二甲醚
三、晶体与非晶体
1．常见固体物质一般可分为晶体和非晶体。晶体有规则的几何外形，如氯化钠、金刚石、干冰等。非晶体没有固定的熔点，一般也不具备规则的几何外形。
微点拨：晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。
2．常见的几类晶体
二氧化碳、二氧化硅都是ⅣA族元素的氧化物，但二者的物理性质相差较大，你知道是什么原因吗？试比较二者熔点的高低。
[提示] CO2属于分子晶体而SiO2属于原子晶体，故二者物理性质差别较大。SiO2的熔点高于CO2。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)
(1)水、重水、超重水互为同素异形体。(×)
(2)CH3—CH===CH2与CH2CH2CH2互为同分异构体。(√)
(3)晶体中一定存在化学键。(×)
(4)NaCl是离子化合物，其晶体是离子晶体。(√)
2．下列各组中，既含有离子晶体、分子晶体，又含有原子晶体的是( )
A．KCl、H2SO4、P4
B．CO2、Na3PO4、Mg
C．NH4F、C60、金刚石
D．Si、SiO2、K2CO3
C [A项中的H2SO4和P4都是分子晶体；B项中的Mg是金属晶体；D项中的Si和SiO2都是原子晶体。]
3．下面列出了几组物质或微粒，请将合适的序号填写在空格上。
①金刚石与“足球烯”(C60)；②D与T；③16O、17O和18O；④氧气(O2)与臭氧(O3)；⑤乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
(1)是同素异形体的 。
(2)是同位素的 。
(3)是同分异构体的 。
[解析] (1)由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，则是同素异形体的为金刚石与“足球烯”(C60)，氧气(O2)与臭氧(O3)。
(2)质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，则是同位素的是D与T,16O、17O和18O。
(3)分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，则是同分异构体的为乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
[答案] (1)①④ (2)②③ (3)⑤
情境1.澳大利亚研究人员开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作纳米泡沫，它的外形类似海绵，密度极小，并且有磁性。
[问题1] 纳米泡沫碳与金刚石之间是什么关系？
[提示] 纳米泡沫碳与金刚石是碳元素形成的不同单质，二者互为同素异形体。
[问题2] 同素异形体之间物理性质和化学性质是否相同？同素异形体之间的相互转化是化学变化还是物理变化？
[提示] 同素异形体物理性质不同，化学性质可能相似。同素异形体之间的转化属于化学变化。
情境2.分子式为C5H12的烷烃，存在如下三同分异构体：
[问题3] 怎样正确理解同分异构体？
[提示] “同分”是指分子式相同，“异构”是指结构不同，“体”是指化合物。
[问题4] 相对分子质量相等结构不同的两种物质是否为同分异构体？
[提示] 相对分子质量相等，分子式并不一定相同(如N2、CO、C2H4)，不一定是同分异构体。
1．对同素异形体的理解
(1)组成元素：只含有一种元素。
(2)物质类别：互为同素异形体的只能是单质。
(3)性质关系：同素异形体之间的物理性质有差异，但化学性质相似。
(4)相互转化：同素异形体之间的转化属于化学变化，因为转化过程中有化学键的断裂与形成。
(5)同素异形体之间的转化既有单质参加，又有单质生成，但由于没有涉及化合价的变化，一般认为这种转化属于非氧化还原反应。
2．四角度认识同分异构体
(1)从物质看：互为同分异构体的物质只能是化合物。它们之间的转化属于化学变化，若共存则为混合物。
(2)从分子式看：互为同分异构体的化合物，其分子式相同，相对分子质量也相同，但相对分子质量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相对分子质量均为46。
(3)从结构看：互为同分异构体的化合物，空间结构不同。
(4)从性质看：互为同分异构体的化合物，物理性质不同，化学性质可能相似。
1．科学家发现C60后，近年又合成了许多球形分子，如C50、C70、C120、C540等，它们互称为( )
A．同一种物质 B．同分异构体
C．同素异形体 D．同位素
C [C60与C50、C70、C120、C540均是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体。]
2．下列说法不正确的是( )
A．核素eq \\al(2,1)H的中子数是0
B．12C和 14C互为同位素
C．金刚石、石墨和富勒烯互为同素异形体
D．CH3CH2OH和CH3OCH3互为同分异构体
A [eq \\al(2,1)H的中子数为2－1＝1，A错误。]
(1)互为同位素的是 (填序号，下同)。
(2)互为同素异形体的是 。
(3)互为同分异构体的是 。
[解析] eq \\al(12, 6)C与eq \\al(13, 6)C互为同位素，两者相同的是原子的核电荷数、质子数、核外电子数，不同的是原子核内中子数。金刚石与石墨互为同素异形体，互为同素异形体的物质的组成元素相同，但物质的结构不同。，互为同分异构体的物质分子组成即分子式相同，但分子内原子的连接方式不同，各原子的连接顺序和空间排列方式不同。
[答案] (1)① (2)③ (3)②
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
B [O2和O3互为同素异形体，A不正确；温度、压强不确定，不能确定O2、O3的物质的量，也就是不能确定质子数，C不正确；同素异形体之间的转化属于化学变化，D不正确。]
2．科学家发现铂的两种化合物a和b，二者的结构分别为，a有抗癌作用，而b没有，二者的关系为( )
A．同分异构体 B．同素异形体
C．同一种物质 D．同位素
A [a有抗癌作用，而b没有，说明二者属于不同的物质，且二者分子式相同，结构不同，故二者互为同分异构体；互为同素异形体的必须是单质，互为同位素的必须是质子数相同，中子数不同的核素(如eq \\al(12, 6)C与eq \\al(14, 6)C，eq \\al(35,17)Cl与eq \\al(37,17)Cl等)。]
3．下列物质互为同分异构体的是( )
A．氧气和臭氧
B．正丁烷和异丁烷
C．CH4和C2H4
D．1H和2H
B [氧气和臭氧是由同种元素形成的不同单质，互称同素异形体，A项错误；正丁烷和异丁烷分子式相同，结构不同，互称同分异构体，B项正确；CH4和C2H4分子式不同，不可能是同分异构体，C项错误；1H和2H是质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素，D项错误。]
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中，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
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。]
5．有几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。
(1)属于分子晶体的是 ，直接由原子构成的分子晶体是 。
(2)属于原子晶体的化合物是 。
(3)直接由原子构成的晶体是 。
(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是 ，需克服共价键的是 。
[解析] 分子晶体由分子构成，有B、C、E、F。晶体氩是单原子分子；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
[答案] (1)B、C、E、F E (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D
发 展 目 标
体 系 构 建
1.能构建微观结构与物质多样性之间的联系。
2.能依据物质的微观结构特征对物质进行分类。
3.能解释或预测物质具有的一些性质。
物质
金刚石
石墨
足球烯(C60)
物理性质
颜色状态
无色透明固体
灰黑色固体
灰黑色固体
硬度熔点
坚硬、熔点很高
质软、熔点高
硬度小、熔点低
导电性
不导电
导电
不导电
微观结构
空间网状结构
平面网状结构
封闭笼状结构
差异分析
碳原子的成键方式和排列方式不同
物质
O2
O3
颜色
无色
淡蓝色
沸点
O2＜O3
气味
无味
鱼腥味
相互转化
3O2eq \(=====,\s\up7(放电))2O3
差异分析
分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同
物质
色态
毒性
稳定性
保存
白磷
白色蜡状固体
有剧毒
易自燃
冷水中
红磷
红棕色固体
无毒
加热或点燃可燃烧
直接存放在广口瓶中
名称
正丁烷
异丁烷
分子式
C4H10
分子结构
结构式
结构简式
CH3CH2CH2CH3
球棍模型
结论
分子结构不同
沸点
－0.5 ℃
－11.7 ℃
差异分析
原子的连接方法不同，化学键的类型相同，物质类别相同
名称
乙醇
二甲醚
分子式
C2H6O
分子结构
结构式
结论
分子结构不同
性质
沸点
78 ℃
－23 ℃
物理性质不同，化学性质不同
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
晶体微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
形成晶体
的作用力
离子键
共价键
分子间作用力(或氢键)
金属键
实例
氯化钠、氢氧化钾
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