苏教版高中化学必修21.3 从微观结构看物质的多样性

第三单元 从微观结构看物质的多样性【案例探究】1人类已发现的元素仅百余种，为什么它们却能形成数千万种不同的物质？2金刚石、石墨均是由碳元素组成的单质，为什么其性质却有很大的差别？3O3和O2是一种物质吗？O3为什么是地球的保护伞？4构成有机物的元素主要是C、H、O,为什么这三种元素能构成非常庞大的有机物家族？【自学导引】1同位素同素异形体同分异构体研究对象原子单质主要是有机物相同点质子数相同元素相同分子式相同不同点中子数不同结构不同结构不同实例H、D、T金刚石与石墨正丁烷与异丁烷2同素异形体之间的转化属于_化学_变化（填“物理”或“化学”），原因是_有新物质生成_。3_同分异构现象_的广泛存在，是有机化合物种类繁多的原因之一。人们在研究丁烷C4H10的组成和性质时，发现有两种丁烷，它们的组成和相对分子质量完全相同，但性质却有一定的差异。为了区别起见，人们把其中的一种叫做正丁烷，另一种叫做异丁烷。试用4个黑色小球代表碳原子、10个白色小球代表氢原子，动手拼插丁烷分子的可能结构，并写出它们的结构式和结构简式：CHHHCHHCHHHCHHCHHHHCHCCHHHHHCH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3_。我们把正丁烷、异丁烷互称为_同分异构体_。4填表离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体微粒间作用力离子键共价键分子间作用力熔沸点较高高较低导电性溶于水及熔化状态下均导电难溶于水，熔化状态下不导电熔化状态下不导电，部分溶于水能导电固体及熔化状态下均导电硬度较高高较低实例食盐金刚石、二氧化硅干冰铜5如图为干冰晶体结构模型，从模型中我们可以看出，构成晶体的粒子是_分子_，粒子之间依靠分子间作用力结合在一起，干冰在固态和熔融状态时不能导电（填“能”或“不能”），干冰的熔、沸点_低_(填“高”或“低”)6如图为二氧化硅晶体结构模型，从模型中我们可以看出，在二氧化硅晶体中，构成晶体的粒子是原子，1个Si原子和4个O原子形成4个_Si-O键_，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子周围结合2个Si原子。实际上，二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按_12_的比例所组成的立体网状结构的晶体，这种晶体我们称之为原子晶体，该晶体熔沸点_高_，硬度大，_不_导电。1 根据以上分析，试解释下表所列CO2和SiO2物理性质的差异：熔点/状态（室温）CO2-56.2气态SiO21723固态二者晶体类型不同，CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体。【疑难剖析】一、同素异形体例11995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家。大气中的臭氧层可滤除大量的紫外线，保护地球上的生物。氟利昂（如CCl2F2）可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用，有关反应为： O2+O ,Cl+O3= ClO+O2，ClO+O= Cl+O2O3光光热总反应为：2O3= 3O2(1)在上述臭氧变成氧气的反应过程中，Cl是（ ） A反应物 B生成物 C中间产物 D催化剂（2）O3和O2是_。解析 回答第（1）题时，要注意观察总反应，反应物是O3，生成物是O2，显然选项A、B都可以立即排除。又由于反应物中不含氯元素，氯原子也不会是中间产物，因而排除选项C。这样可以判断，氯原子只能是催化剂。从给出的反应历程来看，第二、三步的反应，很明确地显示了氯原子在反应前后组成与质量都不变的这一特征。因此 ，第(1)题的答案是选项D.O3和O2都是单质，而且都是由氧元素构成的单质，只是它们的分子组成不相同，由此可见，O3和O2属于碳元素的同素异形体。思维陷阱 本题是信息迁移题，它引用了1995年诺贝尔化学奖授予的研究项目并介绍了氟利昂破坏大气臭氧层的反应机理。题目取材新颖，但设问情境不难，经过简单思考就能正确回答。但极容易对催化剂“能加快化学反应速率而本身质量在反应前后不发生改变”这句话产生误解，认为催化剂的质量在反应前后不发生改变意味着催化剂不参与反应。二、不同类型的晶体例2下列叙述中正确的是（ ）A.分子晶体中一定存在共价键 B.离子晶体中一定含金属元素C.原子晶体中一定不存在离子 D.晶体中有阴离子必含有阳离子解析 A中由稀有气体分子构成的分子晶体中不含共价键；B中铵盐晶体虽然是离子晶体但不含金属元素；C中原子晶体中原子与原子间只存在共价键；D中根据电荷守恒，有阴离子必然有阳离子， 但反过来却不行，在金属晶体中只有金属阳离子和自由电子。答案 C D例3.氮化碳晶体是新发现的一种高硬度材料，该晶体类型应该是_晶体。是根据物质结构知识推测氮化碳晶体与金刚石晶体相比较，硬度更大的应该是_，熔点较低的应是_。解析 根据氮化碳为高硬度材料且都有非金属元素组成，因此该晶体应为原子晶体，又C-C键键长大于C-N键键长，故C-N键键能大于C-C键键能，硬度更大的是氮化碳，熔点低的是金刚石。思维启示 此题涉及晶体类型与晶体性质的关系，同时还涉及到化学键键能与键长及原子半径的关系，只要将这些知识融会贯通，此类问题就迎刃而解了。三、同分异构体例4在C3H9N中N原子以三个单键与其他原子相连接，它具有的同分异构体数目为（ ） A1 B2 C3 D4解析 C原子以四个单键与其他原子相连接，N原子以三个单键与其他原子相连接，C3H9N中个原子的相互连接情况有下列几种：CH3CH2CH2NH2CH3NCH2CH3HCH3NCH3CH3CH3CHCH3NH2可见分子式C3H9N的同分异构体共有四种。答案 D思维启示 此题难度较大，但只要抓住各原子的成键特征，把连接方式一一列出，就把问题解决了。【拓展迁移】1H2、D2是否是同素异形体同素异形体是指由同一种元素形成的不同单质，但该定义中并未对“异形”做出解释，事实上“异形”二字指的是空间结构不同。比如：金刚石是空间立体网状结构，而石墨是平面正六边形结构，二者结构不同，因此物理性质不同，但由于组成元素均为碳，所以化学性质相同。而H2、D2虽然均为氢元素形成的不同单质，但其结构是相同的，因此二者不属于同素异形体。2 对同分异构体的理解应注意以下方面：(1)同分异构体中的“同分”指的是分子式相同，而不是单指相对分子质量相同。分子式相同的物质其相对分子质量一定相同，但相对分子质量相同物质其分子式不一定相同，如H2SO4与H3PO4相对分子质量均为98，但显然二者不能互为同分异构体。(2) 同分异构体中的“异构”指的是结构不同，即分子中原子的连接方式不同。同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。当为同一类物质时，化学性质相同，而物理性质不同；当为不同类物质时，化学性质不同，物理性质也不同。（3）同分异构体是造成有机物种类繁多的原因，但并不意味着只有有机物存在同分异构体现象，无机物与无机物之间以及无机物与有机物之间也有同分异构现象，比如：雷酸银AgONC和氰酸银AgCNO，氰