新苏教版高中化学必修1课件4：5.3 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学习目标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

。(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

。同素异形现象同素异形体2．常见的同素异形体(1)碳元素的同素异形体单质结构模型结构特征主要性质主要用途金刚石每个碳原子与相邻的个碳原子以共价键结合，形成

结构

色透明，

光泽，硬度

。做装饰品，切割玻璃、花岗岩，做石油勘探的钻头等空间网状无有高一、同素异形现象单质结构模型结构特征主要性质主要用途石墨

结构，层内碳原子间以

结合，每一层内碳原子排列成平面六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，层间存在

。

色，质地

，

导电可做

等层状共价键分子间作用力灰黑较软能

润滑剂和电极单质结构模型结构特征主要性质主要用途石墨烯由碳原子构成的二维层状的碳材料具有优异的

、

、

特性在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有广泛的应用前景C60由

个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，人们又称它为“足球烯”——60光学电学力学单质O2O3性质无色无味气体

色气体，有鱼腥味，氧化性

。结构臭氧分子和氧气分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式

。相互转化3O22O3(2)氧元素的同素异形体不同淡蓝极强单质白磷红磷性质

固体，有剧毒，在空气中能

，应保存在

中

色固体，在空气中能稳定存在，在加热或点燃时也能燃烧结构白磷分子和红磷分子中磷原子的个数和磷原子的成键方式

。(3)磷元素的同素异形体不同红棕蜡状自燃冷水核心归纳：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)。对点练习：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解析：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B解析：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D解析：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：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。D二、同分异构现象1．基本概念(1)同分异构现象：

的现象。(2)同分异构体：

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

，其结构式分别为化合物具有相同的分子式，但具有不同结构分子式相同而结构不同的化合物C4H10(2)乙醇和二甲醚：分子式均为

，其结构式分别为C2H6O[问题探讨]观察图片，判断下列各组物质的相互关系。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。

同位素同素异形体同分异构体定义具有相同质子数和不同的中子数的同一元素的不同原子互称同位素由同种元素形成的不同单质叫作这种元素的同素异形体分子式相同，但结构不同的化合物互称为同分异构体相同点质子数相同，皆为原子元素种类相同，皆为单质分子式相同，皆为化合物不同点中子数不同，原子种类不同分子内原子个数不同，或原子结合方式不同分子内原子的连接方式不同研究对象原子单质化合物实例12C、13C、14C；1H、2H、3H等金刚石、石墨、C60；红磷、白磷；O2、O3等正丁烷、异丁烷等核心归纳：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D解析：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840C．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A解析：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：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。D

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________。②③④①⑤1．晶体与非晶体三、晶体与非晶体常见固态物质规则固定有规则离子晶体分子晶体共价晶体金属晶体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？2．决定晶体性质的因素有哪些？3．如何简单的判别晶体类型？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。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。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。核心归纳：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晶体类型离子晶体分子晶体共价晶体金属晶体结构构成晶体的粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子、自由电子微粒间的相互作用离子键分子间作用力(有的有氢键)共价键金属键性质硬度较大小大差距大熔点较高低高差距大导电性熔融状态导电不导电不导电导电物质类别强碱，活泼金属氧化物，大部分盐类，如NaClCl2、O2等多数非金属单质，稀有气体，气态氢化物，酸，多数非金属氧化物等共价分子，如干冰SiO2、SiC、金刚石、晶体硅等金属单质、合金，如钠、钾、铜等对点练习：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：晶体具有规则的几何外形，具有固定的熔、沸点。D

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C解析：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NaClC．NaCl和HCl D．CCl4和CH4解析：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。D4．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D解析：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。当堂检测

解析：H2与D2是相同的单质即氢气，属于同种物质。A

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