一、同素異形現(xiàn)象
1．同素異形現(xiàn)象和同素異形體
(1)同一種元素能夠形成幾種不同的單質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為同素異形現(xiàn)象。
(2)同一種元素可形成不同單質(zhì)，這些單質(zhì)之間互稱為這種元素的同素異形體。
2．常見(jiàn)的同素異形體
(1)碳的同素異形體
(2)氧的同素異形體
(3)磷的同素異形體
二、同分異構(gòu)現(xiàn)象
1．同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體
(1)化合物具有相同的分子式，但具有不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。
(2)分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物互稱為同分異構(gòu)體。
(3)同分異構(gòu)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在有機(jī)化合物中。
2．實(shí)例
(1)正丁烷和異丁烷
(2)乙醇和二甲醚
三、晶體與非晶體
1．常見(jiàn)固體物質(zhì)一般可分為晶體和非晶體。晶體有規(guī)則的幾何外形，如氯化鈉、金剛石、干冰等。非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，一般也不具備規(guī)則的幾何外形。
微點(diǎn)撥：晶體規(guī)則的幾何外形是其內(nèi)部構(gòu)成微粒有規(guī)則排列的結(jié)果。
2．常見(jiàn)的幾類晶體
二氧化碳、二氧化硅都是ⅣA族元素的氧化物，但二者的物理性質(zhì)相差較大，你知道是什么原因嗎？試比較二者熔點(diǎn)的高低。
[提示] CO2屬于分子晶體而SiO2屬于原子晶體，故二者物理性質(zhì)差別較大。SiO2的熔點(diǎn)高于CO2。
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。)
(1)水、重水、超重水互為同素異形體。(×)
(2)CH3—CH===CH2與CH2CH2CH2互為同分異構(gòu)體。(√)
(3)晶體中一定存在化學(xué)鍵。(×)
(4)NaCl是離子化合物，其晶體是離子晶體。(√)
2．下列各組中，既含有離子晶體、分子晶體，又含有原子晶體的是( )
A．KCl、H2SO4、P4
B．CO2、Na3PO4、Mg
C．NH4F、C60、金剛石
D．Si、SiO2、K2CO3
C [A項(xiàng)中的H2SO4和P4都是分子晶體；B項(xiàng)中的Mg是金屬晶體；D項(xiàng)中的Si和SiO2都是原子晶體。]
3．下面列出了幾組物質(zhì)或微粒，請(qǐng)將合適的序號(hào)填寫在空格上。
①金剛石與“足球烯”(C60)；②D與T；③16O、17O和18O；④氧氣(O2)與臭氧(O3)；⑤乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
(1)是同素異形體的 。
(2)是同位素的 。
(3)是同分異構(gòu)體的 。
[解析] (1)由同一種元素形成的不同單質(zhì)互為同素異形體，則是同素異形體的為金剛石與“足球烯”(C60)，氧氣(O2)與臭氧(O3)。
(2)質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一種元素的不同核素互為同位素，則是同位素的是D與T,16O、17O和18O。
(3)分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體，則是同分異構(gòu)體的為乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。
[答案] (1)①④ (2)②③ (3)⑤
情境1.澳大利亞研究人員開發(fā)出被稱為第五形態(tài)的固體碳，這種新的碳結(jié)構(gòu)稱作納米泡沫，它的外形類似海綿，密度極小，并且有磁性。
[問(wèn)題1] 納米泡沫碳與金剛石之間是什么關(guān)系？
[提示] 納米泡沫碳與金剛石是碳元素形成的不同單質(zhì)，二者互為同素異形體。
[問(wèn)題2] 同素異形體之間物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是否相同？同素異形體之間的相互轉(zhuǎn)化是化學(xué)變化還是物理變化？
[提示] 同素異形體物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)可能相似。同素異形體之間的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化。
情境2.分子式為C5H12的烷烴，存在如下三同分異構(gòu)體：
[問(wèn)題3] 怎樣正確理解同分異構(gòu)體？
[提示] “同分”是指分子式相同，“異構(gòu)”是指結(jié)構(gòu)不同，“體”是指化合物。
[問(wèn)題4] 相對(duì)分子質(zhì)量相等結(jié)構(gòu)不同的兩種物質(zhì)是否為同分異構(gòu)體？
[提示] 相對(duì)分子質(zhì)量相等，分子式并不一定相同(如N2、CO、C2H4)，不一定是同分異構(gòu)體。
1．對(duì)同素異形體的理解
(1)組成元素：只含有一種元素。
(2)物質(zhì)類別：互為同素異形體的只能是單質(zhì)。
(3)性質(zhì)關(guān)系：同素異形體之間的物理性質(zhì)有差異，但化學(xué)性質(zhì)相似。
(4)相互轉(zhuǎn)化：同素異形體之間的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化，因?yàn)檗D(zhuǎn)化過(guò)程中有化學(xué)鍵的斷裂與形成。
(5)同素異形體之間的轉(zhuǎn)化既有單質(zhì)參加，又有單質(zhì)生成，但由于沒(méi)有涉及化合價(jià)的變化，一般認(rèn)為這種轉(zhuǎn)化屬于非氧化還原反應(yīng)。
2．四角度認(rèn)識(shí)同分異構(gòu)體
(1)從物質(zhì)看：互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)只能是化合物。它們之間的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化，若共存則為混合物。
(2)從分子式看：互為同分異構(gòu)體的化合物，其分子式相同，相對(duì)分子質(zhì)量也相同，但相對(duì)分子質(zhì)量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相對(duì)分子質(zhì)量均為46。
(3)從結(jié)構(gòu)看：互為同分異構(gòu)體的化合物，空間結(jié)構(gòu)不同。
(4)從性質(zhì)看：互為同分異構(gòu)體的化合物，物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)可能相似。
1．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)C60后，近年又合成了許多球形分子，如C50、C70、C120、C540等，它們互稱為( )
A．同一種物質(zhì) B．同分異構(gòu)體
C．同素異形體 D．同位素
C [C60與C50、C70、C120、C540均是由碳元素組成的不同單質(zhì)，互為同素異形體。]
2．下列說(shuō)法不正確的是( )
A．核素eq \\al(2,1)H的中子數(shù)是0
B．12C和 14C互為同位素
C．金剛石、石墨和富勒烯互為同素異形體
D．CH3CH2OH和CH3OCH3互為同分異構(gòu)體
A [eq \\al(2,1)H的中子數(shù)為2－1＝1，A錯(cuò)誤。]
(1)互為同位素的是 (填序號(hào)，下同)。
(2)互為同素異形體的是 。
(3)互為同分異構(gòu)體的是 。
[解析] eq \\al(12, 6)C與eq \\al(13, 6)C互為同位素，兩者相同的是原子的核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)，不同的是原子核內(nèi)中子數(shù)。金剛石與石墨互為同素異形體，互為同素異形體的物質(zhì)的組成元素相同，但物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同。，互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)分子組成即分子式相同，但分子內(nèi)原子的連接方式不同，各原子的連接順序和空間排列方式不同。
[答案] (1)① (2)③ (3)②
1．閃電時(shí)空氣中有臭氧生成。下列說(shuō)法正確的是( )
A．O3和O2互為同位素
B．O2比O3穩(wěn)定
C．等體積O3和O2含有相同質(zhì)子數(shù)
D．O3與O2的相互轉(zhuǎn)變是物理變化
B [O2和O3互為同素異形體，A不正確；溫度、壓強(qiáng)不確定，不能確定O2、O3的物質(zhì)的量，也就是不能確定質(zhì)子數(shù)，C不正確；同素異形體之間的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化，D不正確。]
2．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鉑的兩種化合物a和b，二者的結(jié)構(gòu)分別為，a有抗癌作用，而b沒(méi)有，二者的關(guān)系為( )
A．同分異構(gòu)體 B．同素異形體
C．同一種物質(zhì) D．同位素
A [a有抗癌作用，而b沒(méi)有，說(shuō)明二者屬于不同的物質(zhì)，且二者分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，故二者互為同分異構(gòu)體；互為同素異形體的必須是單質(zhì)，互為同位素的必須是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的核素(如eq \\al(12, 6)C與eq \\al(14, 6)C，eq \\al(35,17)Cl與eq \\al(37,17)Cl等)。]
3．下列物質(zhì)互為同分異構(gòu)體的是( )
A．氧氣和臭氧
B．正丁烷和異丁烷
C．CH4和C2H4
D．1H和2H
B [氧氣和臭氧是由同種元素形成的不同單質(zhì)，互稱同素異形體，A項(xiàng)錯(cuò)誤；正丁烷和異丁烷分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，互稱同分異構(gòu)體，B項(xiàng)正確；CH4和C2H4分子式不同，不可能是同分異構(gòu)體，C項(xiàng)錯(cuò)誤；1H和2H是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子，屬于同位素，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
4．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(guān)于晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別的敘述中，正確的是( )
A．是否是具有規(guī)則幾何外形的固體
B．是否是具有固定組成的物質(zhì)
C．是否是具有美觀對(duì)稱的外形
D．內(nèi)部構(gòu)成微粒是否在空間呈有規(guī)則的重復(fù)排列
D [有規(guī)則幾何外形或美觀對(duì)稱的固體不一定都是晶體，如玻璃；具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體，如某些無(wú)定形體也是有固定的組成。晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于微觀結(jié)構(gòu)不同。]
5．有幾種晶體：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金剛石，E.晶體氬，F(xiàn).干冰。
(1)屬于分子晶體的是 ，直接由原子構(gòu)成的分子晶體是 。
(2)屬于原子晶體的化合物是 。
(3)直接由原子構(gòu)成的晶體是 。
(4)受熱熔化時(shí)，化學(xué)鍵不發(fā)生變化的是 ，需克服共價(jià)鍵的是 。
[解析] 分子晶體由分子構(gòu)成，有B、C、E、F。晶體氬是單原子分子；原子晶體和單原子分子晶體都由原子直接構(gòu)成，原子晶體有A、D，但化合物只有A；分子晶體熔化時(shí)，一般不破壞化學(xué)鍵；原子晶體熔化時(shí)，破壞化學(xué)鍵。
[答案] (1)B、C、E、F E (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D
發(fā) 展 目 標(biāo)
體 系 構(gòu) 建
1.能構(gòu)建微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)多樣性之間的聯(lián)系。
2.能依據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類。
3.能解釋或預(yù)測(cè)物質(zhì)具有的一些性質(zhì)。
物質(zhì)
金剛石
石墨
足球烯(C60)
物理性質(zhì)
顏色狀態(tài)
無(wú)色透明固體
灰黑色固體
灰黑色固體
硬度熔點(diǎn)
堅(jiān)硬、熔點(diǎn)很高
質(zhì)軟、熔點(diǎn)高
硬度小、熔點(diǎn)低
導(dǎo)電性
不導(dǎo)電
導(dǎo)電
不導(dǎo)電
微觀結(jié)構(gòu)
空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
封閉籠狀結(jié)構(gòu)
差異分析
碳原子的成鍵方式和排列方式不同
物質(zhì)
O2
O3
顏色
無(wú)色
淡藍(lán)色
沸點(diǎn)
O2＜O3
氣味
無(wú)味
魚腥味
相互轉(zhuǎn)化
3O2eq \(=====,\s\up7(放電))2O3
差異分析
分子中氧原子個(gè)數(shù)和氧原子的成鍵方式不同
物質(zhì)
色態(tài)
毒性
穩(wěn)定性
保存
白磷
白色蠟狀固體
有劇毒
易自燃
冷水中
紅磷
紅棕色固體
無(wú)毒
加熱或點(diǎn)燃可燃燒
直接存放在廣口瓶中
名稱
正丁烷
異丁烷
分子式
C4H10
分子結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)式
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式
CH3CH2CH2CH3
球棍模型
結(jié)論
分子結(jié)構(gòu)不同
沸點(diǎn)
－0.5 ℃
－11.7 ℃
差異分析
原子的連接方法不同，化學(xué)鍵的類型相同，物質(zhì)類別相同
名稱
乙醇
二甲醚
分子式
C2H6O
分子結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)式
結(jié)論
分子結(jié)構(gòu)不同
性質(zhì)
沸點(diǎn)
78 ℃
－23 ℃
物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)不同
晶體類型
離子晶體
原子晶體
分子晶體
金屬晶體
晶體微粒
陰、陽(yáng)離子
原子
分子
金屬陽(yáng)離子、自由電子
形成晶體
的作用力
離子鍵
共價(jià)鍵
分子間作用力(或氫鍵)
金屬鍵
實(shí)例
氯化鈉、氫氧化鉀
金剛石、二氧化硅
冰、干冰
Na、Zn
認(rèn)識(shí)同素異形體與同分異構(gòu)體
(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)

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