2020版高中化学 专题1第三单元第1课时 同素异形现象 同分异构现象学案 苏教版必修2

2020版高中化学 专题1第三单元第1课时 同素异形现象 同分异构现象学案 苏教版必修2

第1课时　同素异形现象　同分异构现象一、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的现象叫做同素异形现象。(2)同一种元素可形成不同单质，这些单质互称为这种元素的同素异形体。2．常见的同素异形体(1)碳的同素异形体金刚石石墨C60结构特点空间网状结构层状结构封闭笼状分子，形似足球成键特点每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合层内碳原子间以共价键结合成平面六边形，层间以分子间作用力结合60个碳原子以共价键结合性质差异原因晶体中原子的成键方式和排列方式不同(2)氧的同素异形体O2O3性质区别无色无味气体淡蓝色气体，有鱼腥味，氧化性极强转化关系3O22O3差异原因分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式不同(3)磷的同素异形体14\n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。例1　意大利罗马大学的FulvioCacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是(　　)A．N4属于一种新型化合物B．N4转化为N2属于物理变化C．N4的摩尔质量为56D．N4与N2互为同素异形体考点　同素异形现象题点　同素异形体的相关综合答案　D解析　N4是一种单质，与N2互为同素异形体，二者之间的转化属于化学变化，N4的摩尔质量为56g·mol－1。例2　下列关于碳元素的同素异形体的叙述正确的是(　　)14\nA．碳元素形成的各种单质称为碳元素的同素异形体B．碳元素的同素异形体结构虽然不同，但性质差别不大C．碳元素的同素异形体性质不同，其用途相同D．碳元素的同素异形体只有金刚石、石墨和C60考点　同素异形现象题点　碳的同素异形体答案　A解析　碳元素形成的不同单质原子间的排列方式不同，物理性质差别较大，化学性质相似，用途不同，如金刚石和石墨；金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。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℃14\n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(2)乙醇和二甲醚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。例3　下列关于同分异构体的叙述正确的是(　　)A．相对分子质量相同而结构不同的化合物互称为同分异构体B．分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体C．同分异构体之间由于分子组成相同，所以它们的性质相同D．只有少数的有机物之间存在同分异构现象考点　同分异构现象题点　同分异构体的概念答案　B14\n解析　同分异构体是指分子式相同而结构不同的化合物，同分异构体之间分子式相同，则相对分子质量相同，但相对分子质量相同的物质，分子式不一定相同，A项错误；同分异构体的结构不同，性质也不同，C项错误；有机物之间同分异构现象普遍存在，D项错误。思维启迪(1)两化合物互为同分异构体，则两化合物的相对分子质量及各元素的组成(含量)必然相同。(2)相对分子质量相同的两化合物不一定互为同分异构体(如CO和C2H4不互为同分异构体)。例4　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CO2C．和D．和考点　同分异构现象题点　同分异构体的判断答案　D解析　A项互为同素异形体；B项是同一种物质的不同状态；C项是同一种物质；D项符合同分异构体概念。1．(2017·镇江高一检测)美国和墨西哥研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳(碳的第五种单质形态)中，得到不同形状的纳米银微粒，该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒。纳米泡沫碳与金刚石的关系是(　　)A．同素异形体B．同分异构体C．同一种物质D．同位素14\n考点　同素异形现象题点　同素异形体的判断答案　A解析　纳米泡沫碳与金刚石都是碳的不同单质，二者属于同素异形体。2．造成金刚石和石墨性质差异的主要原因是(　　)A．碳原子种类不同B．同体积两种物质中碳原子个数不同C．碳原子成键方式不同D．物质状态不同考点　同素异形现象题点　碳的同素异形体答案　C3．下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(　　)①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O②NH4CNO与CO(NH2)2③CH3CH2OH和CH3—O—CH3④H2O和H2OA．①②③B．②③C．①③④D．②③④考点　同分异构现象题点　同分异构体的判断答案　B解析　分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。①中两种物质的分子式不同。②③组中，两者的分子式相同，但结构不同，故两者互为同分异构体。④中水分子的结构相同，不互为同分异构体。4．下列关于同分异构体的说法错误的是(　　)①具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体②互称为同分异构体的物质一定不是同种物质③同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质一定相同④同分异构体一定具有相同的相对分子质量14\nA．①②B．②③C．①③D．②④考点　同分异构现象题点　同分异构体的概念答案　C解析　N2与CO具有相同的相对分子质量和不同的结构，但不是同分异构体，①错误；同分异构体之间的化学性质不一定相同(如乙醇与二甲醚)，③错误。5．下列物质中，互为同分异构体的有________；互为同素异形体的有____________；属于同位素的有____________；属于同一种物质的有________。①二氧化碳　②金刚石　③干冰　④氢溴酸　⑤溴水　⑥液溴　⑦12C　⑧石墨　⑨14C考点　“四同”的概念与判断题点　“四同”的判断答案　⑪、⑫与⑩　②和⑧　⑦和⑨　①和③、⑪和⑫解析　烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。⑪⑫分别与⑩互为同分异构体；②和⑧互为同素异形体；⑦和⑨属于同位素；①和③、⑪和⑫分别属于同一种物质。[对点训练]题组一　同素异形体1．白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，其转化过程如：白磷黑磷，黑磷性质稳定，结构与石墨相似。下列叙述正确的是(　　)14\nA．黑磷与白磷互为同位素B．黑磷能导电C．白磷转化为黑磷是物理变化D．黑磷能在空气中自燃考点　同素异形现象题点　磷的同素异形体答案　B解析　黑磷也是磷元素组成的单质，A错误；类比石墨的导电性知B正确；白磷、黑磷是不同的物质，C错误；黑磷性质稳定，D错误。2．(2017·黄山高一检测)硫可以形成分子式为S2、S4、S6、S8的单质，其中S8的分子结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A．S2、S4、S6、S8互为同位素B．S2的摩尔质量为32g·mol－1C．硫的单质在足量的空气中完全燃烧可以生成SO3D．1molS8单质中含有的S—S键个数为8NA考点　同素异形现象题点　硫单质的相关综合答案　D解析　S2、S4、S6、S8都是由硫元素形成的单质，互为同素异形体，在空气中燃烧只能生成SO2，而不能生成SO3，A和C选项错误；S2的摩尔质量为64g·mol－1，B选项错误；由图可知，1个S8分子中含有8个S—S键，D选项正确。3．科学家们最近发现一种新分子，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14\n考点　同素异形现象题点　碳的同素异形体的判断答案　A解析　依题意，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应是碳的单质，不属于化合物。4．下列各项描述的判断正确的是(　　)选项描述结论A由同种元素组成的物质一定是纯净物正确B科学家最近合成了一种新型的化合物N4正确C红磷转化为白磷是物理变化错误D纳米泡沫碳和金刚石是同素异形体错误考点　同素异形现象题点　同素异形体的相关综合答案　C解析　氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质，它们的混合气体属于混合物，A错误；N4只含有一种元素，是一种新单质，不属于化合物，B错误；红磷和白磷属于同素异形体，同素异形体之间的转化均是化学变化，C正确；纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同种单质，互为同素异形体，D的结论错误。14\n题组二　同分异构体5．科学家发现铂的两种化合物a和b，二者的结构式分别为和，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．同位素考点　同分异构现象题点　同分异构体的判断答案　A解析　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C与C，Cl与Cl等)。6．互为同分异构体的物质一定不可能具有(　　)A．相同的分子式B．相同的结构C．相似的化学性质D．相同的相对分子质量考点　同分异构现象题点　同分异构体的概念答案　B解析　互为同分异构体的物质的分子式相同，其相对分子质量也相同；互为同分异构体的物质结构不同，但其化学性质可能相似。7．下列判断中，正确的是(　　)A．CH3COONH4与H2N—CH2—COOH是同分异构体B．CH3CH2Cl与CH2ClCH3是同分异构体C．H2N—CH2—COOH与CH3—CH2NO2是同分异构体D．与CH3CHO不是同分异构体考点　同分异构现象14\n题点　同分异构体的判断答案　C解析　分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体。题组三　同素异形体、同分异构体的比较8．在化学中，每种物质都有自己对应的化学式，但往往同一化学式，可能表示不同的物质。下列化学式中，只表示一种纯净物的是(　　)A．CB．CH4C．C2H6OD．C4H10考点　同素异形体、同分异构体的比较题点　由化学式判断同素异形体、同分异构体答案　B解析　A可能是金刚石、石墨，C可能是乙醇、二甲醚，D可能是正丁烷、异丁烷。所以符合题意的只有B项。9．(2018·浙江舟山月考)下列各组物质既不属于同位素，也不属于同素异形体的是(　　)A．16O和18OB．H2O和H2O2C．O2和O3D．金刚石、石墨和富勒烯(C60)考点　同素异形体、同分异构体的判断题点　“四同”的概念与判断答案　B解析　16O和18O质子数相同，中子数不同，故互为同位素，故A错误；水和双氧水是由氧元素和氢元素形成的不同化合物，既不属于同位素，也不属于同素异形体，故B正确；O2和O3都是由氧元素形成的不同单质，故互为同素异形体，故C错误；金刚石、石墨和富勒烯(C60)都是由碳元素形成的不同单质，故互为同素异形体，故D错误。10.现代无机化学对硫—氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。(SN)n是迄今唯一已知的具有超导性质的链状无机高分子。有关如右图所示的硫氮化合物的分子结构的说法中，正确的是(　　)14\nA．该物质的分子式为SNB．该物质与化合物S2N2互为同分异构体C．该物质是电的良导体D．1mol该分子中含有的共价键数目为8×6.02×1023考点　同素异形体、同分异构体的判断题点　相关知识的综合答案　C11．下列说法正确的是(　　)A．互为同素异形体的物质的性质完全相同B．互为同素异形体的物质之间不可能相互转化C．氧气和臭氧之间的转化是物理变化D．分子式为C2H6O的物质有两种同分异构体考点　同素异形体、同分异构体的判断题点　相关知识的综合答案　D解析　互为同素异形体的物质物理性质不同，化学性质相似，A项错误；互为同素异形体的物质之间可以通过化学反应相互转化，B项错误；O2和O3之间的转化是化学变化，C项错误。12．2018年1月复旦大学魏大程团队在石墨烯量子点研究领域取得重要进展。该项研究在未来光学和光电器件方面具有巨大潜力。下面有关碳的叙述正确的是(　　)A．石墨与C60互为同位素B．13C与14C是两种不同的原子C．金刚石是碳元素的一种核素D．14C的原子核内有2个中子答案　B解析　石墨与C60均是碳元素形成的单质，二者互为同素异形体，同位素是指质子数相同、中子数不同的同一种元素的不同核素，A错误；13C与14C14\n的质子数相同、中子数不同，是两种不同的原子，且互为同位素，B正确；金刚石是单质，不是碳元素的一种核素，C错误；14C的原子核内中子数＝14－6＝8，D错误。[综合强化]13．(2018·台州月考)氧的单质在环境、生命活动、生产、科研等方面有重要作用。(1)氟利昂在紫外线的作用下能产生氯原子，氯原子对臭氧层有破坏作用。氯原子对臭氧层的破坏作用可用如下过程表示：Cl＋O3―→ClO＋O2、O3O2＋O、ClO＋O―→O2＋Cl。这一过程的总反应方程式是________________________。根据总反应方程式，可知氯原子在反应中的作用是________________________。(2)意大利科学家使用普通氧分子和带正电的氧离子制出了新型的氧分子O4，它可能具有与S4相似的长方形结构。O4的摩尔质量为________；相同质量的O2、O3、O4的分子数之比为__________，原子数之比为__________；下列有关O4的说法不正确的是________(填字母)。A．题述中生成O4的反应不属于化学变化B．O4与O3、O2都是氧的同素异形体C．O4可能具有很强的氧化性考点　同素异形现象题点　相关知识的综合答案　(1)2O33O2　催化剂　(2)64g·mol－16∶4∶3　1∶1∶1　A解析　(1)将三个方程式相加得总反应方程式：2O33O2，可见氯原子在反应前后质量和性质都没有改变，是催化剂。(2)由O2制备O4，有化学键的断裂和形成，发生的是化学变化。14．硫通常是一种淡黄色晶体。有橙色、无色、红棕色三种颜色的硫蒸气，它们都是硫的单质，但每个分子中硫原子的个数不同，可用Sx表示。对三种蒸气测定结果是：(1)橙色蒸气密度折算到标准状况后是11.34g·L－1，则它的化学式是________。(2)红棕色蒸气的质量是相同状况下同体积空气的6.62倍，则它的化学式是________。(3)无色蒸气对氢气的相对密度是64，则它的化学式是______________。此事实说明硫有________________。考点　同素异形现象题点　硫的同素异形体的化学式的确定14\n答案　(1)S8　(2)S6　(3)S4　多种同素异形体解析　由题意知：(1)中硫蒸气的相对分子质量为11.34×22.4≈254，其单质的分子式为S8。(2)中硫蒸气的相对分子质量为29×6.62≈192，其单质的分子式为S6。(3)中硫蒸气的相对分子质量为64×2＝128，其单质的分子式为S4。综上分析，可知硫元素有多种同素异形体。15．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，请用数字序号回答下列问题：(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______________________。考点　同素异形体、同分异构体的比较题点　四同的比较与判断答案　(1)②　(2)③④　(3)①　(4)⑤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，互称为同位素；石墨与富勒烯都是由碳元素形成的不同单质，都属于碳元素的同素异形体；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。14