1、第三单元第三单元 从微观结构看物质的多样性从微观结构看物质的多样性 同素异形现象、同素异形现象、 同分异构现象同分异构现象专题专题1 微观结构与物质的多样性微观结构与物质的多样性元素元素100100多种多种物质物质40004000万种万种？世界上最大的钻石世界上最大的钻石库利南一号库利南一号石墨石墨C C6060灰黑色固体灰黑色固体最硬的，无色最硬的，无色透明的晶体透明的晶体, ,硬度很大。硬度很大。深灰色、不透明、质软、深灰色、不透明、质软、易导电的片状固体易导电的片状固体三者与氧气反应均生成三者与氧气反应均生成CO2 说明它们都是碳单质说明它们都是碳单质 2、同素异形体：由、同素异形体：由
2、同种元素同种元素形成的性质不同的形成的性质不同的单质单质， 互称为同素异形体。互称为同素异形体。 例如例如C元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：金刚石、石墨、金刚石、石墨、 富勒烯（富勒烯（C60、C70、单层或多层纳米碳管）单层或多层纳米碳管）O元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：O2、O3，P元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：红磷、白磷红磷、白磷1、同素异形现象：由同种元素形成性质不同单质的现象。、同素异形现象：由同种元素形成性质不同单质的现象。一、一、 同素异形现象同素异形现象 思考：为什么同种元素组成的不同种单质的性质相差这么大呢？思考：为什么同种元素组成的不同种单质的性
3、质相差这么大呢？结构决定性质结构决定性质构成金刚石的微粒是构成金刚石的微粒是C C原子原子，每个，每个C C原子与另外原子与另外4 4个个C C原子原子以以共价键共价键相连，相连，C C原子间以共价键结合成原子间以共价键结合成空间网状结构空间网状结构，最小的碳环上有最小的碳环上有6 6个个C C原子且原子且6 6个个C C原子不在同一平面。金原子不在同一平面。金刚石的刚石的基本结构单元是正四面体基本结构单元是正四面体。 金金刚刚石石的的结结构构 实例实例1 1：石墨的结构石墨的结构构成石墨的微粒是构成石墨的微粒是C C原子原子，C C原子以原子以共价键共价键相连，在石墨相连，在石墨的每一层，每
4、个的每一层，每个C C原子与周围原子与周围3 3个个C C原子以共价键相连，排原子以共价键相连，排列成平面六边形，无数平面六边形形成列成平面六边形，无数平面六边形形成平面网状结构，平面网状结构，石墨的不同层之间存在石墨的不同层之间存在分子间作用力分子间作用力。 石石墨墨的的结结构构 C C6060的发现的发现 19851985年，美国得克萨斯州罗斯大学的科学家制造出了碳年，美国得克萨斯州罗斯大学的科学家制造出了碳新新型单质型单质C C6060分子分子。并在建筑设计师。并在建筑设计师富勒富勒设计球形建筑的启发下，设计球形建筑的启发下，绘制出由绘制出由2020个正六边形和个正六边形和1212个正五
5、边形构成的个正五边形构成的“笼状笼状”分子结分子结构，因分子结构构，因分子结构形似足球，又称为形似足球，又称为“足球烯足球烯”。 足球烯分子笼状结构具有向外开放的面，而内部却是空的，足球烯分子笼状结构具有向外开放的面，而内部却是空的，这就有可能将其他物质引入到该球体内部。例如科学家已经尝这就有可能将其他物质引入到该球体内部。例如科学家已经尝试着在这些中空的物质中加各种各样的金属，使之具有超导性。试着在这些中空的物质中加各种各样的金属，使之具有超导性。拓展视野拓展视野1C60的结构的结构C C6060是是6060个个碳原子碳原子形成的封闭笼状分子，是一个由形成的封闭笼状分子，是一个由2020个正
6、六边形和个正六边形和1212个正五边形构成的削角二十面体。个正五边形构成的削角二十面体。形似足球，人们又称它为形似足球，人们又称它为“足球烯足球烯”。 C60的的结结构构 随着研究的深入，一系列碳的随着研究的深入，一系列碳的“笼状笼状”的的富勒烯富勒烯被被科学界发现并制得，其中有科学界发现并制得，其中有C C2828、C C3232、C C5050、C C7070、C C84 84 、C C240 240 、C C500500等。开创了一个全新碳等。开创了一个全新碳“笼状笼状”分子应用分子应用研究新领域。研究新领域。拓展视野拓展视野2 纳米碳管的发现纳米碳管的发现 纳米碳管可分单层及多层，是由
7、纳米碳管可分单层及多层，是由单层、多层同心轴单层、多层同心轴石墨卷曲而成的石墨卷曲而成的中空碳管中空碳管。前后末端类似半圆形，使整个碳管成为一个封闭的结构，纳米。前后末端类似半圆形，使整个碳管成为一个封闭的结构，纳米碳管也是碳单质的成员之一。碳管也是碳单质的成员之一。 纳米碳管强度高且有韧性，重量轻，比表面积大，性能稳定。纳米碳管强度高且有韧性，重量轻，比表面积大，性能稳定。制成碳制成碳纤维材料和复合材料，强度为钢的纤维材料和复合材料，强度为钢的100100倍，重量则只有钢的倍，重量则只有钢的1/61/6，科学家称，科学家称之为之为“超级纤维超级纤维”；可以在较低的气压下存储大量的氢气，用这种
8、方法制；可以在较低的气压下存储大量的氢气，用这种方法制成的燃料是一种成的燃料是一种清洁能源清洁能源，在汽车工业上将会有广阔的发展前景。，在汽车工业上将会有广阔的发展前景。拓展视野拓展视野3 3碳纳米管碳纳米管还有碳纳米管也是由还有碳纳米管也是由碳原子碳原子构成的，是由石墨碳原子层构成的，是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，卷曲而成的碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，管壁厚度仅为几个纳米，像铁丝网卷成的一个空心圆柱管壁厚度仅为几个纳米，像铁丝网卷成的一个空心圆柱状状“笼形管笼形管”。它非常微小，它非常微小，5 5万个并排起来才有人的一万个并排起来才有人的一根头
9、发丝宽，根头发丝宽，实际上是长度和直径之比很高的纤维。实际上是长度和直径之比很高的纤维。 实例实例2 2：氧元素的不同单质氧元素的不同单质氧气与臭氧的物理性质比较：氧气与臭氧的物理性质比较：化学化学式式颜色颜色（气态）（气态）气味气味沸点沸点溶解性溶解性氧气氧气O O2 2无色无色无味无味1831830.0300.030臭氧臭氧O O3 3淡蓝色淡蓝色鱼腥味鱼腥味112.4112.4OO2 2氧气与臭氧的分子结构：氧气与臭氧的分子结构：磷元素的不同单质比较磷元素的不同单质比较：拓展视野拓展视野实例实例3 3：KClO3、MnO2、 S红磷、红磷、Sb2S3【总结总结】同素异形体的性质差异很大，
10、主要表现同素异形体的性质差异很大，主要表现 为物理性质，而化学性质往往比较接近（为物理性质，而化学性质往往比较接近（记记） (2) (2)氧气和臭氧都具有强氧化性，臭氧的氧化性氧气和臭氧都具有强氧化性，臭氧的氧化性更强。更强。O O3 3常用消毒杀菌剂、漂白剂等。常用消毒杀菌剂、漂白剂等。 (1)(1)C + O2 = CO2点燃点燃 (3)4(3)4P + 5 O2= 2P2O5点燃点燃金刚石、石墨在氧气中完全燃烧均只生成CO2气体。白磷、红磷完全燃烧都生成P2O5。巧记：同种元素，不同单质，结构不同，巧记：同种元素，不同单质，结构不同， 化性相似，物性不同。化性相似，物性不同。同素异形体之
11、间转化同素异形体之间转化( (记记）（金刚石）石墨C )(1)C (2) O2= O3放电放电2O3 = 3O2氟氯烃氟氯烃隔绝空气加热到隔绝空气加热到260260白磷白磷 红磷红磷加热到加热到416416升华后，冷凝升华后，冷凝化化学学变变化化通过前面的学习我们知道物质世界丰富多彩的一通过前面的学习我们知道物质世界丰富多彩的一个原因是存在着个原因是存在着同素异形体同素异形体。那么。那么分子式相同分子式相同的的物质一定是同一种物质吗物质一定是同一种物质吗? ? 讨论讨论 思考思考根据碳、氢原子形成共价键的特征，我们动手制作组成为C4H10可能的有机化合物的分子结构模型。正丁烷正丁烷 异丁烷异丁
12、烷 C C C CC C C CH H H H H H H HH H H H H H H HH HH HC CC CC C C CH HH HH HH HH H H HH HH HH HH H球棍模型结构式 问题问题1:1:对比两个模型对比两个模型, ,找找它们的联系找找它们的联系? ?共同点共同点: :不同点不同点: :分子式相同结构不同二、同分异构现象（记）同分异构体化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做叫做同分异构现象同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称具有同分异构现象的化合物互称同分异构体同分异构体。问题问题2:2:同分异
13、构体间性质有无差异同分异构体间性质有无差异? ?同分异构体间的物理性质差异物质物质正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷熔点熔点/-138.4-159.6沸点沸点/-0.5-11.7液态密度液态密度/gcm-30.57880.557结论：结论： 物理性质不同，化学性质可能相似或不同。物理性质不同，化学性质可能相似或不同。分子式分子式C2H6OC2H6O球棍模型球棍模型结构式结构式名称名称沸点沸点C C2 2H H6 6O O乙醇乙醇二甲醚二甲醚78 23熟记：熟记：分子式同（相对分子质量），结构不同，分子式同（相对分子质量），结构不同，物性不同，化性不一定相同。物性不同，化性不一定相同。同分异构体同分异构体
14、1同分异构体有三个同分异构体有三个“相同相同”和两个和两个“不同不同”分子式分子式相同，同为化合物，相对分子质量相同；分子结构不同，相同，同为化合物，相对分子质量相同；分子结构不同，性质不同。性质不同。2同分异构体的性质差别是由分子结构的差别所决定的。同分异构体的性质差别是由分子结构的差别所决定的。3同分异构现象在有机物中普遍存在，这主要是由碳原同分异构现象在有机物中普遍存在，这主要是由碳原子的成键特点所决定的。子的成键特点所决定的。特别提醒：特别提醒： 与与 是同一种物质是同一种物质,不能互为同分异构体不能互为同分异构体(因因CH4在空间呈正四面体型，当两个氯原子替在空间呈正四面体型，当两个
15、氯原子替换两个氢原子后，这两个氯原子一定是相邻的换两个氢原子后，这两个氯原子一定是相邻的)； CH3CH2CH2CH3、 、是同种物质，不能互为同分异构体是同种物质，不能互为同分异构体(因这些有机物分子中碳原子间的因这些有机物分子中碳原子间的连接角度和方向是一定的，与写法无关连接角度和方向是一定的，与写法无关)。思考：思考：那么现在能不能总结一下有机那么现在能不能总结一下有机物种类繁多的原因是什么呢？物种类繁多的原因是什么呢？ 比较比较同素异形体、同分异构体、同位素同素异形体、同分异构体、同位素三个概念三个概念同素异形体同素异形体同分异构体同分异构体 同位素同位素相同点相同点不同点不同点研究对
16、象研究对象同一种元同一种元素组成素组成结构不同结构不同分子式相同分子式相同分子结构分子结构不同不同质子数相同质子数相同的同种元素的同种元素中子数中子数不同不同单质单质化合物化合物原子原子O O2 2O O3 3白磷白磷 红磷红磷C C4 4H H10101 11 1H H、1 12 2H H、1 13 3H H 课堂小结课堂小结 物质世界丰富多彩原因很多物质世界丰富多彩原因很多 ：1. 1. 同位素同位素；2. 2. 同素异形现象同素异形现象；3. 3. 同与异化合同与异化合如：如：NaCl NaNaCl Na2 2S S4. 4. 原子比例不同原子比例不同：NaNa2 2O NaO Na2
17、2O O2 25. 5. 同分异构现象同分异构现象。6 6、有机物中可以、有机物中可以一个碳、两个碳、多个碳、一个碳、两个碳、多个碳、还可以单键、双键、叁键、形成环状。还可以单键、双键、叁键、形成环状。 有下列各组物质有下列各组物质: A、 6C与与6 CB、金刚石与石墨、金刚石与石墨 C、乙醇与二甲醚、乙醇与二甲醚D、（1）互为同位素的是）互为同位素的是_（2）互为同素异形体的是）互为同素异形体的是_（3）互为同分异构体的是）互为同分异构体的是_12 13CH3CHCH2CH3CH3CH3 CCH3CH3CH3ABC,D1. 1. 下列关于臭氧性质的叙述中，不正确的是下列关于臭氧性质的叙述中
18、，不正确的是A. A. 臭氧比氧气的氧化性更强，常温下能将银、臭氧比氧气的氧化性更强，常温下能将银、 汞等较不活泼的金属氧化汞等较不活泼的金属氧化B. B. 臭氧是比氯水更好的消毒剂，因为它在消臭氧是比氯水更好的消毒剂，因为它在消 灭细菌后变成灭细菌后变成O O2 2 ，无污染，无污染C. C. 臭氧和活性炭一样，能够吸附有机色素，臭氧和活性炭一样，能够吸附有机色素， 是种很好的漂白剂是种很好的漂白剂D. D. 臭氧和氧气在一定条件下可以相互转化臭氧和氧气在一定条件下可以相互转化C2. 2. 关于同分异构体的叙述正确的是关于同分异构体的叙述正确的是A. A. 相对分子质量相同而结构不同的化合物
19、相对分子质量相同而结构不同的化合物 互称为同分异构体互称为同分异构体B. B. 化学式相同而结构不同的化合物互称为化学式相同而结构不同的化合物互称为 同分异构体同分异构体C. C. 同分异构体之间由于分子组成相同，所同分异构体之间由于分子组成相同，所 以它们的性质相同以它们的性质相同D. D. 只有少数的有机物之间存在同分异构现象只有少数的有机物之间存在同分异构现象B3. 3. 下列说法正确的是下列说法正确的是A. A. 互为同素异形体的物质的性质完全相同互为同素异形体的物质的性质完全相同B. B. 互为同素异形体的物质之间不可能发生相互互为同素异形体的物质之间不可能发生相互 转化转化C. C
20、. 氧气和臭氧之间的转化是物理变化氧气和臭氧之间的转化是物理变化D. D. 氧气和臭氧之间的转化是化学变化氧气和臭氧之间的转化是化学变化D4. 4. 下列各种微粒中：下列各种微粒中： H H2 2O O、 H H2 2O O2 2 、D D2 2O O、 H H、D D、T T、 1212C C、 1313C C、 金刚石、石墨、乙醇、甲醚，金刚石、石墨、乙醇、甲醚， 属于同位素是属于同位素是 ， 属于同素异形体是属于同素异形体是 ， 属于同分异构体是属于同分异构体是 。H H、D D和和T T，1212C C和和 1313C C属于同位素属于同位素 金刚石和石墨属于同素异形体金刚石和石墨属于同素异形体 甲醚和乙醇属于同分异构体甲醚和乙醇属于同分异构体
