同素異形體和同分異構(gòu)體

1、必修必修2 2 專題專題1 1第三單元第三單元 從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)的多樣性從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)的多樣性1、同種元素形成的單質(zhì)一定是、同種元素形成的單質(zhì)一定是同一種物質(zhì)嗎同一種物質(zhì)嗎? 2、種類有限的元素構(gòu)成數(shù)不清的、種類有限的元素構(gòu)成數(shù)不清的物質(zhì)，你們知道哪種元素形成的物物質(zhì)，你們知道哪種元素形成的物質(zhì)種類最多嗎？質(zhì)種類最多嗎？碳生命的基礎(chǔ)元素碳生命的基礎(chǔ)元素 碳碳在地殼中的含量只占在地殼中的含量只占0.087%。但含碳元素的。但含碳元素的單質(zhì)和化合物達(dá)到單質(zhì)和化合物達(dá)到90%以上。它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)和以上。它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)和我們?nèi)粘Ｉ罾镎加蟹浅Ｖ匾牡匚?。我們?nèi)粘Ｉ罾镎加蟹浅Ｖ匾牡匚?。世界最大的綠

2、色世界最大的綠色鉆石鉆石41克拉克拉 （8.2克）克） 世界最大的有色世界最大的有色鉆石鉆石407.48克拉（克拉（81.50克）克）(1克拉克拉=200毫克毫克=0.2克克)鉛筆（石墨）鉛筆（石墨）鉆石（金剛石）鉆石（金剛石）都是碳元素的單質(zhì)都是碳元素的單質(zhì) 1772 1772年拉瓦錫證明金剛石可燃，年拉瓦錫證明金剛石可燃，生成生成COCO2 2，進(jìn)一步測(cè)定后確定金剛石，進(jìn)一步測(cè)定后確定金剛石是由碳組成的單質(zhì)。是由碳組成的單質(zhì)。 1779 1779年舍勒證明石墨可燃，也生年舍勒證明石墨可燃，也生成成COCO2 2，進(jìn)一步測(cè)定后確定石墨是由，進(jìn)一步測(cè)定后確定石墨是由碳組成的單質(zhì)。碳組成的單質(zhì)。

3、化學(xué)性質(zhì)是相似的金剛石金剛石石墨石墨組成元素組成元素顏色狀態(tài)顏色狀態(tài)硬度硬度熔點(diǎn)熔點(diǎn)導(dǎo)電性導(dǎo)電性用途用途無色透明，有光澤無色透明，有光澤灰黑色，不透明灰黑色，不透明天然最硬物質(zhì)天然最硬物質(zhì) 金剛石與石墨的比較：金剛石與石墨的比較：碳元素碳元素鉛筆芯鉛筆芯 H.B電極電極潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑裝飾品裝飾品切割玻璃、大理石切割玻璃、大理石鉆探機(jī)鉆頭鉆探機(jī)鉆頭導(dǎo)電導(dǎo)電不導(dǎo)電不導(dǎo)電很高很高很高很高最軟礦物之一最軟礦物之一思考：思考：金剛石和石墨的物理性質(zhì)為什么不一樣？金剛石和石墨的物理性質(zhì)為什么不一樣？（在硬度和導(dǎo)電性方面有很大的差異）（在硬度和導(dǎo)電性方面有很大的差異） 金剛石和石墨金剛石和石墨物理性質(zhì)物理性質(zhì)

4、的的差異差異，主要是由于碳原，主要是由于碳原子的子的成鍵方式和排列方式的不同成鍵方式和排列方式的不同引起的引起的 金剛石晶體中形成金剛石晶體中形成空空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子間，原子間的作用力很強(qiáng)。的作用力很強(qiáng)。層內(nèi)層內(nèi)為正為正六邊形的六邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 金剛石與石墨都是由金剛石與石墨都是由同種元素同種元素(C)所所形成的形成的不同的單質(zhì)不同的單質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為？，這種現(xiàn)象稱為？金剛石和石墨互稱為？金剛石和石墨互稱為？同一種元素形成的不同同一種元素形成的不同單質(zhì)單質(zhì) 。一、同素異形現(xiàn)象一、同素異形現(xiàn)象1、同素異形現(xiàn)象：、同素異形現(xiàn)象：同種元素形成多種不同同種元素形成多種不同單質(zhì)單質(zhì)

5、的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2、同素異形體：、同素異形體：注意：注意：（1）同種元素；）同種元素；（2）不同單質(zhì)；）不同單質(zhì)；（3）結(jié)構(gòu)不同。）結(jié)構(gòu)不同。 有沒有可能把廉價(jià)的石墨有沒有可能把廉價(jià)的石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榘嘿F的金剛石呢？轉(zhuǎn)變?yōu)榘嘿F的金剛石呢？石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸D(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?工業(yè)上利用高溫（工業(yè)上利用高溫（1273K），高壓），高壓（5X1068X106kPa）以）以Co或或Ni為催化為催化劑，將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸罅可a(chǎn)人劑，將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸罅可a(chǎn)人造金剛石。造金剛石。 人們還利用爆炸產(chǎn)生的壓力由石墨人們還利用爆炸產(chǎn)生的壓力由石墨制得金剛石微晶。制得金剛石微晶。3、同素異形體間的轉(zhuǎn)換：、同素異形

6、體間的轉(zhuǎn)換：化學(xué)變化化學(xué)變化 其中其中C60是是60個(gè)碳原子形成的個(gè)碳原子形成的封閉籠封閉籠狀分子狀分子，形似足球，故稱之為，形似足球，故稱之為“足球足球烯烯”）富勒烯：富勒烯：固態(tài)碳的第三種結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)碳的第三種結(jié)構(gòu)形式，三維空心球狀結(jié)構(gòu)。三維空心球狀結(jié)構(gòu)。 （包括（包括C60、C70和納和納米碳管等）米碳管等）碳還有其他的同素異形體嗎？碳還有其他的同素異形體嗎？ C60的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 1985年，科學(xué)家克魯托、斯莫利、柯年，科學(xué)家克魯托、斯莫利、柯爾，通過爾，通過激光照射石墨實(shí)驗(yàn)激光照射石墨實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳，發(fā)現(xiàn)碳新新型單質(zhì)型單質(zhì)C60分子分子。并在建筑設(shè)計(jì)師富勒設(shè)。并在建筑設(shè)計(jì)師富勒設(shè)計(jì)球形

7、建筑的啟發(fā)下，繪制出由計(jì)球形建筑的啟發(fā)下，繪制出由20個(gè)正個(gè)正六邊形和六邊形和12個(gè)正五邊形構(gòu)成的個(gè)正五邊形構(gòu)成的“籠狀籠狀”分子結(jié)構(gòu)，并把它命名為分子結(jié)構(gòu)，并把它命名為“富勒烯富勒烯”，因分子結(jié)構(gòu)形似足球，又稱為因分子結(jié)構(gòu)形似足球，又稱為“足球足球烯烯”。1996年三人因此獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年三人因此獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 。拓展視野拓展視野1C C6060結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)碳納米管碳納米管的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 19911991年，日本科學(xué)家飯島博士年，日本科學(xué)家飯島博士 。在對(duì)。在對(duì)石墨進(jìn)行電弧石墨進(jìn)行電弧放電實(shí)驗(yàn)放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了有時(shí)，發(fā)現(xiàn)了有單層、多層單層、多層石墨卷曲而成的石墨卷曲而成的碳納碳納米碳管米碳管。納米

8、碳管的發(fā)現(xiàn)也給材料化學(xué)的研究帶來了新。納米碳管的發(fā)現(xiàn)也給材料化學(xué)的研究帶來了新的變革。的變革。 拓展視野拓展視野2 2 其他元素有沒有存在其他元素有沒有存在同素異形體？同素異形體？如：如：O2和和O3，紅磷和白磷等。，紅磷和白磷等。臭氧與氧氣的性質(zhì)對(duì)比臭氧與氧氣的性質(zhì)對(duì)比氧氣氧氣 臭氧臭氧元素組成元素組成分子式分子式通常狀態(tài)通常狀態(tài)氣味氣味化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)：相互轉(zhuǎn)化相互轉(zhuǎn)化氧元素氧元素O2O3無色氣體無色氣體淡藍(lán)色氣體淡藍(lán)色氣體無味無味有魚腥味有魚腥味氧化性較氧氣更強(qiáng)氧化性較氧氣更強(qiáng)有氧化性有氧化性3O2 放電放電2O3臭氧層空洞的擴(kuò)大臭氧層空洞的擴(kuò)大臭氧的用途臭氧的用途 臭

9、氧可用于漂白和消毒。某些染料受到臭氧臭氧可用于漂白和消毒。某些染料受到臭氧的強(qiáng)烈氧化作用會(huì)褪色，臭氧可以殺死許多細(xì)菌，的強(qiáng)烈氧化作用會(huì)褪色，臭氧可以殺死許多細(xì)菌，因此，它是一種很好的因此，它是一種很好的脫色劑和消毒劑脫色劑和消毒劑。臭氧發(fā)生器臭氧空氣除味機(jī)臭氧空氣除味機(jī)紅磷紅磷 拓展視野拓展視野拓展視野拓展視野思考：思考：同素異形體的同素異形體的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)基本基本相同相同 （由同種元素形成的單質(zhì)）（由同種元素形成的單質(zhì)）22CO 點(diǎn)燃 O(1)C （2）氧氣和臭氧都具有強(qiáng)氧化性，）氧氣和臭氧都具有強(qiáng)氧化性， 臭氧的氧化性更強(qiáng)。臭氧的氧化性更強(qiáng)。522O2P 點(diǎn)燃 5O(3)4P同素異形體

10、的同素異形體的物理性質(zhì)不同物理性質(zhì)不同（空間結(jié)構(gòu)（空間結(jié)構(gòu)不同）不同）同素異形體之間轉(zhuǎn)化同素異形體之間轉(zhuǎn)化（金剛石）石墨C )(1)C322O (2)3O 放電（3）思考：思考：1、鈉原子、鈉原子(Na)和鈉離子和鈉離子(Na+)都是同都是同一種元素鈉元素形成的，它們是一種元素鈉元素形成的，它們是同素異形體嗎？同素異形體嗎？2、Fe2O3和和Fe3O4的組成元素完全相的組成元素完全相同，它們是同素異形體嗎？同，它們是同素異形體嗎？3、1H與與1H互為什么關(guān)系？互為什么關(guān)系？21不是不是同位素同種元素形成的單質(zhì)不一定是同一種同種元素形成的單質(zhì)不一定是同一種物質(zhì)，那么分子式相同的物質(zhì)一定是物質(zhì)，那

11、么分子式相同的物質(zhì)一定是同一種物質(zhì)嗎同一種物質(zhì)嗎? ?思考思考: :根據(jù)碳、氫原子形成共價(jià)鍵的特根據(jù)碳、氫原子形成共價(jià)鍵的特征，我們來預(yù)測(cè)組成為征，我們來預(yù)測(cè)組成為C C4 4H H1010可能的分可能的分子結(jié)構(gòu)，書寫其結(jié)構(gòu)式。子結(jié)構(gòu)，書寫其結(jié)構(gòu)式。分子式分子式C4H10C4H10球棍模型球棍模型結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式名稱名稱沸點(diǎn)沸點(diǎn)正丁烷正丁烷異丁烷異丁烷0.5 11.71、同分異構(gòu)現(xiàn)象、同分異構(gòu)現(xiàn)象: 化合物化合物具有具有相同的分子式相同的分子式，但具有，但具有不不同結(jié)構(gòu)同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，叫做的現(xiàn)象，叫做 分子式相同分子式相同而而結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同的的化合物化合物互稱為互稱為2、同分異構(gòu)體、同分異構(gòu)體:二

12、、同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象。同分異構(gòu)現(xiàn)象。同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體。 同：分子式相同同：分子式相同不同：結(jié)構(gòu)不同、不同化合物、性質(zhì)不同不同：結(jié)構(gòu)不同、不同化合物、性質(zhì)不同 同分異構(gòu)體中，分子式相同，同分異構(gòu)體中，分子式相同，相對(duì)分子質(zhì)量？相對(duì)分子質(zhì)量？ 相對(duì)分子質(zhì)量相同的化合物互相對(duì)分子質(zhì)量相同的化合物互為同分異構(gòu)體嗎？為同分異構(gòu)體嗎？如：H3PO4和H2SO4、N2和CO相同相同不是不是分子式分子式C2H6OC2H6O球棍模型球棍模型結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式名稱名稱乙醇乙醇二甲醚二甲醚沸點(diǎn)沸點(diǎn)78 23同位素同位素同素異形體同素異形體 同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體概念概念對(duì)象對(duì)象相同點(diǎn)相同點(diǎn)不同點(diǎn)不同點(diǎn)舉例舉例相

13、近概念的比較相近概念的比較質(zhì)子數(shù)相同、質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同中子數(shù)不同的原子的原子同一種元素形同一種元素形成的不同單質(zhì)成的不同單質(zhì)分子式相同，分子式相同，結(jié)構(gòu)不同的化結(jié)構(gòu)不同的化合物合物原子原子單質(zhì)單質(zhì)化合物化合物質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)元素種類元素種類分子式分子式中子數(shù)中子數(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)12C、13CO2 、O3乙醇和二甲醚乙醇和二甲醚D隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)1、近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新的由碳元素組成、近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新的由碳元素組成的物質(zhì)，化學(xué)式為的物質(zhì)，化學(xué)式為C60，下列說法中錯(cuò)誤的是，下列說法中錯(cuò)誤的是( )A C60由分子構(gòu)成由分子構(gòu)成B C60和石墨、金剛石都是碳的同素異形體和石墨、金剛

14、石都是碳的同素異形體C C60在純氧中充分燃燒生成在純氧中充分燃燒生成CO2D C60的摩爾質(zhì)量為的摩爾質(zhì)量為7202、納米碳管是一種由碳原子構(gòu)成的直徑為幾個(gè)、納米碳管是一種由碳原子構(gòu)成的直徑為幾個(gè)納米的空心管納米的空心管.下列說法錯(cuò)誤的是下列說法錯(cuò)誤的是( )A.納米碳管是一種新型的有機(jī)化合物納米碳管是一種新型的有機(jī)化合物B.納米碳管材料中含離子鍵納米碳管材料中含離子鍵C.納米碳管材料管道多納米碳管材料管道多,表面積大表面積大,吸附能力強(qiáng)吸附能力強(qiáng)D.納米碳管在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定納米碳管在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.AB隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)3、判斷下面哪些是同素異形體（、判斷下面哪些是同素異形體（ ），

15、），哪些是同位素（哪些是同位素（ ） A.紅磷、白磷紅磷、白磷 B.水、重水水、重水 C.16O、17O、18O D.金剛石、石墨金剛石、石墨隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)ADC4、據(jù)報(bào)道，最近科學(xué)家在宇宙中發(fā)現(xiàn)了、據(jù)報(bào)道，最近科學(xué)家在宇宙中發(fā)現(xiàn)了H3分子，分子，則則H2和和H3屬于屬于( ) A 同位素同位素 B 同素異形體同素異形體 C 同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體 D 同種物質(zhì)同種物質(zhì)B 下列各組物質(zhì)屬于同位素的是下列各組物質(zhì)屬于同位素的是 ；屬于同素異形體的是屬于同素異形體的是 ；屬于同分異；屬于同分異構(gòu)體的是構(gòu)體的是 。1.O2與與O3ClCl. 237173517與3.CH3CH3與與CH3CH2CH2CH34.氕、氘、氚氕、氘、氚5. CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3CH3CH3與與練習(xí)：2、4156.水銀與汞蒸氣水銀與汞蒸氣10928金剛石金剛石- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -