高一化學學案：互動課堂第三單元從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)的多樣性

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精互動課堂疏導(dǎo)引導(dǎo)1.同素異形現(xiàn)象一種元素形成幾種單質(zhì)的現(xiàn)象叫做同素異形現(xiàn)象。同一元素形成的不同單質(zhì)，叫做這種元素的同素異形體。在常見的元素中，碳、氧、硫、磷等存在著同素異形現(xiàn)象。同一元素的不同單質(zhì)化學性質(zhì)相似，但物理性質(zhì)差異很大，這是因為不同單質(zhì)中，原子排列情況不同的緣故。例如：碳元素的同素異形體（主要有下列三類)單質(zhì)金剛石(C）石墨(C）富勒烯結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)無色透明有光澤的、正八面體形狀的固體。晶體內(nèi)含有以碳原子為中心的正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不導(dǎo)電、硬度大、熔點高（3558℃)。密度為3。51g·cm—3，不溶于任何溶劑。(結(jié)構(gòu)見課本，其中最小環(huán)有6個C原子，每一個C原子被12個六碳環(huán)所共用）深灰色的、有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體,晶體內(nèi)為層狀結(jié)構(gòu)，每一層內(nèi)為正六邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).能導(dǎo)電、質(zhì)軟,密度是2。25g·cm-3，熔點為3652℃至3697℃,常不溶于任何溶劑。（結(jié)構(gòu)見課本，層內(nèi)每一個C原子被3個六碳環(huán)所共用）包括C60、C70和單層或多層的納米碳管。其中C60是60個碳原子形成的封閉籠狀分子，形似足球，又稱之為“足球烯"。60個碳原子構(gòu)成近于球形的32面體(包括12個正五邊形和20個正六邊形).C60為棕黑色固體，為半導(dǎo)體，較易溶于有機溶劑，熔點低于金剛石和石墨.作用力碳原子間全部通過C—C共價鍵結(jié)合。每一層內(nèi)碳原子間通過C-C共價鍵結(jié)合，層間碳原子間存在分子間作用力C60分子之間存在分子間的作用力，C60分子內(nèi)存在碳原子之間的共價鍵，有C—C和C=C.化學性質(zhì)①與其他單質(zhì)反應(yīng)：C+O2CO2C+SiSiC②與氧化物反應(yīng):C+CuOCu+CO↑C+H2O(g)CO+H22C+SiO2Si+2CO↑③與氧化性酸反應(yīng):C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2OC+4HNO3(濃）CO2↑+4NO2↑+2H2O用途金剛石:鉆具、裝飾品石墨：潤滑劑、電極、鉛筆芯C60：應(yīng)用于材料科學、超導(dǎo)體等方面轉(zhuǎn)化C(石墨)C（金剛石)注：木炭、焦炭、炭黑等實際上都具有石墨結(jié)構(gòu)，并非真正的無定形。2。同分異構(gòu)現(xiàn)象化合物具有相同的分子式,但具有不同的結(jié)構(gòu)式的現(xiàn)象,稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。我們把具有相同的分子式而結(jié)構(gòu)不同的化合物互稱為同分異構(gòu)體。如正丁烷和異丁烷、乙醇和二甲醚等.注意：（1）同分異構(gòu)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在有機物中。(2)兩化合物互為同分異構(gòu)體的必備條件有二:①兩者的分子式應(yīng)相同;②兩者的結(jié)構(gòu)應(yīng)不同（如碳原子的連接方式不同)。（3)兩化合物互為同分異構(gòu)體，其物理性質(zhì)肯定不同，但化學性質(zhì)有的相似(如正丁烷和異丁烷)，有的不同（如乙醇和二甲醚)。(4）兩化合物互為同分異構(gòu)體，則兩化合物的相對分子質(zhì)量及各元素的組成（含量)必然相同;但相對分子質(zhì)量相同的兩化合物不一定是同分異構(gòu)體（如CO和C2H4不是同分異構(gòu)體)。(5)有機物種類繁多,是因為有機物都含有碳原子,每個碳原子有4個價電子,每個碳原子不僅能與其他原子形成4個共價鍵,而且碳碳之間也可以以共價鍵相結(jié)合，形成可短、可長的碳鏈，碳鏈可以是直鏈或帶支鏈或形成環(huán)狀等等。這樣就形成了種類繁多的有機物分子。含有相同原子種類和數(shù)目的分子可能具有不同的結(jié)構(gòu)是異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在的本質(zhì)原因.3.不同類型的晶體我們常把一些具有規(guī)則幾何外形的固體叫做晶體.在晶體內(nèi)部，構(gòu)成晶體的微粒在空間呈有規(guī)則的排列。因此，晶體規(guī)則的幾何外形是其內(nèi)部構(gòu)成微粒有規(guī)則排列的必然結(jié)果。自然界的固體物質(zhì)有晶態(tài)和非晶態(tài)之分。常見的晶體有離子晶體、分子晶體、原子晶體。(1)離子晶體NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖①概念：離子間通過離子鍵結(jié)合而成的晶體叫做離子晶體。②結(jié)構(gòu)模型：NaCl晶體結(jié)構(gòu)模型如右：在NaCl晶體中每個Na+同時吸引著6個Cl—，每個Cl—也同時吸引著6個Na+.每個Na+周圍與它最近等距的Na+有12個，每個Na+周圍與它最近等距的Cl—有6個，每個Cl-周圍與它最近等距的Cl-有12個。③性質(zhì):具有較高熔沸點，難揮發(fā)、硬而脆，不導(dǎo)電.④常見的物質(zhì)類別：大多數(shù)鹽（如NaCl、CsCl、NH4Cl等)；強堿（如NaOH、KOH等）；活潑金屬氧化物（如MgO、Na2O2）等屬于離子化合物。（2）分子晶體干冰及其晶體結(jié)構(gòu)模型①概念:分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體叫做分子晶體。②結(jié)構(gòu)模型:在CO2晶體中，每個CO2與12個CO2分子等距離相鄰（三個互相垂直的平面上各4個），晶體中存在CO2分子，CO2是表示分子組成的分子式。③性質(zhì)：a.一般而言，硬度較小，易揮發(fā)；b.具有較低的熔沸點；c.固體和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電；d?！跋嗨葡嗳茉怼保悍菢O性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。注意：分子晶體熔化、汽化或溶解時,必須克服分子間的分子間作用力,有的還要克服氫鍵(如H2O等)。④常見物質(zhì)類別：某些非金屬單質(zhì)(如N2、Cl2、O2、硫、磷等)；某些非金屬氧化物(如干冰、SO3)；某些非金屬氫化物（如H2S、冰）；大多數(shù)有機化合物固體；含氧酸（如H2SO4、H3PO4）.(3）原子晶體①概念:相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，叫做原子晶體。②結(jié)構(gòu)模型二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)模型a。在SiO2晶體中，1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵,每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子,同時，每個O原子跟2個Si原子結(jié)合(硅為四價，氧為二價）。實際上，SiO2晶體由Si原子和O原子按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體(如右圖所示）最小的環(huán)上有12個原子。b.在金剛石晶體里，每個碳原子都被相鄰的4個碳原子包圍，以共價鍵跟4個碳原子結(jié)合，形成正四面體,被包圍的碳原子處于正四面體的中心。這些正四面體結(jié)構(gòu)向空間發(fā)展，構(gòu)成一個堅實、彼此聯(lián)結(jié)的空間網(wǎng)狀晶體（如下圖所示).最小的碳環(huán)上有6個碳原子.晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似.金剛石及其晶體結(jié)構(gòu)模型注意：原子晶體中的微粒是原子，這些原子以共價鍵結(jié)合向空間發(fā)展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此，在晶體中不存在單個分子.所以原子晶體的化學式（如SiO2代表二氧化硅中硅元素和氧元素原子個數(shù)比為1∶2）,并不代表分子。③性質(zhì):a。一般都具有很高的熔點和沸點；b。難溶于水;c.硬度大。注意:原子晶體熔化時，必須克服原子間的共價鍵（極性鍵或非極性鍵）。④常見物質(zhì)類別:某些非金屬單質(zhì)（如金剛石、硅、硼）；此外還有石英(SiO2）、金剛砂（SiC)等.活學巧用1。科學家們最近發(fā)現(xiàn)一種新分子，具有空心類似足球狀的結(jié)構(gòu),其化學式為C60。下列說法不正確的是()A。C60是一種有機物B.它的相對分子質(zhì)量為720C。它的化學性質(zhì)和金剛石相似D。C60和金剛石、石墨一樣，都是由碳元素組成的單質(zhì)思路解析：依題意,C60是一種分子。從其化學式可知，一個C60分子由60個碳原子構(gòu)成，C60應(yīng)是碳的單質(zhì),不屬于有機物。答案：A2.科學家發(fā)現(xiàn)C60后，近年又合成了許多球形分子(富勒烯），如C50、C70、C120、C540等，它們互稱為(）A.同系物B.同分異構(gòu)體C。同素異形體D.同位素思路解析：這些球形分子分子式不同,也不相差若干個CH2原子團，A、B不對;它們都是由碳元素的原子組成的單質(zhì),故D不正確.答案：C3。據(jù)報道，近期我國研制出,在此領(lǐng)域居世界前列。下列有關(guān)敘述正確的是（）A。與氧互為同位素B.與氧氣具有相同的化學性質(zhì)C.與氧氣互為同素異形體D。與同質(zhì)量的氧氣具有相同的體積（同溫同壓下)思路解析：是由構(gòu)成的重氧分子，與普通氧氣分子具有相同的化學性質(zhì)，也是由氧元素組成的同種單質(zhì),與普通氧氣分子不能互稱為同素異形體。但與O2的摩爾質(zhì)量不同，故與同質(zhì)量的氧氣的物質(zhì)的量不同，必然同溫同壓下，其體積不同。只有與才互為同位素。答案:B4。怎么用實驗證明金剛石和石墨互為同素異形體？思路解析：由于金剛石和石墨都是由碳元素組成的單質(zhì)，故必須證明其含有相同的元素,可利用其化學性質(zhì)相似的原理及相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律來證明。答案:（1）將金剛石和石墨分別放在充滿氧氣的密閉容器里，使它們在容器里充分燃燒，測得產(chǎn)物均為CO2，且測定CO2里所含碳元素的質(zhì)量，恰好等于燃燒掉的金剛石或石墨的質(zhì)量。（2）隔絕空氣,金剛石和石墨能相互轉(zhuǎn)化石墨金剛石(3)金剛石堅硬、不導(dǎo)電,石黑質(zhì)軟、能導(dǎo)電，故是兩種不同的單質(zhì).5?；橥之悩?gòu)體的物質(zhì)一定不可能具有(）A.相同的分子式B。相同的結(jié)構(gòu)C。相似的化學性質(zhì)D。相同的相對分子質(zhì)量思路解析：互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)的分子式相同,其相對分子質(zhì)量也相同；互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，其化學性質(zhì)不一定相似。答案:B6.下列各組物質(zhì)中，兩者互為同分異構(gòu)體的是()①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O②NH4CNO與CO（NH2)2④與A.①②③B。②③④C。①③④D。①②④思路解析：分子式必須相同而結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)才互稱為同分異構(gòu)體。①中化學式不同,CuSO4為離子化合物，并無分子存在；②、③、④各組中，兩者的分子式相同，但結(jié)構(gòu)不同，故兩者互為同分異構(gòu)體。答案：B7。下列關(guān)于晶體的敘述中，錯誤的是(）A.離子晶體中一定存在離子鍵B。原子晶體中肯定不存在極性共價鍵C.含有金屬元素的離子不一定都是陽離子D.含有非金屬元素的離子不一定都是陰離子思路解析：離子晶體是陰、陽離子間通過離子鍵結(jié)合而成的晶體，因此，離子晶體中一定存在離子鍵.原子晶體，既可以是同種元素的原子之間通過共價鍵結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體（如晶體硅、金剛石），也可以是不同元素的原子之間通過共價鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體（如二氧化硅、碳化硅）。故原子晶體中既可以存在非極性共價鍵，也可以存在極性共價鍵。含有金屬元素的離子不一定都是陽離子，如、;含有非金屬元素的離子也可以有陽離子，如、H+。答案：B8.下列各組物質(zhì)的晶體中,化學鍵的類型相同，晶體類型也相同的是（)A。SO2和SiO2B.CO2和H2OC.NaCl和HClD.CCl4和KCl思路解析：從晶體類型上分析:SO2、CO2、H2O、HCl、CCl4均為分子晶體，SiO2為原子晶體，KCl、NaCl為離子晶體,且CO2、H2O中均含有極性共價鍵。故只有B組符合題意。答案：B9.SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4類似，對其作出如下推測,其中不正確的是()A.SiCl4晶體是分子晶體B.常溫常壓下SiCl4是氣體C.SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子D.SiCl4熔點高于CCl4思路解析：SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4類似,應(yīng)是由極性鍵形成的非極性分子，固態(tài)時為分子晶體;由于SiCl4的相對分子質(zhì)量大于CCl4的相對分子質(zhì)量，則SiCl4晶體中,分子間的分子間作用力大于CCl4間的分子間作用力，故SiCl4的熔沸點高于CCl4;由于CCl4為液態(tài),故SiCl4不可能為氣態(tài)，只可能是液態(tài)或固態(tài)。答案：B10。下圖中直線交點處的圓圈為氯化鈉晶體中鈉離子或氯離子所處的位置。請將其中代表鈉離子的圓圈涂黑(不考慮體積大小)，以完成氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)示意圖.晶體中，在每個鈉離子周圍與它最接近的且距離相等的鈉離子共有__________個.已知鈉離子和氯離子的核間距為acm，則鈉離子與鈉離子的最短的核間距是__________cm.思路解析：這樣的涂黑結(jié)果會有下面兩種不同的圖形：一種處于立方體中心的是鈉離子，另一種則是立方體中心的是氯離子。如果是前一種圖形,對第二個問題的回答將比較方便；如果是后一種,回答第二個問題時將會困難一些。因此，這兩種涂黑均是正確的