新苏教版高中化学必修1课件1：5.3 从微观结构看物质的多样性

第三单元从微观结构看物质的多样性学习目标1.知道同素异形现象、同分异构体的概念。2.认识物质的结构决定性质，性质的特点体现结构的特点。3.认识不同类型的晶体。一、同素异形现象1.同素异形现象:同一种元素能够形成几种不同的单质的现象。2.同素异形体: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。必备知识·自主学习3.常见的同素异形体(1)碳的同素异形体:金刚石、石墨、足球烯(C60)(2)氧的同素异形体:O2和O3。(3)磷的同素异形体:白磷和红磷。差异分析碳原子的_________和_________不同成键方式排列方式【自主探索】1.(知识关联)氕、氘、氚形成的氢气单质互称为同素异形体吗?提示:不是。因为形成的H2结构相同,性质相同。2.(情境思考)白磷是一种非常活泼的非金属单质,常温下在空气中能自燃。白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却,可得灰黑色固体——黑磷,其转化过程如下:白磷黑磷,黑磷性质稳定,结构与石墨相似。黑磷是否能导电?白磷转化为黑磷是物理变化还是化学变化?提示:能;化学变化。黑磷结构与石墨相似,故性质相似,即能导电。二、同分异构现象1.同分异构现象:化合物具有相同的_______,但具有不同_____的现象。2.同分异构体——“一同一不同”(1)一同:_______相同。(2)一不同:_____不同。分子式结构分子式结构3.常见的同分异构体(1)正丁烷和异丁烷(2)乙醇和二甲醚【自主探索】1.(知识关联)互为同分异构体的物质相对分子质量一定相同,但相对分子质量相同的物质其分子式一定相同吗?提示:不一定。如H2SO4与H3PO4的相对分子质量均为98。2.(情境思考)同分异构体是造成有机物种类繁多的原因之一,是否只有有机物才存在同分异构现象?提示:不是。如氰酸铵(NH4CNO)与尿素[CO(NH2)2]互为同分异构体。三、晶体与非晶体1.晶体2.晶体的结构与性质特点3.常见的晶体(1)离子晶体①概念:由_______离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。②性质:熔点较___、硬度较___。固态时不导电,在熔融状态下或水溶液中能够_____。③微粒间的作用力:离子键。阴、阳高大导电(2)分子晶体①概念:由_____________________的晶体。分子晶体是分子之间依靠______________按一定规则排列形成的。②性质:熔、沸点较___、硬度较___,不能导电。③微粒间的作用力:分子间作用力、氢键。分子构成的物质所形成分子间作用力低小(3)共价晶体①概念:原子间以共价键结合并以一定方式有规则排列成空间网状结构的晶体。②性质:熔点___、硬度___、不能导电。③微粒间的作用力:共价键。(4)金属晶体①概念:金属阳离子和自由电子通过强烈的作用结合形成的晶体。②性质:有金属光泽、能导电、传热,有延展性等。高大【自主探索】1.(教材二次开发)二氧化碳、二氧化硅都是ⅣA族元素的氧化物,但二者的物理性质相差较大,你知道是什么原因吗?试比较二者熔点的高低。提示:CO2属于分子晶体而SiO2属于共价晶体,故二者物理性质差别较大。SiO2的熔点高于CO2。2.(知识关联)离子晶体中的作用力最多可能有几种?提示:两种。离子晶体一定含离子键,可能含共价键,如NaCl只含离子键,如NaOH、Na2O2含离子键、共价键。关键能力·合作学习知识点一同素异形体与同分异构体

1.同素异形体(1)产生同素异形现象的原因①组成分子的原子个数不同,如氧气(O2)和臭氧(O3)。②晶体中原子的成键方式和排列方式不同,如金刚石和石墨。(2)同素异形体的“同”“异”的含义①“同”——指元素相同;②“异”——指形成单质不同,结构不同,性质有差异。(3)同素异形体的“结构决定性质”①同素异形体的结构不同,性质存在差异。②物理性质不同,化学性质有的相似,有的相差较大。(4)有单质参加或有单质生成的反应不一定为氧化还原反应:如3O2

2O3。2.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)从结构看:互为同分异构体的化合物,空间结构不同。(3)从性质看:互为同分异构体的化合物,物理性质不同,如正丁烷的沸点比异丁烷的高,是由于正丁烷呈锯齿状,分子间距离小,分子间作用力大,沸点高。异丁烷趋于球形,分子间距离大,分子间作用力小,沸点低。其化学性质不一定相同。【合作探究】

(情境应用)SO2是最常见的硫氧化物,无色,有强烈刺激性的有毒气体,大气主要污染物之一。在空气灰尘的催化下,SO2可以转化为SO3,SO2、SO3是否互为同素异形体?(证据推理与模型认知)提示:不是。SO2、SO3是化合物。【典例示范】【典例】下列各组物质中,两者互为同分异构体的是 (

)①CuSO4·5H2O与CuSO4·3H2O②NH4CNO与CO(NH2)2A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)理解同分异构体的概念。(2)注意“同分”“异构”的含义。【解析】选B。分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体;①中化学式不同;②③④各组中,两者的分子式相同,但结构不同,故两者互为同分异构体。【母题追问】化合物NH4CNO和CO(NH2)2都属于离子化合物吗?提示:NH4CNO是离子化合物,CO(NH2)2是共价化合物。【规律方法】同分异构体的理解(1)两化合物互为同分异构体的必备条件有两点:①两者的分子式相同;②两者的结构不同。(2)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。【素养训练】澳大利亚研究人员开发出被称为第五形态的固体碳——纳米泡沫碳,它的外形类似海绵,密度极小,并具有磁性。纳米泡沫碳与金刚石是同分异构体吗?提示:不是。纳米泡沫碳和金刚石都是碳单质,互为同素异形体。知识点二晶体非晶体

1.物质熔化、汽化时破坏的作用力(1)离子晶体熔化、汽化时破坏的是离子键,共价晶体熔化、汽化时破坏的是共价键,所以离子晶体、共价晶体的熔、沸点较高。(2)分子晶体熔化、汽化时破坏的是分子间作用力和氢键,分子晶体的熔、沸点较低。(3)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。2.离子晶体的典型特征是在熔融状态下能够导电。3.晶体类型的判断方法(1)依据晶体的组成微粒和微粒间的相互作用判断①阴、阳离子～离子键→离子晶体②原子～共价键→共价晶体③分子～分子间作用力→分子晶体④金属阳离子、自由电子～金属键→金属晶体(2)依据物质的类别判断①金属氧化物、强碱、绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。③金刚石、晶体硅、碳化硅(SiC)、二氧化硅等是共价晶体。④金属单质与合金是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断①离子晶体的熔点较高,常在几百至1000多摄氏度。②共价晶体熔点高,常在1000至几千摄氏度。③分子晶体熔点低,常在几百摄氏度以下至很低温度。④金属晶体多数熔点高,部分较低,如汞常温下为液态。(4)依据导电性判断①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电;金属晶体是电的良导体。②共价晶体、分子晶体一般不导电。(5)依据硬度和机械性能判断①离子晶体硬度较大或略硬而脆。②共价晶体硬度大。③分子晶体硬度小且较脆。④金属晶体多数硬度大,且具有延展性。【方法指导】物质熔、沸点高低的比较1.对于晶体类型不同的物质,一般来讲:共价晶体>离子晶体>分子晶体,而金属晶体的熔点范围很广。(1)共价晶体:形成共价晶体的原子半径越小,共价键越稳定,物质熔、沸点越高,反之越低。如金刚石(C—C)>碳化硅(Si—C)>晶体硅(Si—Si)。(2)离子晶体:离子晶体中阴、阳离子半径越小,电荷数越多,则离子键越强,熔、沸点越高,反之越低。如KF>KCl>KBr>KI。(3)金属晶体:金属晶体中金属原子的价电子数越多,原子半径越小,熔、沸点越高,反之越低。如Na<Mg<Al。合金的熔、沸点一般来说比它各成分纯金属的熔、沸点低。如铝硅合金<纯铝(或纯硅)。(4)分子晶体:分子晶体分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高,反之越低(具有氢键的分子晶体,熔、沸点反常高)。如H2O>H2Te>H2Se>H2S,C2H5OH>CH3OCH3。组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越强,物质的熔、沸点越高。如CH4<SiH4<GeH4<SnH4。2.不同状态的物质熔、沸点:固体>液态>气态。3.注意事项:(1)分子晶体:物质的稳定性≠物质的熔、沸点,因为物质的稳定性与化学键有关,而物质的熔、沸点与微粒间作用力有关。(2)共价晶体熔、沸点与化学键有关。【合作探究】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)金刚石和冰均为共价晶体。 (

)提示:×。冰为分子晶体。(2)HCl溶于水能电离出H+和Cl-,HCl属于离子晶体。 (

)提示:×。HCl属于分子晶体。(3)三氧化硫是分子晶体,其溶于水的过程只需克服分子间作用力。 (

)提示:×。三氧化硫溶于水生成硫酸的过程发生化学变化,克服的是化学键。(4)石英是由硅原子和氧原子构成的共价晶体,加热熔化时需破坏共价键。 (

)提示:√。共价晶体之间的作用力是共价键,熔化时需破坏共价键。【典例示范】【典例】下表所列物质的晶体类型全部正确的一组是 (

)共价晶体离子晶体分子晶体A氯化硅磷酸单质硫B单晶硅碳酸氢铵白磷C金刚石尿素冰D铁烧碱冰醋酸【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)熟悉晶体类型的概念。(2)明确四种晶体类型的判断方法。【解析】选B。A项SiCl4、H3PO4、单质硫均为分子晶体;C项尿素属于分子晶体;D项铁属于金属晶体。【母题追问】SiCl4受热分解的过程中,需要克服哪种作用力?提示:共价键。SiCl4受热分解的过程中,发生化学键的断裂,克服的是共价键。【素养训练】一种新型材料B4C3,可用于制作切削工具和高温热交换器,推断B4C3属于哪种类型的晶体?提示:共价晶体。B4C3可用于制作切削工具和高温热交换器,说明它的硬度大,熔、沸点高,所以它是共价晶体。【课堂小结】三言两语话重点1.同位素、同素异形体和同分异构体的区别2.四种常见的晶体类型离子晶体、共价晶体、分子晶体、金属晶体课堂检测·素养达标1.关于金刚石、石墨、C60的下列说法中,不正确的是 (

)A.它们都是由碳元素组成的单质B.它们都是电的良导体C.它们原子的排列方式各不相同D.它们的化学性质几乎相同【解析】选B。金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质,它们都是由碳元素组成的同素异形体;由于其结构中各原子的排列方式不同,其物理性质差异较大,如金刚石不导电,石墨能导电等。但它们的化学性质几乎完全相同,如都能在一定条件下与O2完全反应生成二氧化碳。【补偿训练】科学家发现C60后,近年又合成了许多球形分子,如C50、C70、C120、C540等,它们互称为 (

)A.同一种物质 B.同分异构体C.同素异形体 D.同位素【解析】选C。C60与C50、C70、C120、C540均是由碳元素组成的不同单质,互为同素异形体。2.下列各对物质中,属于同分异构体的是 (

)A.白磷和红磷B.干冰和CO2【解析】选D。白磷和红磷属于同素异形体,A错误;干冰和CO2是同一种物质,只是状态不同,B错误;C项中两者属于同一种物质;D项中两者的分子式均为C6H14,但结构不同,属于同分异构体。【补偿训练】下面列出了几组物质或微粒,请将合适的序号填写在空格上。①金刚石与“足球烯”(C60);②D与T;③16O、17O和18O;④氧气(O2)与臭氧(O3);⑤乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。(1)是同素异形体的为________。(2)是同位素的为________。(3)是同分异构体的为________。【解析】(1)由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体,则是同素异形体的为金刚石与“足球烯”(C60),氧气(O2)与臭氧(O3)。(2)质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素,则是同位素的是D与T,16O、17O和18O。(3)分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体,则是同分异构体的为乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。答案:(1)①④

(2)②③

(3)⑤

3.(双选)闪电时空气中有臭氧生成。下列说法正确的是 (

)A.O3和O2互为同位素B.O2比O3稳定C.等体积O3和O2含有相同质子数D.O3与O2的相互转变是化学变化【解析】选B、D。O2和O3互为同素异形体,A错误;闪电时空气中有臭氧生成,说明O2比O3稳定,B正确;温度、压强不确定,不能确定O2、O3的物质的量,也就是不能确定质子数,C错误;同素异形体之间的转化属于化学变化,D正确。【补偿训练】下列各组物质中,不互为同素异形体的是(

)A.金刚石和C60

B.红磷和P4C.O2和O3 D.干冰与冰【解析】选D。干冰是固态CO2,冰为固态水,二者不属于同素异形体。4.下列说法正确的是 (

)A.干冰和硅晶体中的化学键类型相同,熔化时需克服的微粒间的作用力类型也相同B.化学变化发生时,需要断开反应物中的化学键,并形成生成物中的化学键C.CH4和CCl4中,每个原子的最外层都具有8电子稳定结构D.NaHSO4晶体溶于水时,离子键被破坏,共价键不受影响【解析】选B。干冰为分子晶体,硅为共价晶体,二者都只含共价键,熔化时需克服的微粒间的作用力分别为分子间作用力和共价键,A错误;化学反应的本质是旧化学键的断裂,新化学键的形成过程,B正确;CH4中氢原子最外