(共57张PPT)
第三单元 从微观结构看物质的多样性
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。
成键方式
排列方式
差异分析
碳原子的_________和_________不同
【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CuSO4·3H2O
②NH4CNO与CO(NH2)2
A.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1
000多摄氏度。
②共价晶体熔点高,常在1
000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
(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CH42.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P4
C.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中氢原子最外层具有2电子稳
定结构,C错误;NaHSO4晶体溶于水时,完全电离出Na+、H+和
,离子键和共价
键均被破坏,D错误。
5.(教材二次开发·教材习题改编)下列说法不正确的是
( )
A.Mg2+和S2―的最外电子层都形成了8个电子的稳定结构
B.石英和金刚石都是原子间通过共价键结合形成的共价晶体
C.浓H2SO4和H2O混合时放出热量与微粒之间的作用力有关
D.H2O2易分解是因为H2O2分子间作用力弱
【解析】选D。Mg2+和S2―分别为镁原子和硫原子失、得两个电子形成的8电子稳定结构,A正确;石英和金刚石都是共价晶体,是原子通过共价键结合形成的,B正确;浓H2SO4和H2O混合时,浓H2SO4发生电离破坏的是共价键,属于微粒间的作用力,C正确;H2O2分解破坏共价键,不属于分子间作用力,D错误。
素养新思维
6.氮化铝(AlN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。
在一定条件下,氮化铝可通过如下反应合成:Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO。回答
下列问题:
(1)在氮化铝的合成反应中,每生成2
mol
AlN,N2得到________mol电子。?
(2)氮化铝晶体属于______晶体。?
【解析】在反应中N的化合价从0价降到-3价,每生成2
mol
AlN应得到6
mol电
子;耐高温、抗冲击是共价晶体所具备的性质。
答案:(1)6 (2)共价课时素养评价
二十八 从微观结构看物质的多样性
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.我国科学家成功地合成了3
mm长的管状定向碳纳米管,长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的)、熔点高、化学稳定性好的特点,因此被称为“超级纤维”。下列关于碳纤维的说法不正确的是
( )
A.它是制造飞机的理想材料
B.它的主要组分是碳,与足球烯互为同素异形体
C.它的结构和石墨相似,二者的晶体类型相同
D.碳纤维复合材料不溶于水
【解析】选C。性质决定用途,A正确,B正确;石墨为片层结构,而“碳纤维”为纤维状结构,二者不同,C错误;碳纤维复合材料不溶于水,D正确。
2.下列物质互为同分异构体的是
( )
A.氧气和臭氧
B.正丁烷和异丁烷
C.CH4和C2H4
D.1H和2H
【解析】选B。氧气和臭氧互称同素异形体,A错误;正丁烷和异丁烷互称同分异构体,B正确;CH4和C2H4分子式不同,不可能是同分异构体,C错误;1H和2H属于同位素,D错误。
3.(教材二次开发·原创题)根据下表中给出的几种物质的熔沸点数据,判断下列说法错误的是
( )
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质硼
熔点/℃
810
710
180
-68
2
300
沸点/℃
1
465
1
418
160
57
2
500
A.SiCl4可能是分子晶体
B.单质硼可能是共价晶体
C.AlCl3加热能升华
D.NaCl的键的强度比MgCl2的小
【解析】选D。从表中所给的熔沸点数据可知SiCl4可能是分子晶体,A正确;单质硼可能是共价晶体,B正确;AlCl3的沸点低于熔点,可升华,C正确;NaCl的熔沸点高于MgCl2,表明NaCl的键的强度比MgCl2的大,D错误。
4.下列说法正确的是
( )
A.CaCl2中既有离子键又有共价键,所以CaCl2属于离子化合物
B.H2O汽化成水蒸气、分解为H2和O2,都需要破坏共价键
C.C4H10的两种同分异构体因为分子间作用力大小不同,因而沸点不同
D.SiC和SO3都是共价化合物,均属于共价晶体
【解析】选C。CaCl2中只有离子键,无共价键,A错误;H2O汽化成水蒸气,只克服分子间作用力,不破坏共价键,B错误;分子间作用力直接影响分子晶体的熔沸点,C正确;SiC属于共价晶体,SO3属于分子晶体,D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.现有①BaCl2 ②金刚石 ③NH4Cl ④Na2SO4 ⑤干冰 ⑥碘片六种物质,按要求完成下列问题:
(1)熔化时不需要破坏化学键的是________,熔化时需要破坏共价键的是________,熔点最高的是________,熔点最低的是________。?
(2)属于离子化合物的是________,只有离子键的物质是________,晶体以分子间作用力结合的是________。?
(3)①的电子式是____________,⑤的电子式是________。?
【解析】熔化时不需要破坏化学键的物质属于分子晶体,分子晶体内分子间以分子间作用力相结合;熔化时需要破坏共价键的物质属于共价晶体。
答案:(1)⑤⑥ ② ② ⑤
(2)①③④ ① ⑤⑥
(3)]-Ba2+]-
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
6.水的状态除了气、液和固态外,还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165
K时形成的,玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同。有关玻璃态水的叙述正确的是
( )
A.水由液态变为玻璃态,体积缩小
B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀
C.玻璃态是水的一种特殊状态
D.玻璃态水是分子晶体
【解析】选C。根据玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,说明玻璃态的水不是分子晶体,且体积没有多大的变化,A、B、D错误。
7.(双选)下列说法错误的是
( )
A.金刚石和石墨互为同素异形体,熔点和硬度都很高
B.HF的热稳定性比HCl强,是由于氟元素的非金属性大于氯的非金属性
C.HNO3、KHCO3的水溶液都能导电,所以它们都属于离子化合物
D.甲烷、乙醇都是共价化合物,它们的晶体都属于分子晶体
【解析】选A、C。石墨的硬度很小,A错误;HF的热稳定性比HCl强,是由于氟元素的非金属性大于氯的非金属性,B正确;HNO3是共价化合物,C错误;甲烷、乙醇都属于分子晶体,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共8分)
8.X、Q、R、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,其中只有三种为金属元素;X原子的最外层电子数与次外层电子数相等;X与W、Y与Z这两对原子的最外层电子数之和均为9;Q、Z属于同主族,R、Y、Z、W属于同周期,且R、Y相邻,Z、W相邻,单质Y和W都可与浓的NaOH溶液反应。请回答下列问题:
(1)已知元素Y、W形成的化合物YW3熔沸点较低,易升华,且在熔融状态下不导电,则该化合物是通过________(填“离子”“共价”)键形成的晶体,属于________(填“共价”“离子”“分子”“金属”)晶体。?
(2)Z、W能形成ZW2的化合物,则ZW2的电子式是________,它在常温下呈液态,形成晶体时,属于________晶体。?
(3)Q、Y形成化合物的化学式为____________。?
(4)X与Y化学性质相似,则X与浓的NaOH溶液反应的化学方程式是?__________
______________________,?单质X形成晶体时,属于________晶体。?
【解析】根据题意推断X是Be、Q是氧、R是镁、Y是铝、Z是硫、W是氯。
(1)化合物YW3为氯化铝,因熔沸点较低,易升华且在熔融状态下不导电,故氯化铝属于分子晶体。
(2)Z、W能形成的化合物化学式为SCl2,属于分子晶体。
(3)Q、Y形成化合物的化学式为Al2O3。
(4)Be与浓的NaOH溶液反应的化学方程式是Be+2NaOHNa2BeO2+H2↑;单质铝是金属晶体。
答案:(1)共价 分子
(2 分子
(3)Al2O3
(4)Be+2NaOHNa2BeO2+H2↑ 金属
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