1.1 物质结构研究的内容（同步讲义）化学苏教版选择性必修2

专题1 解释物质结构的奥秘 第一单元 物质结构研究的内容 教学目标 1．能结合已有知识描述常见物质的结构，分析物质结构与其性质之间的关系。 2．能从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 3．认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。 重点和难点 重点：化学键变化与化学反应。 难点：从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 ◆知识点一 认识物质的特征结构 1．原子结构与元素性质的关系 (1)元素原子__________________的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。 (2)原子结构与元素的金属性和非金属性强弱的关系： 原子半径______，最外层电子数______，失去电子能力______，元素的金属性越强。 原子半径______，最外层电子数______，得到电子能力______，元素的非金属性越强。 (3)实例分析——NaCl的形成 钠原子在化学反应中________最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的______性；氯原子在化学反应中倾向于______1个电子，形成Cl-。 Na+与Cl-通过______作用形成氯化钠晶体。 2．从化学键认识化学反应的本质及过程 (1)化学反应的本质：从____________（反应物）如何转变为____________（生成物）。 (2)研究过程：对反应物、生成物的________进行针对性研究 (3)研究目的：反应物中什么___________上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。 (4)实例分析 ①醇的氧化反应： 乙醇分子中______失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成______，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为____________反应。 ②)固氮研究中反应条件的选择 氮分子含有氮氮三键，在通常条件下很稳定，难以参加化学反应。所以固氮时需要改变反应条件，氮气在高温、高压、催化剂的条件下，能与氢气化合生成NH3，反应的化学方程式是________________________。 【讨论思考】 1．从分子组成上看，乙醇比乙烷多了一个氧原子，但性质差异很大。试依据两种分子的结构作分析。 2．过氧化氢具有强氧化性，其水溶液是医疗上常用的一种消毒液，是生活中常用的漂白剂。写出过氧化氢的电子式和结构式，指出其分子中存在的化学键，试从氧元素化合价的角度解释过氧化氢具有强氧化性的原因。 即学即练 1．关于化学科学的说法，正确的是(　　) A．化学是在质子变化的层次上研究物质的一门基础学科 B．化学学科的特征是从宏观和微观两个角度认识物质 C．化学学科研究物质性质但不能创造出新物质 D．化学学科表征物质的方法与物理学科完全相同 2．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构( ) (2)物质随着人们的认识或研究的发展，经常发生一些小的变化( ) (3)物质有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的( ) (4)原子失去电子数越多，金属性越强，得电子数越多，非金属性越强( ) 3．13C­NMR(核磁共振)、15N­NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构。 (1)13C与15N所含的中子数分别为____________和__________。 (2)13C与12C两者互为______________。 (3)15N与14N的化学性质__________相似(填“是”或“否”)。 ◆知识点二 揭示物质结构与性质的关系 1．物质结构与性质的关系 (1)关系：物质的结构在很大程度上______了物质的某些性质。 (2)物质结构与性质关系的研究过程 2．白磷与红磷的结构与性质 白磷分子（P4）呈_________结构，键角∠PPP是______，其中的P—P键弯曲而具有____________，其键能______，易______，所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。 红磷的______结构比较稳定，常温下不与氧气反应。 3．不同碳单质的结构与用途 (1)金刚石 碳原子间结合______。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可用于切割金属、玻璃。 (2)木炭 碳原子________结合，又称无定型碳。 (3)富勒烯结构 碳原子结合形状呈____________，其中空部分可以填入其他原子或分子。 (4)碳纳米管结构 _________的富勒烯又称碳纳米管，它强度高、弹性佳，应用前景广泛。 (5)石墨 同一层上的碳原子之间形成____________结构并层层重叠，层与层之间引力______，可以滑动，常用作润滑剂。 【讨论思考】 1．为什么分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异很大？例如，乙醇能与金属钠反应放出氢气而二甲醚却不能，乙醇易溶于水而二甲醚却不溶于水。 2．许多磷的化合物的结构与P4的正四面体有关，如白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O6。试从结构上对该反应进行解释。 即学即练 1．金刚石、石墨、C60、碳纳米管均由同一种元素组成，属于________________，其性质差别很大，原因是________________________________，说明__________________________________。 2．下列说法正确的是 (　　) A．红磷转化为白磷，属于物理变化 B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体 C．氧气和臭氧的分子式不同，性质相同 D．硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体 3．下列说法正确的是(　　) A．通常情况下，氮气的性质不活泼是因为氮元素的非金属性很弱 B．1H216O和2H218O表示不同的水分子 C．红磷因P—P键弯曲具有较大的张力，所以有很高的反应活性 D．水很稳定(1 000 ℃以上才会部分分解)是因为水分子间存在大量的氢键 一、化学键与物质的化学性质 化学键主要影响物质的化学性质，因为化学反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响： (1)对于离子化合物，离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。 (2)对于共价化合物或非金属单质，共价键的强弱会影响物质的稳定性。 (3)对于金属晶体，金属键的强弱会影响熔沸点、单质的还原性和离子氧化性。 实践应用 1．从化学键的角度看化学变化的实质是“旧化学键的断裂，新化学键的形成”。下列变化中既有旧化学键断裂，又有新化学键形成的是(　　) A．碘升华 B．酒精溶于水 C．氢氧化钠晶体受热熔化 D．一定条件下O3转化为O2 2．下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是（ ） A．N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大 B．根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子 C．熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的电子 D．研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发 3．如图形象地表示了氯化钠的形成过程。下列相关叙述不正确的是(　　) A．钠原子易失去一个电子，氯原子易得到一个电子 B．钠离子与钠原子有相似的化学性质 C．钠原子与氯原子作用生成NaCl后，其稳定性增强 D．氯化钠是离子化合物 二、物质结构与物质性质的关系 同位素、同素异形体和同分异构体的比较 同位素 同素异形体 同分异构体 定义 质子数相同，中子数不同的原子(核素) 由同一种元素组成的不同单质 分子式相同，结构不同的化合物 对象 原子 单质 化合物 表示其组成的化学用语 核素符号不同 一般用该非金属元素的元素符号表示其单质，有确切分子式的用分子式来表示。 分子式相同 结构 电子层结构相同 单质的组成或结构不同 不同 性质 物理性质不同，化学性质几乎相同 物理性质不同，化学性质相似 物理性质不同，化学性质不一定相同 实践应用 1．下列说法正确的是 (　　) A．红磷转化为白磷，属于物理变化 B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体 C．氧气和臭氧的分子式不同，性质相同 D．硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体 2．科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形结构。O4具有较强的氧化性。下列有关O4的说法正确的是(　　) A．O4与O3、O2互为同分异构体 B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂 C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3 D．O4的两种结构互为同分异构体 考点一 同分异构体和同素异形体 【例1】科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形结构。O4具有较强的氧化性。下列有关O4的说法正确的是(　　) A．O4与O3、O2互为同分异构体 B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂 C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3 D．O4的两种结构互为同分异构体 解题要点 (1)同分异构现象及同分异构体 ①分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。 ②同分异构体的组成和相对分子质量完全相同而分子的结构不同、物理性质和化学性质也不相同。 (2)同素异形体 ①同素异形体指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。 ②同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。 ③同素异形体的类型 a．组成分子的原子数目不同，例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。 b．晶体中原子的排列方式不同，例如：金刚石、石墨和C60。 c．晶体中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。 【变式1-1】重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法错误的是(　　) A．氘(D)原子核外有1个电子 B．1H与D互为同位素 C．H2O与D2O互为同素异形体 D．HO与DO的相对分子质量相同 【变式1-2】最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA 来杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS）。下列有关14C的叙述中正确的是（ ） A．与12C 原子的化学性质不同 B．与14N含有的中子数相同 C．是C60 的同素异形体 D．与12C互为同位素 基础达标 1．金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异，原因是(　　) A.它们是由不同种元素构成的 B.它们各自的原子排列方式不同 C.它们具有不同的几何外形 D.石墨能导电而金刚石不能 2．石墨炸弹的成分是特殊处理的纯碳纤维丝，每根石墨纤维丝的直径仅有几千分之一厘米。一旦爆炸，里面的石墨纤维丝四处散落，附着在输电线路上时，引起短路从而烧毁其电力设备。石墨有这种性质是由于(　　) A．有放射性　　 B．易燃、易爆 C．能导电 D．有剧毒 3．13C-NMR(核磁共振)、15N-NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得了2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是(　　) A．13C与15N有相同的中子数 B．13C与C60互为同素异形体 C．15N与14N互为同位素 D．15N的核外电子数与中子数相同 4．下列表达方式正确的是(　　) A．用电子式表示HCl的形成过程： B．质子数为17、中子数为20的氯原子：Cl C．HClO的结构式：H—O—Cl D．NH4Cl的电子式： 5．碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途不正确的是(　　) A．用它可做成攀登月球的“太空天梯” B．能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题 C．作为优秀的绝缘材料 D．制成电脑芯片可大大提升计算机系统的计算能力 6．科学家发现由磷原子构成的黑磷(黑磷的磷原子二维结构如图)是比石墨烯更好的新型二维半导体材料。下列说法正确的是(　　) A．黑磷属于化合物 B．黑磷导电属于化学变化 C．黑磷高温下在空气中可以稳定存在 D．黑磷与白磷互为同素异形体 7．核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是(　　) A．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、12C C．12C、32S、19F D．1H、13C、35Cl 8．下列说法正确的是(　　) A．H2O的沸点较高是因为水分子间存在较强的化学键 B．HCl气体溶于水后，共价键被破坏，形成了H＋和Cl－ C．H2S分子中所有原子最外电子层都具有8电子的稳定结构 D．NaOH和MgCl2所含化学键类型完全相同 9．下列有关物质性质、结构的表述均正确，且存在因果关系的是(　　) 选项 表述Ⅰ 表述Ⅱ A NaCl的水溶液能导电 NaCl溶于水后在电流的作用下产生自由移动动的Na＋、Cl－ B 通常条件下，CH4分子比PbH4分子稳定性高 Pb与C位于同一主族，Pb的非金属性弱于C，CH4比PbH4稳定 C 在形成化合物时，同一主族元素的化合价相同 同一主族元素原子的最外层电子数相同 D P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电 P4O10、C6H12O6均属于共价化合物 10．揭示原子内部结构的奥秘，有助于我们理解所处的物质世界。 (1)上表中元素f的氢化物的电子式是________，此氢化物的热稳定性比元素g的氢化物的热稳定性________(填“强”或“弱”)。 (2)某元素形成的气态氢化物中氢的含量是所有氢化物中最高的，该元素形成的化合物种类也最多，该元素是________(填编号)。该元素有多种同位素，在理论上和科学上均有重要的应用，写出其中两种用途________________________________________。 (3)α粒子是________(填编号)原子所形成的一种粒子，1909年，卢瑟福等人做了用α粒子轰击金箔的实验，从而提出原子结构的行星模型，下列选项中能正确表示这种模型的是________。 综合应用 11．人类发现碳纳米管以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图： “石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是(　　) A．碳纳米管具有较强的吸附能力 B．碳纳米管具有高的沸点 C．碳纳米管不能导电 D．碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应 12．已知下列数据： 碳原子核间距离/10－10 m 断裂碳碳键所需能量/(kJ·mol－1) H3C—CH3 1.54 348 H2C==CH2 1.33 615 HC≡CH 1.20 812 下列事实可用上述数据解释的是(　　) A．乙烯的熔、沸点比乙烷的低 B．乙炔在水中的溶解度比乙烯的大 C．乙炔燃烧时有浓烟产生 D．乙烯、乙炔都易发生加成反应 13．下列说法正确的是(　　) A．HO和HO互为同位素 B．金刚石和金刚烷互为同素异形体 C．符合通式CnH2n＋2且n不同的烃，不一定属于同系物(n≥1) D．CH3COOCH2CH3和CH3OOCCH2CH3互为同分异构体 拓展培优 14．科学家根据自然界存在的N2制取N3，其后又陆续制取出N5、含N的化合物及N60，N极不稳定，需保存在－80 ℃的干冰中；N由于其极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”；N60与C60结构相似，并在受热或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在瞬间释放出来。分析上述材料，下列说法不正确的是(　　) A．N常温下会剧烈爆炸，体积急剧膨胀，放出大量的热 B．N60的发现开辟了能源世界的新天地，将来可能成为很好的火箭燃料 C．N2、N3、N5、N、N60互为同素异形体 D．含N的化合物中既有离子键又有共价键 15．NH3是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，N2分子被光催化材料捕获进而实现N2―→NH3的转化(过程如图)。下列说法错误的是(　　) A．N2在光催化材料表面断开了N≡N键 B．该反应中，N2被还原 C．该反应过程中有旧化学键断裂和新化学键形成 D．该反应的类型是化合反应 16．据报道，科研人员应用电子计算机模拟出了类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮原子之间均以氮氮共价键结合三个氮原子，所有的氮原子都具有最外层为8个电子的稳定结构。N—N键键能为167 kJ·mol－1，N==N键键能为418 kJ·mol－1，N≡N键键能为942 kJ·mol－1。 试回答： (1)根据键能和物质化学变化中的能量变化原理计算，1 mol N60全部分解为N2所吸收或放出的能量(热量)为________ kJ。 (2)根据(1)的计算结论推断，下列N60的用途正确的是________(填字母)。 A．可用作高能炸药 B．可用作高能燃料 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题1 解释物质结构的奥秘 第一单元 物质结构研究的内容 教学目标 1．能结合已有知识描述常见物质的结构，分析物质结构与其性质之间的关系。 2．能从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 3．认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。 重点和难点 重点：化学键变化与化学反应。 难点：从微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。 ◆知识点一 认识物质的特征结构 1．原子结构与元素性质的关系 (1)元素原子最外层电子排布的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。 (2)原子结构与元素的金属性和非金属性强弱的关系： 原子半径越大，最外层电子数越少，失去电子能力越强，元素的金属性越强。 原子半径越小，最外层电子数越多，得到电子能力越强，元素的非金属性越强。 (3)实例分析——NaCl的形成 钠原子在化学反应中易失去最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的金属性；氯原子在化学反应中倾向于获得1个电子，形成Cl-。 Na+与Cl-通过静电作用形成氯化钠晶体。 2．从化学键认识化学反应的本质及过程 (1)化学反应的本质：从一种结构（反应物）如何转变为另一种新的结构（生成物）。 (2)研究过程：对反应物、生成物的特征结构进行针对性研究 (3)研究目的：反应物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。 (4)实例分析 ①醇的氧化反应： 乙醇分子中—OH失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成C=O，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为氧化（去氢）反应。 ②)固氮研究中反应条件的选择 氮分子含有氮氮三键，在通常条件下很稳定，难以参加化学反应。所以固氮时需要改变反应条件，氮气在高温、高压、催化剂的条件下，能与氢气化合生成NH3，反应的化学方程式是N2＋3H22NH3。 【讨论思考】 1．从分子组成上看，乙醇比乙烷多了一个氧原子，但性质差异很大。试依据两种分子的结构作分析。 乙醇的结构为：，乙烷的结构为： 由于乙醇分子中存在—OH，因此乙醇熔沸点明显高于乙烷，易溶于水，O原子吸引电子能力大于C原子，因此在化学变化中C-O键和O-H易断裂，化学性质比乙烷活泼。 2．过氧化氢具有强氧化性，其水溶液是医疗上常用的一种消毒液，是生活中常用的漂白剂。写出过氧化氢的电子式和结构式，指出其分子中存在的化学键，试从氧元素化合价的角度解释过氧化氢具有强氧化性的原因。 ，H—O—O—H。过氧化氢分子中存在两个O—H键和一个O—O键。分子中氧的化合价为－1价，容易得一个电子形成稳定的－2价氧原子，因而过氧化氢具有强氧化性。 即学即练 1．关于化学科学的说法，正确的是(　　) A．化学是在质子变化的层次上研究物质的一门基础学科 B．化学学科的特征是从宏观和微观两个角度认识物质 C．化学学科研究物质性质但不能创造出新物质 D．化学学科表征物质的方法与物理学科完全相同 答案　B 2．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构( × ) (2)物质随着人们的认识或研究的发展，经常发生一些小的变化( √ ) (3)物质有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的( × ) (4)原子失去电子数越多，金属性越强，得电子数越多，非金属性越强( × ) 3．13C­NMR(核磁共振)、15N­NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构。 (1)13C与15N所含的中子数分别为____________和__________。 (2)13C与12C两者互为______________。 (3)15N与14N的化学性质__________相似(填“是”或“否”)。 答案 (1)7　8　(2)同位素　(3)是 ◆知识点二 揭示物质结构与性质的关系 1．物质结构与性质的关系 (1)关系：物质的结构在很大程度上决定了物质的某些性质。 (2)物质结构与性质关系的研究过程 2．白磷与红磷的结构与性质 白磷分子（P4）呈正四面体结构，键角∠PPP是60°，其中的P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，所以白磷在常温、常压下有很高的反应活性。 红磷的链状结构比较稳定，常温下不与氧气反应。 3．不同碳单质的结构与用途 (1)金刚石 碳原子间结合牢固。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可用于切割金属、玻璃。 (2)木炭 碳原子不规则结合，又称无定型碳。 (3)富勒烯结构 碳原子结合形状呈中空足球状，其中空部分可以填入其他原子或分子。 (4)碳纳米管结构 中空管状的富勒烯又称碳纳米管，它强度高、弹性佳，应用前景广泛。 (5)石墨 同一层上的碳原子之间形成六边形网状结构并层层重叠，层与层之间引力微弱，可以滑动，常用作润滑剂。 【讨论思考】 1．为什么分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异很大？例如，乙醇能与金属钠反应放出氢气而二甲醚却不能，乙醇易溶于水而二甲醚却不溶于水。 乙醇的结构式为，二甲醚的结构式为，由于组成乙醇、二甲醚的微粒的排列方式不同，造成它们的性质差异很大；在乙醇中含有—OH，所以能和Na反应放出H2，—OH能和H2O之间形成氢键，所以乙醇易溶于水。 2．许多磷的化合物的结构与P4的正四面体有关，如白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O6。试从结构上对该反应进行解释。 白磷的正四面体结构为，其中因P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，每个P—P键之间插入1个O原子，所以生成物之一为P4O6。 即学即练 1．金刚石、石墨、C60、碳纳米管均由同一种元素组成，属于________________，其性质差别很大，原因是________________________________，说明__________________________________。 答案 同素异形体　它们的结构不同　结构决定性质 2．下列说法正确的是 (　　) A．红磷转化为白磷，属于物理变化 B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体 C．氧气和臭氧的分子式不同，性质相同 D．硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体 答案　D 3．下列说法正确的是(　　) A．通常情况下，氮气的性质不活泼是因为氮元素的非金属性很弱 B．1H216O和2H218O表示不同的水分子 C．红磷因P—P键弯曲具有较大的张力，所以有很高的反应活性 D．水很稳定(1 000 ℃以上才会部分分解)是因为水分子间存在大量的氢键 答案　B 解析　通常情况下，氮气的性质不活泼是因为氮气分子中含有N≡N键，很稳定，故A错误；白磷因P—P键弯曲具有较大的张力，易断裂，所以有很高的反应活性，故C错误；水很稳定是因为水中含有的H—O键非常稳定，与水分子间存在氢键无关，故D错误。 一、化学键与物质的化学性质 化学键主要影响物质的化学性质，因为化学反应的本质就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学键强弱对物质性质的影响： (1)对于离子化合物，离子键的强弱影响物质的稳定性、熔沸点。 (2)对于共价化合物或非金属单质，共价键的强弱会影响物质的稳定性。 (3)对于金属晶体，金属键的强弱会影响熔沸点、单质的还原性和离子氧化性。 实践应用 1．从化学键的角度看化学变化的实质是“旧化学键的断裂，新化学键的形成”。下列变化中既有旧化学键断裂，又有新化学键形成的是(　　) A．碘升华 B．酒精溶于水 C．氢氧化钠晶体受热熔化 D．一定条件下O3转化为O2 答案　D 解析　碘升华，酒精溶于水，均属于物理变化，没有化学键断裂和形成，故不选A、B；氢氧化钠晶体受热熔化，属于物理变化，氢氧化钠电离为自由移动的钠离子和氢氧根离子，有离子键断裂，没有化学键形成，故不选C；O3转化成O2是化学变化，既有旧化学键断裂，又有新化学键形成，故选D。 2．下列有关物质结构与性质的说法中，不正确的是（ ） A．N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大 B．根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子 C．熔融的氯化钠能导电是因为其中有自由移动的电子 D．研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发 答案 C 解析 A选项，氮气分子中氮氮三键的键能大，因此常温下氮气很稳定，正确；B选项，石墨的导电性和导热性与金属相似，可以推测石墨晶体中有自由移动的电子，正确；C选项，熔融的氯化钠导电是因为其中有自由移动的阴、阳离子，错误；D选项，正确。故选C。 3．如图形象地表示了氯化钠的形成过程。下列相关叙述不正确的是(　　) A．钠原子易失去一个电子，氯原子易得到一个电子 B．钠离子与钠原子有相似的化学性质 C．钠原子与氯原子作用生成NaCl后，其稳定性增强 D．氯化钠是离子化合物 答案　B 解析　钠原子最外层只有1个电子，当它失去1个电子后形成的Na＋具有最外层8个电子的稳定结构，氯原子最外层有7个电子，当它得到1个电子后形成的Cl－具有最外层8个电子的稳定结构，Na＋和Cl－通过静电作用力形成离子化合物NaCl。 二、物质结构与物质性质的关系 同位素、同素异形体和同分异构体的比较 同位素 同素异形体 同分异构体 定义 质子数相同，中子数不同的原子(核素) 由同一种元素组成的不同单质 分子式相同，结构不同的化合物 对象 原子 单质 化合物 表示其组成的化学用语 核素符号不同 一般用该非金属元素的元素符号表示其单质，有确切分子式的用分子式来表示。 分子式相同 结构 电子层结构相同 单质的组成或结构不同 不同 性质 物理性质不同，化学性质几乎相同 物理性质不同，化学性质相似 物理性质不同，化学性质不一定相同 实践应用 1．下列说法正确的是 (　　) A．红磷转化为白磷，属于物理变化 B．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体 C．氧气和臭氧的分子式不同，性质相同 D．硫有S2、S4、S6等单质，它们都是硫的同素异形体 答案　D 2．科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形结构。O4具有较强的氧化性。下列有关O4的说法正确的是(　　) A．O4与O3、O2互为同分异构体 B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂 C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3 D．O4的两种结构互为同分异构体 答案　B 解析　O4是一种新的氧分子，故与O3、O2互为同素异形体，A项错误；O2能在自然界稳定存在，化学性质较稳定，故O2中的化学键不如O4中的化学键更容易断裂，B项正确；相同质量时，O4与O3中所含氧原子个数比为1∶1，C项错误；两者均为单质，不互为同分异构体，D项错误。 考点一 同分异构体和同素异形体 【例1】科学家已成功合成了少量O4，理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形，另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形结构。O4具有较强的氧化性。下列有关O4的说法正确的是(　　) A．O4与O3、O2互为同分异构体 B．O4比O2活泼的根本原因是O4中的化学键比O2中的易断裂 C．相同质量的O4与O3所含原子个数比为4∶3 D．O4的两种结构互为同分异构体 答案　B 解析　O4是一种新的氧分子，故与O3、O2互为同素异形体，A项错误；O2能在自然界稳定存在，化学性质较稳定，故O2中的化学键不如O4中的化学键更容易断裂，B项正确；相同质量时，O4与O3中所含氧原子个数比为1∶1，C项错误；两者均为单质，不互为同分异构体，D项错误。 解题要点 (1)同分异构现象及同分异构体 ①分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。 ②同分异构体的组成和相对分子质量完全相同而分子的结构不同、物理性质和化学性质也不相同。 (2)同素异形体 ①同素异形体指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。 ②同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。 ③同素异形体的类型 a．组成分子的原子数目不同，例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。 b．晶体中原子的排列方式不同，例如：金刚石、石墨和C60。 c．晶体中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。 【变式1-1】重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法错误的是(　　) A．氘(D)原子核外有1个电子 B．1H与D互为同位素 C．H2O与D2O互为同素异形体 D．HO与DO的相对分子质量相同 答案　C 【变式1-2】最近医学界通过用放射性14C来标记C60，发现C60的一种羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA 来杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS）。下列有关14C的叙述中正确的是（ ） A．与12C 原子的化学性质不同 B．与14N含有的中子数相同 C．是C60 的同素异形体 D．与12C互为同位素 答案 D 解析 A选项，14C最外层电子数与12C 相等，化学性质相同，错误；B选项，14C中子数为14-6=8个，14N中子数为14-7=7个，同素异形体是同一元素的不同单质，14C是原子，C60是碳元素的单质，不为同素异形体，错误；D选项，同位素是同一元素的不同原子之间的互称，正确。故选D。 基础达标 1．金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异，原因是(　　) A.它们是由不同种元素构成的 B.它们各自的原子排列方式不同 C.它们具有不同的几何外形 D.石墨能导电而金刚石不能 答案　B 2．石墨炸弹的成分是特殊处理的纯碳纤维丝，每根石墨纤维丝的直径仅有几千分之一厘米。一旦爆炸，里面的石墨纤维丝四处散落，附着在输电线路上时，引起短路从而烧毁其电力设备。石墨有这种性质是由于(　　) A．有放射性　　 B．易燃、易爆 C．能导电 D．有剧毒 答案 C 解析 石墨炸弹破坏输电线、电厂设备的原因主要是导致供电线路短路，即石墨有导电性。 3．13C-NMR(核磁共振)、15N-NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得了2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是(　　) A．13C与15N有相同的中子数 B．13C与C60互为同素异形体 C．15N与14N互为同位素 D．15N的核外电子数与中子数相同 答案　C 解析　根据质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，可得13C、15N的中子数分别为7、8；15N的核外电子数与中子数分别为7、8。 4．下列表达方式正确的是(　　) A．用电子式表示HCl的形成过程： B．质子数为17、中子数为20的氯原子：Cl C．HClO的结构式：H—O—Cl D．NH4Cl的电子式： 答案　C 解析　HCl为共价化合物，用电子式表示其形成过程：，故A错误；质子数为17、中子数为20的氯原子，其质量数为37，可表示为Cl，故B错误；HClO中O原子分别与H原子和Cl原子形成共价键，故其结构式为H—O—Cl，故C正确；NH4Cl是由NH和Cl－构成的离子化合物，其电子式为，故D错误。 5．碳纳米管是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型材料，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳纳米管的可能用途不正确的是(　　) A．用它可做成攀登月球的“太空天梯” B．能解决室温下，低气压、高容量储存氢气的难题 C．作为优秀的绝缘材料 D．制成电脑芯片可大大提升计算机系统的计算能力 答案　C 解析　碳纳米管由碳原子构成，能导电，不可作为绝缘材料。 6．科学家发现由磷原子构成的黑磷(黑磷的磷原子二维结构如图)是比石墨烯更好的新型二维半导体材料。下列说法正确的是(　　) A．黑磷属于化合物 B．黑磷导电属于化学变化 C．黑磷高温下在空气中可以稳定存在 D．黑磷与白磷互为同素异形体 答案　D 7．核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，而质子数和中子数均为偶数的原子不产生核磁共振，下列原子组一定能产生NMR现象的是(　　) A．18O、31P、119Sn B．27Al、19F、12C C．12C、32S、19F D．1H、13C、35Cl 答案　D 解析　A项，18O的质子数为8、中子数为10，不符合题意；B项，12C的质子数和中子数均为6，不符合题意；C项，12C的质子数、中子数均为6,32S的质子数和中子数均为16，不符合题意；D项，1H质子数为1,13C中子数为7,35Cl质子数为17，符合题意。 8．下列说法正确的是(　　) A．H2O的沸点较高是因为水分子间存在较强的化学键 B．HCl气体溶于水后，共价键被破坏，形成了H＋和Cl－ C．H2S分子中所有原子最外电子层都具有8电子的稳定结构 D．NaOH和MgCl2所含化学键类型完全相同 答案　B 解析　水的沸点较高是因为水分子间存在氢键，氢键是分子间作用力，不属于化学键，A错误；氯化氢气体溶于水时，H—Cl共价键断裂，形成H＋和Cl－，B正确；H2S分子中H的最外电子层上有2个电子，不具有8电子稳定结构，C错误；NaOH含有离子键和共价键，MgCl2只含离子键，两者化学键类型不完全相同，D错误。 9．下列有关物质性质、结构的表述均正确，且存在因果关系的是(　　) 选项 表述Ⅰ 表述Ⅱ A NaCl的水溶液能导电 NaCl溶于水后在电流的作用下产生自由移动动的Na＋、Cl－ B 通常条件下，CH4分子比PbH4分子稳定性高 Pb与C位于同一主族，Pb的非金属性弱于C，CH4比PbH4稳定 C 在形成化合物时，同一主族元素的化合价相同 同一主族元素原子的最外层电子数相同 D P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电 P4O10、C6H12O6均属于共价化合物 答案　B 解析　A选项，NaCl的水溶液能导电，是其溶于水后电离出自由移动的离子，而不是在电流的作用下电离，表述Ⅱ错误；B选项，元素的非金属性越强，其简单氢化物越稳定，正确；C选项，元素形成化合物不一定都是最高价或最低价，同一种元素在不同条件下可以形成不同价态的化合物，表述Ⅰ错误；D选项，因P4O10溶于水时和水发生反应生成H3PO4，溶液导电，表述Ⅰ错误。 10．揭示原子内部结构的奥秘，有助于我们理解所处的物质世界。 (1)上表中元素f的氢化物的电子式是________，此氢化物的热稳定性比元素g的氢化物的热稳定性________(填“强”或“弱”)。 (2)某元素形成的气态氢化物中氢的含量是所有氢化物中最高的，该元素形成的化合物种类也最多，该元素是________(填编号)。该元素有多种同位素，在理论上和科学上均有重要的应用，写出其中两种用途________________________________________。 (3)α粒子是________(填编号)原子所形成的一种粒子，1909年，卢瑟福等人做了用α粒子轰击金箔的实验，从而提出原子结构的行星模型，下列选项中能正确表示这种模型的是________。 答案　(1)　弱 (2)b　利用14C的放射性考古断代，12C可作为相对原子质量的基准，0.012 kg 12C含有的碳原子数为阿伏加德罗常数(任选其二即可) (3)a　C 综合应用 11．人类发现碳纳米管以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。碳纳米管的结构见图： “石墨的片层就像做蛋卷一样卷成了碳纳米管”。请推断下列说法不正确的是(　　) A．碳纳米管具有较强的吸附能力 B．碳纳米管具有高的沸点 C．碳纳米管不能导电 D．碳纳米管在受热条件下能与浓硝酸反应 答案：C 解析：表面积越大，吸附能力越强，碳纳米管呈空心管状，表面原子占比例特别大，故吸附能力强；碳纳米管与石墨在沸点、导电性方面相似；碳的各种同素异形体有相似的化学性质，能被热的浓硝酸氧化成CO2。 12．已知下列数据： 碳原子核间距离/10－10 m 断裂碳碳键所需能量/(kJ·mol－1) H3C—CH3 1.54 348 H2C==CH2 1.33 615 HC≡CH 1.20 812 下列事实可用上述数据解释的是(　　) A．乙烯的熔、沸点比乙烷的低 B．乙炔在水中的溶解度比乙烯的大 C．乙炔燃烧时有浓烟产生 D．乙烯、乙炔都易发生加成反应 答案　D 解析　乙烯、乙炔熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，与键能、键长无关，故A错误；键长和键能与物质的溶解度无关，故B错误；是否产生浓烟与含碳量有关，与键长、键能无关，故C错误；乙烯和乙炔中的双键和三键并不是碳碳单键的加和，平均键能比碳碳单键的小，所以乙烯和乙炔易发生加成反应，故D正确。 13．下列说法正确的是(　　) A．HO和HO互为同位素 B．金刚石和金刚烷互为同素异形体 C．符合通式CnH2n＋2且n不同的烃，不一定属于同系物(n≥1) D．CH3COOCH2CH3和CH3OOCCH2CH3互为同分异构体 答案　D 解析　同位素是同种元素不同原子的互称，而HO和HO是两种化合物，A不正确；金刚石为碳的单质，而金刚烷为碳、氢元素组成的烃，二者不互为同素异形体，B不正确；CnH2n＋2为烷烃的通式，n不同时，两种烷烃的结构相似、组成上相差若干个“CH2”，所以二者一定属于同系物(n≥1)，C错误；CH3COOCH2CH3和CH3OOC CH2CH3互为同分异构体，D正确。 拓展培优 14．科学家根据自然界存在的N2制取N3，其后又陆续制取出N5、含N的化合物及N60，N极不稳定，需保存在－80 ℃的干冰中；N由于其极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”；N60与C60结构相似，并在受热或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在瞬间释放出来。分析上述材料，下列说法不正确的是(　　) A．N常温下会剧烈爆炸，体积急剧膨胀，放出大量的热 B．N60的发现开辟了能源世界的新天地，将来可能成为很好的火箭燃料 C．N2、N3、N5、N、N60互为同素异形体 D．含N的化合物中既有离子键又有共价键 答案　C 解析　N2、N3、N5、N60互为同素异形体，N不是单质，故C错误；N中氮原子之间以共价键结合，N与其他阴离子之间以离子键结合，故D正确。 15．NH3是一种重要的化工原料，在半导体光催化的作用下，N2分子被光催化材料捕获进而实现N2―→NH3的转化(过程如图)。下列说法错误的是(　　) A．N2在光催化材料表面断开了N≡N键 B．该反应中，N2被还原 C．该反应过程中有旧化学键断裂和新化学键形成 D．该反应的类型是化合反应 答案　D 解析　该反应中，N2转变为氨气，氮元素化合价从0降低到－3，被还原，B正确；该反应过程中N2、水参加反应，生成氨气、氧气，有旧化学键断裂和新化学键形成，C正确；由图知，反应中有氨气、氧气生成，则该反应的类型不可能是化合反应，D不正确。 16．据报道，科研人员应用电子计算机模拟出了类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮原子之间均以氮氮共价键结合三个氮原子，所有的氮原子都具有最外层为8个电子的稳定结构。N—N键键能为167 kJ·mol－1，N==N键键能为418 kJ·mol－1，N≡N键键能为942 kJ·mol－1。 试回答： (1)根据键能和物质化学变化中的能量变化原理计算，1 mol N60全部分解为N2所吸收或放出的能量(热量)为________ kJ。 (2)根据(1)的计算结论推断，下列N60的用途正确的是________(填字母)。 A．可用作高能炸药 B．可用作高能燃料 答案　(1)13 230　(2)AB 解析　(1)1 mol N60分子含有90 mol N—N键，它分解生成30 mol N≡N键。1 mol N60分子中化学键断裂吸收的能量为90 mol×167 kJ·mol－1＝15 030 kJ，30 mol N2分子中化学键的形成放出的能量为30 mol×942 kJ·mol－1＝28 260 kJ。放出的总能量比吸收的总能量多13 230 kJ，化学反应是放热反应。 (2)由于N60的分解放出大量的热，因此N60可用作高能炸药和高能燃料。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $