专题5 第3单元 第1课时 同素异形现象 同分异构现象-【金版教程】2025-2026学年高中化学必修第一册创新导学案Word（苏教版）

化学　必修1　第一册 第三单元　从微观结构看物质的多样性 第一课时　同素异形现象　同分异构现象 1.以碳元素的几种单质为例，认识同素异形现象。2.以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象。3.学会同素异形体、同分异构体的判断方法。 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，这种现象称为同素异形现象。同素异形现象比较普遍，如碳、氧、硫、磷等许多元素都存在同素异形现象。 2.同素异形体 同一种元素能够形成几种不同的单质，这些单质互称为该元素的同素异形体。如金刚石、石墨、足球烯等属于碳的同素异形体。 3.碳元素的同素异形体 金刚石 石墨 C60 石墨烯 结构特点 空间网状结构 层状结构 封闭笼状分子，形似足球 二维层状结构 成键特点 每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合 层内碳原子间以共价键结合成平面六边形，层间以分子间作用力结合 60个碳原子以共价键结合 碳原子间以共价键结合成平面六边形 物理性质差异原因 晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同 用途 做装饰品、钻头等 做润滑剂、电极等 应用于材料科学、超导体等方面 材料学、能源、生物医学和药物传递等 化学性质 化学性质相似，在一定条件下能相互转化 4.氧元素的同素异形体 氧气(O2) 臭氧(O3) 物理性质 颜色 无色 淡蓝色 气味 无味 鱼腥味 状态 气体 气体 溶解性 难溶于水 比氧气的大 化学性质 有较强的氧化性 氧化性极强 差异分析 分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同 相互转化 3O22O3 二、同分异构现象 1.同分异构现象 化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。如正丁烷、异丁烷的分子式均为C4H10，但它们的结构不同，这种现象就是同分异构现象。 2.同分异构体 (1)定义：分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。 (2)存在：在有机化合物中普遍存在，是有机化合物种类繁多的原因之一。 (3)常见同分异构体的比较 分子式 名称 结构式 球棍模型 沸点 C4H10 正丁烷 －0.5 ℃ 异丁烷 －11.7 ℃ C2H6O 乙醇 78 ℃ 二甲醚 －23 ℃ 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)12C、14C、C60互为同素异形体。(　　) (2)碳单质的同素异形体有金刚石、石墨和C60等。(　　) (3)红磷和白磷在氧气中燃烧都生成P2O5，故它们是同一种物质。(　　) (4)CH3CH===CH2与互为同分异构体。(　　) (5)H2O和H2O互为同分异构体。(　　) (6)正丁烷和异丁烷具有相同的性质。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 启思研讨　教师独具内容 澳大利亚研究人员开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作纳米泡沫碳，它的外形类似海绵，密度极小，并且有磁性。 [问题探究] 1.纳米泡沫碳与金刚石之间是什么关系？ 提示：纳米泡沫碳与金刚石是碳元素形成的不同单质，二者互为同素异形体。 2.氕、氘、氚形成的氢气单质互称为同素异形体吗？ 提示：不是。因为形成的氢气属于同一种单质。 3.同素异形体之间物理性质和化学性质是否相同？同素异形体之间的相互转化是化学变化还是物理变化？ 提示：同素异形体物理性质不同，化学性质相似；同素异形体之间的转化属于化学变化。 知识点一　同素异形体 1.磷元素的同素异形体 白磷(P4) 红磷(P) 性质 白色蜡状固体，有剧毒。白磷在空气中能自燃，应保存在冷水中 红棕色固体，在空气中能稳定存在，在加热或点燃时能燃烧 差异分析 白磷分子和红磷分子中磷原子的个数和磷原子的成键方式不同 2.硫元素的同素异形体 硫元素有单斜硫、斜方硫、弹性硫等多种同素异形体，分子式有S2、S4、S8等。 3.同素异形体的实质和微观组成 (1)同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。 (2)互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数可以相同，也可以不相同。 4.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)晶体中原子的排列方式不同。如金刚石和石墨。 5.由于分子组成或晶体结构不同，导致它们的性质存在区别，即物理性质差异很大，而化学性质相似。如：金刚石硬度很大，不能导电，而石墨硬度较小，层与层之间能滑动、导电性能好；但两者的化学性质相似(与O2反应、具有还原性等)。 1.科学家发现都由磷原子构成的黑磷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.黑磷导电属于化学变化 B.黑磷属于化合物 C.黑磷与白磷互为同素异形体 D.黑磷高温下在空气中可以稳定存在 答案：C 解析：黑磷导电属于物理变化，A错误；黑磷是由磷原子构成的单质，不是化合物，B错误；黑磷高温下在空气中易被氧化，D错误。 2.清晨，松树林中的空气特别清新，是因为有极少量的氧气变成了臭氧，反应的方程式为3O22O3。下列说法正确的是(　　) A.这是一个化合反应 B.产生的臭氧可以填充“臭氧空洞” C.臭氧与氧气是氧的同素异形体 D.这是一个氧化还原反应 答案：C 解析：氧气与臭氧的转化只有一种反应物，所以不属于化合反应，A错误；臭氧层空洞并不是发生在地表附近，B错误；该反应由于没有元素化合价的变化，所以不属于氧化还原反应，D错误。 知识点二　同分异构体 1.同位素、同素异形体和同分异构体的比较 名称 同位素 同素异形体 同分异构体 定义 质子数相同，中子数不同的原子间的互称 同一种元素形成的不同单质间的互称 分子式相同，结构不同的化合物间的互称 研究对象 原子 单质 化合物 判断依据 ①质子数相同；②中子数不同；③同种元素的不同原子 ①元素相同；②单质结构不同 ①分子式相同；②结构不同 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 实例 H、H、H O2和O3 正丁烷和异丁烷 2.四角度认识同分异构体 (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)从分子式看：互为同分异构体的化合物，其分子式相同，相对分子质量也相同，但相对分子质量相同的化合物分子式不一定相同，如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相对分子质量均为46。 (3)从结构看：互为同分异构体的化合物，空间结构不同。 (4)从性质看：互为同分异构体的化合物，物理性质不同，化学性质可能相似。 3.如图所示为乙醇(C2H5OH)和二甲醚(CH3OCH3)的球棍模型，下列说法不正确的是(　　) A.两者互为同分异构体 B.两者的化学键种类完全相同 C.两者的化学性质不同 D.两者的相对分子质量相同 答案：B 4.下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(　　) ①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O ②NH4CNO与CO(NH2)2 ④与 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④ 答案：B 本课总结 随堂提升 1.下列关于同分异构体的说法错误的是(　　) A.具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体 B.互称为同分异构体的物质一定不是同种物质 C.同分异构体之间的物理性质一定不同，化学性质可能相同 D.同分异构体一定具有相同的相对分子质量 答案：A 2.下列化学式①C2H6O　②C4H10　③N2　④C ⑤CH4，表示的物质一定是纯净物的是(　　) A.③④ B.③⑤ C.①③④⑤ D.②④⑤ 答案：B 解析：①分子式为C2H6O的物质有二甲醚(CH3OCH3)和乙醇(CH3CH2OH)，二者的结构不同，它们互为同分异构体；②分子式为C4H10的物质也有两种，分别为正丁烷和异丁烷；④C可以表示石墨，也可表示金刚石等其他碳单质。 3.科学家合成了世界上第一个完全由碳原子构成的环状分子——C18，其结构如图所示，下列物质与C18互为同素异形体的是(　　) A.CO B.CH4 C.石墨 D.N2 答案：C 4.有一种磷的结构式是，有关它的叙述不正确的是(　　) A.完全燃烧的产物是P2O5 B.不溶于水 C.在常温下是固体 D.与白磷互为同分异构体 答案：D 解析：磷的单质在空气中完全燃烧均生成P2O5，A正确；白磷、红磷或其他磷的同素异形体都不溶于水，常温下也都为固态，B、C正确；这种磷与白磷互为同素异形体，D不正确。 5.下列各组物质中，属于同分异构体的是(　　) A.白磷和红磷 B.干冰和CO2 C. 和 D. 和 答案：D 解析：A项互为同素异形体；B、C项是同一种物质。 6.硫可以形成分子式为S2、S4、S6、S8的单质，其中S8的分子结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A.S2、S4、S6、S8互为同位素 B.S2的摩尔质量为32 g·mol－1 C.硫的单质在足量的空气中完全燃烧可生成SO3 D.1 mol S8单质中含有的S—S键个数为8NA 答案：D 解析：S2、S4、S6、S8都是由硫元素形成的单质，互为同素异形体，A错误；S2的摩尔质量为64 g·mol－1，B错误；硫单质在空气中燃烧只能生成SO2，C错误；由题图可知，1个S8分子中含有8个S—S键，D正确。 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1.下列关于同分异构体的描述正确的是(　　) A.无机物之间不存在同分异构现象 B.有机物与无机物之间可以存在同分异构现象 C.同分异构体的性质相同 D.16O和18O互为同分异构体 答案：B 2.下列说法中正确的是(　　) A.SO2、SO3互为同分异构体 B.两种化合物的组成元素相同，且各元素的质量分数也相同，则二者一定是同分异构体 C.相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体 D.组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，互为同分异构体 答案：D 解析：SO2和SO3分子式不同，A错误；若两种化合物的组成元素相同，各元素的质量分数也相同，其分子式不一定相同，则它们可能互为同分异构体，也可能不互为同分异构体，B错误；无机物中的H2SO4和H3PO4，有机物中的C2H6O(乙醇)和CH2O2(甲酸)，这些物质都具有相同的相对分子质量，但由于它们的分子组成不同，所以它们不互为同分异构体，C错误。 3.下列有关碳及其化合物的说法正确的是(　　) A.干冰与CO2气体互为同素异形体 B. C、C、C是碳元素的3种同素异形体 C.通过改变碳原子排列方式可实现石墨转化为金刚石 D.石墨和石墨烯都是碳元素形成的单质，性质完全相同 答案：C 4.下列说法错误的是(　　) A.水与过氧化氢互为同分异构体 B. 和互为同分异构体 C.同分异构体的性质有差异，是因为它们的分子结构不同 D.同分异构现象是有机化合物种类繁多的原因之一 答案：A 5.科学家发现铂的两种化合物有不同的特性，a具有抗癌作用，而b没有，a和b的结构如下。则a和b属于(　　) A.同分异构体 B.同素异形体 C.同位素 D.同一种物质 答案：A 解析：a、b属于化合物，分子式相同，结构不同，属于不同物质，二者互为同分异构体。 6.碳纳米管是由石墨的一层网状结构卷曲成的单层或多层的管状结构，是继发现C60以后的又一种热点材料，下列叙述不正确的是(　　) A.碳纳米管和C60都是单质 B.碳纳米管和金刚石的结构和性质相同 C.碳纳米管和石墨互为同素异形体 D.碳纳米管也能在空气中燃烧生成二氧化碳 答案：B 解析：碳纳米管与金刚石的结构不同，物理性质也不同。 7.据报道，碳纳米管是由碳原子构成的大分子，其导电性是铜的1万倍；N5可用作烈性炸药。下列说法不正确的是(　　) A.金刚石与碳纳米管互为同素异形体 B.N5与N2互为同素异形体 C.互为同素异形体的物质的性质完全相同 D.N5与N2之间的转化属于化学变化 答案：C 8.合成新物质是研究化学的主要目的之一。意大利科学家合成了一种新型的氧分子(O4)，下列关于O4的说法中正确的是(　　) A.O4是一种新型的化合物 B.O4和O3不互为同素异形体 C.等质量的O4和O2所含氧原子数目相同 D.1个O4分子由2个O2分子构成 答案：C 9.下列说法错误的是(　　) A.35Cl、37Cl互为同位素 B.CH3CH2CH2CH3和互为同分异构体 C.同分异构现象是有机化合物种类繁多的原因之一 D.可通过物理变化实现“石墨→金刚石”的转化 答案：D 10.下列说法正确的是(　　) A.同素异形体肯定属于单质，且同素异形体的性质相同 B.同一元素的不同原子间互称为同位素，其中子数相同，而质子数不同 C.正戊烷和新戊烷具有相同的分子式，不同的熔、沸点 D.H2NCH2COOCH3和CH3CH2NO2互为同分异构体 答案：C 解析：同素异形体是指由同一种元素形成的不同单质，其物理性质不同，A错误；同位素的质子数相同，中子数不同，B错误；H2NCH2COOCH3和CH3CH2NO2的分子式不同，不互为同分异构体，D错误。 11.随着科学技术的不断进步，研究物质的手段和途径越来越多，N、H3、O4、C60等已被发现。下列有关说法中，错误的是(　　) A.N中含有34个电子 B.O2与O4互为同位素 C.C60的摩尔质量为720 g/mol D.H2与H3互为同素异形体 答案：B 解析：质子数相同，中子数不同的原子互为同位素，而O2与O4是由氧元素形成的不同单质，两者互为同素异形体，故B错误。 12.意大利科学家用O2和18O制造出了一种新型氧分子O4。下列叙述正确的是(　　) A.16O、18O都是氧元素的同位素 B.O2、O、O4互为同素异形体 C.O4是新型的氧化物 D.制造O4的反应是氧化还原反应 答案：D 13.德国著名行业杂志《应用化学》上刊登文章介绍：某中德联合研究小组设计制造了一种“水瓶”，用富勒烯(C60)的球形笼子作“瓶体”，一种磷酸盐作“瓶盖”，恰好可将一个水分子关在里面。下列说法正确的是(　　) A.水、过氧化氢、盐酸都是纯净物 B.石墨和C60互为同素异形体 C.磷酸钙中所含的元素都是短周期元素 D.一定条件下石墨转化为C60是物理变化 答案：B 14.下列各组物质中，两者互为同分异构体的是(　　) ①CH3—CH2—CH2—CH3和 ②CH3—CH2—CH2—Br和 ③CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3　 ④和 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④ 答案：A 二、非选择题 15.分析下列各组物质： ①K和Ca；②和； ③12C和14C；④和；⑤石墨和C60； ⑥NH4CNO和CO(NH2)2；⑦T和D； ⑧和； ⑨氯气和液氯。 (1)互为同位素的是　　　　　(填序号，下同)。 (2)互为同素异形体的是　　　　　　。 (3)互为同分异构体的是　　　　　　。 (4)属于同一种物质的是　　　　　　。 答案：(1)③⑦　(2)⑤　(3)②⑥⑧　(4)④⑨ 解析：①是两种不同的元素；②⑥⑧中的两种物质都是分子式相同但结构不同的化合物，互为同分异构体；③⑦都是同种元素的不同原子，互为同位素；④⑨中两种物质分子式和结构都相同，是同一种物质；⑤中两种物质是同一种元素形成的不同单质，互为同素异形体。 13 学科网（北京）股份有限公司 $