专题5 第三单元 从微观结构看物质的多样性（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一化学必修第一册学习笔记（苏教版 闽桂蒙陕冀专版）

本讲义聚焦“从微观结构看物质的多样性”，系统梳理同素异形现象（如碳的金刚石、石墨等单质）、同分异构现象（如正丁烷与异丁烷）及晶体类型（离子、分子、共价晶体），构建“微观结构→物质多样性→性质差异”的学习支架。 资料通过结构模型图直观呈现微观结构，结合思考问题（如氕氘氚氢气是否为同素异形体）引导主动探究，培养科学思维。设计对比表格（同位素、同素异形体、同分异构体比较）强化化学观念，课中辅助教师教学，课后练习题助力学生查漏补缺。

第三单元　从微观结构看物质的多样性 [核心素养发展目标]　1.以同素异形现象、同分异构现象为例认识物质的多样性与微观结构有关。2.认识物质的结构决定物质的性质，性质的特点体现了结构的特点。3.利用结构模型，研究物质的微观结构。 一、同素异形现象 1.基本概念 (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称为同素异形现象。 (2)同素异形体：同一种元素可形成几种不同单质，这些单质之间互称为该元素的同素异形体。 思考1　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、化学性质相同。 2.常见的同素异形体 (1)碳元素的同素异形体 ①金刚石：每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合，形成空间网状结构。 ②石墨：层状结构，层内碳原子间以共价键结合，每一层内碳原子排列成平面六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，层间存在分子间作用力。 ③足球烯(C60)：由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，人们又称它为“足球烯”。 ④石墨烯：由碳原子构成的二维层状的碳材料。具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有广泛的应用前景。 差异分析：碳原子的成键方式和排列方式均不同。 (2)由氧元素形成的单质氧气与臭氧，由磷元素形成的单质白磷与红磷，均是同素异形体。 思考2　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，化学性质可能相似。同素异形体之间的转化属于化学变化。 1.判断正误 (1)同种元素，可以形成形态和性质不同的单质(　　) (2)同素异形体之所以性质不同，是因为它们的内部结构不同(　　) (3)红磷和白磷在氧气中燃烧都生成五氧化二磷，所以它们是同一种物质(　　) (4)O2和O3互为同素异形体，3O22O3属于化学变化(　　) (5)12C、14C与C60互为同素异形体(　　) (6)同素异形体的物理性质、化学性质均相同(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 2.同济大学科研团队首次成功合成了两种全新的碳分子材料——芳香性环型碳C10和C14(如图所示)。下列说法不正确的是(　　) A.C与C互为同位素 B.C10与C14互为同素异形体 C.C10与C14的性质完全相同 D.由含碳化合物合成芳香性环型碳属于化学变化 答案　C 解析　C与C质子数相同，中子数不同，互为同位素，A正确；C10与C14为碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，B正确；C10与C14的组成和结构不同，性质不完全相同，C错误；由含碳化合物合成芳香性环型碳，生成了新物质，属于化学变化，D正确。 3.白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，其转化过程如：白磷黑磷，黑磷性质稳定，结构与石墨相似。下列叙述正确的是(　　) A.黑磷与白磷互为同位素 B.黑磷能导电 C.白磷转化为黑磷是物理变化 D.黑磷能在空气中自燃 答案　B 解析　黑磷也是磷元素组成的单质，A错误；类比石墨的导电性知B正确；白磷、黑磷是不同的物质，C错误；黑磷性质稳定，D错误。 二、同分异构现象 1.同分异构现象 (1)概念 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。 同分异构体：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。 2.两组同分异构体的比较 (1)正丁烷和异丁烷 名称 正丁烷 异丁烷 分子式(相同) C4H10 结构式(不同) 结构简式(不同) CH3CH2CH2CH3 (无支链) 沸点(不同) -0.5 ℃ -11.7 ℃ (2)乙醇和二甲醚 名称 乙醇 二甲醚 分子式(相同) C2H6O 结构式(不同) 结构简式(不同) CH3CH2OH CH3OCH3 沸点(不同) 78 ℃ -23 ℃ 思考　分子式为C5H12的烷烃，存在如下三种同分异构体： (1)互为同分异构体的物质相对分子质量一定相同，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CO和N2的相对分子质量都为28。 (2)互为同分异构体的物质是否是化合物？ 提示　互为同分异构体的物质只能是化合物。 1.碳原子成键的多样性、同分异构现象等是有机化合物种类繁多的原因。乙醇和二甲醚的结构式如图所示。下列关于上述两种物质的说法正确的是(　　) 乙醇　　　　　 　二甲醚 A.分子式不同 B.各1 mol分子中共用电子对数目不同 C.各1 mol分子中碳氧键(C—O)数目相同 D.因分子结构不同导致性质有差异 答案　D 解析　两者分子式均为C2H6O，A错误；两者各1 mol分子中共用电子对数目均为8NA，B错误；1 mol C2H5OH中C—O数目为NA，1 mol CH3OCH3中C—O数目为2NA，C错误。 2.下列说法正确的是(　　) A.所有有机物都存在同分异构体 B.两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则二者一定互为同分异构体 C.相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体 D.各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　A项，组成和结构简单的有机物，如CH4、C2H6、CH3OH等，不存在同分异构体；B项，只能说明两种化合物的最简式相同，可能不互为同分异构体，如C2H4与C3H6；C项，只限定相对分子质量相同，则可能不互为同分异构体，如H2SO4与H3PO4、C2H6O与CH2O2等；D项，能表明化合物的分子式相同而结构不同，互为同分异构体。 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 具有相同质子数和不同的中子数的核素互称同位素 由同种元素形成的不同单质叫作这种元素的同素异形体 分子式相同，但结构不同的化合物互称为同分异构体 相同点 质子数相同，皆为原子 元素种类相同，皆为单质 分子式相同，皆为化合物 不同 点 中子数不同，原子种类不同 原子个数不同，或原子结合方式不同 分子内原子的连接方式不同 研究 对象 原子 单质 化合物 实例 12C、13C、14C；1H、2H、3H等 金刚石、石墨、C60；红磷、白磷；O2、O3等 正丁烷、异丁烷等 三、晶体与非晶体 1.晶体与非晶体 常见固态物质 2.常见的几类晶体 晶体类型 离子晶体 分子晶体 共价晶体 金属晶体 结 构 构成晶体的粒子 阴、阳离子 分子 原子 — 微粒间的相互作用 离子键 分子间 作用力 共价键 — 性 质 熔点 较高 低 高 差距大 导电性 熔融状态或在水溶液中导电 溶于水时发生电离后可导电 不导电(或半导体) 导电 典型实例 NaCl、CaCO3 干冰、C60 金刚石、SiO2 K、Mg、Cu 思考1　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。 思考2　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。 3.液晶 一种介于晶体和液体之间的中间态物质，兼有液体和晶体的部分性质，表现出一些独特的性质。液晶广泛应用于数码显示、电光学快门、图像显示等方面。 1.判断正误 (1)分子晶体中分子间作用力越大，构成晶体的分子越稳定(　　) (2)金刚石和冰均为共价晶体(　　) (3)冰是分子晶体，水分子之间的作用力有氢键(　　) (4)氯化钠熔化时，离子键被破坏(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 2.下列叙述正确的是(　　) A.构成分子晶体的微粒一定含有共价键 B.离子晶体中一定只含有离子键 C.同主族元素形成的氧化物的晶体类型一定相同 D.熔化时不破坏化学键的晶体一定是分子晶体 答案　D 解析　稀有气体形成的分子晶体中无化学键，A项错误；离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，如NaOH，B项错误；ⅣA族元素中，碳的氧化物CO、CO2形成的晶体为分子晶体，硅的氧化物SiO2属于共价晶体，C项错误；分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，无化学键被破坏，D项正确。 3.下列有关晶体的说法正确的是(　　) A.分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B.共价晶体中共价键越强，熔点越高 C.冰融化时水分子中共价键发生断裂 D.氯化钠熔化时离子键未被破坏 答案　B 解析　分子晶体中分子间作用力越大，熔、沸点就越高，而分子的稳定性与分子内化学键强弱有关，A错误；共价晶体中原子之间以共价键结合，共价键越强，断裂共价键需消耗的能量就越高，物质的熔点就越高，B正确；冰融化时水分子内的共价键不发生断裂，C错误；氯化钠是离子晶体，在其受热熔化时离子键会被破坏，D错误。 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。 课时对点练 [分值：100分] [1~9题，每小题5分] 题组一　同素异形体与同分异构体 1.(2025·福建福州期末)金刚石和石墨的结构如图，二者间的相互关系是(　　) A.同种单质 B.同分异构体 C.同位素 D.同素异形体 答案　D 解析　金刚石和石墨均为碳单质，二者互为同素异形体。 2.下列说法不正确的是(　　) A.CH3COOCH3与HCOOC2H5互为同分异构体 B.Cl与Cl互为同位素 C.碘晶体、碘蒸气互为同素异形体 D.金刚石与C60互为同素异形体 答案　C 解析　CH3COOCH3与HCOOC2H5分子式相同，结构不同，互为同分异构体；碘晶体、碘蒸气是同种物质。 3.碳纳米管可看作片层石墨烯(能导电)无缝卷曲而成的直径为10~20 nm的中空管状结构。下列说法正确的是(　　) A.石墨烯是电解质 B.石墨烯和碳纳米管性质完全相同 C.碳纳米管是一种胶体 D.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 答案　D 解析　石墨烯是单质，不是电解质，A错误；石墨烯和碳纳米管物理性质不同，B错误；碳纳米管是单质，而胶体是混合物，C错误。 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.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的相互转变是物理变化 答案　B 解析　O2和O3互为同素异形体，故A错误；温度、压强未知，不能确定O2、O3的物质的量，也就不能确定质子数，故C错误；同素异形体之间的转化属于化学变化，故D错误。 题组二　晶体与非晶体 6.下列关于晶体与非晶体的说法中，错误的是(　　) A.晶体具有规则的几何外形和固定的熔点 B.玻璃属于晶体 C.非晶体没有固定的熔点 D.晶体和非晶体，一般指的是固体 答案　B 解析　玻璃没有固定的熔点，属于非晶体。 7.下表列出的对晶体结构的说明中，错误的是(　　) 选项 A B C D 晶体名称 碘化钾 干冰 石英 碘 晶体中的粒子 阴、阳离子 分子 分子 分子 粒子间的相互作用 离子键 分子间作用力 分子间作用力 分子间作用力 答案　C 8.SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推测，其中不正确的是 (　　) A.SiCl4晶体是分子晶体 B.常温常压下SiCl4是气体 C.SiCl4的分子内部原子以共价键结合 D.SiCl4的熔点高于CCl4 答案　B 9.我们熟悉的食盐、金属、刨冰、钻石、水晶等都是晶体；而同样透明的玻璃却是非晶体。下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述正确的是(　　) A.是否是具有规则几何外形的固体 B.是否是具有固定组成的物质 C.是否具有美观对称的外形 D.内部构成微粒是否在空间呈有规则的重复排列 答案　D [10~14题，每小题7分] 10.意大利科学家以O2和18制造出了一种新型氧分子O4，下列叙述正确的是(　　) A.16O、18都是氧元素的同位素 B.O2、、O4都是氧元素的同位素 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 解析　18不是原子，16O、18O是氧元素的同位素，故A错误；O2、、O4都不是原子，不是氧元素的同位素，故B错误；含有两种元素，其中一种是氧元素的化合物是氧化物，故C错误；和O4中氧元素的化合价不同，故D正确。 11.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 BC、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 解析　干冰和二氧化碳气体为同一种物质，故A错误；同一种元素形成的多种单质互为同素异形体，C、C、C均为原子，故B错误；金刚石和石墨互为同素异形体，其原子排列方式不同，所以通过改变碳原子的排列方式可以实现石墨转化为金刚石，故C正确；石墨和石墨烯都是碳元素构成的单质，但由于原子排列方式不同，所以性质不完全相同，故D错误。 12.有一种磷的结构式是，有关它的叙述不正确的是(　　) A.它完全燃烧的产物是P2O5 B.它不溶于水 C.它在常温下是固体 D.它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，故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，故B、C均正确；这种磷与白磷互为同素异形体，故D不正确。 13.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，、H3、O4、C60等已被发现。下列有关说法正确的是(　　) A.中含有36个电子 B.SO2、SO3互为同分异构体 C.C60的摩尔质量为720 D.H2与H3互为同素异形体 答案　D 解析　中含有34个电子，A项错误；同位素的研究对象是原子，而O2与O4均为单质，二者互为同素异形体，B项错误；摩尔质量的单位是g·mol-1，C项错误；由同一种元素形成的不同单质互称为同素异形体，D项正确。 14.下列说法正确的是(　　) A.氯化氢溶于水能电离出H+、Cl-，所以氯化氢是离子化合物 B.碘晶体受热转变成碘蒸气，吸收的热量用于破坏碘原子间的共价键 C.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 D.分子间能形成氢键可使物质熔、沸点升高 答案　D 解析　氯化氢分子中氯原子与氢原子之间形成1对共用电子对，属于共价化合物，氯化氢溶于水能电离出H+、Cl-，说明氯化氢是电解质，故A错误；碘晶体属于分子晶体，碘晶体受热转变成蒸气，吸收的热量用于克服分子间作用力，B错误；SO3溶于水时，能与水反应生成H2SO4，共价键被破坏，故C错误。 15.(8分)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。 16.(12分)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；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”或“共价”)键形成的晶体，属于　　　　　(填“共价”“离子”“分子”或“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。  答案　(1)共价　分子　(2 　分子 (3)Al2O3　(4)Be+2NaOH===Na2BeO2+H2↑金属 解析　根据题意推断X是铍、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。 学科网（北京）股份有限公司 $