专题5 第三单元 从微观结构看物质的多样性教学设计2026-2027学年高一上学期化学苏教版必修一

年级

高一年级

学科

化学

教师

课题

第三单元  从微观结构看物质的多样性

教学环节

教师活动

学生活动

教

学

目

标

1．宏观辨识与微观探析：通过金刚石、石墨、足球烯以及正丁烷与异丁烷等实例，从微观结构视角认识物质的多样性，初步形成"结构决定性质"的观念。

2．证据推理与模型认知：依据组成、结构与性质的证据，建立同素异形体、同分异构体、晶体与非晶体的判断模型，并能用于推断和解释。

3．科学探究与创新意识：通过分析加热曲线、了解X射线衍射的科学史实，体会对比方法与科学仪器在物质研究中的价值。

4．科学态度与社会责任：结合我国培育钻石、石墨烯材料与2025年诺贝尔化学奖金属有机框架材料（MOF）等成果，体会结构研究对新材料发展和绿色低碳生活的意义。

教

学

重

难

点

1．同素异形现象、同素异形体的概念与判断（重点）。

2．同分异构现象、同分异构体的概念与判断（重点）。

3．晶体与非晶体的特征、区别及鉴别方法（重点）。

4．从微观结构解释物质性质差异，理解"结构决定性质"的观念（难点）。

课

时

安

排

本单元共安排2课时：第1课时为同素异形现象与同分异构现象；第2课时为晶体与非晶体。

教学过程

教师活动

学生活动

第1课时

同素异形现象与同分异构现象

导

入

新

课

教师：（展示图片并叙述）2026年，河南柘城的"钻石小镇"十分火热：企业以石墨为原料，在高温高压设备中"种"出一颗颗培育钻石，我国培育钻石产量已占全球一半左右。同样是碳元素组成的物质，铅笔芯里的石墨灰黑软腻，钻石却晶莹坚硬、璀璨夺目，这一"变身"的秘密藏在哪里？今天我们就从微观结构出发，一起认识物质的多样性。

观看图片，联系生活经验，小组讨论：石墨与金刚石组成相同，性质为何天壤之别？

新

课

讲

授

一、同素异形现象

教师：请同学们观察图1，金刚石、石墨和足球烯都是由碳元素组成的单质。请比较它们的组成元素与内部碳原子的排列方式。

观察图1的结构模型，比较三种碳单质的组成与结构差异；小组讨论，归纳同素异形体的判断依据。

图1　金刚石、石墨与足球烯的结构示意图

教师：问题1：三种单质的组成元素是否相同？

学生：相同，都只由碳元素组成。

教师：问题2：既然组成元素相同，为什么硬度、导电性等物理性质差异巨大？

学生：因为碳原子的排列方式（成键方式）不同，结构不同导致性质不同。

师生归纳：

（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：同一种元素形成的几种不同的单质，互称为该元素的同素异形体。

（3）判断依据：一看"同一种元素"，二看"都是单质"，三看"结构不同"，三者缺一不可。

教师：同素异形现象在自然界中十分普遍。请阅读教材相关内容，说出氧气与臭氧、红磷与白磷之间的关系。

学生：氧气与臭氧、红磷与白磷分别互为同素异形体。

教师：氧气在放电条件下可以转化为臭氧，请同学们注意反应条件的标注位置：

教师：该转化中有新物质生成，属于化学变化。同素异形体之间化学性质相似，但物理性质差异较大：金刚石是天然存在硬度最大的物质，可作钻探钻头与精密刀具；石墨质软、能导电，可作铅笔芯和电极；足球烯（如）在催化、超导等领域前景广阔。我国企业批量生产的石墨烯散热膜，已应用于手机与新能源汽车电池的散热——"一种元素、多种单质、多种用途"，这正是物质多样性的生动写照。

例1　（多选）下列各组物质互为同素异形体的是（　　）

A．冰与干冰　　B．氧气与臭氧　　C．一氧化碳与二氧化碳　　D．金刚石与石墨

答案　BD

解析　同素异形体必须同时满足"同一种元素、都是单质、结构不同"。冰是固态的水，干冰是固态二氧化碳，二者均为化合物，

A错误；一氧化碳与二氧化碳是两种不同的化合物，C错误；氧气与臭氧、金刚石与石墨分别是由氧元素、碳元素形成的不同单质，B、D正确。

例2　下列说法正确的是（　　）

A．同素异形体之间的相互转化属于物理变化

B．由同种元素组成的物质一定是同一种单质

C．金刚石和石墨物理性质差异很大的原因是碳原子的排列方式不同

D．同素异形体之间的化学性质完全相同

答案　C

解析　金刚石转化为石墨有新物质生成，属于化学变化，A错误；同种元素可以形成不同的单质，如氧气与臭氧，B错误；同素异形体的化学性质相似，但不完全相同，D错误；金刚石与石墨中碳原子的排列方式不同，导致物理性质差异巨大，C正确。

二、同分异构现象

教师：碳元素不仅能形成多种单质，还能形成数目庞大的化合物。请观察图2中两种分子的结构模型。

图2　正丁烷与异丁烷的分子结构示意图

教师：二者的分子式都是，但沸点分别约为-0.5 ℃和-11.7 ℃。分子式相同，性质为什么不同？

学生：分子内原子的连接顺序不同，一个呈直链状，一个带支链。

师生归纳：

（1）同分异构现象：化合物具有相同的分子式、但结构不同的现象。

（2）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。

（3）典型实例：正丁烷与异丁烷（分子式均为）；乙醇（）与二甲醚（），二者分子式均为，乙醇的沸点为78.5 ℃，二甲醚常温下是气体，性质差异明显。

（4）意义：同分异构现象在有机化合物中普遍存在，是化合

观察图2的分子模型，对比原子连接顺序，归纳同分异构体的判断依据；独立完成例题并互评。