同素異形體和同分異構體

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1、必 修 2 專 題 1第 三 單 元 從 微 觀 結 構 看 物 質(zhì) 的 多 樣 性廈 門 大 學 附 屬 實 驗 中 學 1、 同 種 元 素 形 成 的 單 質(zhì) 一 定 是同 一 種 物 質(zhì) 嗎 ? 2、 種 類 有 限 的 元 素 構 成 數(shù) 不 清 的物 質(zhì) ， 你 們 知 道 哪 種 元 素 形 成 的 物質(zhì) 種 類 最 多 嗎 ？碳 生 命 的 基 礎 元 素 碳 在 地 殼 中 的 含 量 只 占 0.087%。 但 含 碳 元 素 的單 質(zhì) 和 化 合 物 達 到 90%以 上 。 它 們 在 國 民 經(jīng) 濟 和我 們 日 常 生 活 里 占 有 非 常 重 要 的 地 位 。

2、 世 界 最 大 的 綠 色 鉆 石41克 拉 （ 8.2克 ） 世 界 最 大 的 有 色 鉆 石407.48克 拉 （ 81.50克 ）(1克 拉 =200毫 克 =0.2克 ) 鉛 筆 （ 石 墨 ） 鉆 石 （ 金 剛 石 ）都是碳元素的單質(zhì) 碳 元 素 的 單 質(zhì)金 剛 石石 墨 金 剛 石 石 墨組 成 元 素顏 色 狀 態(tài)硬 度熔 點導 電 性用 途 無 色 透 明 ， 有 光 澤 灰 黑 色 ， 不 透 明天 然 最 硬 物 質(zhì) 金 剛 石 與 石 墨 的 比 較 ： 碳 元 素 鉛 筆 芯 H .B電 極潤 滑 劑裝 飾 品切 割 玻 璃 、 大 理 石鉆 探 機 鉆 頭 導

3、 電不 導 電很 高 很 高最 軟 礦 物 之 一 思 考 ： 金 剛 石 和 石 墨 的 物 理 性 質(zhì) 為 什 么 不 一 樣 ？（ 在 硬 度 和 導 電 性 方 面 有 很 大 的 差 異 ） 金 剛 石 和 石 墨 物 理 性 質(zhì) 的 差 異 ， 主 要 是 由 于 碳 原子 排 列 結 構 的 不 同 引 起 的 金 剛 石 晶 體 中 形 成 空間 網(wǎng) 狀 結 構 ， 原 子 間的 作 用 力 很 強 。 層 內(nèi) 為 正六 邊 形 的 網(wǎng) 狀 結 構 ， 金 剛 石 與 石 墨 都 是 由 同 種 元 素 (C)所形 成 的 不 同 的 單 質(zhì) ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 ？金

4、剛 石 和 石 墨 互 稱 為 ？ 同 一 種 元 素 形 成 的 不 同 單 質(zhì) 。一 、 同 素 異 形 現(xiàn) 象1、 同 素 異 形 現(xiàn) 象 ：同 種 元 素 形 成 多 種 不 同 單 質(zhì) 的 現(xiàn) 象 。2、 同 素 異 形 體 ：注 意 ：（ 1） 同 種 元 素 ；（ 2） 不 同 單 質(zhì) ；（ 3） 結 構 不 同 。 有 沒 有 可 能 把 廉 價 的 石 墨轉 變 為 昂 貴 的 金 剛 石 呢 ？ 石 墨 轉 變 為 金 剛 石 工 業(yè) 上 利 用 高 溫 （ 1273K ） ， 高 壓（ 5X1068X106kPa） 以 Co或 Ni為 催 化劑 ， 將 石 墨 轉 變 為

5、 金 剛 石 ， 大 量 生 產(chǎn) 人造 金 剛 石 。 人 們 還 利 用 爆 炸 產(chǎn) 生 的 壓 力 由 石 墨制 得 金 剛 石 微 晶 。3、 同 素 異 形 體 間 的 轉 換 ： 其 中 C60是 60個 碳 原 子 形 成 的 封 閉 籠狀 分 子 ， 形 似 足 球 ， 故 稱 之 為 “ 足 球烯 ” ）富 勒 烯 ： 固 態(tài) 碳 的 第 三 種 結 構 形 式 ，三 維 空 心 球 狀 結 構 。 （ 包 括 C60、 C70和 納米 碳 管 等 ）碳 還 有 其 他 的 同 素 異 形 體 嗎 ？ C60的 發(fā) 現(xiàn) 1985年 ， 科 學 家 克 魯 托 、 斯 莫 利 、

6、 柯爾 ， 通 過 激 光 照 射 石 墨 實 驗 ， 發(fā) 現(xiàn) 碳 新型 單 質(zhì) C60分 子 。 并 在 建 筑 設 計 師 富 勒 設計 球 形 建 筑 的 啟 發(fā) 下 ， 繪 制 出 由 20個 正六 邊 形 和 12個 正 五 邊 形 構 成 的 “ 籠 狀 ”分 子 結 構 ， 并 把 它 命 名 為 “ 富 勒 烯 ” ，因 分 子 結 構 形 似 足 球 ， 又 稱 為 “ 足 球烯 ” 。 1996年 三 人 因 此 獲 諾 貝 爾 化 學 獎 。拓 展 視 野 1 C 60結 構 隨 著 研 究 的 深 入 ， 一 系 列 碳 的 “ 籠 狀 ” 的 富 勒 烯被 科 學 界

7、 發(fā) 現(xiàn) 并 制 得 ， 其 中 有 C28、 C32、 C50、 C70、C84 、 C240 、 C500等 。 開 創(chuàng) 了 一 個 全 新 碳 “ 籠 狀 ”分 子 應 用 研 究 新 領 域 。問 題 思 考 （ 1） 空 心 籠 結 構 “ 包 裹 ” 一 些金 屬 離 子 ， 制 成 超 導 材 料 。（ 2） 空 心 籠 結 構 “ 包 容 ” 一 些治 療 癌 癥 放 射 性 元 素 藥 物 ， 減少 對 人 體 的 傷 害 。（ 3） 不 損 壞 結 構 基 礎 上 ， 吸 附和 放 出 電 子 ， 制 成 高 效 化 學 電池 。（ 4） 科 技 前 沿 “ 籠 狀 ” 分

8、 子 應 用 研 究 碳 納 米 管 的 發(fā) 現(xiàn) 1991年 ， 日 本 科 學 家 飯 島 博 士 。 在 對 石 墨 進 行 電 弧放 電 實 驗 時 ， 發(fā) 現(xiàn) 了 有 單 層 、 多 層 石 墨 卷 曲 而 成 的 碳 納米 碳 管 。 納 米 碳 管 的 發(fā) 現(xiàn) 也 給 材 料 化 學 的 研 究 帶 來 了 新的 變 革 。 拓 展 視 野 2 其他元素有沒有存在同素異形體？如 ： O2和 O3， 紅 磷 和 白 磷 等 。 臭 氧 與 氧 氣 的 性 質(zhì) 對 比氧 氣 臭 氧元 素 組 成分 子 式通 常 狀 態(tài)氣 味化 學 性 質(zhì)分 子 結 構 ：相 互 轉 化 氧 元 素O2

9、 O3無 色 氣 體 淡 藍 色 氣 體無 味 有 魚 腥 味氧 化 性 較 氧 氣 更 強有 氧 化 性3O 2 放 電 2O3 臭 氧 層 空 洞 的 擴 大 臭 氧 的 用 途 臭 氧 可 用 于 漂 白 和 消 毒 。 某 些 染 料 受 到 臭 氧的 強 烈 氧 化 作 用 會 褪 色 ， 臭 氧 可 以 殺 死 許 多 細 菌 ，因 此 ， 它 是 一 種 很 好 的 脫 色 劑 和 消 毒 劑 。臭氧發(fā)生器臭氧空氣除味機 高 壓 電 機 和 復 印 機 在 工 作時 ， 也 會 產(chǎn) 生 臭 氧 。 因 此 ，這 些 地 方 要 注 意 通 風 ， 保持 空 氣 流 通 。資 料

10、空 氣 中 的 微 量 臭 氧 能 刺 激 中 樞 神 經(jīng) ， 加 速 血液 循 環(huán) ， 令 人 產(chǎn) 生 爽 快 和 振 奮 的 感 覺 ， 但 當 空 氣中 臭 氧 的 含 量 超 過 10 5 %（ 體 積 分 數(shù) ） 時 ， 就 會對 人 體 、 動 植 物 ， 以 及 其 他 暴 露 在 空 氣 中 的 物 質(zhì)造 成 危 害 。 紅 磷 拓 展 視 野 拓 展 視 野 思 考 ： 同 素 異 形 體 的 化 學 性 質(zhì) 基 本 相 同 （ 由 同 種 元 素 形 成 的 單 質(zhì) ）22 CO 點燃 O(1)C （ 2） 氧 氣 和 臭 氧 都 具 有 強 氧 化 性 ， 臭 氧 的 氧

11、 化 性 更 強 。 522 O2P 點燃 5O(3)4P同 素 異 形 體 的 物 理 性 質(zhì) 不 同 （ 空 間 結 構不 同 ） 同 素 異 形 體 之 間 轉 化（金剛石）石墨C )(1)C 32 2O (2)3O放電（ 3） 思考：1、 鈉 原 子 (Na)和 鈉 離 子 (Na+)都 是 同一 種 元 素 鈉 元 素 形 成 的 ， 它 們 是同 素 異 形 體 嗎 ？2、 Fe2O3和 Fe3O4的 組 成 元 素 完 全 相同 ， 它 們 是 同 素 異 形 體 嗎 ？3、 1H 與 1H 互 為 什 么 關 系 ？21 同 素 異 形 體 與 同 位 素 的 比 較同 素 異

12、 形 體 同 位 素定 義研 究 對 象常 見 實 例 同 一 種 元 素 形成 的 不 同 單 質(zhì) 質(zhì) 子 數(shù) 相 同 、 中子 數(shù) 不 同 的 原 子單 質(zhì) 原 子1H 、 2H 、 3H35Cl、 37Cl金 剛 石 、 石 墨 下 圖 各 含 碳 化 合 物 分 子 中 每 個 碳 原 子和 氫 原 子 分 別 能 形 成 幾 個 共 價 鍵 ?碳 原 子 之間 是 怎 樣 連 接 的 ? （ 2） 碳 原 子 與 碳 原 子 能 夠 通 過 一 對 、 兩 對或 三 對 共 用 電 子 對 相 結 合 ， 分 別 構 成 碳 碳單 鍵 、 碳 碳 雙 鍵 、 碳 碳 叁 鍵 ， 還

13、可 以 是 碳鏈 、 碳 環(huán) 。碳 、 氫 原 子 的 成 鍵 方 式 ：（ 1） 碳 原 子 ： 能 形 成 四 個 共 價 鍵 氫 原 子 ： 只 能 形 成 一 個 共 價 鍵 按 照 碳 、 氫 原 子 形 成 共 價 鍵 的特 征 ， 畫 出 組 成 為 C4H 10的 有 機 化合 物 的 分 子 結 構 式 。 你 可 以 畫 出幾 種 不 同 的 分 子 結 構 式 ？ 分 子 式 C4H10 C4H10球 棍 模 型結 構 式名 稱 正 丁 烷 異 丁 烷沸 點 0.5 11.7 1、 同 分 異 構 現(xiàn) 象 : 化 合 物 具 有 相 同 的 分 子 式 ， 但 具 有 不

14、同 結 構 的 現(xiàn) 象 ， 叫 做 分 子 式 相 同 而 結 構 不 同 的 化 合 物互 稱 為2、 同 分 異 構 體 :二 、 同 分 異 構 現(xiàn) 象 同 分 異 構 現(xiàn) 象 。同 分 異 構 體 。 同 ： 分 子 式 相 同不 同 ： 結 構 不 同 、 屬 不 同 化 合 物 、 性 質(zhì) 不 同 同 分 異 構 體 中 ， 分 子 式 相 同 ，相 對 分 子 質(zhì) 量 ？ 相 對 分 子 質(zhì) 量 相 同 的 化 合 物 互為 同 分 異 構 體 嗎 ？如：H3PO4和H2SO4相同不是 觀察下面的分子結構模型（其中綠色小球代表C，紅色小球代表H，淺黃綠色代表O）：（1）根據(jù)分子結

15、構模型寫出結構式。（2）寫出分子式。（3）以上兩個分子結構有何差異？（4）判斷兩者是同分異構體嗎？ 分 子 式 C2H6O C2H6O球 棍 模 型結 構 式名 稱 乙 醇 二 甲 醚沸 點 78 23 請判斷下列各組物質(zhì)之間的關系1H與2H紅磷與白磷CH3CH2CHCH3和CH3CCH3金剛石與C70 水銀與汞乙醇與二甲醚 O2與O3 CH3 CH3CH3 同 位 素 同 素 異 形 體 同 分 異 構 體概 念對 象相 同 點不 同 點舉 例 相 近 概 念 的 比 較質(zhì) 子 數(shù) 相 同 、中 子 數(shù) 不 同的 原 子 同 一 種 元 素 形成 的 不 同 單 質(zhì) 分 子 式 相 同 ，結

16、 構 不 同 的 化合 物原 子 單 質(zhì) 化 合 物質(zhì) 子 數(shù) 元 素 種 類 分 子 式中 子 數(shù) 結 構 結 構 12C、 13C O2 、 O3 乙 醇 和 二 甲 醚 D 隨 堂 練 習1、 近 年 來 ， 科 學 家 發(fā) 現(xiàn) 一 種 新 的 由 碳 元 素 組 成的 物 質(zhì) ， 化 學 式 為 C60， 下 列 說 法 中 錯 誤 的 是( )A C60由 分 子 構 成B C60和 石 墨 、 金 剛 石 都 是 碳 的 同 素 異 形 體C C60在 純 氧 中 充 分 燃 燒 生 成 CO2D C60的 摩 爾 質(zhì) 量 為 720 2、 納 米 碳 管 是 一 種 由 碳 原

17、子 構 成 的 直 徑 為 幾 個納 米 的 空 心 管 .下 列 說 法 錯 誤 的 是 ( )A.納 米 碳 管 是 一 種 新 型 的 有 機 化 合 物B.納 米 碳 管 材 料 中 含 離 子 鍵C.納 米 碳 管 材 料 管 道 多 ,表 面 積 大 ,吸 附 能 力 強D.納 米 碳 管 在 常 溫 下 化 學 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 .AB隨 堂 練 習 3、 判 斷 下 面 哪 些 是 同 素 異 形 體 （ ） ，哪 些 是 同 位 素 （ ） A.紅 磷 、 白 磷 B.水 、 重 水 C.16O、 17O、 18O D.金 剛 石 、 石 墨隨 堂 練 習 ADC4、 據(jù) 報

18、道 ， 最 近 科 學 家 在 宇 宙 中 發(fā) 現(xiàn) 了 H 3分 子 ，則 H 2和 H 3屬 于 ( ) A 同 位 素 B 同 素 異 形 體 C 同 分 異 構 體 D 同 種 物 質(zhì)B 下列各組物質(zhì)屬于同位素的是 ；屬于同素異形體的是 ；屬于同分異構體的是 。1.O2與O3 ClCl.2 37173517與3.CH3CH3與CH3CH2CH2CH3 4.氕、氘、氚5. CH 3CH2CH2CH2CH3 CH3CCH3CH3CH3與 練習： 10928金 剛 石 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

19、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 120共價鍵分子間作用力石 墨