同素异形体和同分异构体(
同素异形体和同分异构体概述
很硬 很高 不导电
装饰品 切割玻璃、大理石 钻探机钻头
较软 很高 导电
铅笔芯 H.B 电极 坩埚
用途
【问题探究】
为何金刚石和石墨在硬度和导电 性方面有很大的差异？
主要是由于碳原子的成键方式和排 列方式的不同引起的。
构成金刚石的微粒 是 原子，每个C 原子与另外 个C 原子以 相连，C 原子间结合成空间 网状结构。
D、O2 O3
C、液氧与氧气
4、科学家研制得一种新的分子，它具有空心 的类似足球状结构，分子式为C60。下列说法正 确的是 B A、C60是一种新型的化合物 B、C60和石墨都是碳的同素异形体 C、C60中含离子键 D、C60的摩尔质量是720
富勒烯：固态碳的第三种结构形式，
三维空心球状结构。 （包括C60、C70和纳 米碳管等） 其中C60是60个碳原子形成的封闭笼状 分子，形似足球，故称之为“足球烯”）
C60
C70
碳纳米管
一、同素异形现象和同素异形体
（1）同素异形现象——同一种元素形成几 种不同的单质的现象。 （2）同素异形体——同一种元素形成的多 种单质的互称，叫做该元素的同素异形体。
同一元素形成的不 同素异形体 同单质 同分异构体 相同分子式，不 同结构的化合物
O2 、 O3
化合物
正丁烷、异丁烷
1、有下列各组物质: A 6C与 6 C
B、金刚石与石墨 C、乙醇与二甲醚 D、 CH3 CH
3
13
12
CH3CHCH2CH3
CH3 －C－CH3 CH3
ห้องสมุดไป่ตู้
（1）互为同位素的是________ A （2）互为同素异形体的是________ B （3）互为同分异构体的是________ C、D
同素异形体、同分异构体
A
5、有关O3的说法中错误的是(
C
)
(1)O3具有特殊臭味,因此被称为”臭氧” (2)臭氧可用于漂白和消毒作用 (3)O3比O2在相同条件下密度大,比O2易 溶于水 (4)O3比O2稳定,高温下不易分解 (5)空气中高压放电、高压电机、复印机 工作时都会有O3生成 (6)空气中O3含量越高越好 (7)NO和氟里昂会促使O3分解
A.C60是一种有机物 B.它的相对分子质量为720 C.它的化学性质和金刚石 相似 D.C60和金刚石、石墨一样,都是由碳元 素组成的单质
4、纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为 几个纳米的空心管.下列说法错误的是( )
A.纳米碳管是一种新型的有机化合物 B.纳米碳管材料如果完全燃烧,生成物是二氧 化碳 C.纳米碳管材料管道多,表面积大,吸附能力 强 D.纳米碳管在常温下化学性质稳定.
A.①②③ B.④⑤⑥ C.④⑥ D.⑤⑦
6、下列有关 8O气具有相同的化学性质 C.与氧气互为同素异形体 D.与同质量的氧气具有相同的体积 (同温同压下)
结论：
C2H6 O 分子式
球棍模型
C2H6O
C2H6O
结构式 名称 沸点 乙醇 78 ℃ 二甲醚 －23℃
有机物种类繁多的原因
⑴有机物中可以含一个碳原子,也可成千上万个碳原子。 ⑵碳原子之间可有单键、双键、三键，也可有环状结构。 ⑶大量存在同分异构现象。
比较同素异形体、同分异构体、同位素三个概念
放电
[讨论 ]
分子式相同的物质一定是同一种 物质吗?
动手并思考: 制作C4H10可能的结构模型
H H H H H C C C C H H H H H
正丁烷
H H H H C C C H H H H C H H
有机物的同分异构体知识点汇总
有机物的同分异构体知识点汇总1.同分异构体是指化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。
这种现象在有机化合物中广泛存在，也存在于某些无机化合物中。
2.同系物、同分异构体、同素异形体和同位素是四种不同的概念。
同系物指结构相似、组成相差CH2原子团的有机物，同分异构体指分子式相同但结构不同的化合物，同素异形体指单质中同一元素性质不同的形态，同位素指原子质子数相同但中子数不同的原子。
3.分子结构不同是由分子里原子或原子团的排列方式不同而引起的。
同分异构现象在某些化合物中强烈存在，而在分子组成、分子结构越简单的化合物中，同分异构现象越弱。
4.同分异构体之间的化学性质可能相同也可能不同，但它们的物理性质一定不同。
在同分异构体中，分子里支链越多，熔沸点一般越低。
5.分子式相同则相对分子质量必然相同，但相对分子质量相同而分子式不一定相同。
最简式相同的化合物不一定是同分异构体。
同分异构体是指由相同的元素组成，但分子结构不同的化合物。
在有机化学中，同分异构现象非常普遍，主要包括四种类型：碳链异构、官能团位置异构、官能团类别异构和顺反异构。
碳链异构是指由于碳原子连接次序不同引起的异构，例如正丁烷和异丁烷。
因为烷烃分子中没有官能团，所以只存在碳链异构。
另外，戊醛和2-甲基丁醛也属于碳链异构。
官能团位置异构是指由于官能团位置不同引起的异构，例如CH3CH=CHCH3和CH3CH2CH=CH2，以及1-丁醇和2-丁醇。
含有官能团的有机物一般都存在官能团位置异构。
官能团类别异构是指分子式相同，但官能团类型不同所引起的异构。
除了烷烃以外，绝大多数有机化合物分子都存在官能团类别异构体。
例如炔烃、二烯烃、芳香烃、饱和脂肪醇、醚、醛、酮、环醚、环醇、烯基醇、羧酸、酯、羟醛等。
顺反异构是指在立体化学中，分子中的两个官能团或基团的位置关系不同，导致分子的手性不同。
顺反异构体是一种非常特殊的同分异构体，例如L-和D-葡萄糖就是顺反异构体。
九年级化学同素异形体和同分异构体的区别
元素的分类周期表中的元素可分为金属元素和非金属元素。
元素的分类：同素异形体定义：同一种元素组成的性质不同的单质叫做同素异形体。
如碳元素就有金刚石、石墨、无定形碳等同素异形体。
注意事项：由于构成物质的原子（或分子）的排列不同，或原子的成键、排列方式不同，使得同一种元素产生多种单质。
各种同素异形体都是不同的物质，具有不同的物理性质，但化学性质不一定不同。
初中化学常见的同素异形体：氧气，臭氧金刚石，碳，石墨红磷，白磷元素周期表规律总结元素周期表规律原子半径除第1周期外，其他周期元素（惰性气体元素除外）的原子半径随原子序数的递增而减小；同一族的元素从上到下，随电子层数增多，原子半径增大。
元素化合价除第1周期外，同周期从左到右，元素最高正价由碱金属+1递增到+7，非金属元素负价由碳族-4递增到-1（氟无正价，氧无+6价，除外）；同一主族的元素的最高正价、负价均相同单质的熔点同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点递减；同一族元素从上到下，元素组成的金属单质的熔点递减，非金属单质的熔点递增元素的金属性与非金属性同一周期的元素从左到右金属性递减，非金属性递增；同一主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减。
最高价氧化物和水化物的酸碱性元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越强；元素的非金属性越强，最高价氧化物的水化物的酸性越强。
非金属气态氢化物元素非金属性越强，气态氢化物越稳定。
同周期非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液一般酸性越强；同主族非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性越弱。
单质的氧化性、还原性一般元素的金属性越强，其单质的还原性越强，其氧化物的氧离子氧化性越弱；元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，其简单阴离子的还原性越弱。
主族化学元素顺口溜氢锂钠钾铷铯钫——请李娜加入私访铍镁钙锶钡镭——媲美盖茨被雷硼铝镓铟铊——碰女嫁音他碳硅锗锡铅——探归者西迁氮磷砷锑铋——蛋临身体闭氧硫硒碲钋——养牛西蹄扑氟氯溴碘砹——父女绣点爱氦氖氩氪氙氡——害耐亚克先动元素的推断元素推断题：元素推断题是中学化学练习中的一种重要题型，该类题型以原子结构、周期表等为题干，集基本概念、基础理论及元素化合物知识于一身，具有综合性比较强的特点。
同素异形体、同分异构体
白磷
红磷
化 学 式 P4 P 颜色和状态 白色蜡状固体 红棕色的固体 有剧毒 毒 性 无毒 在空气中稳定性 在空气中易自燃 在空气中稳定 保存在冷水中 密封保存 保存方法 隔绝空气加热到260℃ 相互转 化 红磷 白磷
隔绝空气加热到416℃迅速冷却
同分异构现 象
分子式为C4H10的有机物结构。
课前提问
1、默写出10个电子的微粒（不少于14个）
2、默写出18个电子的微粒（不少于14个）
3、含共价键和离子键的电子式写3个
同素异形体
一、同素异形体
• 定义：由同种元素组成的不同单质 • 强调:(1)同种元素 • (2)不同单质 • 实例：
金刚石和石墨 O3 和O2 红磷和白磷
金刚石与石墨结构与性质
相同点
同分异构体 同位素
同一种元 素组成
结构不同
分子式相同 质子数相同 (同种元素)
分子结构 不同 化合物 中子数 不同 原子
1H、2H、3H
不同点
研究对象
实例
单质
金刚石和石墨 C H 4 10 O3 和O2 、红磷 C 2H 6O 和白磷
12C、13C、14C
16O、17O、18O
1、下列各组物质 ①1H与2H②红磷与白磷
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，叫做同分异构现象。
2.同分异构体:
具有同分异构现象的化合物互称 为同分异构体。
注 意
1.对象：化合物(一般指有机化合物) 2.相同点：分子式、相对分子质量 3.不同处：结构式、性质
比较同素异形体、同分异构体、同位素三个概念
同素异形体
CH3 CH3
③CH3CH2CHCH3和CH3CCH3
同分异构体,同位素,同系物,同素异形体的定义
同分异构体,同位素,同系物,同素异形体的定义In the field of chemistry, there are several terms thatrefer to different forms or variations of the same chemical element. These terms include: isotopes, allotropes, isomers, and isobars. While they may sound similar, each of these terms carries a specific meaning in the context of chemistry.在化学领域中，有几个词汇用于指代同一种化学元素的不同形式或变异。
这些术语包括：同位素、同素异构体、同分异构体和同质庄稼。
尽管它们听起来很相似，但每个术语在化学的上下文中都有着特定的含义。
Let's start with isotopes. Isotopes are atoms of the same element that have different numbers of neutrons in their nuclei. This means that while isotopes have the same number of protons and electrons, they differ in their atomic mass. For example, carbon-12 and carbon-14 are both isotopes of carbon, as they have the same number of protons (6) but different numbers of neutrons (6 and 8 respectively).让我们先从同位素开始。
同素异形体和同分异构体的概念
同素异形体和同分异构体的概念嘿，朋友们！今天咱来聊聊化学里特别有意思的两个概念，同素异形体和同分异构体。
先来说说同素异形体吧，这就好比是一群兄弟，都是同一个“妈”生的，也就是同一种元素，但长得却不一样，性格特点也不同。
就像氧气和臭氧，都是氧元素组成的呢。
氧气咱都熟悉呀，咱呼吸可少不了它。
那臭氧呢，有时候在大气层能帮咱挡挡紫外线，可要是在地面浓度高了，还会让人不舒服呢！你说神奇不神奇？这不就像一家人里，有的孩子性格温和，有的孩子却有点小脾气嘛！再讲讲同分异构体，这就好像是同一个菜谱，做出了不同模样、不同口味的菜。
同样的化学式，但是结构不一样，性质也就大不同啦。
就拿戊烷来说吧，它有正戊烷、异戊烷和新戊烷这几种同分异构体呢。
正戊烷就像个规规矩矩的好孩子，比较稳定；而异戊烷呢，就有点调皮捣蛋啦；新戊烷更是特别，像个有个性的小家伙。
这就好比同样是用面粉做面包，有的做成了圆面包，有的做成了长面包，味道和口感还都不一样呢！你想想啊，这世界要是没有同素异形体和同分异构体，那该多单调呀！都是千篇一律的东西，多没意思。
正是有了它们，化学的世界才变得如此丰富多彩，充满了惊喜和奥秘。
就像我们的生活一样，每个人都是独一无二的，虽然可能有着相同的出身或者经历，但最后呈现出来的样子和人生却是各不相同的。
这不就是现实版的同素异形体和同分异构体嘛！而且，这也告诉我们一个道理呀，不要小瞧任何一个看起来普通的东西，说不定它背后有着你意想不到的奇妙之处呢！同素异形体和同分异构体的存在，让我们知道了这个世界充满了无限的可能。
它们就像是隐藏在化学世界里的宝藏，等待着我们去挖掘，去发现。
我们可以通过研究它们，更好地理解物质的本质和变化规律。
这多有趣呀！所以呀，我们要保持一颗好奇的心，去探索这些神奇的概念，去感受化学的魅力。
说不定，在这个过程中，我们还能发现更多意想不到的惊喜呢！难道不是吗？反正我是这么觉得的，你们呢？。
同分异构体 同位素 同素异形体
同分异构体同位素同素异形体一、同分异构体1.1 定义同分异构体是指分子式相同、结构不同的化合物。
它们具有相同的分子式，但其原子排列或立体构型有所差异。
1.2 特点•同分异构体具有相同的分子式，但其物理性质和化学性质有所不同。
•它们的存在引起了化学反应速率、平衡常数等方面的变化。
1.3 举例说明同分异构体的典型例子是丙酮和乙醇，它们的分子式都是C3H6O，但它们的结构不同。
丙酮是一个含有酮基的化合物，而乙醇是一个含有羟基的化合物。
二、同位素2.1 定义同位素是指具有相同原子序数（即核电荷数）Z的原子，但核子数A不同的元素。
2.2 特点•同位素具有相同的化学性质，但物理性质有所不同。
•它们在核反应、放射性衰变和同位素标记等方面具有广泛的应用。
2.3 举例说明同位素的典型例子是氢的三种同位素：氢-1H、氘-2H和氚-3H。
它们的原子序数都是1，但核子数分别为1、2和3，所以它们的质量数不同。
三、同素异形体3.1 定义同素异形体是指分子式相同、立体结构不同的化合物。
它们具有相同的分子式，但空间构型不同。
3.2 特点•同素异形体的物理性质和化学性质可能有所不同。
•它们的存在导致了药物活性、生物学效应等方面的变化。
3.3 举例说明同素异形体的典型例子是葡萄糖和果糖，它们的分子式都是C6H12O6，但它们的立体结构不同。
葡萄糖是一种左旋的异构体，而果糖是一种右旋的异构体。
四、同分异构体、同位素和同素异形体的联系与区别4.1 联系同分异构体、同位素和同素异形体都是在化学分子中出现的现象，它们都与原子的排列或结构有关，导致了不同的性质和效应。
它们在化学领域的研究和应用中起着重要的作用。
4.2 区别•同分异构体和同素异形体的区别在于它们的结构不同，同分异构体的结构差异在于原子排列或立体构型的不同，而同素异形体的结构差异在于空间构型的不同。
•同位素与同分异构体、同素异形体的区别在于核子数的不同，同位素具有相同的原子序数，但核子数不同。
同素异形体同分异构体
H H C H
⑴
H C H O H
(1)乙醇
H H C H O
H C H H
(2)二甲醚
⑵
问题解决 P24 1、2、5、6
作业：
金刚石
纯净的金刚石是一种无色透 明的、正八面体形状的固体， 经过仔细的琢磨就会成为璀 璨夺目的装饰品——钻石
含有杂质的金
刚石带有颜色
钻石装饰品
金刚石
坚硬是
金刚石最重要 的性质。利用 这个性质，可 用金刚石划玻 璃。
南极上空的臭氧层空洞
磷的同素异形体
二、同分异构现象
P20活动与探究●
同分异构体动画.exe
同分异构体的理解： 二同：分子式相同 分子量相同 三不同：分子结构不同 性质不同 不同的化合物Leabharlann H H HHC
H
H H
H
H
C
C H
C
观察与思考
分子式为C2H6O，的结构式
p21
分子式是C2H6O的分子模型
同素异形现象 同分异构现象
课件制作
卢为民
一、同素异形现象
P18 ●
幻灯片 9
同素异形体的理解： 一同：同一种元素组成 三不同：分子结构不同 性质不同 不同的单质
其他元素有同素异形现象吗？
信息提示！ 碳的同素异形体的结构
金刚石C
石墨C
碳“纳米管”
C60
氧的同素异形体 --------O2 , O3
金刚石可用于切割 大理石或加工坚硬的金 属等。
石墨的用途
铅笔芯 是石墨和粘 土粉末混合 而成的。 石墨具有优良 的导电性能，可以 用来做电极。
●幻灯片 3
石墨耐高温，可 以制成坩埚来熔炼金 属。
同分异构体 同位素 同素异形体
同分异构体同位素同素异形体同分异构体同分异构体指的是化学式相同、结构不同的分子。
它们具有相同的分子式，但它们的原子排列方式不同，因此具有不同的物理和化学性质。
例如，乙醇和甲基乙醇都是C2H6O，但它们的结构不同，因此具有不同的物理和化学性质。
1.分类根据其结构特点可将其分为以下几类：(1)顺反异构体：顺反异构体是指在空间中两个取代基围绕单个碳原子旋转所形成的异构体。
其中一种顺式异构体中两个取代基在空间中位于相邻位置，而另一种反式异构体中两个取代基位于相对位置。
(2)立体异构体：立体异构体是由于原子或取代基之间在空间中的排列方式而形成的。
例如，光学异构体就是一种立体异构体。
(3)环状异构体：环状异构体是由于分子内部存在环状结构而形成的。
同分异构体在生命科学、医药等领域具有广泛应用。
例如，在制药过程中，需要制备纯度高、活性好、副作用小的药物，而同分异构体的存在可能会影响药物的效果和安全性。
因此，对于药物的研究和开发，需要对同分异构体进行深入研究。
同位素同位素指的是具有相同的原子序数但质量数不同的原子。
例如，氢原子有三种同位素：氢-1、氘-2和氚-3。
它们具有相同数量的质子（即原子序数），但其中氘和氚还具有中子，因此它们质量数不同。
1.分类根据其质量数可将其分为以下几类：(1)放射性同位素：放射性同位素是指具有不稳定核的同位素。
这些核会通过放射性衰变释放出能量并转变为其他元素。
(2)稳定同位素：稳定同位素是指具有稳定核的同位素。
这些核不会通过放射性衰变转变为其他元素。
在生命科学、医药等领域中，同位素广泛应用于标记、追踪、诊断等方面。
例如，在医学影像学中，利用放射性同位素可以制备出各种显像剂，并通过显像技术观察人体内部的生理和病理变化。
此外，同位素还可以用于追踪生物分子在体内的代谢过程，进而加深对生物分子功能的认识。
同素异形体同素异形体指的是由于原子或取代基之间在空间中的排列方式而形成的同位素分子。
例如，氨基酸中存在两种同素异构体：L-型和D-型。
同分异构体与同素异形体
研究意义
1 2 3
深入了解物质多样性
同分异构体和同素异形体的存在揭示了物质世界 的多样性，对化学、材料科学等领域的研究具有 重要意义。
拓展物质应用
同分异构体和同素异形体在性质上的差异为物质 的应用提供了更多可能性，如药物设计、材料改 性等。
推动学科发展
对同分异构体和同素异形体的研究有助于推动化 学、物理学、材料科学等相关学科的发展，促进 学科交叉融合。
由于结构不同，同素异形体往往 具有不同的熔点质差异
同素异形体之间的化学性质差异 表现在反应活性、化学键能、电 子结构等方面。
举例分析
碳的同素异形体
金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，它们的结构不同，金刚石是每个碳原子与四个碳原子形成共价键的三维网 状结构，而石墨则是层状结构，每层内的碳原子以共价键结合形成平面六边形网格。它们的物理性质和化学性质 也存在显著差异，如金刚石是自然界中最硬的物质之一，而石墨则很软且具有润滑性。
性质测试技术
01
熔点测定
通过测量物质的熔点，判断其纯度 和晶型。
折射率测定
通过测量物质的折射率，推断其分 子结构和光学性质。
03
02
沸点测定
利用物质沸点的差异，判断其结构 和性质。
密度测定
利用物质密度的差异，判断其组成 和结构特点。
04
06 研究前沿与展望
研究现状与挑战
同分异构体研究现状
目前，同分异构体的研究主要集中在合成、分离、表征和应用等方面。尽管已经取得了一定的成果，但仍存在许多挑 战，如合成方法的复杂性、分离技术的局限性以及表征手段的精度等。
磷的同素异形体
白磷和红磷是磷的两种同素异形体，它们的结构不同，白磷是由四个磷原子构成的分子晶体，而红磷则是链状或 环状结构的原子晶体。它们的化学性质也存在差异，如白磷在空气中容易自燃，而红磷则相对稳定。
同素异形体、同分异构体
④CH3 CH CH CH3和CH3 C CH2 CH3
CH3
CH3
（1）互为同位素的是__②____，
（2）互为同素异形体的是__①_____,
（3）互为同分异构体的是__③___④___。
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足球烯(C60)
一、同素异形现象、同素异形体
1、同素异形现象： 同种元素形成不同单质 的现象。
2、同素异形体：同种元素形成几种不同单 质互称。如金刚石、石墨和富勒烯都是碳元 素的同素异形体；氧气和臭氧是氧元素的同 素异形体；红磷和白磷是磷元素的同素异形 体；斜方硫和单斜硫是硫元素的同素异形体。
3、几种常见同素异形球烯
物 色、态 理 性 结构 质 熔点
硬度
导电性
化学性质
差异原因
无色透 明固体
灰黑色固体 灰黑色固体
空间网状 平面网状 封闭笼状
很高
很低
很低
很大
很小
很小
不导电
导电
不导电
相似 碳原子的成键方式和排列不同
金刚石
石墨
- --------------- --------------- - ---------------------------------------------- -
同位素-同素异形体-同系物-同分异构体的异同
张浩祥对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。
这几个概念都表明了事物之间的关系，下表列出了比较了它们的异同：同位素：质子数相同，中子数不同的原子(核素)对象原子同素异形体：由同一种元素组成的不同单质。
对象单质同系物; 结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质对象化合物同分异构体: 分子式相同，结构不同的化合物对象化合物说明：1、同位素的对象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化学性质基本相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。
2、同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较大，化学性质有相似性，但也有差异。
如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都能与氧气反应生成CO2，由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同（石墨比金刚石能量低，石墨比金刚石稳定）。
同素异形体的形成方式有三种：(1)组成分子的原子数目不同，例如：O2和O3 。
(2)晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。
(3)晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫(高中不要求此种)。
注意：同素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，如H2和D2的结构相同，不属于同素异形体。
3、同系物的对象是有机化合物，属于同系物的有机物必须结构相似，在有机物的分类中，属于同一类物质，通式相同，化学性质相似，差异是分子式不同，相对分子质量不同，在组成上相差一个或若干个CH2原子团，相对分子质量相差14的整数倍，如分子中含碳原子数不同的烷烃之间就属于同系物。
(1)结构相似指的是组成元素相同，官能团的类别、官能团的数目及连接方式均相同。
结构相似不一定是完全相同，如CH3CH2CH3和(CH3)4C，前者无支链，后者有支链，但二者仍为同系物。
(2)通式相同，但通式相同不一定是同系物。
同素异形体与同分异构体
探究整合应用
同位素、同分异构体、同素异形体的比较
对 相 相 象 同 异 注意点 实例
①由于存在同位素，原子 的种类比元素的种类多； 同 质 中 ②同位素的化学性质几乎 原 位 子 子 相同；③天然存在的某种 子 素 数 数 元素中，不论是游离态还 是化合态，各种同位素原 子的含量不变
16O、17O、 18O；H、
⑤
⑥氯水 ⑦
⑧
⑨17Cl
35
⑩红磷 ⑪17 Cl
37
⑫Leabharlann 【解析】先将比较容易找到的找出：①与④为
同一物质，⑨和⑪互为同位素，③和⑩互为同素 异形体；然后对有机物先找同一物质，②与⑦同 碳原子数，且结构相同，为同一种物质；再找同 分异构体：⑤⑧⑫同碳原子数，而⑤与⑫为同一 物质，因此，⑤和⑧或⑧和⑫互为同分异构体。 【答案】 ⑤与⑧或⑫ ③与⑩ ⑨与⑪ ①和
【规律方法】
此类问题实际上是对概念的直接
考查。要求对化学基本概念掌握好。由同种物质
组成的物质叫做纯净物，而同种元素可以形成多
种同素异形体，同素异形体混合在一起就是混合
物。同素异形体的化学成分是相同的，但它们之 间的相互转化是化学变化。
变式训练 1 (2011 年福建龙岩调研)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， 其转化过程如下： 白磷 ― 隔绝空气 → 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
思考感悟
甲烷、乙烷、丙烷、丁烷是否都有同分异构体？
【提示】 甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体，丁
烷有两种。
自主体验
同系物 同分异构体 同位素 同素异形体的区别
1、同系物：结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子的物质CH4和CH2H6
2、同分异构体：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构（这个需要结构式）
*一个是物质不同*一个是结构不同
A同系物就是结构相似，分子式相差一个或多个CH2 的物质，在有机物中存在，如烷烃
B同分异构体就是化学式一致，但是结构式排布不一致的两种物质
C同位素就是在一种元素中存在着质子相同，中子数不同的数种核素(上面的“水和重水”的说法是不对的），如氢元素中的氕、氘、氚
D同素异型体就是构成的元素相同，但由于原子排列不同，形成不同性质的物质，如O2 和O3。
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同种物质的比较
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同种物质的比较化学基本概念反映化学物质的本质属性，是化学的基础。
明确概念的内涵与外延，是正确把握知识的要素，也是正确判断和推理的基础，因此在概念的教学中，让学生掌握、运用概念，尤为重要。
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同一种物质等化学中几个经常用到的概念，也是一些同学经常混淆的概念，下面就这几个概念的区别加以详细的说明。
对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。
这几个概念都表明了事物之间的关系，下表列出了比较了它们的异同：同位素同素异形体同系物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结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质分子式相同，结构不同的化合物对象原子单质化合物化合物化学式元素符号表示不同，如、、元素符号表示相同，分子式可以不同，如O2和O3不同相同结构电子层结构相同，原子核结构不同单质的组成或结构不同相似不同性质物理性质不同，化学性质相同物理性质不同，化学性质相同物理性质不同，化学性质相似物理性质不同，化学性质不一定相同说明：1、同位素的对象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化学性质基本相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。
2、同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较大，化学性质有相似性，但也有差异。
如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都能与氧气反应生成CO2，由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同（石墨比金刚石能量低，石墨比金刚石稳定）。
同素异形体的形成方式有三种：(1)组成分子的原子数目不同，例如： O2和O3。
(2)晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。
(3)晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫(高中不要求此种)。
同系物和同分异构体同素异形体同位素表格对比
同系物和同分异构体同素异形体同位素表格对比
同素异形体是由同种元素组成的不同单质的互称；同位素是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子的互称；同分异构体是分子式相同而结构式不同的化合物的互称；同系物是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。
同素异形体，同位素，同分异构体，同系物的区分：
1、研究对象不同
同系物和同分异构体研究的是化合物；同素异形体研究的是单质；同位素研究的是原子。
2、结构不同
同位素的电子层结构相同，原子核结构不同；同素异形体的单质的组成或结构不同；同系物的结构相似；同分异构体的结构相同。
3、性质不同
同位素的物理性质不同，化学性质相同；同素异形体的物理性质不同，化学性质相同；同系物的物理性质不同，化学性质相似；同分异构体的物理性质不同，化学性质不一定相同。
4、化学式不同
同位素的元素符号表示不同；同素异形体的元素符号表示相同，分子式可以不同；同系物的化学式不同；同分异构体的化学式相同。
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体同位素、同素异形体、同系物、同分异构体这四个概念都带有一个同字。
分别对应同一元素的不同原子、同一元素形成的不同单质、组成结构和性质相似的有机物、分子组成相同但结构不同的物质。
对于同一种物质本文没有列入讨论。
同位素是指质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子互称为同位素。
把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素。
同位指核素的质子数相同，在周期表中占有相同的位置。
同位素中又有放射性同位素，化学书籍所列相对原子质量多数含有小数就是大都存在同位素的缘故。
相对于同位素，还有人提出同量素概念，是指质子数和中子数都不同但质量数相同的核素。
高考要求是理解同位素概念，看懂并会写核素表示式，计算元素相对原子质量。
由于这个知识点题目相对容易，仅在第一年课标卷即2007年第9题出现，难度系数0.89，所以以后再也没有出现。
同素异形体在初中九年级教材叙述为由同种元素形成的不同单质。
大体可分为三类：物质中原子的排列不同，按照高中讲解是连接方式不同，如金刚石和石墨；分子中的原子个数不同，氧气和臭氧；连接方式和分子中原子个数都不同，如红磷和白磷。
中学阶段理解同素异形体存在于第ⅣA碳、ⅤA磷、ⅥA氧的理由。
这样才有助于记忆且同时理解其性质。
硅元素原子核外电子有3层，半径大，原子之间另一种键合时彼此键合能力弱，这既是含硅化合物远不及碳的原因，也是其同素异形体不易存在的理由。
同理由于氮原子之间可以以氮氮三键结合成为稳定的氮气分子，因此也是极难成为其他形式的单质。
至于氧的同素异形体可以与碳相类比，当然高考题中曾经以信息介绍硫的同素异形体S8，笔者意见作为特例记忆合适。
至于卤族，由于其最外层7个电子，以共用一对电子成为稳定结构，当然不必形成其他形式结合的同素异形体，还有Ⅰ、Ⅱ为金属元素，可认为没有其他形式的单质，ⅢA族的铝也是金属。
这样理解记忆即可。
同素异形体物理性质和化学性质均有不同，其中物理性质差别较为明显，如熔、沸点和气味明显不同；化学性质也有不同，如石墨较金刚石稳定，臭氧比氧气氧化性强，白磷在空气中可以自燃。
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life）
——就是指生活作息时所耗用的能量要 尽力减少，从而减低二氧化碳的排放量
碳在地壳中的含量只占0.087%。但含碳元素的
单质和化合物种类却达到90%以上。它们在国民经济 和我们日常生活里占有非常重要的地位。
碳－－生命的基础元素
由碳元素所形成的单质有哪些呢？
松树林里，空气往往格外清新，令人呼吸舒畅，原因之
一就是松林中常含有微量的臭氧。这些臭氧是松树的树脂在
氧化过程中产生的。微量的臭氧不但不臭，反而能使空气变 得清新，特别是对呼吸道病人的呼吸尤为有益。疗养院常常 设在松林中，道理就在这里。
臭氧的用途：
（1）氧化剂
（2）消毒剂
（3）脱色剂 （4）抵挡有害射线
B.金刚石是单质，而石墨是化合物
C. 金刚石和石墨里碳原子的排列不同 D.金刚石和石墨是由不同元素组成的
2、1985年，科学家们发现了一种新的物 质，其化学式为C60，下列关于C60的 说法正确的是（ D ） A. C60是由60个碳分子所构成 B. C60的相对分子质量为720 g C. C60是一种新型化合物 D. C60是一种单质碳
[课堂练习]
1、判断下面哪些是同素异形体 （ A D） 哪些是同位素 （ CE） A.红磷、白磷 B.H2O、D2O C.16O、17O、18O D.金刚石、石墨 E. H 和 D F.H2 和 D2
2、Na和Na+、16O和18O是同素异形体吗？为什么？
同素异形体与同位素的比较：
同素异形体 同一种元素形 成的不同单质 同位素 质子数相同、质量 数（或中子数）不 同的原子
石墨转化为金刚石的条件：
2000℃ -- 4000℃ 6.06X109– 12.12X109 Pa Cr.Fe.Pt等催化剂
[讨论]
金刚石与石墨的相互转化属于什么变化 ？ 金刚石与石墨的相互转化是否属于氧化还 原反应？
概括总结
1、同素异形现象
同一种元素能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之间的互称
应用：防弹背心 纳米碳管的发现 100倍，重量则 1991制成碳纤维材料和复合材料，强度为钢的 年，日本科学家饭岛博士 。在对石墨进行电弧放电实 只有钢的1/6，科学家称之为“超级纤维”； 验时，发现了有单层、多层石墨卷曲而成的碳纳米碳管。 可以在较低的气压下存储大量的氢气，用这种方法制成的燃 纳米碳管的发现也给材料化学的研究带来了新的变革。 料是一种清洁能源，在汽车工业上将会有广阔的发展前景；
A、 B、 C 5、判断正确的是 A、同素异形现象是物质多样性的一种表现。 B、同素异形体之间能够相互转化，这种转化属于化 学变化 C、同素异形体之间的差别根本上在于其微观结构上的 差异，具体表现为原子排列方式不同、原子数目不 同、成键情况不同。 D、金刚石和石墨是由同一种元素形成的，实质上是同 一种物质。 E、只含有一种元素的物质一定是纯净物
白磷和红磷
正四面体 链状复杂结构
密封贮存，少量存于水中
密封贮存
如何证明红磷和白磷互为同素异形体？ 白磷、红磷完全燃烧都生成五氧化二磷
红磷
隔绝空气加热到416℃迅速冷却 隔绝空气加热到260℃
白磷
红磷和白磷在一定条件下可以相 互转化，这一变化属于
A 物理变化 B 化学变化 C 氧化-还原反应 D 非氧化-还原反应
C2H6O
分子式 球棍模型 C2H6O C2H6O
结构式
名称 沸点 乙醇 78 ℃ 二甲醚 －23℃
概括总结
1、同分异构现象 分子式相同，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之 间的互称
有机物：含碳化合物（除CO、CO2、碳酸盐等外）。 有机物种类繁多的原因？
⑴有机物中可以含一个碳原子,也可成千上万个 碳原子。
√ √
磷化学性质 较活泼，在自然 界中以化合态形 式存在。
磷酸盐矿物
动物骨骼、脑髓、神经组织
植物的果实和幼芽
白磷主要用于制高纯度磷 酸 红磷用于制农药、安全火 柴，军事上的烟幕弹和燃 烧弹也常以磷为原料
红磷、Sb2S3
KClO3、MnO2、 S
1、金刚石和石墨的物理性质有很大的 差异的原因是（ C ） A.金刚石不含杂质，而石墨含杂质
定义
研究对象
单质
金刚石、石墨 O3 、O2,红磷和 白磷
原子
1H 、 2H 、3H 35Cl、37Cl
常见实例
观察与思考
(1)
下列各组是同素异形体吗？
(2)
单斜硫
弹性硫
(3)
C5H12
C5H12
分子式相同的物质一定是同一种物质 吗？试写出下列物质分子式对应的所 有可能的结构式。 C4H10 C2H6O
金刚石
石墨
世界上最大的钻石 ——库利南一号
金刚石与石墨物理性质的比较
金刚石
石 墨
最软矿物之一 很高 导电 铅笔芯（2B） 电极、润滑剂
硬 度
熔 点
天然最硬物质
很高（＞3550℃）
导电性
用 途
不导电
装饰品、切割玻 璃、大理石、钻 探机钻头
为何金刚石和石墨在硬度和导电性方面有如此大的区别？
结构决定性质
其它常见的同素异形体
化学史话 氧气O2 臭氧O3 1845年瑞士化学家马里纳，对
纯净的O2进行放电实验，获得了一
种新的气体，并把它叫做臭氧。后 来化学家拉登堡确定了臭氧的化学 式为O3，并确定其结构。
物质 化学式 气体颜色 淡蓝色 O 3 臭氧
气味 鱼腥味 无味
氧化性 极强 强
无色 氧气 O2 不稳定性： 2O3 ＝ 3O2
3、同素异形体间的相互转化属于化学变化,但
不属于氧化还原反应
C60的发现
1985年，科学家克鲁托、斯莫利、柯尔，通 过激光照射石墨实验，发现碳新型单质 C60分子。 C60的结构 并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘 制出由20个正六边形和12个正五边形构成的“笼 状”分子结构，并把它命名为“富勒烯”，因分 子结构形似足球，又称为“足球烯”。1996年三 人因此获诺贝尔化学奖 。
资料卡
臭氧层空洞的扩大
2000年
2006年
美国宇航局提供的卫星图片
臭氧层空洞扩大的危害
1、直接危害人体健康，象皮肤癌、白内障、各种传染 病患者会大幅度增加； 2、对生态环境和农林牧渔业造成破坏，农产品减产、 品质下降，渔业产量减少，森林覆盖率减少等等。
每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”
你知道吗？
观察下图中两种有机物分子的球棍模型，写出它 们的结构式，并分析二者间的异同 。
H H H H H C C C C H H H H H
正丁烷
H H H H C C C H H H H C H H
异丁烷
物质 熔点/℃ 沸点/℃
正丁烷 -138.4 -0.5
异丁烷 -159.6 -11.7
结论：同分异构体间的物理性质不同
6、下列各组物质中，互为同素异形体的 是： Na和Na+ 、
S2和S8 、
Fe2O3和Fe3O4 、
1H和2H
[问题探究]
怎样用实验证明金刚石和石墨都由碳 元素组成？
将金刚石和石墨分别放在氧气中完全燃烧， 结果都同样生成唯一的产物CO2气体。
[化学方程式]
[结论]
C + O2 === CO2
点燃
Hale Waihona Puke 金刚石和石墨都是由碳元素形成的不同的单质。
[相互转化] 金刚石
隔绝空气 1000℃
隔绝空气 高温高压催化剂
石墨
随着研究的深入，一系列碳的“笼状”的富勒烯被科学 界发现并制得，其中有C28、C32、C50、C70、C84 、C240 、 C500等。开创了一个全新碳“笼状”分子应用研究新领域。
加进各种各样的金属， 使之具有超导性；
将某些药物置入球体
空腔内，成为缓释型的药 物；
C70
纳米碳管
由碳元素所形成的其它单质
⑵碳原子之间可有单键、双键、三键，也可有环
状结构。
⑶大量存在同分异构现象。
比较同素异形体、同分异构体、同位素三个概念
同素异形体 同分异构体
研究对象 单质 同种元 素组成 结构不同 化合物 分子式相同 分子结 构不同
同位素
原子 质子数相同 的同种元素
相同点
不同点
中子数 不同
12 • 有下列各组物质: A、 13 C 与 6 6C
金刚石的结构
空间网 状结构
原子间：共价键
熔沸点高，硬度大原因
石墨的结构
层状结构
原子与原子之间：共价键 层与层之间：分子间作用力 质地比较软原因
熔沸点比较高
金刚石和石墨物理性质的差异，主要是由于它们 晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同引起的。
金 刚 石 石 墨
金刚石是正四面体空 间网状结构，原子间 的作用力很强 石墨是层状结构，层间 分子间作用力弱，所以 层与层之间易滑动
B、金刚石与石墨 C、乙醇与二甲醚 D、 CH
CH3
3
CH3CHCH2CH3
CH3 －C－CH3 CH3
A （1）互为同位素的是________ B （2）互为同素异形体的是________ C、D （3）互为同分异构体的是________
2. 下列各种微粒中：H2O、 H2O2 、 D2O、 H、D、T、 12C、 13C、 金刚 石、石墨、乙醇、甲醚，属于同位素 12C和 13C H 、 D 和 T ， 的是 ，属于同素异 形体的是 金刚石和石墨 ，属 于同分异构体的是 甲醚和乙醇 。
3、下列互称为同素异形体的是（ D ）