同素异形和异构现象

辨一辨
• （1） Na和Na+都是由同一种元素组成，他 们是同素异形体吗？为什么？
（2） Fe2O3和Fe3O4的组成元素完全相同， 他们是同素异形体吗？为什么？ （3）1H和2H是同素异形体吗？ 同素异形体与同位素存在什么样的差异呢?
•
同素异形体与同位素比较：
同素异形体 概念 研究对象 常见实例
[延伸]
科学家发现铂Pt的两种化合物a和b，两者的结 构式分别为： NH3 NH3
Cl Pt NH3
Cl Pt Cl NH3
Cl
（a） (b) B） a有抗癌作用，而b没有，两者的关系为（ A.同一种物质 B.同分异构体 C.同位素 D.同素异形体 E.都不是
2、下列互称为同素异形体的是（ D ）
A、 H D T B、CO CO2
C、液氧与氧气
D、O2
O3
[练习4]下列化学式中，只表示一种物质的是( B )
A. C B.CH4 C.C2H6O D.C4H10
A、B、C 3、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
1772年拉瓦锡证明金刚石可燃，生成CO2，进一 步测定后确定金刚石是由碳组成的单质。 1779年舍勒证明石墨可燃，也生成CO2，进一步 测定后确定石墨是由碳组成的单质。 1799年法国科学家摩尔沃将一颗金刚石转变为石墨。 1955年美国科学家霍尔在1650℃，95000个大气 压下用石墨合成了金刚石。
二、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。
问题2:同分异构体间性质有无差异?
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
我是 乙醇
我是 二甲醚
我们分子组成都为C2H6O
C2H6O
分子式 球棍模型 C2H6O C2H6O
正丁烷和异丁烷 乙醇和二甲醚
[练习1]
有下列各组物质： A、水银和汞 B、35Cl和37Cl C、红磷和 白磷 D、金刚石与石墨 E、 氯水和液氯
O
H H C H3 C C O H
F、
H3C
C CH3
和
B （1）互为同位素的是________ （2）互为同分异构的是________ F （3）互为同素异形体的是________ C、 D A （4）属于同一物质的是________
臭氧空洞的扩大
2O3 催化剂 3O 2
实例3：
红磷：红棕色固体，空气中能稳定存在。 白磷：蜡状固体，有剧毒，空气中自燃。 应保存在冷水中。
白磷
隔绝空气加热到260℃
加热到416℃升华后，冷凝
点燃
红磷
4P+5O2==2P2O5
实例4：
硫的同素异形体 斜方硫（S8 在95.5℃以下稳定存在）
加热
单斜硫（S8 在95.5℃以上稳定存在）
异同 研究对象 性质差异
同：质子数相同 异：中子数或质 量数不同
原子 化学性质几乎 完全相同
同：元素相同 异：结构不同 单质
物理性质差别 物理性质较大差 大，化学性质 别，同类化学性 相似 质相似，不同类 化学性质不同 金刚石、石墨 O3 、 O2 红磷、白磷
常见实例
1H、2H、3H 35Cl、37Cl
石墨
高温高压 ？
金刚石
金刚石和石墨的转化是物理变 化还是化学变化？
碳的同素异形体除了金刚石和石墨，
还有……
富勒烯（fullerene，包括C60、C70和单层 或多层的纳米碳管）。
C60（足球烯） 由60个碳原子形成的封闭笼状分子， 形似足球，故又称“足球烯”。
纳米碳管
实例2： 氧元素的不同单质 ①氧气与臭氧的物理性质比较： 化学 式 氧气 臭氧 O2 O3 颜色 （气态） 无色 淡蓝色
2、最近，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（ ） 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
观察与思考
(1)
下列各组是同素异形体吗？
(2)
弹性硫
单斜硫
(3)
C5H12
C5H12
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
异丁烷
问题1:对比两个模型,分析它们的异同?
共同点：分子式
不同点：结构
同分异构 一、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，称做同分异构现象。
加热
逐渐 转化
弹性硫（S8 不能稳定存在）
加热
硫蒸气（S8、S4、S2）
二、几种常见的同素异形体
1、碳的同素异形体： 金刚石、石墨与富勒烯 2、氧的同素异形体： 氧气与臭氧
3、磷的同素异形体： 白磷与红磷
4、硫的同素异形体： 斜方硫，单斜硫，弹性硫
◆性质特点
化学性质：相似(或略有差异)
物理性质：差别很大
气味
无味 鱼腥味
沸点 ℃ －183 －112.4
溶解性
0.030 >O2
②氧气与臭氧的分子结构：
臭氧氧化性极强
氧气和臭氧分子中氧原子的个数和氧原子的成 键方式不同造成了臭氧和氧气性质的差异
资料卡 臭氧具有极强的氧化性，Ag、Hg等在空气或氧 气中不易被氧化的金属，可以与臭氧发生反应。 臭氧可用于漂白和消毒。某些染料受到臭氧的 强烈氧化作用会褪色，臭氧还可以杀死许多细菌， 因此，它是一种很好的脱色剂和消毒剂。 空气中的微量臭氧能刺激中枢神经，加速血液 循环，令人产生爽快和振奋的感觉，但当空气中臭 氧的含量超过10－5 %（体积分数）时，就会对人体、 动植物，以及其他暴露在空气中的物质造成危害。
实例1：
看 一 看
石墨
金刚石
同学们能说说这两种物质的异同点吗？
金刚石、石墨的应用
金刚石与石墨的异同点
金刚石 元素组成 颜色状态 硬度 导电性
C元素 无色透明，有光泽
石墨
C元素 灰黑色、不透明
十分坚硬 不导电
质地较软
导电
石墨和金刚石是什么关系？
同素异形现象：同种元素形成几种不同单质的现象
同素异形体：这些单质互称为该元素的同素异形体
贝采里乌斯，1841年第一个提出了 “同素异形”的术语没有给予任何解释。
为何金刚石和石墨在硬度和导电性 方面有如此大的区别？
金刚石
石墨
金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。 金刚石晶体中每个碳原子和相邻的4个碳原子以共价键结合， 形成空间网状结构。是正四面体结构，原子间的作用力很强。 石墨是层状结构，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 间分子间的分子间作用力弱，所以层与层间易滑动
同一种元素形 成的不同单质
同位素
质子数相同、中 子数不同的子
单质
金刚石、石墨 O 3 、 O2 等
原子
1 H 、 2 H 、 3H 12C、14C
等
同种元素形成的单质一定是同一种物质吗? 只含有一种元素的物质一定是纯净物吗？
小试身手
判断下面哪些是同素异形体 哪些是同位素 A.足球烯、纳米碳管 C.16O、17O、18O E. H 和 D （ AD ） （ CE ） B.H2O、D2O D.金刚石、石墨 F.H2 和 D2
结构式 名称 沸点 乙醇 78 ℃ 二甲醚 －23℃
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。
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。
同位素、同素异形体与同分异构体的比较
同位素 同素异形体 同分异构体 同：分子式相同 异：结构不同 化合物