资源简介

(共36张PPT)
专题5 微观结构与物质的多样性
第三单元 从微观结构看物质的多样性
同素异形现象
1.基本概念
(1)同一种元素形成几种不同单质的现象叫作同素异形现象。
(2)同一元素可形成不同单质，这些单质互称为这种元素的同素异形体。
2.碳元素的同素异形体
单质 结构特征 主要性质
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 无色透明，有光泽，硬度高
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，层间碳原子间存在分子间作用力 灰黑色，质地较软，能导电
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”
同分异构体
1.基本概念
(1)同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象。
(2)同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物的互称。
2.几种常见的简单有机物的同分异构体
(1)正丁烷和异丁烷：分子式均为C4H10，其结构式分别为
(2)乙醇和二甲醚：分子式均为C2H6O，其结构式分别为
几种常见晶体的比较
晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体的微粒 阳离子和阴离子 原子 分子 阳离子和自由电子
构成晶体微粒间的相互作用 离子键 共价键 范德华力(有的还有氢键) 金属键
典型实例 NaCl 金刚石、晶体硅、SiO2、SiC 冰(H2O)、干冰(CO2) 铜、金、银、镁、铝　
晶体的物理特性 熔、沸点 熔点较高、沸点高 熔、沸点高 熔、沸点低 熔、沸点较高(个别例外)
导热性 不良 不良 不良 良好
导电性 固态不导电，熔融态或溶于水能导电 差 差 好
机械加工性能 不良 不良 不良 较好
硬度 略硬而脆 高硬度 硬度较小 相差幅度大
同位素、同素异形体和同分异构体的比较
项目 同位素 同素异形体 同分异构体
定义 原子里具有相同质子数和不同的中子数的同一元素的不同原子互称为同位素 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 分子内原子个数不同，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
(2024·四川自贡旭川中学期中改编)下面列出了几组物质或微粒，请将合适的序号填写在空格上。
①金刚石与“足球烯”(C60)；
②D与T；
③16O、17O和18O；
④氧气(O2)与臭氧(O3)；
⑤乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。
(1)属于同素异形体的是　　　　。
①④
由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，则互为同素异形体的为金刚石与“足球烯”(C60)，氧气(O2)与臭氧(O3)。
(2)属于同位素的是　　　　。
②③
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，则互为同位素的是D与T，16O、17O和18O。
(3)属于同分异构体的是　　　　。
⑤
分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，则互为同分异构体的是乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)。
(2025·黑龙江牡丹江第三高级中学期中)合成新物质是研究化学的主要目的之一，意大利科学家合成了一种新型的氧分子O4。下列关于O4的说法中，正确的是
(　　)
A.O4是一种新型的化合物
B.1个O4分子由两个O2分子构成
C.O4和O2互为同素异形体
D.O4和O2可通过氧化还原反应实现转化
C
O4只含1种元素，是一种新型的单质，A错误；1个O4分子由4个O原子构成，不是由两个O2分子构成，B错误；O4和O2是由氧元素形成的两种不同的单质，二者互为同素异形体，C正确；O4和O2都是单质，O元素的化合价都是0，可通过非氧化还原反应实现转化，D错误。
新材料
下面是几种常见的碳纳米材料的结构图。
(1)碳纳米材料富勒烯的作用
富勒烯是完全由碳原子组成的对称笼状分子结构，是一种神奇的碳纳米材料。因其特殊的结构和性质，富勒烯在众多领域发挥着重要作用。
(2)石墨烯
石墨烯是一种由碳原子构成六边形呈蜂巢结构的二维碳纳米材料。在石墨烯的结构中，每个碳原子通过共价键与周围三个碳原子相连，形成无限延伸的平面结构。这种二维平面结构使得石墨烯具有极大的理论比表面积，高达2 600 m2·g－1。石墨烯具有优异的电学性能、良好的柔韧性，同时，其表面存在大量的活性位点，为化学修饰和功能化提供了可能。
(3)碳纳米管
碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，从微观层面来看，它可以看作是由一层或多层石墨烯片层卷曲而成。
(2024·北京丰台区期中改编)氮化碳结构如下图所示，其中β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。
下列有关氮化碳的说法不正确的是(　　)
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C.氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
B
图为网状结构，氮化碳晶体硬度超过金刚石晶体，为共价晶体，A正确；因为氮的非金属性比碳强，所以氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B错误；每个碳原子与4个氮原子形成共价键，每个氮原子与3个碳原子形成共价键，所以氮化碳的化学式为C3N4，C、D正确。
(2024·淮安期中)我国科学家成功合成3mm长的管状定向碳纳米管。这种碳纤维与石墨互为(　　)
A.同位素 B.同素异形体
C.同系物 D.同分异构体
B
同位素是指核电荷数相同的同种元素的不同种核素；同素异形体是指同种元素形成的不同种单质；同系物是指结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的有机化合物；同分异构体是指分子式相同、结构不同的有机化合物。碳纤维与石墨是碳元素形成的不同单质，二者互为同素异形体。故选B。
(2024·南京金陵中学期中)氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料。其硬度仅次于金刚石、重量是钢材的三分之一，用其制成的陶瓷轴承转速可以高达10000转/秒，可以耐1200℃高温并且有自润滑作用。以下是部分结构材料的结构细节，其中可能是氮化硅的是(　　)
A B C D

氮化硅陶瓷轴承
C
氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其硬度仅次于金刚石，可以耐1200℃高温，则其为共价晶体，原子间通过共价键结合。同时硅原子半径大于氮原子，且硅有四个价键，氮有三个价键，结合图可知，C符合题意。
氮化硅陶瓷轴承
微观粒子间作用力
在微观世界中，微粒(原子、离子、分子等)之间存在着各种作用力，这些作用力决定了物质的物理性质和化学性质。微粒间作用力主要可分为化学键、分子间作用力以及其他特殊作用力。
1.化学键
化学键是相邻原子之间强烈的相互作用，主要包括离子键、共价键和金属键。
(1)离子键
离子键是由阴、阳离子通过静电作用形成的化学键，当活泼金属(如碱金属、碱土金属)与活泼非金属(如卤素、氧族元素)发生反应时，金属原子失去电子形成阳离子，非金属原子得到电子形成阴离子，阴、阳离子之间通过静电吸引和排斥达到平衡，从而形成稳定的离子键。
离子键的强度与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比。
(2)共价键
共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用，根据共用电子对是否发生偏移，共价键又可分为极性共价键和非极性共价键。
①非极性共价键：由同种原子形成，原子对共用电子对的吸引能力相同，电子对不发生偏移。
②极性共价键：由不同种原子形成，由于原子对电子的吸引能力不同，共用电子对会偏向吸引能力强的原子。
此外，每个原子形成共价键的数目是有限的。
(3)金属键
金属键存在于金属晶体中，是金属阳离子与自由电子之间的强烈相互作用。
2.分子间作用力
分子间作用力是存在于分子之间的较弱的相互作用，其强度比化学键小得多，主要包括范德华力和氢键。
(1)范德华力
范德华力是分子间普遍存在的作用力，一般来说，分子的相对分子质量越大，分子间作用力就越强。所以碘在常温下为固态，而氯气为气态。
(2)氢键
氢键是一种特殊的分子间作用力。氢键的强度比范德华力强，但比化学键弱，它对物质的熔、沸点和溶解性等物理性质有显著影响。如由于水分子间存在氢键，水的熔、沸点比同主族其他氢化物(如H2S)高很多。
(2025·辽宁期末)结合元素周期表，回答下列问题。
(1)①③④按照原子个数比1∶1∶1构成14电子分子，若所有原子均满足稳定结构，则其结构式为　　　　　　　　　　。
H—C≡N
由各元素在周期表中的位置可知，①为H，②为B，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Na，⑧为Mg，⑨为Cl。H、C、N按照原子个数比1∶1∶1构成14电子分子为HCN，则其结构式为H—C≡N。
(2)写出含有元素⑤⑦且既具有离子键又具有非极性共价键的化合物的电子式：
　　　　　　　　。
由各元素在周期表中的位置可知，①为H，②为B，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Na，⑧为Mg，⑨为Cl。含有元素O、Na且既具有离子键又具有非极性共价键的化合物为Na2O2，其电子式为 。
一　弱
由各元素在周期表中的位置可知，①为H，②为B，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Na，⑧为Mg，⑨为Cl。由H3BO3可用于中和沾到皮肤上的NaOH可知其为弱酸，由H3BO3与NaOH反应原理可知其只能结合1个OH－，为一元弱酸。
(4)下列性质排序一定为④⑤⑥的是　　　　(填字母)。　
a.对应简单阴离子还原性由弱到
强的顺序
b.简单氢化物的稳定性由弱到强
的顺序
c.原子半径由大到小的顺序
d.最高正价由低到高的顺序
bc
由各元素在周期表中的位置可知，①为H，②为B，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Na，⑧为Mg，⑨为Cl。④⑤⑥的阴离子分别为N3－、O2－、F－，三种元素的非金属性依次增强，对应简单阴离子还原性依次减弱，a错误；三种元素的非金属性依次增强，简单氢化物的稳定性依次增强，b正确；三种元素为同周期元素，从左到右原子半径依次减小，c正确；F、O无正价，d错误。
(5)③有多种核素，请举出其中一种核素的一个应用：　　　　　　　。
12C：相对原子质量的比较标准(或14C：考古断代或同位素示踪，合理即可)
由各元素在周期表中的位置可知，①为H，②为B，③为C，④为N，⑤为O，⑥为F，⑦为Na，⑧为Mg，⑨为Cl。C元素存在多种核素，其中12C为相对原子质量的比较标准；14C可用于考古断代、同位素示踪。
(6)④和⑧构成的固体化合物，易与水发生复分解反应生成气体和白色沉淀。在相同条件下，此气体相对于H2的密度为8.5，该化合物与水反应的化学方程式为　　　　 .
　　 　。

展开更多......

收起↑