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第三单元　从微观结构看物质的多样性
[核心素养发展目标]　
1.以同素异形现象、同分异构现象为例认识物质的多样性与微观结构有关。
2.认识物质的结构决定物质的性质，性质的特点体现了结构的特点。
3.利用结构模型，研究物质的微观结构。
一、同素异形现象
1．含碳元素的几种不同单质的比较
物质
金刚石
石墨
C60
石墨烯
组成元素
C
C
C
C
结构
空间网状结构
层状结构
封闭笼状分子
二维层状结构
物理性质
无色透明、有光泽，十分坚硬
灰黑色，质地较软，能导电
优异的光学、电学、力学特征
思考　金刚石、石墨、C60和石墨烯等都是由碳元素形成的单质，为什么性质上有差异？
提示　因为这些单质内碳原子的连接方式不同。
2．同素异形现象
(1)概念：同一种元素能够形成几种不同的单质，这种现象称为同素异形现象。这些单质之间互称为该元素的同素异形体；它们的物理性质不相同，化学性质相似。
(2)常见实例：氧气和臭氧，红磷和白磷。
(3)根本原因：构成单质的原子之间的连接方式不同。
(1)同种元素，可以形成形态和性质不同的单质(　　)
(2)同素异形体之所以性质不同，是因为它们的内部结构不同(　　)
(3)红磷和白磷在氧气中燃烧都生成五氧化二磷，所以它们是同一种物质(　　)
(4)O2和O3互为同素异形体，3O22O3属于化学变化(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√
下列各组物质中，属于同素异形体的是(　　)
A．16O和18O
B．红磷、白磷
C．二氧化硫、三氧化硫
D．二氧化碳、干冰
答案　B
解析　红磷和白磷是由磷元素组成的不同的单质，故B项正确；16O与18O互为同位素，A项错误；SO2与SO3是不同的硫的氧化物，故C错误；干冰是CO2的固态存在形式，故D项错误。
考点　同素异形体
题点　同素异形体
二、同分异构现象
1．正丁烷和异丁烷的比较
物质
正丁烷
异丁烷
分子式
C4H10
C4H10
沸点
－0.5
℃
－11.7
℃
结构式
球棍模型
思考　正丁烷和异丁烷分子式相同，为什么性质上有差异？
提示　因为它们的结构不同，结构决定性质。
2．同分异构现象
(1)概念：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
(2)常见实例：正丁烷和异丁烷，乙醇和二甲醚(C2H6O)等。
(3)存在：在有机化合物中普遍存在，是有机化合物种类繁多的原因之一。
(1)乙醇和二甲醚分子式均为C2H6O，结构式分别为和，故二者互为同分异构体(　　)
(2)CO与N2相对分子质量相同，均为28，故二者互为同分异构体(　　)
(3)同分异构体之间由于分子式相同，则性质一定相同(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×
下列四组物质中互为同分异构体的是(　　)
A．Na2CO3与NaHCO3
B．12CO和14CO
C．CH3CHO与
D．金刚石和富勒烯(C60)
答案　C
同素异形体
同分异构体
同位素
相同点
同一种元素
分子式相同
质子数相同
不同点
结构不同
结构不同
中子数不同
研究对象
单质
化合物
原子
三、晶体与非晶体
知识拓展
离子晶体、分子晶体、共价晶体、金属晶体结构与性质关系的比较
晶体类型
离子晶体
分子晶体
共价晶体
金属晶体
结
构
构成晶体的粒子
阴、阳离子
分子
原子
……
微粒间的相互作用
离子键
分子间作用力
共价键
……
性
质
硬度
较大
小
大
差距大
熔点
较高
低
高
差距大
导电性
熔融或在水溶液中导电
本身不导电，溶于水时发生电离后可导电
不导电(或半导体)
导电
物质类别
强碱，部分金属氧化物，大部分盐类，如NaCl
Cl2、O2等多数非金属单质，稀有气体，多数非金属氧化物等共价分子，如：干冰
SO2、SiC、金刚石、晶体硅等
钠、钾、铜等
(1)分子晶体中分子间作用力越大，构成晶体的分子越稳定(　　)
(2)共价晶体中共价键越强，熔点越高(　　)
(3)冰是分子晶体，水分子之间的作用力有氢键(　　)
(4)氯化钠熔化时，离子键被破坏(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√
下列不属于晶体的特点的是(　　)
A．具有规则的几何外形
B．具有固定的沸点
C．具有固定的熔点
D．一定是无色透明的固体
答案　D
考点　晶体
题点　晶体
1．下列关于碳元素的同素异形体的叙述正确的是(　　)
A．碳元素形成的各种单质称为碳元素的同素异形体
B．碳元素的同素异形体结构虽然不同，但性质差别不大
C．碳元素的同素异形体性质不同，其用途相同
D．碳元素的同素异形体只有金刚石、石墨和C60
答案　A
解析　碳元素形成的不同单质原子间的排列方式不同，物理性质差别较大，化学性质相似，用途不同，如金刚石和石墨；金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。
考点　同素异形体
题点　同素异形体
2．下列各组物质中，关系不正确的是(　　)
A．H2和D2互为同素异形体
B．Pt和Pt互为同位素
C．CH3CH2OH和CH3—O—CH3互为同分异构体
D．水和冰是同一种物质
答案　A
解析　A项，H2和D2是由氢元素的不同核素形成的氢气单质，既不是同位素也不是同素异形体，故答案为A。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同位素、同素异形体、同分异构体
3．下列说法中，正确的是(　　)
A．碘晶体、碘蒸气是同素异形体
B．同素异形体是同种元素的不同单质
C．SO2、SO3互为同分异构体
D．同分异构体的分子式与分子结构都不同
答案　B
解析　碘晶体、碘蒸气是碘的不同状态，故A错误；同素异形体是同种元素的不同单质，符合同素异形体概念，故B正确；SO2、SO3分子式不同，不符合同分异构体概念，故C错误；同分异构体的分子式相同，但分子结构不同，故D错误。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
4．一瓶气体经化验分析只含有一种元素，则该气体是(　　)
A．一种单质
B．一种化合物
C．化合物和单质的混合物
D．既可能是一种单质，又可能是几种单质的混合物
答案　D
解析　该气体可能是一种单质，也可能是这种元素组成的几种单质的混合物，不能确定为纯净物或混合物。
考点　同素异形体
题点　同素异形体
5．下列各晶体中，含有的化学键类型相同且晶体类型也相同的一组是(　　)
A．SiO2和SO2
B．SiO2和NaCl
C．NaCl和HCl
D．CCl4和CH4
答案　D
解析　SiO2、SO2、HCl、CCl4、CH4均含有共价键，除SiO2外形成的晶体均为分子晶体；SiO2形成的晶体为原子晶体，NaCl形成的晶体为离子晶体。
考点　晶体
题点　晶体
6．有下列几组物质：
①C与C　②石墨与富勒烯　③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)与丙氨酸()　④CH3CH2CH2CH3和　⑤天然气的主要成分与沼气的主要成分　⑥HF与HCl
对各组物质的性质异同点进行分析，请用序号回答下列问题：
(1)互为同素异形体的是______________________。
(2)互为同分异构体的是______________________。
(3)互为同位素的是__________________________。
(4)属于同一化合物的是______________________。
答案　(1)②　(2)③④　(3)①　(4)⑤
解析　C与C的质子数相同，而中子数不同，是碳元素的两种核素，互为同位素；石墨与富勒烯都是由碳元素形成的不同单质，都属于碳元素的同素异形体；硝基丙烷与丙氨酸的分子式都为C3H7NO2，CH3CH2CH2CH3和的分子式都为C4H10，但是结构不同，所以分别互为同分异构体；天然气与沼气的主要成分都是CH4，属于同一种物质；HF和HCl属于不同的分子。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同位素、同素异形体、同分异构体
A组　基础对点练
题组一　同素异形体与同分异构体
1．科学家发现C60后，又合成了许多球形分子(富勒烯)，如C50、C70、C120、C540等，它们互称为(　　)
A．同种物质
B．同分异构体
C．同素异形体
D．同位素
答案　C
解析　它们都是由碳形成的不同单质，互为同素异形体，故答案为C。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
2．下列各组微粒中，互为同素异形体的是(　　)
A.C和C
B．H2O和H2O2
C．红磷和白磷
D．甲烷和乙烷
答案　C
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
3．闪电时空气中有臭氧生成。下列说法正确的是(　　)
A．O3和O2互为同位素
B．O2比O3稳定
C．等体积O3和O2含有相同质子数
D．O3与O2的相互转变是物理变化
答案　B
解析　O2和O3互为同素异形体，故A错误；温度、压强未知，不能确定O2、O3的物质的量，也就是不能确定质子数，故C错误；同素异形体之间的转化属于化学变化，故D错误。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
4．互为同分异构体的物质一定不可能具有(　　)
A．相同的分子式
B．相同的结构
C．相似的化学性质
D．相同的相对分子质量
答案　B
解析　根据同分异构体的概念，化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫作同分异构体现象，具有同分异构体现象的化合物互称同分异构体，故答案为B。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同分异构体
5．下列各组物质中，不互为同素异形体的是(　　)
A．金刚石和C60
B．红磷和白磷　C．O2和O3
D．干冰与冰
答案　D
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体
6．下列各组物质中属于同分异构体的是(　　)
A．N和N
B．白磷和红磷
C．和
D．和
答案　D
解析　A项，N和N互为同位素；B项，白磷和红磷互为同素异形体；C项，和是同一种物质。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
7．下列物质中，互为同分异构体的有_______(填序号，下同)；互为同素异形体的有_______；属于同位素的有____________；属于同一种物质的有________。
①二氧化碳　②　③金刚石　④干冰　⑤氢溴酸　⑥溴水　⑦液溴　⑧　⑨12C　⑩石墨　?14C　?
答案　⑧、?与②　③和⑩　⑨和?　①和④、⑧和?
解析　烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。⑧?分别与②互为同分异构体；③和⑩互为同素异形体；⑨和?属于同位素；①和④、⑧和?分别属于同一种物质。
考点　同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
题点二　晶体与非晶体
8．下列关于晶体与非晶体的说法中，错误的是(　　)
A．晶体具有规则的几何外形和固定的熔点，其根本原因是构成晶体的微粒呈有规则的重复排列
B．玻璃晶莹剔透，十分美丽，所以它是晶体
C．非晶体没有固定的熔点
D．晶体和非晶体，一般指的是固体
答案　B
解析　玻璃没有固定的熔点，属于非晶体。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体与非晶体的特征
9．下列有关晶体的说法中，正确的是(　　)
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，其熔点越高
C．冰融化时，水分子中的共价键发生断裂
D．氯化钠熔化时离子键没被破坏
答案　B
解析　分子间作用力主要影响物质的物理性质，而与分子的稳定性无关，分子的稳定性取决于构成分子的化学键的强弱，故A不正确；原子晶体熔、沸点的高低，取决于晶体内共价键的强弱，所以B正确；冰融化时，克服的是分子间作用力，而不是共价键，C不正确；NaCl是离子晶体，熔化时Na＋和Cl－之间的距离发生变化，晶体中的离子键被破坏，D错误。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体与非晶体的特征
10．下表列出的对晶体的说明中，错误的是(　　)
选项
A
B
C
D
晶体名称
碘化钾
干冰
石墨
碘
晶体中的粒子
阴、阳离子
分子
原子
分子
粒子间的作用
离子键
分子间作用力
共价键
分子间作用力
答案　C
解析　干冰和碘都是分子晶体，熔化时克服分子间作用力；石墨是混合型晶体，呈层状结构，层与层之间为分子间作用力，碳原子与碳原子之间形成共价键，熔化时两种作用力都需克服，故C错。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体
B组　综合强化练
1～5题是单项选择题，6～7题是不定项选择题
1．意大利科学家以O2和18O制造出了一种新型氧分子O4，下列叙述正确的是(　　)
A．16O、18O都是氧元素的同位素
B．O2、O、O4都是氧元素的同位素
C．O4是新型的氧化物
D．制造O4的反应是氧化还原反应
答案　D
解析　18O不是原子，16O、18O是氧元素的同位素，故A错误；O2、O、O4都不是原子，不是氧元素的同位素，故B错误；含有两种元素，其中一种是氧元素的化合物是氧化物，故C错误；O和O4中氧元素的化合价不同，故D正确。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同位素、同素异形体、同分异构体
2．有一种磷的结构式是，有关它的叙述不正确的是(　　)
A．它完全燃烧的产物是P2O5
B．它不溶于水
C．它在常温下是固体
D．它与白磷互为同分异构体
答案　D
解析　磷的单质在空气中燃烧均生成P2O5，故A正确；白磷、红磷或其他磷的同素异形体都不溶于水，常温下也都为固态，故B、C均正确；这种磷与白磷互为同素异形体，故D项不正确。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同分异构体、同素异形体
3．在下列有关晶体的叙述中，错误的是(　　)
A．离子晶体中一定含有离子键
B．原子晶体中，只存在共价键
C．构成分子晶体的物质中不存在共价键
D．稀有气体的原子易形成分子晶体
答案　C
解析　化学键与晶体类型往往是一起考查的，注意理解化学键与物质类别的关系。如含有离子键的晶体一定是离子晶体等。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体
4．下列物质属于分子晶体的化合物是(　　)
A．石英
B．氯化钠　C．干冰
D．钠
答案　C
考点　晶体与非晶体
题点　晶体
5．氰酸铵(NH4CNO)与尿素[CO(NH2)2](　　)
A．都是共价化合物
B．都是离子化合物
C．互为同分异构体
D．互为同素异形体
答案　C
解析　氰酸铵是离子化合物，尿素是共价化合物，它们的分子式相同，结构不同，是同分异构体的关系。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
6．下列说法正确的是(　　)
A．互为同素异形体的物质的性质完全相同
B．互为同素异形体的物质之间不可能相互转化
C．氧气和臭氧之间的转化是化学变化
D．分子式为C2H6O的物质有两种同分异构体
答案　CD
解析　互为同素异形体的物质物理性质不同，化学性质相似，A项错误；互为同素异形体的物质之间可以通过化学反应相互转化，B项错误。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同素异形体、同分异构体
7．下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用力属于同种类型的是(　　)
A．Na2O和SiO2熔化
B．冰和金刚石熔化
C．氯化钠和蔗糖熔化
D．碘和干冰升华
答案　D
解析　Na2O熔化克服离子键、SiO2熔化克服共价键，类型不同，故A错误；冰是分子晶体、金刚石是原子晶体，晶体类型不同，克服的作用力不同，故B错误；氯化钠熔化克服离子键，蔗糖熔化克服分子间作用力，类型不同，故C错误；碘和干冰均属于分子晶体，升华时均克服分子间作用力，类型相同，故D项正确。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体
8．下列各组物质：
①K和Ca；②和；③12C和14C；④和；⑤石墨和C60；⑥NH4CNO和CO(NH2)2；⑦T和D；⑧和；⑨氯气和液氯
(1)互为同位素的是________(填序号，下同)。
(2)互为同素异形体的是________。
(3)互为同分异构体的是________。
(4)属于同一种物质的是________。
答案　(1)③⑦　(2)⑤　(3)②⑥⑧　(4)④⑨
解析　①是两种不同的元素；②、⑥、⑧中的两种物质都是分子式相同但结构不同的化合物，互为同分异构体；③、⑦都是同种元素的不同原子，互为同位素；④、⑨中两种物质分子式和结构都相同，是同一种物质；⑤中两种物质是同一种元素形成的不同单质，互为同素异形体。
考点　同位素、同素异形体、同分异构体
题点　同位素、同素异形体、同分异构体
9．(1)①NaCl、②干冰、③冰、④Na2O2、⑤白磷(P4)、⑥硫黄、⑦Na2CO3
以上物质中属于离子晶体的是________(填序号，下同)；属于分子晶体的是________。
(2)氯化钡是无色晶体，溶于水，水溶液能导电，熔点963
℃，沸点1
560
℃。它可能属于________晶体。
答案　(1)①④⑦　②③⑤⑥　(2)离子
解析　(1)NaCl、Na2O2、Na2CO3均为离子化合物，形成离子晶体；干冰、冰、白磷、硫黄均由分子构成，形成分子晶体。(2)据BaCl2的性质可知BaCl2应为离子晶体。
考点　晶体与非晶体
题点　晶体

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