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1、专题1微观结构与物质的多样性 第三单元从微观结构看物质多样性同素异形 同分异构 晶体类型,人类已发现的元素仅100多种，而这些种类有限的元素却构成数千万种不同的物质，你们知道这是为什么吗？,同素异形现象同分异构现象,同种元素形成的单质一定是同一种物质吗?,碳元素的单质,金刚石,石墨,思考：如何证明金刚石和石墨由同一种元素组成？,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
2、个大气压下用石墨合成了金刚石。,金刚石是空间网状，原子间的作用力很强,石墨是层状结构，每层为平面六边形，层间分子间作用力弱，所以层与层间易滑动,结构决定性质：物理性质的差异，主要是碳原子成键和排列不同引起的,我们通常把碳元素形成多种单质的这种现象称为同素异形现象把金刚石、石墨和C60等互称为同素异形体那么同素异形现象和同素异形体的定义是什么？,一、同素异形现象,同素异形现象：同种元素形成多种不同单质 的现象。,同素异形体：同一种元素形成的不同单质 。,又如：O2和O3，红磷和白磷等。化学性质相似，物理性质不同,常见的几组同素异形体,1.碳的同素异形体,足球烯,纳米碳管,金刚石,石墨,天然最硬物
3、质,质地较软,很高（3 550）,很 高,导 电,不导电,装饰品，切割玻璃、大理石、钻探机钻头,铅笔芯（2B）、电极、润滑剂,化学史话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，并确定了其结构。,氧气O2,臭氧O3,2. 氧的同素异形体,3O2 = 2O3,放电,3. 磷的同素异形体,4. 硫的同素异形体,斜方硫（S8 在95.5以下稳定存在）,白磷和红磷是磷元素的两种同素异形体，如何通过实验加以证明？,将白磷和红磷放在氧气中燃烧，都得到五氧化二磷，说明它们都是由磷元素组成的单质。,白磷在空气中能够自燃，而
4、红磷不能，说明它们的性质不同。,化学性质相似，物理性质不同,5、同素异形体之间转化(记）化学变化,高温高压催化剂,练习：,1、判断下面哪些是同素异形体（ ），哪些是同位素（ ） A.红磷、白磷 B.水、重水 C.16O、17O、18O D.金刚石、石墨,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的相对分子质量是720,BD,AD,C,3、 如果在高温下，使金刚石或石墨在O2中完全燃烧，产物是什么？4、石墨在2000、51061107 Kpa并有
5、催化剂条件下可转化变成金刚石，这个事实说明什么？,（都是CO2 ）,说明：金刚石和石墨是由同种元素形成的，只不过结构不同而已。,有机化学基础：,2.碳链：主链和支链（碳数多的为主链）,1.单键可旋转,H,H,H,H,H,3.基团：甲基-CH3 醇羟基-OH 醚键-O-,4.结构式变结构简式：氢收在碳后，支链用括号,同种元素形成的单质不一定是同一种物质，那么分子式相同的物质一定是同一种物质吗?,思考:根据碳、氢原子形成共价键的特征，我们来预测组成为C4H10可能的分子结构，并书写其结构式。,二、同分异构现象,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，称为同分异构现象。,2。
6、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。,3。实例：,C4H10：,C2H6O：,正丁烷和异丁烷,乙醇和二甲醚,问题1: 对比两个模型，找找它们的联系?,物质的结构决定性质，性质体现结构,问题:同分异构体间性质是否相同?,同分异构体间的物理性质差异,物理性质不同（化学性质有的相似 有的不同）,（1）碳原子数不确定:有机物中可含一个碳原子,也可含成千上万个碳原子。（2）成键多样化:碳原子之间可有碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键，有链状也可有环状结构。（3）同分异构现象大量存在。,有机物种类繁多的原因,（1）同种元素有不同的核素同位素。（2）同种元素可以形成不同的单质同素异形现象。（
7、3）同种元素可以和不同的元素形成不同的化合物：氯化钠和氢氧化钠。（4）同种元素可以与其他同种元素形成比例不同的化合物：氧化钠和过氧化钠。（5）分子式相同的化合物存在同分异构现象。,物质种类丰富的原因很多：,（1）Na和Na+是同素异形体吗？,（2）Fe2O3和Fe3O4是同素异形体吗？,（3）1H和2H是同素异形体吗？,同位素、同素异形体与同分异构体的比较,同：质子数相同异：中子数或质量数 不同,同：元素相同异：结构不同,同：分子式相同异：结构不同,原子,单质,化合物,化学性质几乎完全相同,物理性质差别大，化学性质稍有差别,物理性质和化学性质均有较大差别,1H、2H、3H35Cl、37Cl,金
8、刚石、石墨O3 、O2红磷、白磷,正丁烷和异丁烷,同分异构体,同素异形体,同位素,异同,研究对象,性质差异,常见实例,三、晶体,晶体：具有规则几何外形的固体叫晶体。晶体中的微粒按一定的规则排列。有固定熔沸点,阴阳离子分子原子,阴阳离子间以离子键结合，形成离子晶体。分子间以分子间作用力（又称范德华力）结合，形成 分子晶体。原子间以共价键结合，形成原子晶体。,构成晶体的基本微粒和作用力,1）定义：,1、离子晶体,2）物理性质：,3）形成离子晶体的物质归类：,离子化合物中的阴、阳离子按一定的方式有规则地排列而形成的晶体叫做离子晶体。,大多数碱、大多数盐、金属氧化物等离子化合物,较高,较硬,固态不导电
9、，熔化或溶于水后能导电,氯化钠晶体结构,Na+,Cl-,一：组成晶体的微粒,三：晶体中，是否存在独立的NaCl分子？,不存在，只存在Na+和 Cl-,二：微粒之间的作用力,离子键,四：NaCl表示的含义是,晶体中钠离子与氯离子个数比为1：1,每个Na+周围有六个Cl-,每个Cl-周围有六个Na+,干冰晶体中存在哪些微粒？如何结合成晶体的？,2、分子晶体,2）物理性质：,1）定义：,3）形成分子晶体的物质：,H2、Cl2、He 、HCl 、H2O、CO2等大多数共价化合物和大多数非金属单质,分子间通过分子间作用力相结合的晶体,较低，易挥发,较小,固态和熔融状态下都不导电，溶于水有的导电,分子间作
10、用力,共价键,干冰的晶体结构示意图,一：组成晶体的微粒,CO2分子,二：微粒之间的作用力,三：晶体中，是否存在独立的CO2分子？,存在,范德华力,四：二氧化碳分子位于正方体的八个顶点和六个面心,3、原子晶体,1)定义：,3)实例：,2)物理性质：,金刚石、金刚砂（SiC）、晶体硅、石英（SiO2）,相邻原子通过共价键结合而形成空间网状结构的晶体，叫做原子晶体。,很高,很大,难溶于水,一般不导电,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,一：组成晶体的微粒,硅原子、氧原子,二：微粒之间的作用力,共价键,三：晶体中，是否存在独立的SiO2分子？,不存在，只存在Si和O原子,SiO2晶体中硅原子与氧原子个
11、数比为1：2,四：SiO2表示的含义是 。,二氧化硅晶体中Si-O键的键角为10928,二氧化硅:1个Si原子周围有4个O原子 1个Si原子占有4个Si-O键 1个O原子周围有2个Si原子 1个O原子占有2个Si-O键,二氧化硅晶体最小的原子环为,十二元环，其中有6个硅原子，6个氧原子。,10928,晶体硅,共价键,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,金刚石中C-C键的键角为10928,金刚石:1个C原子周围有4个C原子 1个C原子占有4个C-C键 形成正四面体,金刚石最小的原子环,为六元碳环,4、金属晶体,1）定义：2）物理性质：3）属于金属晶体的物质：,金属阳离子和自由电子通过金属
12、键形成的晶体。金属键：金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用,有金属光泽、导电、导热、延展性,金属单质或合金 如：钠、钾、铜,5、石墨,石墨为什么很软？石墨的熔沸点为什么很高？,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔沸点很高。所以，石墨称为混合型晶体。,混合型晶体,总结：四类晶体结构与性质的比较,晶体粒子,粒子间作用,硬 度,熔点,溶解性,导电性,阴、阳离子,分子,原子,金属阳离子、自由电子,金属键,离子键,分子间作用力,共价键,较大,较小,很大,一般较大，部分小,较高,较低,很高,有高有低,多数易溶于水,有的
13、溶，有的不溶,难溶,难溶，有些可与水反应,熔化或溶于水能导电,不易导电,不易导电,良导体（导电传热）,晶体类型的判断（仅限于一般情况）,一、从性质上判断:熔沸点和硬度 原子晶体离子晶体分子晶体熔融状态的导电性 熔融状态导电的化合物就是离子晶体二、从组成上判断:金属单质：金属晶体化合物中有金属阳离子或者铵根离子则为离子晶体是否属于“四种原子晶体” 金刚石、晶体硅、石英（SiO2）、金刚砂（SiC）以上皆否定，则多数是分子晶体,同主族的金属元素,越往下熔沸点越低.因为金属原子半径越大,核对外层电子引力弱,金属键越弱，易电离,所以熔沸点低.同主族的非金属元素,越往下熔沸点越高.因为非金属元素组成分子晶体.越往下相对分子质量越大,范德华力强,所以熔沸点高.特例：氢键,
