专题5 第三单元　从微观结构看物质的多样性

第三单元　从微观结构看物质的多样性 [学习目标]　1.通过学习碳元素的几种单质,能以金刚石和石墨、氧气和臭氧为例认识同素异形现象,能判断同素异形体,能认识物质的多样性与其微观结构有关。2.通过运用三维空间结构模型,能以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例认识同分异构现象,了解结构模型可以帮助研究物质的微观结构。3.通过学习晶体的结构等建立认知模型,能说出晶体与非晶体的区别,能结合实例描述晶体中微粒排列周期性规律,能通过各种模型说明晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 学习任务一　同素异形现象 1.同素异形现象 同一种元素能够形成几种不同的单质的现象。 2.同素异形体 同一种元素形成的不同的单质之间互称为该元素的同素异形体。 3.常见的同素异形体 (1)碳元素能形成多种单质。由碳元素形成的单质有金刚石、石墨、石墨烯等。金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。 ①金刚石晶体的结构特点: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。 ②石墨晶体的结构特点:石墨晶体为层状结构,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,层间存在分子间作用力。 ③C60的结构特点:由60个碳原子形成的封闭笼状分子,形似足球,又称为“足球烯”。 ④石墨烯的结构特点:由碳原子构成的二维层状的碳材料。 (2)由氧元素形成的同素异形体有氧气和臭氧。 (3)由磷元素形成的同素异形体主要有白磷和红磷。 研究发现,金刚石、石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体,说明它们都是由碳元素形成的单质。金刚石晶体无色透明,有光泽,十分坚硬,可用于切割玻璃、花岗岩,可做地质和石油勘探的钻头等。石墨呈灰黑色,质地较软,能导电,可做润滑剂和电极等。碳的同素异形体之间是可以相互转化的。早在20世纪30年代,就已经有石墨转化为金刚石的工业生产。90年代后,又由石墨制得C60等球状分子和碳纳米管。有国外研究人员开发出被称为第五形态的固体碳,这种新的碳结构称作纳米泡沫碳,它的外形类似海绵,密度极小,并且有磁性。金刚石、石墨、C60三者的对比如下表。 单质 金刚石 石墨 足球烯(C60) 颜色 状态 无色透 明固体 灰黑色 固体 灰黑色 固体 硬度 坚硬 质软 硬度小 熔点 熔点很高 熔点高 熔点低 导电 性 不导电 导电 不导电 微观 结构 差异 分析 碳原子的成键方式和排列方式不同 探究　同素异形体 问题1:什么是同素异形体 试举例。 提示:同一种元素形成的几种不同的单质之间互称为同素异形体;如氧气和臭氧、红磷和白磷。 问题2:同素异形体之间性质是否相同 同素异形体之间的相互转化是物理变化吗 提示:同素异形体的物理性质不同,化学性质相似;同素异形体之间的转化属于化学变化。 问题3:金刚石、石墨都是由碳元素形成的单质,为什么性质有很大差异 纳米泡沫碳、碳纳米管与金刚石之间是什么关系 提示:构成单质的原子之间的成键方式和排列方式不同;纳米泡沫碳、碳纳米管和金刚石均是由碳元素形成的不同单质,三者互为同素异形体。 对同素异形体的理解 (1)组成元素:只含有一种元素。 (2)物质类别:互为同素异形体的只能是单质。 (3)性质关系:同素异形体之间的物理性质有差异,但化学性质相似。 (4)同素异形体之间的转化属于化学变化,但不是氧化还原反应。 (5)由于分子组成或晶体结构不同,导致同素异形体间性质存在区别,即物理性质差异很大,而化学性质相似。 1.科学家发现C60后,又合成了许多球形分子,如C50、C70、C120、C540等,它们互为(　　) A.同一种物质 B.同分异构体 C.同素异形体 D.同位素 【答案】 C 【解析】 C60与C50、C70、C120、C540均是由碳元素组成的不同单质,互为同素异形体,故选C。 2.下列叙述正确的是(　　) A.由碳单质组成的物质一定是纯净物 B.金刚石和石墨是 ... ...