同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析

化学基本概念反映化学物质的本质属性，是化学的基础。明确概念的涵与外延，是正确把握知识的要素，也是正确判断和推理的基础，因此在概念的教学中，让学生掌握、运用概念，尤为重要。同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同一种物质等化学中几个经常用到的概念，也是一些同学经常混淆的概念，下面就这几个概念的区别加以详细的说明。

对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。这几个概念都表明了事物之间的关系，下表列出了比较了它们的异同：

同位素同素异形体同系物同分异构体

定义质子数相同，中子数不同

的原子(核素)

由同一种元素组成的

不同单质

结构相似，分子组成

相差一个或若干个

CH2基团的物质

分子式相同，结构

不同的化合物

对象原子单质化合物化合物

化学式元素符号表示不同，如

、、

元素符号表示相同，

分子式可以不同，如

O2和O3

不同相同

结构电子层结构相同，原子核

结构不同

单质的组成或结构不

同

相似不同

性质物理性质不同，化学性质

相同

物理性质不同，化学

性质相同

物理性质不同，化学

性质相似

物理性质不同，化

学性质不一定相

同

说明：

1、同位素的对象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化学性质基本相同,但原子质量或质量数

不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。

2、同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较大，化学性质有相似性，但也有差异。如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都能与氧气反应生成CO2，由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同（石墨比金刚石能量低，石墨比金刚石稳定）。

同素异形体的形成方式有三种：

(1)组成分子的原子数目不同，例如：O2和O3。

(2)晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。

(3)晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫(高中不要求此种)。

注意：同素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，如H2和D2的结构相同，不属于同

素异形体。

3、同系物的对象是有机化合物，属于同系物的有机物必须结构相似，在有机物的分类中，属于同一类物质，通式相同，化学性质相似，差异是分子式不同，相对分子质量不同，在组成上相差一个或若干个CH2原子团，相对分子质量相差14的整数倍，如分子中含碳原子数不同的烷烃之

间就属于同系物。

(1)结构相似指的是组成元素相同，官能团的类别、官能团的数目及连接方式均相同。结构相似不一定是完全相同，如CH3CH2CH3和(CH3)4C，前者无支链，后者有支链，但二者仍为同系物。

(2)通式相同，但通式相同不一定是同系物。例如：乙醇与乙醚它们的通式都是H2n+2O,但他们官能

团类别不同,不是同系物。又如：乙烯与环丁烷,它们的通式都是H2n,但不是同系物。

(3) 在分子组成上必须相差一个或若干个CH2原子团。但分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质却不一定是同系物，如CH3CH2Br和CH3CH2CH2Cl都是卤代烃，且组成相差一个CH2原子

团，但二者不是同系物。

(4)同系物具有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律，如随碳原子个数的增多，同系物的熔、沸点逐渐升高；如果碳原子个数相同，则有支链的熔、沸点低，且支链越对称，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。同系物的密度一般随着碳原子个数的增多而增大。

4、同分异构体的对象是化合物，属于同分异构体的物质必须化学式相同，结构不同，因而性质不同。具有“五同一异”，即同分子式、同最简式、同元素、同相对原子式量、同质量分数、结构不同。属于同分异构体的物质可以是有机物，如正丁烷和异丁烷；可以是有机物和无机物，如氰酸铵和尿素；也可以是无机物，如[Pu(H2O)4]Cl3和[Pu(H2O)2Cl2]·2H2O·Cl。

在有机物中，很多物质都存在同分异构体，中学阶段涉及的同分异构体常见的有以下几类：

(1)碳链异构：指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构。如C5H12有三种同分异

构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷。

(2)位置异构(官能团位置异构)：指官能团或取代基在在碳链上的位置不同而造成的异构。如1—

丁烯与2—丁烯、1—丙醇与2—丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯。

(3)类别异构(又称官能团异构)：指官能团不同而造成的异构，如1—丁炔与1，3—丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与果糖、蔗糖与麦芽糖等。

(4)其他异构方式：如顺反异构、对映异构（也叫做镜像异构或手性异构）等，在中学阶段的信

息题中屡有涉及。

各类有机物类别异构体情况：

⑴ H2n+2：只能是烷烃，而且只有碳链异构。如CH3(CH2)3CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4

⑵ H2n：单烯烃、环烷烃。

如CH2=CHCH2CH3、CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2、、

⑶ H2n-2：炔烃、二烯烃、环烯烃。如：CH≡CCH2CH3、CH3C≡CCH3、CH2=CHCH=CH2、

⑷ H2n-6：芳香烃（苯及其同系物）。

如：、、

⑸ H2n+2O：饱和脂肪醇、醚。如：CH3CH2CH2OH、CH3CH(OH)CH3、CH3OCH2CH3

⑹ H2n O：醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。如：CH3CH2CHO、CH3COCH3、

CH2=CHCH2OH、

、、

⑺ H2n O2：羧酸、酯、羟醛、羟基酮。如：CH3CH2COOH、CH3COOCH3、HCOOCH2CH3、

HOCH2CH2CHO、CH3CH(OH)CHO、CH3COCH2OH

⑻ H2n+1NO2：硝基烷、氨基酸。如：CH3CH2NO2、H2NCH2COOH

⑼ (H2O)m：糖类。如：C6H12O6：CH2OH(CHOH)4CHO、CH2OH(CHOH)3COCH2OH

C12H22O11：蔗糖、麦芽糖。

例1、下列各组物质中，两者互为同分异构体的是()。

①CuSO4?3H2O和CuSO4?5H2O②NH4O和CO(NH2)2

③ C2H5NO2和NH2CH2COOH

④[Pu(H2O)4]Cl3和[Pu(H2O)2Cl2] ?2H2O?Cl

A、①②③

B、②③④

C、②③

D、③④

解析：同分异构体是分子式相同，但结构不同。CuSO4?3H2O和CuSO4?5H2O组成就不同，不是同分异构体；NH4O和CO(NH2)2分子式相同，二者结构不同，互为同分异构体；C2H5NO2和NH2CH2COOH，前者是硝基化合物，后者是氨基酸，分子式相同，属于类别异构；[Pu(H2O)4]Cl3和

[Pu(H2O)2Cl2] ?2H2O?Cl，前者表示四个水分子直接和Pu相结合，后者中是两分子的水和两个氯离子与Pu相结合，所以结构不同，互为同分异构体。正确选项为B。

例2、下列各组物质，其中属于同系物的是()。

(1)乙烯和苯乙烯(2)丙烯酸和油酸(3)乙醇和丙二醇

(4)丁二烯与异戊二烯(5)蔗糖与麦芽糖

A．(1)(2)(3)(4) B．(2)(4)

C．(1)(2)(4)(5) D．(1)(2)(4)

解析：同系物是指结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数相同，在分子组成上相差一个

或若干个

CH2原子团，即分子组成通式相同的物质。乙烯和苯乙烯，后者含有苯环而前者没有；丙烯酸和

油酸含有的官能

团都是双键和羧基，而且数目相同所以是同系物；乙醇和丙二醇官能团的数目不同；丁二烯与异

戊二烯都是共

轭二烯烃，是同系物；蔗糖和麦芽糖是同分异构体而不是同系物。正确选项为B。

例3、有下列各组微粒或物质：

CH3

A、O 2和O3

B、C和C

C、CH3CH2CH2CH3和CH3CH2CHCH3

H Cl

CH3

D、Cl—C—Cl和Cl—C—H

E、CH 3CH2CH2CH3和CH3—CH—CH3

H H

（1）组两种微粒互为同位素；

（2）组两种物质互为同素异形体；

（3）组两种物质属于同系物；

（4）组两物质互为同分异构体；

（5）组两物质是同一物质。

解析：这道题主要是对几个带“同字”概念的考查及识别判断能力。A项为都由氧元素形成的结构不同的单质，为同素异形体。B项为质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素。C项均为烷烃结构，分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。D项均为甲烷的取代产物，因而是立体结构，是同种物质。D项的分子式相同，结构不同(碳链异构)，是同分异构体。

正确选项为：（1）B（2）A （3）C（4）E（5）D

例4．如果定义有机物的同系列是一系列结构简式符合：(其中n=0、1、2、3……)

的化合物。式中A、B是任意一种基团(或氢原子)，w为2价的有机基团，又称为该同系列的系差。同系列化合物的性质往往呈现规律性变化。下列四组化合物中，不可称为同系列的是：A．CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3

B．CH3CH＝CHCHO CH3CH＝CHCH＝CHCHO CH3(CH=CH)3CHO

C．CH3CH2CH3CH3CHClCH2CH3CH3CHClCH2CHClCH3

D．ClCH2CHClCCl3ClCH2CHClCH2CHClCCl3ClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCCl3解析：此题是95年全国高考题，也是一个信息题，信息中给出了一个新的概念同系列。在课堂上我们学习过同系物这一概念。这就形成了两个非常相近的概念，需要我们在理解新信息的基础上，进行对比、辨析，然后运用解题。同系物是指结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。而同系列是指结构相似，在结构上相差一个或若干个重复结构单元的物质。据此可迅速作出判断，正确选项为C。

练习：

1．在热核反应中没有中子辐射，作为能源时不会污染环境。月球上的储量足够人类使用1000年，地球上含量很少。和两者互为（）A．同素异形体B．同位素C．同系物D．同分异构体

解析：和的质子数相同，中子数不同，二为原子，互为同位素。答案：B

2．美国和墨西哥研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳（碳的第五种单质形态）中，得到不同形状的纳米银微粒，该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒(HIV－1)。纳米泡沫碳与金刚石的关系是

A．同素异形体B．同分异构体C．同系物D．同位素

解析：因纳米泡沫碳是碳的第五种单质形态，而金刚石也是碳的一种单质同体，所以二者是由同种元素形成的结构不同的单质，故为同素异形体。答案：A

3．下列各对物质中属于同分异构体的是（）。

A.C与C

B.O2与O3

解析：A是同位素，B是同素异形体，C是同一物质，D是同分异构体。答案：D

4．下列各组物质中，互为同系物的是

（）。

A.—OH与—CH3

B. HCOOCH3与

CH3COOC3H7

C.—CH=CH2与CH3—CH=CH2

D. C6H5OH与C6H5CH2OH

解析：A项二者相差一个氧原子，不是同系物。B项均为酯，结构相似，又分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。C项不是同一类别的有机物，结构不相似，不是同系物。D项的C6H5OH 是苯酚，C6H5CH2OH是苯甲醇，不是同一类别的，结构不相似，不是同系物。答案：B

5．下列各组物质中一定互为同系物的是（）。

A．C3H8、C8H18B．C2H4、C3H6C．C2H2、C6H6D．C8H10、C6H6

解析：A项均为烷烃，分子组成上相差CH2原子团，是同系物。B项不一定互为同系物，当二者都是烯烃时，是同系物；当C3H6是环丙烷时，不是同系物。同理，C项结构不相似，不是同系物。D项可以是不同的类别，不一定是同系物。答案：A

6、人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30年多时间弄清了棉子象鼻虫的四种信

息素的组成，它们的结构可表示如下：

以上四种信息素中互为同分异构体的是（）。

A①和②B①和③C③和④D②和④

解析：这四种有机物均用键线式表示，其中①和③为同种物质；②和④的分子式相同，结构明显不同，互为同分异构体。答案：D

7、萘分子的结构可以表示为或，两者是等同的。苯并[α]芘是强致癌物质（存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和燃机的尾气中）。它的分子由5个苯环并合而

成，其结构式可以表示为（Ⅰ）或（Ⅱ）

式：

（Ⅰ）

(Ⅱ)

这两者也是等同的。现有结构式

A B C D

A B C

其中：与（Ⅰ）、（Ⅱ）式等同的结构式是（）；

与（Ⅰ）、（Ⅱ）式同分异构体的是（）。

解析：以（Ⅰ）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。因此，A、D都与（Ⅰ）、(Ⅱ)式等同。也可以（Ⅱ）式为基准，将（Ⅱ）式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式，（Ⅱ）式在纸面上反时针旋转135度即得D式。从分子组成来看，（Ⅰ）式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是Ⅰ、Ⅱ的同分异构体，而C式不是。答案：（1）AD（2）B。