第三单元从微观结构看物质的多样性
化学必修第一册5
【必备知识】
1.同素异形现象 同一种元素形成几种不同单质的现象称为同素异形现象,同一种元素形成 的不同单质互称为该元素的同素异形体。
2.碳的同素异形体
单质 结构特征
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
石墨
层状结构,层内碳原子间以共价键结合,层内碳原子排列成平面六边形, 形成平面网状结构,层间碳原子间存在分子间作用力
素养提升
新知一 同素异形现象
【问题探究】
1.金刚石、石墨和足球烯的结构、性质有哪些异同?
碳的同素 异形体 金刚石 石墨 足球烯
物理性质
结构
硬度
空间网状结构 大
层状结构
小
笼状分子 较小
熔点 高 高
较低
化学性质
相似,在氧气中充分燃烧生成 二氧化碳
2.举例说明什么是同分异构现象。 提示 正丁烷与异丁烷、乙醇和二甲醚都是分子式相同而结构不同的物质, 分子式相同而结构不同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。
【素能应用】
例1 重水(D2O)是重要的核工业原料,下列说法错误的是( C ) A.氘(D)原子核外有1个电子 B.1H与D互称同位素 C.H2O与D2O互称同素异形体 D.1H218O 与D216O 的相对分子质量相同
方法点拨解答类似问题要准确把握这些概念所对应的描述对象。同素异 形体是指同种元素形成的不同单质;同位素是指同种元素的不同核素。
(2)分子式同为C2H6O的乙醇和二甲醚的结构式分别为
、
,二者互为同分异构体。
【正误判断】 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)同种元素形成的物质是单质。( × ) (2)金刚石和石墨都是碳元素的单质,由于二者物理性质、化学性质完全不 同,故互为同素异形体。( × ) (3)金刚石和石墨晶体中的碳原子的成键方式和排列方式均不相同。( √ ) (4)金刚石晶体中的碳原子形成空间网状结构,石墨晶体为层状结构。 (√ ) (5)石墨烯是碳原子构成的二维层状的碳材料。( √ ) (6)相对分子质量相同但结构不同的物质互为同分异构体。( × )
《第三单元 从微观结构看物质的多样性》教学设计(河北省市级优课)
不同类型的晶体一、设计思路将教材内容沿着“现象——究原因——找规律”这条主线，进行规划设计，有[导学案自主学习]、[图片展示]、[提出问题]、[发现问题]、[解决问题]、[规律总结]、[拓展练习]、[课堂总结]、[课后作业]九个环节构成。
二、教材分析不同类型的晶体是苏教版必修二专题1第三单元第三课时，本单元第一课时、第二课时分别从同素异形体和同分异构体介绍了单质的多样性和化合物的多样性，将本节内容安排在第二单元离子键、共价键、分子间作用力等内容之后，不仅体现了知识结构一条线，还体现了认知结构一条线。
通过本节课的学习可以加深从微观结构了解物质的多样性的理解。
三、学情分析学生在前一单元已学习了有关离子键、共价键、分子间作用力等知识，完全可以理解构成物质的微粒之间存在着不同的作用力，但可能在学习本课时会遇到原子还是分子的区分，例如石英晶体中是原子构成而不是分子构成，没有独立的分子，同时需要培养学生的空间想象能力。
四、【教学目标】知识与技能：1、以不同类型的晶体为例，认识物质的多样性与微观结构的关系。
2、认识不同的物质可以形成不同的晶体，不同类型的晶体结构，构成微粒不同，物质性质也不同。
能力与方法：运用列表对比的方法，进行不同类型晶体的比较。
情感、态度与价值观：培养学生透过现象看本质的思维方法，培养更高的思维能力，同时通过欣赏不同晶体及其微观结构，培养学生的审美能力。
五、【教学重点】了解不同类型晶体的组成粒子及微粒之间的相互作用力，会判断晶体的类型，能比较物质熔沸点的高低。
六、【教学难点】理解晶体微观结构和物理性质的关系七、【教学方法】自主学习法，观察法、问题讨论法八、【教学过程】点明主题，带领学生了解学习目标【板书】不同类型的晶体【投影】用晶体制成的玫瑰图片和晶体硅制成的太阳能电池板，激发学生学习兴趣【投影】展示学生导学案，检查学生的自学情况【提出问题】大家知道为什么晶体都具有规则的几何外形呢？【学生交流讨论】各抒己见【总结】评价学生的回答，然后总结归纳微观结构决定宏观现象，宏观现象反应微观结构，引导学生透过现象看本质。
《从微观结构看物质的多样性》 说课稿
《从微观结构看物质的多样性》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《从微观结构看物质的多样性》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《从微观结构看物质的多样性》是高中化学必修 2 专题 1 第三单元的内容。
本单元在前面学习了原子结构、元素周期律的基础上，引导学生从微观结构的角度进一步认识物质的多样性。
通过对同素异形现象、同分异构现象的学习，使学生能够深入理解物质的结构与性质之间的关系，为后续有机化学的学习奠定基础。
教材内容注重联系生活实际，通过丰富的实例帮助学生理解抽象的化学概念，如介绍了碳元素的同素异形体金刚石、石墨和 C60，以及有机化合物中的同分异构体。
这样的编排有助于激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力和思维能力。
二、学情分析学生在初中阶段已经对物质的性质和变化有了一定的了解，在高中必修 1 中学习了物质的分类和离子反应等知识，在必修 2 前两个单元又学习了原子结构和元素周期律，具备了一定的化学基础知识和微观思维能力。
但对于从微观结构的角度理解物质的多样性，学生可能会感到抽象和困难。
因此，在教学中需要通过直观的模型、图片和实例，帮助学生建立微观结构与物质性质之间的联系。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）了解同素异形现象和同素异形体的概念，能举例说明碳、氧、磷等元素的同素异形体。
（2）了解同分异构现象和同分异构体的概念，能举例说明有机化合物中的同分异构体。
（3）认识物质的结构决定性质，性质反映结构的化学学科思想。
2、过程与方法目标（1）通过对同素异形体和同分异构体的学习，培养学生的观察能力、分析能力和归纳总结能力。
（2）通过搭建分子模型等活动，培养学生的动手能力和空间想象能力。
3、情感态度与价值观目标（1）通过对物质多样性的认识，激发学生对化学的兴趣，感受化学世界的奇妙。
（2）培养学生的辩证唯物主义观点，认识事物的多样性和统一性。
高中化学：从微观结构看物质的多样性
一、同素异形现象、同素异形体（1）概念：一种元素形成几种单质的现象，叫同素异形现象。
（2）表现：同素异形现象表现为一种元素具有几种单质，这几种单质都是这种元素的同素异形体.（3）同素异形体的性质：①构成同素异形体的原子数目和成键方式都不同，所以表现出的物理性质有很大的差别。
如氧气和臭氧：氧气是无色、无味的气体，而臭氧是淡蓝色有鱼腥味的气体；②同素异形体在一定条件下能互相转化，这是化学变化，如氧气转化为臭氧，石墨转化为金刚石，红磷转化为白磷等等。
（4）常见的同素异形体：①碳元素的同素异形体：金刚石、石墨和富勒烯（包括C60、C70和单层或多层的纳米碳管等）都是碳元素的重要单质；②氧元素的同素异形体：氧气和臭氧都是氧元素的单质；③磷元素的同素异形体：磷元素可以形成多种单质，白磷和红磷是磷元素常见的两种单质④硫元素的同素异形体：硫元素可以形成多种单质，S2、S4、S6、S8等，S6和S8是硫元素常见的同素异形体。
特别说明：同素异形体是一种元素形成的不同单质，既不是由相同元素组成的不同化合物，也不是同种元素形成的几种原子，更不是形态不同的同一物质。
例如：①都由碳氧两种元素组成的CO和CO2；②都由SiO2组成的石英和水晶；③都由氢元素形成的三种原子氕、氘，氚等；④气态氢和液态氢，二氧化碳和干冰；⑤冰和水等都不是同素异形体。
例1、以下各组物质中互为同素异形体的是（）A. 金刚石与石墨B. 氕、氘和氚C. 二氧化碳和干冰D. 石灰石和生石灰【解析】A 点拨：本题主要考查同素异形体的概念以及对同素异形体的理解，同素异形体是同一元素形成的不同单质，为单质，应该与同一物质、同位素和同分异构体区分开来。
金刚石和石墨是碳元素的两种不同单质，A选项正确；氕、氘和氚是氢元素的三种不同原子，不是氢元素的单质，故B选项错误：二氧化碳和干冰是同一物质，故C选项错误；石灰石的主要成分为碳酸钙，生石灰的主要成分为氧化钙，是两种不同的化合物，故D选项错误。
5.3从微观结构看物质的多样性(课件)高一化学(苏教版2019必修第一册)
每个硅原子和相邻的四个氧原子结合，
每个氧原子和相邻的两个硅原子结合，
向空间伸展，形成彼此连接的空间网
状结构，因此石英晶体中不存在单个
分子。
金刚石晶体中每个碳原子与相邻
的四个碳原子也以共价键结合，
形成空间网状结构。
三、晶体与非晶体
金属晶体
金属晶体有共同的物理特性，如有金属光泽、能导电
C60是由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”。
一、同素异形现象
氧元素
臭氧
氧气
无色无味气体
淡蓝色气体,有鱼腥味,
氧化性极强
3O2
2O3
一、同素异形现象
磷元素
白磷
红磷
蜡状固体,有剧毒,在空气中
红棕色固体,在空气中能稳定存
能自燃,应保存在冷水中
在,在加热或点燃时也能燃烧
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔、沸点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
)
课堂小结
同素异形现象
同素异形现象
同素异形体
同分异构现象
同分异构现象
同分异构体
晶体与非晶体 ຫໍສະໝຸດ 子晶体 分子晶体第五章 微观结构与物质的多样性
第三节 从微观结构看物质的多样性
授课人：
学习目标
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
同素异形体1
为什么雷雨之后，当漫步街头田野， 会感到空气格外的清新？
当空气中O3含量超过10-5%(体积分数) 时，就会对人体、动植物及其他露置物质造 成极大危害,强烈刺激人的呼吸系统,造成人的 神经中毒，破坏人体的免疫机能。这就是说 当O3浓度较高时,它就成了一种大气污染物。
为什么在复印机、激光打印机等能产生 高压静电的环境中，要注意通风？
研究臭氧层被破坏问题的三位化学家。 大气中的臭氧层可滤掉大量的紫外线， 保护地球上的生物。氟利昂(如CCl2F2) 可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl 原子会对臭氧层产生长久的破坏作用， 据统计，一个氟氯烃分子可以破坏数万 个臭氧分子。
有关反应为：
O3
光
O2+O
O3＋Cl＝O2＋ClO O＋ClO＝Cl＋O2 ①写出以上3个化学反应的净结果： 2O3
p20拓展视野
白磷 颜色状态 毒性 在空气中的稳 定性 在氧气中的 燃烧产物 红磷
白色蜡状固体 剧毒 40℃能自燃
红棕色粉末 无毒 常温下稳定
P2O5
P2O5
臭 氧
利：
臭氧的用途
漂白剂、 消毒剂、脱色剂 ——利用其强氧化性
利：
空气中微量O3(10-5%以内)对人体健康 有益，因为它能杀菌消毒，刺激中枢神经, 加速血液循环，令人产生爽快振奋之感。 疗养院常设在空气新鲜宜人的松林里, 因其中含微量O3，是由松林这种针叶树的 树脂在被O2氧化的过程中产生的。
同素异形体
同一种 元素 形成的性质不同的单质。 碳元素还有其它同素异形体吗？
1970年，日本科学家小泽预言，自 然界中碳元素还应该有第三种同素异形体 存在。经过世界上各国科学家15年的不懈 努力和艰苦探索，终于在1985年由美国德 克萨斯州罗斯大学的科学家们在激光气化 石墨实验中，首次发现含有60个碳原子的 原子簇命名为C60 。
从微观结构看物质的多样性
从微观结构看物质的多样性物质是构成宇宙的基本组成部分，所有物质都由微观粒子组成，这些粒子以不同的方式排列和组合形成物质的多样性。
从微观结构的角度来看，观察和理解物质的多样性对于解释和探索物质的性质和行为至关重要。
本文将从微观结构的角度探讨物质的多样性。
首先，我们需要了解物质的基本粒子。
原子是构成分子和晶体的基本单位。
原子由质子、中子和电子组成。
质子带有正电荷，中子没有电荷，而电子带有负电荷。
原子的种类由其质子数量决定，称为元素。
目前已经发现的元素有118种，每种元素都有独特的物理和化学性质。
元素的性质不仅与其原子的质子数量有关，还与原子的排列方式和相互作用方式有关。
元素可以形成分子或晶体结构。
当原子通过共享或转移电子与其他原子结合时，它们形成分子。
分子可以是由同种元素的原子组成的，也可以是由不同种元素的原子组成的。
分子之间的相互作用是物质性质的重要因素之一、例如，氧气（O2）是由两个氧原子组成的分子，这种分子之间的相互作用使得氧气具有高度的稳定性和可燃性。
晶体是由原子，离子或分子排列成有序结构的物质。
晶体的微观结构决定了物质的性质。
晶体的常见类型包括离子晶体，金属晶体和共价晶体。
离子晶体由正负电荷的离子通过电荷作用力相互排列而成。
这种排列方式决定了离子晶体的硬度，熔点和导电性。
金属晶体由由金属原子组成的球状结构排列而成，这种排列方式决定了金属的导电性，塑性和热导率。
共价晶体由共享电子键连接的原子组成，其性质取决于原子之间的键强度和排列方式。
微观结构还可以解释物质的物理和化学性质。
例如，溶解是物质相互作用的结果，其中溶剂分子与溶质分子之间发生相互作用。
这种相互作用可以是氢键，离子作用力或分散力等。
溶液的特性取决于溶剂和溶质之间这些相互作用类型和强度。
再举一个例子，化学反应是由分子之间的化学键的形成和断裂引起的。
化学反应的速率和产物的选择性取决于分子之间的相互作用强度和反应条件。
物质的多样性还可以通过改变其微观结构来实现。
从微观结构看物质的多样性
从微观结构看物质的多样性物质的多样性指的是物质在微观结构上的不同，主要表现在物质的化学成分、晶体结构和各种物理性质上的差异。
从微观结构来看，物质可以分为元素和化合物两大类。
化合物是由不同元素通过化学反应形成的物质。
元素之间发生化学反应主要是因为原子的电子结构不稳定。
在不稳定的原子间，会通过共享、捐赠或者获受电子的方式形成化学键，从而稳定化合物的结构。
化合物的化学键的形式有离子键、共价键和金属键等。
不同化合物的结构差异使得其在物理和化学性质上表现出不同的特征。
化合物的多样性源于不同元素间的化学键形式和化学键的数量，比如氯化钠和氧化铝分别由离子键和共价键组成，从而具有不同的物理特性和化学性质。
在晶体结构上看，物质也表现出多样性。
晶体是物质中原子、离子或分子周期性有序排列形成的固体，具有长程有序性。
晶体的多样性源于晶体结构不同。
晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等。
比如氯化钠的晶体结构由正离子钠离子(Na+)和负离子氯离子(Cl-)组成，离子周期性排列，形成离子晶体。
而金刚石的晶体结构由碳原子通过共价键形成，形成共价晶体。
不同晶体结构会使物质的物理和化学性质有所不同，比如金刚石具有极高的硬度，而氯化钠具有良好的溶解性。
此外，物质的多样性还可以通过物质的各种物理性质来体现。
物质的物理性质包括密度、熔点、沸点、导电性、导热性、磁性等。
这些性质受物质的微观结构影响。
比如导电性能是由物质中的自由电子数量和电子能级分布决定的，金属物质由于具有较多的自由电子，故具有良好的导电性。
而共价晶体中没有自由电子，故不导电。
又如物质的熔点和沸点与物质之间的化学键强度和稳定性有关，强化学键或离子键的熔点和沸点较高，而弱化学键或分子间力的熔点和沸点较低。
综上，物质的多样性在微观结构上主要表现为元素和化合物的差异、晶体结构的不同以及各种物理性质的差异。
物质的多样性是由于原子的不同排布、元素间的化学键的不同形式和数量，以及物质的微观结构对物理和化学性质的影响。
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(2)3O 放电 2O3 2
（3）
分子式 球棍模型
C4H10
C4H10
结构式
名称 沸点
正丁烷 －0.5 ℃
异丁烷 －11.7℃
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、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： 正丁烷和异丁烷
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单质的 现象，称为同素异形现象。 2、同素异形体 同一种元素形成的几种不同单质，互 称为该元素的同素异形体。 强调： （1）同种元素； （2）单质；
（3）结构不同。
实例： （1）碳元素的不同单质
①金刚石与石墨的物理性质比较：
物理性质 硬度 熔沸点 导电性
金刚石 很大 很高 不导电
石墨 较软 很高 能导电
②同素异形体性质不同的原因：
微观结构不同。
③碳元素的同素异形体有：
金刚石、石墨、C60 、碳纳米管等。
空间网状结构 每个C与相邻的4个C 形成共价键；以正 四面体方式排列
层状结构 层内：每个C与相邻的3 个C形成共价键；以平面 正六边形排列 层间：分子间作用力
直线型
②氧气与臭氧的分子结构：
“V”字型
资料卡 自然界90％的臭氧集中在离地面15～50 km的 大气平流层中，它是由氧气吸收太阳紫外线辐射而 生成的。臭氧层能使地球上的生物免受太阳光中紫 外线的伤害，是“生命卫士”。近年来的测量结果 表明，臭氧层开始变薄，甚至出现空洞。2000年， 南极上空的臭氧层空洞面积达2．8×107km2，相当 于澳大利亚国土面积的4倍。关于引起臭氧层被破 坏的原因有多种解释，但一般认为氟氯烃(氟利昂， 广泛用于制冷剂和发泡剂等)的大量使用和喷气式 飞机、火箭、导弹将大量废气排放到高空，加速了 臭氧分解。保护高空臭氧层，是科学家研究的重要 课题。
（4）金属晶体： ①构成微粒：金属阳离子和自由电子 ②作用力：金属键 ③实例：所有金属单质
④性质：有金属光泽、能导电导热、 具有延展性。
3、几种晶体类型比较：
晶体类型 概念 组成微粒
微粒间的作用 熔沸点 导电性 熔化时 破坏的作用力
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
实例
液晶(1iquid crystal)是一种介于晶体状态和液 态之间的中间态物质。液晶兼有液体和晶体的某些特 点，表现出一些独特的性质。通常，只有那些分子较 大、分子形状呈长形或碟形的物质，才易形成液晶态。 液晶应用于数码显示、电光学快门、图像显示等方面， 在信息技术中占有重要的位置。
（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？ 同素异形体与同位素比较： 同素异形体 定义 对象 举例 同位素
实例： （2）氧元素的不同单质
①氧气与臭氧的物理性质比较： 颜色 化学式 （气态） 氧气 臭氧 O2 O3 无色 淡蓝色 气味 无味 臭味 沸点 ℃ －183 －112.4 溶解性 0.030 >O2
（2）分子晶体： ①定义：由分子按一定方式有规则地排列而成 分子晶体。
②构成微粒：分子
③作用力：分子间作用力 ④实例：干冰、冰 ⑤性质：熔沸点低、硬度小， 熔化状态不导电。
（3）原子晶体： ①定义：原子间通过共价键结合形成空间网状 结构的原子晶体。
②构成微粒：原子
③作用力：共价键 ④实例：金刚石、晶体硅、水晶 ⑤性质：熔沸点很高、硬度很大，不导电。
碘单质受热转变为碘蒸气，吸收的 1、 质子数相同、质量数 热量用于克服碘原子间的作用力。 （或中子数）不同的 2、 原子 氯化氢溶于水能电离出H+、Cl-，所 以氯化氢是离子化合物。 3、 2、16O、17O互为同位素 O 同种元素形成的单质一定 4、 是同种物质。
铅笔
钻石
第三单元
从微观结构看物质的多样性
举例
下列各组物质 ①1H与2H②红磷与白磷
CH3 CH3 CH3
③CH3CH2CHCH3和CH3CCH3 ④金刚石与C70 ⑤水银与汞⑥乙醇与二甲醚 ⑦O2与O3 ⑧
判断它们之间的关系
三、不同类型的晶体
1、晶体： 通过结晶形成的具有规则几何外形 的固体。 （1）构成晶体的微粒：离子、分子、原子 （2）晶体中的作用力：离子键、共价键、 分子间作用力 （3）晶体有规则外形的原因： 晶体内部构成微粒有规则排列的结果。
实例： （3）磷元素的不同单质
①红磷与白磷的物理性质比较：
②磷的同素异形体的结构：
3、同素异形体的化学性质基本相同
(1)C O2 点燃 CO2
（2）氧气和臭氧都具有强氧化性， 臭氧的氧化性更强。
(3)4P 5O2 点燃 2P2O5
4、同素异形体之间转化
(1)C(石墨) C（金刚石）
资料卡 臭氧具有极强的氧化性，Ag、Hg等在空气或氧 气中不易被氧化的金属，可以与臭氧发生反应。 臭氧可用于漂白和消毒。某些染料受到臭氧的 强烈氧化作用会褪色，臭氧还可以杀死许多细菌， 因此，它是一种很好的脱色剂和消毒剂。 空气中的微量臭氧能刺激中枢神经，加速血液 循环，令人产生爽快和振奋的感觉，但当空气中臭 氧的含量超过10－5 %（体积分数）时，就会对人体、 动植物，以及其他暴露在空气中的物质造成危害。
晶体的导电性：
离子晶体固态时不导电，水溶液中或熔融状 态下导电；分子晶体不导电，但有些分子晶 体溶于水后导电；原子晶体任何状态下不导 电；金属晶体任何状态都导电。
稀有气体的特殊性：
稀有气体是单原子分子，构成分子晶体，晶体中 不存在化学键，只存在分子间作用力。
C2H6O： 乙醇和二甲醚
分子式
球棍模型
C2H6O
C2H6O
结构式 名称 沸点 乙醇 78 ℃ 二甲醚 －23℃
写出C5H10的同分异构体
同位素
研究对象 原子
同素异形体
单质
同分异构体
化合物分子
定义
质子数相同 中子数不同的 原子
1H、2H、3H
同一元素 不同单质
O2与O3
同分子式 不同结构
正丁烷 异丁烷
【问题探究】
晶体为什么具有规则的几何外形呢?
宏观
反映
决定
微观
在晶体内部,构成晶体的微粒在空间 呈现有规则地重复排列。
2、几种晶体类型：
（1）离子晶体：
①定义：离子化合物中的阴、阳离子按一定方式 有规则地排列而成离子晶体。
②构成微粒：阴、阳离子
③作用力：离子键 ④实例：NaCl
⑤性质：熔沸点较高、硬度较大， 溶于水或熔化状态导电。