1.3.1同素异形体与同分异构体讲述
同素异形体和同分异构体概述
很硬 很高 不导电
装饰品 切割玻璃、大理石 钻探机钻头
较软 很高 导电
铅笔芯 H.B 电极 坩埚
用途
【问题探究】
为何金刚石和石墨在硬度和导电 性方面有很大的差异？
主要是由于碳原子的成键方式和排 列方式的不同引起的。
构成金刚石的微粒 是 原子，每个C 原子与另外 个C 原子以 相连，C 原子间结合成空间 网状结构。
D、O2 O3
C、液氧与氧气
4、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 B 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的摩尔质量是720
富勒烯：固态碳的第三种结构形式，
三维空心球状结构。 （包括C60、C70和纳 米碳管等） 其中C60是60个碳原子形成的封闭笼状 分子，形似足球，故称之为“足球烯”）
C60
C70
碳纳米管
一、同素异形现象和同素异形体
（1）同素异形现象——同一种元素形成几 种不同的单质的现象。 （2）同素异形体——同一种元素形成的多 种单质的互称，叫做该元素的同素异形体。
同一元素形成的不 同素异形体 同单质 同分异构体 相同分子式，不 同结构的化合物
O2 、 O3
化合物
正丁烷、异丁烷
1、有下列各组物质: A 6C与 6 C
B、金刚石与石墨 C、乙醇与二甲醚 D、 CH3 CH
3
13
12
CH3CHCH2CH3
CH3 －C－CH3 CH3
ห้องสมุดไป่ตู้
（1）互为同位素的是________ A （2）互为同素异形体的是________ B （3）互为同分异构体的是________ C、D
同系物同位素同素异形体同分异构体的举例
同系物同位素同素异形体同分异构体的举例同系物、同位素、同素异形体、同分异构体是化学中常用的概念，用来描述化学物质在分子结构上的差异。
下面将以具体实例为例，细致解释这四个概念的含义和应用。
同系物是指具有相同或相近分子式的化合物。
它们在分子构造上有着相似但不完全相同的特点。
例如，酚类化合物对苯酚、间酚和邻酚，它们的分子式都是C6H6O，但它们的分子结构和性质有所不同。
另一个例子是醇类化合物，如乙醇、异丙醇等都是同系物。
同位素是指原子核中质子数相同、中子数不同的同位素体系。
例如，氢气的同位素有氘（氢的同位素，质子数为1，中子数为1）和氚（质子数为1，中子数为2）。
同一元素的不同同位素有时会导致其物理和化学性质的差异。
同素异形体是指由同一组原子组成，但分子结构不同的同素体。
常见的例子是热带硬脂酸的两种异构体。
正硬脂酸和癸二酸，化学式都是C17H34O2，但它们的分子结构和物理性质有所不同。
另一个例子是异构烯烃，如顺式-丁烯和反式-丁烯都是C4H8的同素异形体。
同分异构体是指分子式相同，但结构略有不同的化合物。
例如，异丁烷和2-甲基丁烷，它们的分子式都是C4H10，但它们的分子结构不同。
另一个例子是异构酮，如丙酮和乙酸酯，它们的分子式都是C3H6O，但它们在分子结构上有所不同。
这四个概念在化学中有着广泛的应用。
首先，通过研究同系物，可以了解不同化合物之间的相似性和差异性，为合成新的化合物提供参考。
其次，同位素的使用在放射性同位素示踪、核能利用和碳定年等方面具有重要意义。
同素异形体和同分异构体的研究可以深入了解化学反应机制，对有机合成和药物设计有着重要的指导作用。
总结起来，同系物、同位素、同素异形体和同分异构体是用来描述化学物质在分子构造上的差异的重要概念。
通过研究和区分这些概念，我们能够更好地理解化学物质的性质和行为，从而为新化合物的合成和应用提供指导。
1.3.1同素异形体与同分异构体
石墨是层状结构，层间 分子间作用力弱，所以 层与层间易滑动
富勒烯：固态碳的第三种结构形式，
三维空心球状结构。 （包括C60、C70和纳 米碳管等） 其中C60是60个碳原子形成的封闭笼 状分子，形似足球，故称之为“足球 烯”）
C70
纳米碳管
臭氧与氧气的性质对比
化学式
通常状态 气味 固 态
O3
淡蓝色气体 鱼腥味 紫黑色
红棕色固体,无毒
白色蜡状固体,有剧毒 能自燃(少量保存在冷 在空气中能稳定存在 水中)
246℃
4P+5O2 == 2P2O5
点燃
40℃
C4H10 丁烷
二、同分异构现象、同分异构体
◆化合物具有相同的分子式，但具有不同结构
的现象叫同分异构现象
◆具有同分异构现象的化合物互称同分异构体
三同
二不同
同是化合物 分子式相同 相对分子质量相同 结构不同 性质不同
纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米 的空心管.下列说法错误的是( A ) A.纳米碳管是一种新型的有机化合物
B.纳米碳管材料如果完全燃烧,生成物均为CO2
C.纳米碳管材料管道多,表面积大,吸附能力强
D.纳米碳管在常温下化学性质稳定.
O2
无色气体 无味 雪花状淡蓝色
沸 熔
点 点
-112.4 ℃ -251 ℃
-183℃ -218℃
化学性质
臭氧比氧气氧化性强
3O2 == 2O3
放电
白磷与红磷的性质对比
红磷 元素组成 分子结构 物理性质 化学性质 着火点 燃烧方程式
磷元素
P
白磷 P4
磷元素 P4(正四面体的分子)
分子较复杂,呈长链状
【师说】2016-2017学年高中化学 1.3.1 同素异形现象 同分异构现象课件 苏教版必修2
4．下列关于臭氧性质的叙述中不正确的是( ) A．臭氧比氧气的氧化性更强，常温下能将Ag、Hg等较不活泼 的金属氧化 B．臭氧可以杀死许多细菌，是一种良好的消毒剂 C．臭氧和活性炭一样，能够吸附有机色素，是一种良好的脱色 剂 D．臭氧和氧气在一定条件下可以相互转化
【解析】 臭氧有很强的氧化性，能把有机色素氧化成无色物 质。 【答案】 C
【解析】 无机物和无机物、无机物和有机物之间也可能存在同 分异构现象，故A不正确，B正确。同分异构体的化学性质不同，16O 和18O互为同位素，故C、D都不正确。 【答案】 B
知识点二 同素异形体 2．下列物质中，互为同素异形体的是( 14 A.12 C 和 B．金刚石和石墨 6 6C C．NO和NO2 D．硫酸和亚硫酸
(2)氧的同素异形体： ①物理性质： 颜色 沸点 气味 O2 O3 无色 淡蓝色 O2<O3 无味 鱼腥味
②化学性质： a．化学性质相似，均有氧化性，但O3氧化性更强。 放电 2O3。 b．相互转化：3O2=====
二、同分异构现象 1．同分异构现象和同分异构体 分子式相同而结构不同的化合物
2．实例 (1)正丁烷和异丁烷：
案例 2 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？比如：碳在地 壳中的含量只占 0.087%，但含碳元素的单质和化合物达到 90%以上。 其中，分子式为 C7H16 的物质共有 9 种，分子式为 C8H18 的物质共有 18 种， 而分子式为 C20H42 的物质你知道有多少种吗？366319 种。 即使 是碳单质，也具有多种形式，正如我们所熟悉的石墨、金刚石。那么 为什么组成元素或分子式相同，却是不同的物质呢？那它们之间又有 着怎样的联系与区别呢？
同位素,同素异形体,同分异构体,同系物的概念
同位素的表示符号同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一，在元素周期表上占有同一位置，化学行为几乎相同，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。
同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数，例如碳14，一般用14C而不用C14。
自然界中许多元素都有同位素。
同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的没有放射性。
同一元素的同位素虽然质量数不同，但他们的化学性质基本相同（如：化学反应和离子的形成），物理性质有差异[主要表现在质量上（如：熔点和沸点）]。
自然界中，各种同位素的原子个数百分比一定。
同位素是指具有相同核电荷但不同原子质量的原子（核素）称为同位素。
在19世纪末先发现了放射性同位素，随后又发现了天然存在的稳定同位素，并测定了同位素的丰度。
大多数天然元素都存在几种稳定的同位素。
同种元素的各种同位素质量不同，但化学性质几乎相同。
同素异形体，是相同元素组成，不同形态的单质。
如碳元素就有金钢石、石墨、无定形碳等同素异形体。
同素异形体由于结构不同，彼此间物理性质有差异；但由于是同种元素形成的单质，所以化学性质相似。
同分异构体：化学上，同分异构体是一种有相同化学式，有同样的化学键而有不同的原子排列的化合物。
简单地说，化合物具有相同分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象；具有相同分子式而结构不同的化合物互为同分异构体。
很多同分异构体有相似的性质。
同系物定义化学上，我们把结构相似，组成上相差1个或者若干个某种原子团的化合物互称为同系物。
多用于有机化合物。
旧定义（在比较旧的化学书上可能存在这个概念）化学上，我们把结构、化学性质、通式相似，组成上相差1个或者若干个CH2原子团(系差)具有相同官能团的化合物统称为同系物。
烷烃中的甲烷、乙烷、丁烷等，他们相差n个CH2，互为同系物。
又比如（假设存在，只是为了说明）CH2O、C2H4O2、C3H6O3，他们相差n个CH2O，也互为同系物。
同素异形现象和同分异构现象PPT教学课件
＝0.01mol碳原子，即
0.01×6.02×1023＝6.02×1021个碳原子，B项错误；有机物通常
指含碳元素的化合物，而石墨烯是由碳原子构成的单质，C项
错误；石墨烯是由石墨剥离而成，即是石墨中的一层，碳原子
间以共价键结合，D项正确。 答案 D
互动训练1 下列叙述中，正确的是( ) A．由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物 B．金刚石和石墨具有相似的化学性质 C．金刚石转化为石墨，有单质生成，该反应属于氧化还原 反应 D．C60是新发现的一种碳的化合物
特别提示 ①C60、C70等这种形式的单质碳，称为富勒 烯，这一类物质的分子组成可以表示为Cn(n为28到540之间的 整数值)，在这些分子中，碳原子与另外三个碳原子形成两个 单键和一个双键。
②因为臭氧具有极强的氧化性，它在灭菌消毒品中名列榜 首，成就了它的四大功用：灭菌、氧化、脱色、除味。
3．同分异构体的特点 (1)分子式相同，相对分子质量相同。但相对分子质量相同的 化合物不一定是同分异构体，因为相对分子质量相同时分子式不 一定相同，如CO和乙烯(C2H4)的相对分子质量都是28，但由于它 们的分子式不相同，它们不是同分异构体。同分异构体的最简式 (分子组成中原子的最简整数比的表达式，如C4H10的最简式为 C2H5)相同，但最简式相同的化合物不一定是同分异构体，因为最 简式相同时分子式不一定相同，如乙烯和环己烷(C6H12)的最简式 都是CH2，但它们的分子式不相同，它们不是同分异构体。
2.同素异形体的特点 (1)组成元素相同，所属物质类型相同(单质)，在相同条件 下燃烧所得产物也相同。如红磷和白磷在氧气中充分燃烧产物 都是五氧化二磷。
(2)性质不同主要是指物理性质不同，化学反应活性有差 异。性质不同的根本原因是原子的成键方式和排列方式或组成 不同。如：金刚石是空间网状结构，每个碳原子以共价键结合 4个碳原子，而石墨是层状结构，每个碳原子以共价键结合3个 碳原子，各层间碳原子是以分子间作用力结合。氧气和臭氧分 子分别由2个和3个氧原子组成，且氧原子的成键方式不同，O3 的氧化性比O2的强。
同分异构体与同素异形体
研究意义
1 2 3
深入了解物质多样性
同分异构体和同素异形体的存在揭示了物质世界 的多样性，对化学、材料科学等领域的研究具有 重要意义。
拓展物质应用
同分异构体和同素异形体在性质上的差异为物质 的应用提供了更多可能性，如药物设计、材料改 性等。
推动学科发展
对同分异构体和同素异形体的研究有助于推动化 学、物理学、材料科学等相关学科的发展，促进 学科交叉融合。
由于结构不同，同素异形体往往 具有不同的熔点质差异
同素异形体之间的化学性质差异 表现在反应活性、化学键能、电 子结构等方面。
举例分析
碳的同素异形体
金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，它们的结构不同，金刚石是每个碳原子与四个碳原子形成共价键的三维网 状结构，而石墨则是层状结构，每层内的碳原子以共价键结合形成平面六边形网格。它们的物理性质和化学性质 也存在显著差异，如金刚石是自然界中最硬的物质之一，而石墨则很软且具有润滑性。
性质测试技术
01
熔点测定
通过测量物质的熔点，判断其纯度 和晶型。
折射率测定
通过测量物质的折射率，推断其分 子结构和光学性质。
03
02
沸点测定
利用物质沸点的差异，判断其结构 和性质。
密度测定
利用物质密度的差异，判断其组成 和结构特点。
04
06 研究前沿与展望
研究现状与挑战
同分异构体研究现状
目前，同分异构体的研究主要集中在合成、分离、表征和应用等方面。尽管已经取得了一定的成果，但仍存在许多挑 战，如合成方法的复杂性、分离技术的局限性以及表征手段的精度等。
磷的同素异形体
白磷和红磷是磷的两种同素异形体，它们的结构不同，白磷是由四个磷原子构成的分子晶体，而红磷则是链状或 环状结构的原子晶体。它们的化学性质也存在差异，如白磷在空气中容易自燃，而红磷则相对稳定。
同素异形体和同分异构体
思考：
1、钠原子(Na)和钠离子(Na+)都是同 一种元素－钠元素形成的，它们是 同素异形体吗？ 2、Fe2O3和Fe3O4的组成元素完全相 同，它们是同素异形体吗？ 1 2 3、1H与1H互为什么关系？
同素异形体与同位素的比较
同素异形体 定义
研究对象
同位素
同一种元素形 质子数相同、中 成的不同单质 子数不同的原子 单质 原子 1H、2H、3H 35Cl、37Cl
练习：
下列各组物质属于同位素的是 ； 属于同素异形体的是 ；属于同分异 构体的是 。 35 37 2.17 Cl与17 Cl 1.O2与O3
3.CH3CH3与CH3CH2CH2CH3 4.氕、氘、氚
CH3
5. CH3CH2CH2CH2CH3 与
CH3－C－CH3 CH3
金刚石
石墨
- - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -- - - - - -- -- - - - - - - - - - - - -- -- - - - - ---------------- -- - - - - - - - - - - - - - - ----------------------------------------------------------- - - - - - - -- - - - - - - - -- - - - - -- -- - - - - - ----- - -----
（1）根据分子结构模型写出结构式。 （2）写出分子式。 （3）以上两个分子结构有何差异？ （4）判断两者是同分异构体吗？
分子式
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同素异形现象： 同一种元素形成几种不同单质的现象。
同素异形体 (1)概念：___同__一___种元素形成的不同___单__质____互 称为同素异形体。 (2)碳的同素异形体： ①金刚石：_空__间__网__状__结构，无色透明、质硬。 ② 石 墨 ： __层__状___ 结 构 ， 同 一 层 内 碳 原 子 排 列 成
C．NO 和 NO2
D．硫酸和亚硫酸
2．下列物质中，互为同分异构体的是 D
A．金刚石、石墨和 C60 B.1375Cl 和3177Cl
C．H2O 和 D2O
D．乙醇和二甲醚
综合比较
同位素、同分异构体、同素异形体的比较
对相相 象同异
注意点
实例
①由于存在同位素，原子
的种类比元素的种类多；
同 位 素
原 子
常见的同分异构体： ①正丁烷_C__H_3_C__H_2_C_H__2C__H_3_和异丁烷___________。 ②乙醇_C__H_3_C_H__2_O_H__和二甲醚_C__H_3_—__O__—__C_H__3 。
练习
1．下列物质中，互为同素异形体的是 B
A.126C 和146C
B．金刚石和石墨
质 子 数
中 ②同位素的化学性质几乎 子 相同；③天然存在的某种 数 元素中，不论是游离态还
16O、17O、 18O；H、
D、T
是化合态，各种同位素原
子的含量不变
对相 相异
象同
注意点
实例
①由于结构不同，化
元
学性质也有差异，如 C60、
同素 单素
白磷比红磷活泼； C70、金
异形
结构
刚石、
质种 体
②H2、D2、T2的关 石墨；
类
系不是同素异形体，
也不是同位素
O2、O3
对相 相异
象同
注意点
Hale Waihona Puke 实例①因分子式相同，故组
同
成和相对分子质量也相 CH3CH2OH
分化 分
与
同；②相对分子质量相
异
合
子 结构 同的物质不一定是同分
CH3OCH3；
构物 式
正丁烷与异
异构体，如HCOOH和
体
丁烷
CH3CH2OH
◆性质特点
化学性质：基本相同(或略有差异) 物理性质：差别很大
◆形成方式：
①分子里原子个数不同；如：O2与O3 ②晶体里原子的排列方式不同；
如：金刚石与石墨 ③晶体里分子的排列分式不同；
有些形成方式是多种混合而成的。
同分异构现象 化合物具有相同的__分__子__式__，不同__结__构__的现象。
_平__面__六__边____形。灰黑色、质软、能_导__电____。
③足球烯：封闭笼状分子。
(3)氧的同素异形体 ①氧气：无色无味气体。 ②臭氧：__淡__蓝____色，有鱼腥味气体，__氧__化__性极强。 ③二者的转化：_3_O__2_=_=放_=电_=_=_2_O_3_。__。 (4)磷的同素异形体 ①白磷：白色蜡状固体，有剧毒，易自燃，保存在 ___冷__水____中。 ② 红 磷 ： _红__棕__ 色 固 体 ， 在 空 气 中 能 够 稳 定 存 在 ， ___加__热__或__点__燃____条件下能够燃烧。