苏教版高中化学同素异形现象与同分异构现象教案必修

目标与素养：１．以碳元素的几种单质为例，认识同素异形现象。（证据推理与模型认知）２．以正
丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象。（证据推理与模型认知）３．以同素异
形现象和同分异构现象为例，认识物质的多样性与微观结构的关系，学会同素异形体、同分异构体的判断
方法。（宏观辨识与微观探析）

一、同素异形现象
１．同素异形现象
碳单质有金刚石、石墨、富勒烯（包括C60、C70和单层或多层的纳米碳管）等。同一种元素能够形成
几种不同的单质的现象称为同素异形现象。
２．同素异形体
具有同素异形现象的不同单质互称为该元素的同素异形体。
３．常见的同素异形体
（１）碳元素的同素异形体
单质 结构特征 主要性质 主要用途

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 无色透明，有光泽、硬度大 装饰品，切割玻璃、花岗岩，
做勘探钻头等

石墨 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，层间碳原子间存在分子间作用力 灰黑色，质地较软，能导电 可做润滑剂和电极等
C60 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” — —
（２）氧元素的同素异形体
单质 O２ O
３

性质 无色无味气体 淡蓝色气体，有鱼腥味，氧化性极强
结构 臭氧分子和氧气分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式不同
相互转化
３O２错误!２O

３

（３）磷元素的同素异形体

单质 白磷 红磷

性质
蜡状固体，有剧毒。白磷在空气中能自燃，应保存在冷水中 红棕色固体，在空气中能稳定存在，在加热
或点燃时也能在空气中燃烧
结构 白磷分子和红磷分子中磷原子的个数和磷原子的成键方式不同
微点拨：同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。
二、同分异构现象
１．同分异构现象和同分异构体

２．实例
（１）正丁烷和异丁烷

。
物理性质不同，化学性质几乎相同。
（２）乙醇和二甲醚
物理性质不同，化学性质不同。
（１）怎样正确理解同分异构体？
（２）相对分子质量相等结构不同的两种物质是否为同分异构体？
[提示] （１）“同分”是指分子式相同，“异构”是指结构不同，“体”是指化合物。
（２）相对分子质量相等，分子式并不一定相同（如N２、CO、C２H４），不一定是同分异构体。

１．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（１）１２C、１４C互为同素异形体。 （ ）
（２）碳单质的同分异构体有金刚石、石墨、C60。 （ ）

（３）CH３—CH===CH２与互为同分异构体。 （ ）
（４）同分异构体化学性质一定相同。 （ ）
[提示] （１）× （２）× （３）√ （４）×
２．下列说法正确的是（ ）
Ａ．红磷转化为白磷发生了氧化还原反应
Ｂ．石墨导电，金刚石不导电，故二者不是同素异形体
Ｃ．O２和O３分子式不同，但结构相同
Ｄ．S２、S４、S8都是硫的同素异形体
D [同素异形体之间的转化为非氧化还原反应，A错误；同素异形体的物理性质一般不同，B错误；
O２和O３的结构不同，C错误；S２、S４、S8均为硫元素的不同单质，它们互为同素异形体。]
３．下列各组物质：
（１）互为同位素的是________（填序号，下同）。
（２）互为同素异形体的是________。
（３）互为同分异构体的是________。
（４）属于同一种物质的是________。
[解析] １是两种不同的元素；２、⑥、⑧中的两种物质都是分子式相同但结构不同的化合物，属于
同分异构体；３、⑦都是同种元素的不同原子，属于同位素；４、⑨中两种物质分子式和结构都相同，是
同一种物质；５中两种物质是同一种元素形成的不同单质，属于同素异形体。
[答案] （１）３⑦ （２）５ （３）２⑥⑧ （４）４⑨

认识同素异形体和同分异构体
１．理解同素异形体
（１）同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。
（２）互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数
可以相同，也可以不相同。
（３）产生同素异形现象的原因
１构成分子的原子个数不同。如氧气（O２）和臭氧（O３）。
２晶体中原子的排列方式不同。如金刚石和石墨。
（４）由于分子构成或晶体结构不同，导致它们的性质存在区别，即物理性质差异很大，而化学性质
有些相似，有些相差很大，但是存在活泼性的差异。如：金刚石硬度很大、不能导电，而石墨硬度较小，
层与层之间能滑动、导电性能好；石墨的化学性质较金刚石活泼，但两者化学性质相似（与O２反应、具
有还原性等）。
２．同位素、同素异形体和同分异构体的比较
同位素 同素异形体 同分异构体

定义 原子里具有相同质子数和不同的中子数的同一元素的不
同原子互称同位素

由同种元素形成的不同单质叫做这种元素的同素异形体 分子式相同，但结构不同的

化合物互称为同分异构体

相同点 质子数相同，皆为原子 元素种类相同，皆为单质 分子式相同，皆为化合物
不同点 中子数不同，原子种类不同
分子内原子个数不同，或原子结合方式不同 分子内原子的连接方式不
同
研究对
象
原子 单质 化合物

实例 １２C、１３C、１４C；１H、２H、３H等 金刚石、石墨、C60；红磷、白磷；O２、O３等 正丁烷、异丁烷等
【典例】 下列物质中，互为同分异构体的有________；互为同素异形体的有________；属于同位素的
有________；属于同一种物质的有________。

１二氧化碳 ２ ３金刚石 ４干冰 ５氢溴酸 ⑥溴水 ⑦液溴

⑧ ⑨１２C ⑩石墨 ⑪１４C ⑫
[解析] 烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。⑧⑫分别与２互为同分异构体；３和⑩互为同
素异形体；⑨和⑪属于同位素；１和４、⑧和⑫分别属于同一种物质。
[答案] ⑧、⑫与２ ３和⑩ ⑨和⑪ １和４、⑧和⑫

（１）互为同素异形体的物质物理性质、化学性质是否相同？
（２）同素异形体、同分异构体之间的转化是物理变化还是化学变化？
[答案] （１）互为同素异形体的物质物理性质不同，化学性质相似。
（２）互为同素异形体的物质或互为同分异构体的物质之间转化均属于化学变化。

下列各组物质中，关系不正确的是（ ）
Ａ．H２和D２互为同素异形体
Ｂ．错误!Pt和错误!Pt互为同位素
Ｃ．CH３CH２OH和CH３—O—CH３互为同分异构体
Ｄ．水和冰是同一种物质
A [H２和D２是由氢元素的不同同位素形成的氢气单质，既不是同位素也不是同素异形体。]

１．澳大利亚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，它外形类似
海绵，密度极小，并且有磁性。纳米泡沫碳与金刚石的关系是（ ）
Ａ．同一物质 Ｂ．同分异构体
Ｃ．同位素 Ｄ．同素异形体
D [纳米泡沫碳与金刚石是碳元素的不同单质，二者互为同素异形体。]
２．下列关于同分异构体的说法错误的是（ ）
Ａ．具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体
Ｂ．互称为同分异构体的物质一定不是同种物质
Ｃ．同分异构体之间物理性质一定不同，化学性质不一定相同
Ｄ．同分异构体一定具有相同的相对分子质量
A [N２与CO具有相同的相对分子质量和不同的结构，但不是同分异构体，A错误。]
３．下列各组物质中，两者互为同分异构体的是（ ）
１CuSO４·５H２O和CuSO４·３H２O
２NH４CNO与CO（NH２）
２

３CH３CH２OH和CH３—O—CH
３

４错误!H２O和错误!H２O
Ａ．１２３ Ｂ．２３
C．１３４ Ｄ．２３４
B [互为同分异构体的物质的分子式相同，其相对分子质量也相同；互为同分异构体的物质结构不同，
但其化学性质可能相似。]
４．下列四组物质中互为同素异形体的是（ ）
Ａ．纯碱与小苏打
Ｂ．１２CO和１４CO

Ｃ．CH３CHO与
Ｄ．金刚石和富勒烯（C60）
D [同素异形体的研究对象是单质。]
５．根据以下叙述，回答（１）～（２）小题。
大气中的臭氧层可滤除大量的紫外光，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，臭氧的分子式为O３。有关反应为
O３错误!O２＋O
Cl＋O３错误!ClO＋O
２

O＋ClO===Cl＋O
２

总反应为２O３===３O２。
（１）在上述臭氧变成氧气的过程中，Cl原子是________。
Ａ．反应物 Ｂ．生成物
Ｃ．中间产物 Ｄ．催化剂
（２）O３和O２是________。
Ａ．同一种物质 Ｂ．同素异形体
Ｃ．氧的同位素 Ｄ．同一种元素
[解析] （１）根据催化剂的定义，Cl原子是催化剂，由此可见催化剂并不是不参加反应，只不过是
反应前后化学性质保持不变的物质。
（２）由同种元素组成的不同单质叫做同素异形体。O３和O２是由氧元素组成的两种不同的单质，所
以O３和O２属于同素异形体。
[答案] （１）D （２）B