2023年高一化学必修一专题四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金刚石晶体无色透明，有光泽，十分坚硬，可做装饰品，金刚石晶体无色透明，有光泽，十分坚硬，可做装饰品，可用于切割玻璃、花岗岩，可做地质和石油勘探的钻头等，可用于切割玻璃、花岗岩，可做地质和石油勘探的钻头等，石墨为灰黑色，质地较软，可做润滑剂和电极等。石墨为灰黑色，质地较软，可做润滑剂和电极等。【思考思考】（1 1）金刚石和石墨之间有什么关系？）金刚石和石墨之间有什么关系？（2 2）为什么它们的性质有如此大的差异？）为什么它们的性质有如此大的差异？1 1.理解理解同素异形现象同素异形现象，并能掌握几种最为常见的并能掌握几种最为常见的同素异形体及其相应的性质。同素异形体及其相应的性质。（重点）（重点）2 2.了解同分异构现象，初步学会一些简单有机物了解同分异构现象，初步学会一些简单有机物的同分异构体的书写。的同分异构体的书写。3 3.了解了解晶体的分类，识别常见的离子晶体、分子晶体的分类，识别常见的离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。晶体、原子晶体、金属晶体等。（重点）（重点）17721772年拉瓦锡证明金刚石可燃，年拉瓦锡证明金刚石可燃，生成生成COCO2 2，进一步测定后确定金，进一步测定后确定金刚石是由碳组成的单质。刚石是由碳组成的单质。17791779年舍勒证明石墨可燃，也年舍勒证明石墨可燃，也生成生成COCO2 2，进一步测定后确定石，进一步测定后确定石墨是由碳组成的单质。墨是由碳组成的单质。1799 1799年法国科学家摩尔年法国科学家摩尔沃将一颗金刚石转变为石墨。沃将一颗金刚石转变为石墨。1955 1955年美国科学家在年美国科学家在一定条件下用石墨合成了金一定条件下用石墨合成了金刚石。刚石。碳元素碳元素同素异形体同素异形体同同种种元元素素性性质质不不同同单单质质常见的几组同素异形体常见的几组同素异形体1.1.碳的同素异形体碳的同素异形体足球烯足球烯纳米碳管纳米碳管金金刚刚石石石石墨墨金刚石金刚石石石 墨墨硬硬 度度熔熔 点点导电性导电性用用 途途天然最硬物质天然最硬物质质地较软质地较软很高（很高（3 5503 550）很很 高高导导 电电不导电不导电装饰品，切割玻璃、装饰品，切割玻璃、大理石、钻探机钻头大理石、钻探机钻头铅笔芯（铅笔芯（2B2B）、）、电极、润滑剂电极、润滑剂同素异形现象而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。金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式均不同。金刚石晶体中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。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”。石墨烯，是一种由碳原子构成的二维层状的碳材料，是目前最理想的纳米材料之一，是构成其他石墨材料的基本单元。它具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有广泛的应用前景。化学史话化学史话 18451845年瑞士化学家马里纳，对纯年瑞士化学家马里纳，对纯净的净的O O2 2进行放电实验，获得了一种进行放电实验，获得了一种新的气体，并把它叫做臭氧。后来新的气体，并把它叫做臭氧。后来化学家拉登堡确定了臭氧的化学式化学家拉登堡确定了臭氧的化学式为为O O3 3，并确定了其结构。，并确定了其结构。氧气氧气O O2 2臭氧臭氧O O3 3物质物质化学式化学式气体颜色气体颜色气味气味氧化性氧化性臭氧臭氧O O3 3氧气氧气O O2 2无色无色无味无味强强淡蓝色淡蓝色鱼腥味鱼腥味极强极强2.2.氧的同素异形体氧的同素异形体3.3.硫的同素异形体硫的同素异形体斜方硫（斜方硫（S S8 8 在在95.595.5以下稳定存在）以下稳定存在）单斜硫（单斜硫（S S8 8 在在95.595.5以上稳定存在）以上稳定存在）加热加热 硫蒸气（硫蒸气（S S8 8、S S4 4、S S2 2）加热加热弹性硫（弹性硫（S S8 8 不能稳定存在）不能稳定存在）加热加热逐渐逐渐转化转化4.4.磷的同素异形体磷的同素异形体白磷白磷红磷红磷化学式化学式P P4 4正四面体正四面体P Pn n分子结构复杂分子结构复杂色态色态白色（淡黄色）蜡状固体白色（淡黄色）蜡状固体红棕色粉末状固体红棕色粉末状固体着火点着火点4040240240溶解性溶解性不溶于水，易溶于不溶于水，易溶于CSCS2 2不溶于水，也不溶于不溶于水，也不溶于CSCS2 2毒性毒性剧毒剧毒无毒无毒保存方法保存方法 少量可保存在水里，大量少量可保存在水里，大量密封保存密封保存密封保存（易发生缓慢氧密封保存（易发生缓慢氧化，生成易吸水的氧化物）化，生成易吸水的氧化物）白磷和红磷是磷元素的两种白磷和红磷是磷元素的两种同素异形体，如何通过实验加以证明？同素异形体，如何通过实验加以证明？将白磷和红磷放在氧气中燃烧，都得到五氧化二将白磷和红磷放在氧气中燃烧，都得到五氧化二磷，说明它们都是由磷元素组成的单质。磷，说明它们都是由磷元素组成的单质。同素同素异形异形白磷在空气中能够自燃，而红磷不能，说明它们白磷在空气中能够自燃，而红磷不能，说明它们的性质不同。的性质不同。C CC CH H H HH H H HHHCCC CHHHHH HHHHH同种元素形成的单质不一定是同一种物质，那么分子同种元素形成的单质不一定是同一种物质，那么分子式相同的物质一定是同一种物质吗式相同的物质一定是同一种物质吗?思考思考:根据碳、氢原子形成共价键的特征，我们来预测根据碳、氢原子形成共价键的特征，我们来预测组成为组成为C C4 4H H1010可能的分子结构，并书写其结构式。可能的分子结构，并书写其结构式。正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷 问题问题1:1:对比两个模型，找找它们的联系对比两个模型，找找它们的联系?共同点共同点:不同点不同点:分子式相同分子式相同结构不同结构不同同分异构现象同分异构现象化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象。化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象。同分异构体同分异构体分分子子式式相相同同结结构构不不同同化化合合物物物质物质正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷熔点熔点/-138.4-138.4-159.6-159.6沸点沸点/-0.5-0.5-11.7-11.7液态密度液态密度/g/gcmcm-3-30.578 80.578 80.5570.557 结论：结论：物质的结构决定性质，性质体现结构物质的结构决定性质，性质体现结构问题问题2:2:同分异构体间性质是否相同同分异构体间性质是否相同?同分异构体间的物理性质差异同分异构体间的物理性质差异CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 CH CH3 3CHCHCHCH3 3 （正丁烷）（正丁烷）（异丁烷）（异丁烷）CHCH3 3|同分异构现象结构不同，结构决定性质同分异构现象（1 1）碳原子数不确定）碳原子数不确定:有机物中可含一个碳原子有机物中可含一个碳原子,也可含成千上万个碳原子。也可含成千上万个碳原子。（2 2）成键多样化）成键多样化:碳原子之间可有碳碳单键、碳碳碳原子之间可有碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键，有链状也可有环状结构。双键、碳碳叁键，有链状也可有环状结构。（3 3）同分异构现象大量存在。）同分异构现象大量存在。有机物种类繁多的原因有机物种类繁多的原因（1 1）同种元素有不同的核素）同种元素有不同的核素同位素。同位素。（2 2）同种元素可以形成不同的单质）同种元素可以形成不同的单质同素异形现象。同素异形现象。（3 3）同种元素可以和不同的元素形成不同的化合物：）同种元素可以和不同的元素形成不同的化合物：氯化钠和氢氧化钠。氯化钠和氢氧化钠。（4 4）同种元素可以与其他同种元素形成比例不同的化合）同种元素可以与其他同种元素形成比例不同的化合物：氧化钠和过氧化钠。物：氧化钠和过氧化钠。（5 5）分子式相同的化合物存在同分异构现象。）分子式相同的化合物存在同分异构现象。物质世界丰富多彩的原因很多：物质世界丰富多彩的原因很多：同位素、同素异形体与同分异构体的比较同位素、同素异形体与同分异构体的比较同：质子数相同同：质子数相同异：中子数或质量数异：中子数或质量数 不同不同同：元素相同同：元素相同异：结构不同异：结构不同同：分子式相同同：分子式相同异：结构不同异：结构不同原子原子单质单质化合物化合物化学性质化学性质几乎完全相同几乎完全相同物理性质差别大，物理性质差别大，化学性质稍有差化学性质稍有差别别物理性质和化学性物理性质和化学性质均有较大差别质均有较大差别1 1H H、2 2H H、3 3H H3535ClCl、3737ClCl金刚石、石墨金刚石、石墨O O3 3、O O2 2红磷、白磷红磷、白磷正丁烷和异丁烷正丁烷和异丁烷同分异构体同分异构体同素异形体同素异形体同位素同位素异同异同研究研究对象对象性质性质差异差异常见常见实例实例物物质质的的多多样样性性同位素同位素同素异形现象同素异形现象同分异构现象同分异构现象不同类型的晶体不同类型的晶体像上述这些有规则的几何外形的固体物质，称为像上述这些有规则的几何外形的固体物质，称为晶体。晶体。食盐食盐雪花雪花金刚石金刚石晶体与非晶体常见的固态物质一般可分为晶体和非晶体。绿色柱状祖母绿晶体绿色柱状祖母绿晶体橄榄石晶体橄榄石晶体 石膏晶体石膏晶体辰砂辰砂 黑云母黑云母白云母白云母 海蓝宝石海蓝宝石各种各样的晶体各种各样的晶体晶体的概念晶体的概念1.1.自然界固态物质的分类：自然界固态物质的分类：_和和 _。2.2.晶体的定义：具有晶体的定义：具有_的固体叫晶体的固体叫晶体如：如：_、_、_、_等。等。3.3.晶体有规则几何外形的原因：晶体有规则几何外形的原因：晶体晶体非晶体非晶体规则的几何外形规则的几何外形金刚石金刚石水晶水晶氯化钠氯化钠雪花雪花晶体规则的几何外形是其内部构成微粒晶体规则的几何外形是其内部构成微粒_的结果。的结果。4.4.构成晶体的微粒可以是构成晶体的微粒可以是_、_、_等等。有规则排列有规则排列离子离子分子分子原子原子晶体具有规则的几何外形，用X射线进行衍射实验时发现，在晶体内部，构成晶体的微粒在空间呈有规则的重复排列。晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。氯化钠、金刚石、干冰等物质属于晶体。石蜡、玻璃、橡胶等物质属于非晶体，它们没有固定的熔点，一般也不具备规则的几何外形。晶体与非晶体晶体与非晶体由阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。离子晶体在食盐晶体中，带正电的钠离子与带负电的氯离子相互作用，形成了如图所示的立方体结构。晶体的类型晶体的类型【思考思考】NaClNaCl晶体中存在哪些微粒？如何结合成晶体的？晶体中存在哪些微粒？如何结合成晶体的？【小结小结】在在NaClNaCl晶体中晶体中,_(,_(填填“存在存在”或或“不存在不存在”)分子分子,存在许多存在许多_和和_,_,以以_键相结合键相结合,阴阳离子的阴阳离子的个数比为个数比为_,_,因此因此NaClNaCl表示的含义是表示的含义是_ _。不存在不存在NaNa+ClCl-离子离子1:11:1与氯离子的个数比为与氯离子的个数比为1:11:1晶体中钠离子晶体中钠离子方解石方解石（CaCOCaCO3 3）离子晶体离子晶体1.1.离子晶体离子晶体（1 1）定义：）定义：离子化合物中的阴、阳离子按一定的方式有规则离子化合物中的阴、阳离子按一定的方式有规则 地排列而形成的晶体。地排列而形成的晶体。说明：说明：构成微粒：构成微粒：。形成晶体作用力：形成晶体作用力：。阴、阳离子阴、阳离子离子键离子键（2 2）离子晶体的特点：）离子晶体的特点：无单个分子存在；无单个分子存在；NaClNaCl不表示分子式。不表示分子式。熔沸点较高，硬度较大。熔沸点较高，硬度较大。水溶液（易溶）或者熔融状态下能导电。水溶液（易溶）或者熔融状态下能导电。（3 3）物质范围或实例。）物质范围或实例。强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐类。强碱、部分金属氧化物、绝