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同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同种物质的比较

2010-3-4 22:26:28  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

化学基本概念反映化学物质的本质属性,是化学的基础。明确概念的内涵与外延,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O2O3

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,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: O2O3
  (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H2D2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(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CnH2n+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CnH2n,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CH3CH2BrCH3CH2CH2Cl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[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13—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:

 

CnH2n+2:只能是烷烃,而且只有碳链异构。如CH3(CH2)3CH3CH3CH(CH3)CH2CH3C(CH3)4

 

CnH2n:单烯烃、环烷烃。

 


CH2=CHCH2CH3CH3CH=CHCH3CH2=C(CH3)2           

 

CnH2n-2:炔烃、二烯烃、环烯烃。如:CHCCH2CH3CH3CCCH3CH2=CHCH=CH2

 

CnH2n-6:芳香烃(苯及其同系物)。如:                    

 

CnH2n+2O:饱和脂肪醇、醚。如:CH3CH2CH2OHCH3CH(OH)CH3CH3OCH2CH­3

 

CnH2nO:醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。如:CH3CH2CHOCH3COCH3CH2=CHCH2OH                  

                               

 

CnH2nO2:羧酸、酯、羟醛、羟基酮。如:CH3CH2COOHCH3COOCH3HCOOCH2CH3

HOCH2CH2CHOCH3CH(OH)CHOCH3COCH2OH

  

 CnH2n+1NO2硝基烷、氨基酸。如:CH3CH2NO2H2NCH2COOH

Cn(H2O)m:糖类。如: C6H12O6CH2OH(CHOH)4CHOCH2OH(CHOH)3COCH2OH

 

C12H22O11:蔗糖、麦芽糖。

 

1下列各组物质中,两者互为同分异构体的是(      )

 

 

 

 

 

 

 

CuSO4?3H2OCuSO4?5H2O     NH4CNOCO(NH2)2

 

 

 

 

 

 

 

C2H5NO2NH2CH2COOH       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 [Pu(H2O)4]Cl3[Pu(H2O)2Cl2] ?2H2O?Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A①②③       B②③④       C②③        D③④

 

 

 

解析:同分异构体是分子式相同,但结构不同。CuSO4?3H2OCuSO4?5H2O组成就不同,不是同分异构体;NH4CNOCO(NH2)2分子式相同,二者结构不同,互为同分异构体;C2H5NO2NH2CH2COOH,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[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

 

 

 

 

 

 

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

&


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